三维集成PCR微流控芯片的飞秒激光微纳制备基础研究

Biochip has very important applications in the fields of genomics and proteomics, clinical disease diagnosis, new drug development, judicial identification and food safety. In response to the key problems of microfluidic chip fabrication in the field of biological detection, this program presents a method for fabricating micro/nano structures by femtosecond laser which integrates three-dimensional (3D) microchannel with metal micro-structure in a microfluidic chip. A basic research on the fabrication of 3D microfluidic chip for polymerase chain reaction (PCR) will be carried out by femtosecond laser microprocessing technology and metal micro-solidifying. We will systematically investigate the target modification mechanism of 3D micro/nano structures inside integrated microfluidic chip and the regulation mechanism of wettability inside microfluidic chip, and master the technology of hybrid integration of 3D microchannel and metal micro-structures. This research aims at developing a new method of integrately fabricating PCR microfluidic chip by femtosecond laser, which will supply an effective route to solve the fabrication of widely applicable 3D microfluidic chip with hybrid integrated complex structures.

生物芯片（Biochip）在基因组学与蛋白质组的科学研究、临床疾病诊断、新药研发、司法鉴定和食品安全等领域都有着非常重要的应用。针对当前生物检测领域中微流控生物芯片在器件三维集成化制备方面存在的技术瓶颈，本项目提出一种将三维微通道结构与金属微纳结构混合集成在同一微流控芯片上的微纳加工新方法。拟通过飞秒激光材料内部三维微加工技术、高熔点金属微固化技术，开展制备聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction， PCR) 三维微流控芯片的基础研究。通过系统探究一体化制备集成微流控芯片的飞秒激光三维微纳结构的目标改性机制、微流控芯片内部结构润湿性调控机理等的相关问题，掌握三维微通道结构与金属微纳结构混合集成制备的原理和方法。发展出一种基于飞秒激光微加工的一体化制备PCR微流控芯片的新方法，为解决具有高性能集成三维微流控芯片的制备提供一种有效的途径。

生物芯片（Biochip）在基因组学与蛋白质组的科学研究、临床疾病诊断、新药研发、司法鉴定和食品安全等领域都有着非常重要的应用。针对当前生物检测领域中微流控生物芯片在器件三维集成化制备方面存在的技术瓶颈，本项目提出了一种将三维微通道结构与金属微纳结构混合集成在同一微流控芯片上的微纳加工新方法。 .通过激光对石英材料内部的目标改性过程和激光改性区化学腐蚀选择性去除机理研究，三维微通道内部结构润湿性调控方法研究，高熔点金属的三维微固化工艺研究，混合集成PCR微流控芯片的制作和测试等一系列内容的研究，澄清了飞秒激光对材料内部的靶向改性机理与激光改性区的化学湿法刻蚀机理，获得了材料内部的三维微纳结构的高效高精度制备。发展出了一种高效、高质量三维混合集成微流控芯片加工的新工艺，掌握了微流控芯片三维混合集成的关键技术。并深入探讨和解决了飞秒激光制备材料内部三维微纳结构的目标改性机制及三维微通道内部结构润湿性的调控机理等关键科学问题：发展出一种基于飞秒激光微加工的一体化制备PCR微流控芯片的新方法，为解决具有高性能集成三维微流控芯片的制备提供了一种有效的途径。项目执行期间共发表SCI论文4篇，其中第一标注3篇。申请及获得授权的专利共2项。相关工作被Wiley MaterialsViews中国等媒体报道和关注，表明本项目的研究工作具有一定的学术价值和社会影响。