Summary
표시 하 고 적외선 빛 영상에 대 한 투명 한 뷰-포트 플라스틱 미세 소자의 제조에 대 한 프로토콜을 설명 합니다.
Abstract
적외선 (IR) 생활 생물 시료의 spectro-현미경 중반 IR 범위에 물 흡수와 적당 한 미세 소자의 부족에 의해 방해 된다. 여기, 플라스틱 미세 소자의 제조에 대 한 프로토콜 설명 된다, 소프트 리소 그래피 기술을 관찰 chamber(s) 관련 투명 한 칼슘 불 화물 (CaF2) 보기-포트 포함 사용 됩니다. 메서드는 복제 주조 방법입니다 (PDMS) 몰드는 표준 리소 절차를 통해 생산 하 고 플라스틱 장치를 생산 하는 서식 파일을 사용을 기반으로 합니다. 플라스틱 소자 자외선/표시/적외선 (UV/Vis/IR)-투명 윈도우와 직접 관찰 수 있도록 카페2 의 보이는 및 IR 빛. 제안된 된 방법의 장점: 플라스틱 몸, 디자인의 유연성을 통해 클린 룸 마이크로 제조 시설, 여러 보기 포트, 외부 펌핑 시스템을 간편 하 고 다양 한 연결에 액세스 하기 위한 감소 된 필요 예: , 열기/닫기 채널 구성 및 성공 막 같은 정교한 기능을 추가할 가능성.
Introduction
푸리에 변환 적외선 Spectro-현미경 검사 법 (FTIR)은 샘플의 상세한 화학 정보를 제공 레이블 및 비-침략 적 이미징 기법으로 광범위 하 게 이용 되어. 그러면 최소한 준비는 시료의 흡수 스펙트럼 그것의 화학 성분1 의 내장 지문 운반 이후의 생물 학적 샘플의 화학 공부를 생화학 정보 추출 , 2. 최근, FTIR 점점에 적용 된 라이브 생물 학적 샘플, 예를 들어, 셀3의 연구. 그러나, 대부분의 경우에서 살아있는 세포에 대 한 매체 물 중간 적외선 영역에서 강한 흡수도 보여줍니다. 얇은 층으로도 입지 완전히는 견본의 중요 한 구조 정보를 압도 수 있습니다.
몇 년 동안, 일반적인 방법은 고정 또는 물 흡수 신호 스펙트럼에서 완전히 제외 샘플을 건조 했다. 그러나,이 방법을 허용 하지 않습니다 살아있는 세포를 실시간으로 측정을 위한 그들의 화학 성분 및 시간 세포질 과정의 변화 연구에 필수적입니다. 라이브 생물학 견본에서 신뢰할 수 있는 흡수 스펙트럼을 얻기 위해 편도 적외선 빔 10 µ m4의 매체에 총 광학 경로 길이 제한 하는 이다.
생활에서 기초가 튼튼한 접근 세포 실험은 지금까지, 총 반사 감쇠 (ATR)-측정 샘플 두께, 셀 수성 매체의 두꺼운 층에서 지속 될 수 있도록 독립적인 FTIR 이미징. 그러나, 사라져 웨이브의 침투의 작은 깊이 ATR 크리스탈5의 표면에서 처음 몇 미크론을 샘플의 측정을 제한합니다.
또는, 물 흡수 한계는 일반적으로 두 개의 큰 그룹으로 분류 하는 다양 한 미세 시스템의 출현으로 피할 되었습니다: (어디 유체 표면 중 하나에 노출 되는 분위기) 채널을 열고 폐쇄 채널 (어디 두 개의 IR 투명 창이 구분 됩니다 스페이서에 의해 정의 된 두께).
