Коллектив исследователей Института аналитического приборостроения РАН и Научно-производственного предприятия волоконно-оптического и лазерного оборудования НПП «ВОЛO» представил результаты по лазерной методике удаления защитного полиимидного покрытия с кварцевых капилляров.
Кварцевые капилляры, покрытые полиимидной защитной оболочкой, — ключевые элементы генетических анализаторов и других приборов для капиллярного электрофореза. Но чтобы они работали эффективно, защитный слой нужно аккуратно удалить в зоне детектирования. Учёные сравнили два метода очистки — традиционный термический (с помощью газовой горелки) и современный лазерный — и выяснили, какой из них точнее, быстрее и безопаснее.
Огонь и риск
Термический метод — это классика: капилляр нагревают пламенем горелки, полиимид обугливается, а остатки счищают механически. Но у этого подхода масса недостатков:
- Неравномерный нагрев: температура в пламени колеблется от 580 до 1300 °C, что может привести к деформации кварца (он начинает "плыть" уже при 1180 °C).
- Брак: около 10% капилляров ломаются или получают скрытые дефекты.
- Токсичность: при горении полиимида выделяются вредные вещества.
- Медленно: очистка 100 капилляров занимает до 13 часов!
Лазерная революция
Учёные предложили альтернативу — импульсный ультрафиолетовый лазер с длиной волны 355 нм. Его преимущества:
- Холодная абляция: лазер испаряет полиимид, не нагревая кварц, так как тот прозрачен для УФ-излучения.
- Точность: луч фокусируется в пятно диаметром 40 мкм, удаляя покрытие без механического контакта.
- Скорость: 100 капилляров очищаются за минуту!
- Безопасность: нет открытого пламени, токсичных паров, а оператору нужно лишь загрузить капилляры в установку.
Лазерная технология не только ускоряет производство, но и снижает процент брака до 1%. Это критично для серийного выпуска капиллярных линеек, где каждый дефект может повлиять на точность анализа ДНК. Кроме того, метод открывает путь к автоматизации — представьте робота, который за час очищает тысячи капилляров без участия человека!
Учёные планируют оптимизировать параметры лазера для ещё большей точности. А пока ясно одно: будущее — за «холодными» технологиями, где лазер заменяет огонь, а наука становится быстрее и безопаснее.
P.S. Любопытный факт: для расчётов мощности лазера учёные использовали модель, учитывающую даже теплоотвод в кварц — вот что значит подойти к делу с научной скрупулёзностью!
Результаты исследования опубликованы в журнале «Научное приборостроение»
Фото: Freepik
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
