Лазерное формирование микропипеток

• Автор: Марковкина, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи исследования

1.1 Основные области применения микролипсток

1.1.1 Биотехнологии

1.1.2 Микроскопия

1.1.3 Микроэлектроника

1.2 Требования к микропипеткам

1.3 Техника изготовления микропипеток

1.3.1 Методы и устройства вытяжки МП

1.3.2 Лазерная технология изготовления микропипеток

1.4 Выводы
Глава 2. Разработка экспериментальной установки и технологии с лазерным
нагревом для вытяжки МП.
2.1 Лазернотехнологический комплекс для формирования МП.
2.1.1.Выбор энергетического источника.
2.1.2. Разработка оптических систем для формирования МП.
2.1.3.Анализ возможностей механических систем вытяжки.
2.2 Выбор материала для формирования МП.
2.3 Выводы
Глава 3. Экспериментальное и теоретическое исследование процесса формооб
разования МП.
3.1 .Экспериментальное исследование процесса формообразования.
3.1.1 Методика эксперимента
3.1.2 Результаты эксперимента.
3.2.Теоретическое исследование процесса формообразования МП.
3.2.1 Анализ процесса лазерного нагревания МП
3.2.2 Математическая модель процесса вытяжки.
3.3. Выводы.
Глава 4. Оптимизация технологии формирования МП и демонстрация
практических приложений.
4.1 Требования к современной экспериментальной установке дтя
формирования МП
4.2 Модифицированная установка для вытяжки МП
4.2.1 Оптимизация оптической схемы
4.2.2 Энергетический расчет оптической схемы с гомогенизатором
4.2.3 Оптимизация механической системы
4.3 Оптимизация процесса формирования МП
4.4 Основные модификации МП и методы их формирования
4.5 Практические применения МП
4.5.1 Световодовод
4.5.2 Офтальмология
Заключение
Список литературы


Крепежно-вытяжной механизм обеспечил необходимое натяжение капилляра в процессе вытяжки, параллельность трубки базе устройства и регулировку высоты над базой в момент охлаждения, во избежание деформации сформированной МП. Вытяжка начиналась автоматически с момента достижения температуры, при которой происходит уменьшение вязкости стекла. Конструкция Дю Бойса решила главные проблемы ручной вытяжки и стала прототипом других конструкций. Пуллер Ливингстона являлся модификацией конструкции Дю Бойса []. В этой установке вытяжка МП осуществлялась с помощью пружины, вращающей в противоположных направлениях пару колес с зажимами для капилляра. Скорость вращения определялась напряжением пружины. При вращении колес капилляр опускался в область нагрева нитью накаливания, стекло разогревалось до температуры размягчения, и образовывалась МП. Главными недостатками этого устройства были тенденция к изгибу и излишняя длина наконечника МП. В установке Алсксандра-Настука пружина заменяется соленоидом []. Зажимы располагаются с одной стороны капилляра в двух точках с некоторым интервалом, на котором осуществляется нагрев платиновой нитью накаливания. Требуемый поток через сформированную в петлю полосу платины контролируется выключателем. Особой модификацией пуллеров является вертикальная установка, устраняющая проблемы формирования МП в горизонтальных пуллерах связанные с влиянием силы тяжести []. В вертикальном пуллсре тяготение стало важным положительным фактором вытяжки,позволишим избежать изгиба МП и сократить длину получаемых наконечников. До настоящего момента было предложено достаточное количество конструкций установок. Однако, несмотря на определенные успехи в совершенствовании МП-пуллеров оставались нерешенными вопросы, связанные с формированием высокоточных, химически чистых МП различных модификаций, предназначенных и доступных для разнообразных приложений. Основными недостатками ранее существующих методов являлись низкая производительность и сложность контроля. В связи со значительным расширением сферы использования, повышением требований к точности производимых работ, а также быстрым износом МП, появилась потребность в существенной оптимизации технологии изготовления МП. В настоящее время эти задачи решаются с помощью современной технологии формирования МП с использованием лазерного нагрева [,]. С г. МП - пуллеров-, занимается компания “Sutter Instrument Со”, которая вышла в мировые лидеры и к концу -х годов перешла на лазерные источники нагрева []. Предложенная технология вытяжки в пуллерах этой фирмы является несовершенной, так как лазер установлен напрямую в той же схеме, где ранее в качестве теплового источника нагрева применялась платиновая нить накаливания. Простейшая оптическая схема пуллера с односторонним нагревом приводит к заметному браку, а иногда и просто к растрескиванию заготовки, особенно у пипеток малого диаметра из-за склонности к изгибу конца МП. К недостаткам данного устройства можно отнести ограничение при работе с внешним диаметром капилляров, предназначенных для формирования МП: для формирвоания МП из капилляров различных диаметров используются модели пуллеров P-/G и P-/F. Стоимость каждой модели пуллера составляет 0 $. Представленные модели пуллеров предназначены для формирования МП методом вытяжки. Таким образом, оптимизация лазерной технологии и разработка прототипа отечественной лазерной установки, обеспечивающей создание коммерчески доступных Ivin различных конфигураций и размеров, и поныне является актуальной задачей формирования МП. Цель работы: исследование, разработка и оптимизация лазерной технологии формирования МП. Изучение параметров полученных микропипеток и демонстрация их практических применений. Проведен анализ основных литературных данных по методам изготовления и применению микропипсток. Проведено экспериментальное исследование процесса лазерной вытяжки микропипеток, в том числе с применением видеосъемки. Предложена математическая модель процесса формирования микропипеток на основе модели Ныотона. Использованы методы оптической и электронной микроскопии для оценки качества полученных микропипеток.