Loutherback 외. 긴 기간 지속적인 IR 측정 최대 7 일6라이브 셀 수 있도록 오픈 채널 막 장치 개발. 메서드를 사용 하면 셀 표면에서 매체의 증발을 방지 하기 위해 환경에 높은 습도를 요구 한다. 시스템 공기 액체 인터페이스, 피부, 폐, 눈, 또는 미생물 biofilms7의 상피 조직 등에서 자연스럽 게 성장 하는 셀에 가장 적합 합니다.
닫힌 채널 구성 세포 그들의 수성 매체에 유지 됩니다 두 병렬 IR 투명 창 사이 유니폼, 얇은 레이어를 만들 것을 목표로. 이 구멍의 두께 채도 아래 물 흡수 신호 이다. 물 배경 올바른 샘플 스펙트럼을 얻기 위해 뺍니다 다음 수 있습니다. 닫힌 채널 메서드의 대부분 떼어낼 액체 챔버3,,89를 형성 하는 두 개의 창이 분리 플라스틱 스페이서를 사용 합니다. 이 방법의 장점은 소; 필요 하지 않습니다. 그러나,에서 고 아웃 let 채널 측정 챔버 보다 더 복잡 한 구조는 매우 얇은 스페이서에 실현 하기 어렵다. 또한 기계적 클램핑에 그것의 신뢰 때문에 IR 측정 사이 경로 길이의 재현성에 문제가 있다. 더 안정적 스펙트럼 수집 간격의 더 정확한 통제를 달성 하기 위해 광학 리소 그래피 방법 정의 스페이서9,10 IR 기판 위에 포토 레지스트 패턴을 구현 되었습니다. , 11 , 12.도 불구 하 고이 통해 더 복잡 한 구조는 스페이서에 정의 메서드를 해야 모든 기판에 패턴을 생성 하는 제작 시설에 대 한 액세스.
이 종이, 우리는 제조 비용을 줄이기 위해 목표 및 제작 시설 액세스 요구 사항 IR 호환 미세 소자의 간단한 제조 기법 제시. 방법은 여기 ( 그림 1참조)를 사용 하 여 소프트 리소 그래피로 알려진 설립된 프로세스를 제시. 2 개의 금형이이 경우에 필요 합니다. 주 형 표준 UV 리소 그래피 공정을 사용 하 여 4 인치 실리콘 웨이퍼에서 이루어집니다. 보조 형 PDMS, 실리콘 주 형에 패턴의 반전된 극성을가지고 있으며 후속 장치 제작을 위해 마스터 몰드로 만든 복제본입니다.
장치는 두 개의 별도 레이어: 미세 레이아웃 (제시 경우에 이루어져 있는 미세 채널에서 하자/아웃-시켰다, 그리고 카페2 뷰포트와 관측 실), 첫 번째 계층과 플랫 서피스 (두 번째 계층 이루어져 있다만 카페2 뷰포트).
여기 광학 UV 경화 접착제, Norland 광학 접착제 73 (NOA73, 이제부터 노아로 약식), 장치의 플라스틱 본체를 형성 하는 데 사용 됩니다. 이 광학 접착제를 사용 하 여 여러 가지 이점이 있다: 낮은 제조 비용, 외부 시스템, 좋은 광학 투명도, 저 점도, 그리고 가장 중요 한 것은, 생체 적합성13연결의 용이성. 카페2 생체 적합성 및 우수한 적외선 투명도14뷰포트도 적합 한 선택입니다.
이 새로운 접근 방식으로 제작 시설에 대 한 액세스는 주 형의 제조에만 엄격 하 게 필요 합니다. 플라스틱 미세 장치에 대 한 후속 제작 프로세스는 자외선 조명 소스를 갖춘 어떤 실험실에 밖으로 수행할 수 있습니다.
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Protocol
1. 실리콘 주 형의 준비
참고:는 포토 마스크는 기본 금형의 준비에 대 한 필요. 포토 마스크 수 수 독립적인 공급자 로부터 구입 하거나 사내 표준 광 마스크 제작 절차를 통해 조작 합니다. 밝은 분야 극성으로 포토 마스크 ( 그림 2 는)이이 경우에 사용 됩니다.
