Progettazione, sviluppo e realizzazione di un lab-on-chip mediante microlavorazioni con laser femtosecondo
Creators: name: Toscani, Daniele
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: laser

description: L'obiettivo di questa tesi è stato l'analisi e la fabbricazione di un Lab-on-a-Chip (LOC) su silica , replicando il modello commerciale Fluidico 912 di Chip Shop. A differenza dei metodi tradizionali di fabbricazione dei LOC, come la litografia leggera e la fotolitografia, questo lavoro si è focalizzato sull'uso della tecnica FLICE (Femtosecond Laser Induced Chemical Etching ) .La FLICE rappresenta un'innovazione rispetto alle tecniche di fabbricazione convenzionali, come la litografia e la fotolitografia, che, sebbene efficaci, presentano limitazioni come l'uso di maschere, processi chimici complessi e scarsa flessibilità nella personalizzazione e nella lavorazione di materiali non convenzionali. La FLICE offre alta risoluzione e flessibilità nel design delle microstrutture, grazie a un processo diretto e adattabile. Dopo l'induzione delle modifiche, l'attacco chimico selettivo permette di realizzare microcanali e strutture tridimensionali avanzate con precisione, superando le limitazioni delle tecniche tradizionali. Il lavoro è stato suddiviso in tre fasi sperimentali (1D, 2D e 3D), ciascuna mirata all'ottimizzazione dei parametri di fabbricazione. Nelle prove 1D, l'attenzione si è concentrata sull'ottimizzazione dei parametri laser come : potenza, velocità di scansione, durata dell'impulso, repetition rate(RR), polarizzazione e scelta della lente di focalizzazione .Sono stati determinati valori ottimali, come una potenza di 450 mW e un RR di 1000 kHz. Nelle prove 2D, è stato definito il pitch ottimale, ovvero la distanza tra due rette incise, pari a 2 micrometri. Questa distanza è stata scelta per ottenere layer uniformi ed evitare sovrapposizioni eccessive tra le linee.Nelle prove 3D, l'obiettivo era replicare i round robin commerciali e determinare una distanza dz ottimale tra i layer . Anche in questo caso, il valore ottimale individuato è di 2 micrometri. Questi risultati evidenziano l'importanza di bilanciare l'efficienza del processo con la qualità delle strutture prodotte. Pertanto, ulteriori studi sono necessari per ottimizzare i parametri di fabbricazione, al fine di migliorare l'affidabilità e la precisione nella produzione di LOC su silica, garantendo al contempo la preservazione dell'integrità del materiale. ___ The objective of this thesis was the analysis and fabrication of a Lab-on-a-Chip (LOC) on silica, replicating the commercial Fluidico 912 model from Chip Shop. Unlike traditional LOC fabrication methods, such as light lithography and photolithography, this work focused on the use of the FLICE (Femtosecond Laser Induced Chemical Etching) technique. FLICE represents an innovation compared to conventional fabrication techniques like lithography and photolithography, which, while effective, have limitations such as the use of masks, complex chemical processes, and limited flexibility in customization and working with unconventional materials. FLICE offers high resolution and flexibility in microstructure design due to its direct and adaptable process. After inducing the modifications, selective chemical etching allows for the precise creation of microchannels and advanced three-dimensional structures, overcoming the limitations of traditional techniques. The work was divided into three experimental phases (1D, 2D, and 3D), each aimed at optimizing fabrication parameters. In the 1D tests, the focus was on optimizing laser parameters such as power, scanning speed, pulse duration, repetition rate (RR), polarization, and lens choice. Optimal values were determined, such as a power of 450 mW and an RR of 1000 kHz. In the 2D tests, the optimal pitch, or the distance between two engraved lines, was set at 2 micrometers. This distance was chosen to achieve uniform layers and avoid excessive overlap between lines. In the 3D tests, the goal was to replicate the commercial round robin and determine an optimal dz distance between layers. Here too, the optimal value identified was 2 micrometers. These results highlight the importance of balancing process efficiency with the quality of the produced structures. Therefore, further studies are needed to optimize fabrication parameters to improve the reliability and precision of LOC production on silica while preserving material integrity.