- 패턴 정의
- 스핀 코트 30 2300 rpm 수 8 3010 부정적인 감광 제와 4 인치 실리콘 웨이퍼 s.
- 소프트-빵 핫 플레이트 2 분 동안 65 ° C에서 그리고 다음 8 분 동안 95 ° C에 감광 제
- 자외선에 감광 노출 (i-라인, 365 nm) 100-120 mJ/cm 2;의 총 에너지 량에 대 한 마스크 aligner 아래 포토 마스크를 통해 하드 연락처 모드는 더 나은 해상도 달성 하기 위해 선호 된다.
- 웨이퍼를 제거 하 고 게시물 노출 빵 1 분에 65 ° C에서 그리고 2 분 동안 95 ° C에 적용
- 수 8 개발자를 사용 하 여 실내 온도에, 포토 레지스트를 개발 다음 이소프로필 알코올로 헹 구 고 가볍게 건조 질소로 불어, 측정된 패턴 두께 10 µ m 이어야 한다 고 아래. 그림 2 b 실제 실리콘 형의 그림을 참조 하십시오.
- 실리콘 금형의 Silanization
- 60 W 30에서 산소 플라즈마와 실리콘 금형 치료 산소 흐름의 20 sccm으로 s. 과정 1-10 mbar 챔버 압력 설정.
- Silane의 50 µ L와 함께 진공 항아리에 금형을 배치 하 고 적어도 2 헤의 진공 상태 (1-10 mbar)에 항아리를 두고
참고: silanization 프로세스 소수 성 표면 코팅 PDMS 몰드 15에 집착 하지 못하도록 만듭니다. 참고는 주 형도 날조 될 수 있다 실리콘의 건식 에칭을 포함 하는 대체 방법을 사용 하 여. 이 경우에 포토 마스크 반대 극성 (어두운 필드)의 있을 것입니다 그리고 단계 1.1에서에서 패턴 정의 긍정적인 감광 제를 사용 합니다.
2. PDMS 보조 형의 준비
- PDMS 혼합
- PDMS 고무 및 경화제, 10:1 혼합, 총 금액은 결과 PDMS 간격은 약 1 ~ 1.5 m m 이다.
- 철저 하 게 혼합 후 약 15 분 동안 (1-10 mbar) 진공 상태에서 진공 항아리에 두면 혼합물 드 또는이 혼합물 안에 어떤 덫을 놓은 공기를 제거 하는 때까지 볼 수 없는 거품;.
- 금형 복제
- 1 단계에서 날조 실리콘 몰드에 PDMS 혼합물을 부 어 하 고 단계 2.1.2에서 동일한 설정으로 어떤 덫을 놓은 공기를 제거 하는 혼합물을 드. 치료 혼합물에 뜨거운 접시에 2 h 70 ° C에서 열.
- 핫 플레이트에서 치료 PDMS를 제거 하 고 실 온까지 식힙니다. 면도칼의 칼 날로 잘라 실리콘 금형의 가장자리를 따라 PDMS.
- 컷 PDMS의 한 구석에 꼬집어 핀셋의 쌍, 및 실리콘 몰드에서 PDMS 복제를 신중 하 게 껍질;이 보조 형에 결과 미세 패턴은 주 형 (반대 극성은 돌출 그림 2 c).
- PDMS 복제 (같은 단계 1.2)의 Silanization
- 60 W 30에서 산소 플라즈마와 PDMS 몰드를 치료 산소 흐름의 20 sccm으로 s. 과정 1-10 mbar 챔버 압력 설정.
- 장소 진공에서 금형 silane의 50 µ L와 항아리와 적어도 2 헤 대 한 진공 상태 (1-10 mbar) 항아리를 두고
3. PDMS 템플릿 준비
참고:는 장치의 형상을 정의 두 개의 별도 PDMS 템플릿이 사용 되었다 모양 및 최종 디바이스의 크기를 표준화 하 고 두 반쪽에 주요 특징의 맞춤을 쉽게 하기 위해, 투명 한 창 고에서 고 아웃 let 연결의 배치. 첫 번째 PDMS 템플릿 에이즈 장치의 플랫 절반의 제작을 쉽게 하기 위해 두 번째 도움이 동안 장치의 꽃무늬 반 제작.
- 컴퓨터 원조 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용 하 여 서식 파일을 디자인. 그림 3 표시 소자의 패턴화 절반을 조작 하는 데 사용 하는 서식 파일의 크기 및 레이아웃 합니다. 장치의 플랫 하프를 조작 하는 디자인에서 1.5 m m 직경 구멍 제거.
- 가능한 경우 서식 파일에서 외부 공급자 또는 내부 기계적 워크샵을 통해 습득.
참고: 서식 파일 제작의 용이성으로 인해 소재 및 낮은 비용 어떤 표준 워크숍에서 달성로 아크릴 사용. 3D 인쇄와 같은 다른 옵션이 있습니다. - PDMS 고무 및 경화제 10:1 혼합, 서식 파일을 완전히 잠수함 PDMS의 충분 한 금액을 준비 하십시오.
- 철저 하 게 혼합 후, 진공 상태 (1-10 mbar) 약 15 분 또는 (중 나중은) 아무 표시 거품 때까지 진공 항아리에 그것을 두어서 혼합물 드;이 혼합물 안에 어떤 덫을 놓은 공기를 제거 하는 것입니다.
- 까지 그들의 가장 표면 액체 표면 아래 약 1mm 빠져들은 아크릴 서식에 PDMS 혼합물을 붓는 다. 3.4에서 동일한 설정으로 어떤 덫을 놓은 공기를 제거 하려면 다시 PDMS 드 이 혼합물을 치료 하기 위해 수준별된 뜨거운 접시에 2 h 60 ° C에서 열.
- 핫 플레이트에서 치료 PDMS를 제거 하 고 실 온까지 식힙니다. 면도칼의 칼 날로 잘라 아크릴의 가장자리를 따라 PDMS.
- 핀셋의 쌍, 꼬집어 컷 PDMS의 한 모서리와 아크릴 서식 파일에서 PDMS를 신중 하 게 껍질.
참고: 그림 3 b 표시 소자의 패턴화 절반을 조작 하는 데 사용 되는 PDMS 복제본의 크기와 레이아웃. - 준비 두 번째 PDMS 복제 평면 날조를 위한 장치의 절반 단계 3.3 3.7 하지만 1.5 m m 직경 구멍 없이 아크릴 서식 파일을 사용 하 여.
4. 미세 장치 제조
산소 흐름의 20 sccm- 제조 장치 (즉, 장치 레이아웃)의 꽃무늬 절반의
- 치료 산소 플라즈마와 CaF 2 창 60 W 30 s. 다음 제조 동안 노아의 흐름을 개선 하기 위해 이렇게.
참고:이 단계는 필수. - 장소 신중 하 게 첫 번째 PDMS는 템플릿 (1.5 m m 직경 기둥 하나) 평평한 표면, 예를 들어, 소 다 라임 플레이트 ( 그림 4 는). 카페 2 창 PDMS 플러그 위에 중심을 배치 하 고 부드럽게 눌러 창 같은 그것은 플러그 ( 그림 4 b)와 좋은 접촉.
- 걸릴 PDMS 몰드 2 단계에서 만든 (이 경우에, 한 석 영 플레이트, 500 µ m 두께 1.5 cm x 1.5 cm 크기에) 얇은 UV-투명 접시 형, 중앙 챔버 ( 그림 4의 위치와 정렬의 뒷면에 배치 c). 석 영 플레이트 PDMS 몰드 좋은 접촉에 있는지 확인.
참고: 일e 석 영 플레이트 쉽게 CaF 2 창 접촉으로 오는에서 금형의 원하지 않는 영역 방지. - 부드럽게 카페 2 창 중앙에 정렬 하는 유체 챔버와 CaF 2 창으로이 PDMS 몰드 뒤집어를 놓습니다. 모든 요소 (템플릿, 금형 및 창) 좋은 접촉에 있습니다 ( 그림 4 c 4 d) 정렬 되었는지 확인.
- 점차 PDMS 템플릿의 하자에 NOA의 방울을 분배 하 고 천천히 구멍을 작성 하자. 일단 수 지 창의 가장자리 접촉으로 오면, 모 세관 흐름 PDMS 몰드 및 CaF 2 창 ( 그림 4 e-4 층) 사이의 얇은 간격 (~ 10 µ m)을 채울 것입니다.
- 캐비티는 완전히 가득 후, UV 빛 (예를 들어, UV LED 노출 시스템, 그림 4 g)에 노출에 의해에 NOA 치료.
참고: 노출 시간에 따라 다를 수 있습니다 UV 소스의 에너지와 함께. 24 mW/cm 2의 전력 밀도 제공 하는 UV LED 노출 시스템 필요 약 90 100% 파워에 지속적으로 노출 모드 s. - 조심 스럽게 PDMS 몰드의 뒷면에서 얇은 석 영 플레이트를 제거 하 고 부드럽게 NOA 레이어 ( 그림 4 h)의 상단에서 PDMS 몰드를 껍질. 마지막으로, ( 그림 4 나) PDMS 템플릿에서 NOA 레이어 제거.
참고: 치료 NOA에 결과 장치 레이아웃 했 패턴의 동일한 극성 기본 실리콘 몰드에서.
- 치료 산소 플라즈마와 CaF 2 창 60 W 30 s. 다음 제조 동안 노아의 흐름을 개선 하기 위해 이렇게.
- 제조 장치 (즉, 장치 레이아웃 없이)의 평면 절반의
- 60 W 30에서 산소 플라즈마와 CaF 2 창 치료 산소 흐름의 20 sccm으로 s.
참고:이 단계는 필수. - 신중 하 게 평평한 표면, 예를 들어, 소 다 석 회 접시 (1.5 m m 직경 기둥 없이 하나) 두 번째 PDMS 서식 장소. 카페 2 창 PDMS 플러그 위에 중심을 배치 하 고 부드럽게 눌러 창 같은 그것은 플러그와 좋은 접촉.
- 는 PDMS 서식 파일의 가운데에 맞춰집니다 PDMS 시트와 함께 카페 2 창 위에 5 cm x 3.5 c m 크기 1 m m 두께 PDMS 시트를 놓습니다. PDMS 시트 창 좋은 접촉에 있는지 확인.
- 점차 PDMS 템플릿의 하자에 NOA의 방울을 분배 하 고 천천히 구멍 채우기.
- 캐비티는 완전히 가득 후, UV 빛 (예를 들어, UV LED 노출 시스템)에 노출에 의해에 NOA 치료.
참고: 노출 시간에 따라 다를 수 있습니다 자외선 에너지 소스와 함께. UV LED 노출 시스템 24 mW/cm 2의 전력 밀도 제공 합니다,이 필요 합니다 약 50에서 100% 전력 및 지속적인 노출 모드 s. - 껍질 NOA 레이어 위에서 PDMS 시트 및 PDMS 템플릿에서 치료 NOA 레이어를 조심 스럽게 제거.
- 60 W 30에서 산소 플라즈마와 CaF 2 창 치료 산소 흐름의 20 sccm으로 s.
- 소자의 두 반쪽의 결합
- 양쪽 카페 2 창 정렬 되도록 소자의 두 반쪽을 맞춥니다. 부드럽게 손가락 눌러서 NOA 레이어의 모서리에 모두 반쪽 두 반쪽의 위치는 고정 되도록.
- 는 8 m m 직경 구멍을 뚫는 ( 그림 5 는)를 사용 하 여 1 m m 두께 PDMS 시트에서 두 개의 원형 디스크 컷.
- 1 m m 두께 PDMS 시트에서 장치 (4 cm x 2.5 cm)의 같은 크기와 두 개의 사각형을 잘라. 모두 PDMS 사각형에 해당 하는 채널은에-하자/아웃-let 장치의 채용 컷.
참고: PDMS 사각형에 미리 잘라 구멍 누르는 동안 붕괴에서 채널을 방지 하기 위해 의미 된다. - 스택 다음에서 순서는 아래에서: 한 PDMS 사각형 미리 잘라 구멍, (밑 창, 단계 4.3.2에서에서 잘라), 접촉 한 PDMS 디스크 장치, (상위 창에 앉아), 두 번째 PDMS 디스크의 2 개 손가락 누르면 반 그리고 마지막으로 미리 잘라 구멍 ( 그림 5 b) 두 번째 PDMS 사각형.
- 는 2 접시 사이 끼여 진공 프레스 설치 프로그램에서이 어셈블리를 배치 하 고 밀봉 비닐 그림 5 (c). 진공 펌프를 켜고 어셈블리를 철수. 진공 펌프의 기본 압력에 도달 하거나 적어도 10 분에 대 한 진공을 적용 하자
참고: 기본 압력 달성 사용 되는 진공 펌프와 비닐 봉지 씰링의 품질에 따라 달라 집니다. - 270 W 15 분 회전 진공 펌프 및 어셈블리는 어셈블리에서 최종 장치를 제거 하기 전에 대기 압력을 천천히 환기 하자에서 광대역 Hg 가스 램프와 UV 대피 어셈블리 노출.
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Representative Results
그림 6 새로운 카페2 창, 장치, 및 완전 한 장치의 패턴화 절반의 투과율 스펙트럼을 선물 한다. 모든 3 개의 스펙트럼 전시 중간 적외선 투과율 80% 보다 큰과 우수한 투명성. 전체 장치 (그림에서 노란 곡선)의 스펙트럼에서 보이는 간섭 패턴은 두 개의 창 사이 9-10 µ m의 범위에 어 갭에 의해 발생 합니다. 이러한 스펙트럼을 여기에 제시 된 제조 방법은 중간 적외선 범위에서 카페2 의 투명도 변경 하지 않습니다 보여줍니다.
그림 7 한 예가 나와 좋은 복제의 미세 레이아웃을 가진 PDMS 보조 형의 노아에 있습니다. 그것은 부분적으로 자외선 치료 후 카페2 창 위에 구조 잘 NOA 레이어 PDMS 몰드에서의 깨끗 한 박 리로 인해 형성 된다. 아니 NOA 형 또는 형 돌출 접촉 창 표면에 남아 있어야 한다. 금형에 붙어 어떤 NOA NOA 구조 최종 장치의 흐름 실험 동안 누수 될 창에 누락으로 변환 합니다. 또한, 두 반쪽의 좋은 씰링을 달성 하기 위해 NOA 여전히 해야 합니다 볼품 절반 층의 자외선 노출 후. NOA는 볼품 없는 경우-치료. 노출 복용량 이러한 결과 달성 하기 위해 최적화 되어야 합니다.
그림 7 대신, b 실패 복제 NOA 카페2 창에 패턴은 제대로 정의 되지 않은 보여 줍니다. 부족 한 UV 노출 복용량, 즉에 의해 대부분 발생은 노아의의 밑에 치료. 이러한 경우, NOA은 여전히 다소 젖은 PDMS 몰드에 붙어 그것을 일으키는. 그러나, 만약 NOA는 여전히 PDMS 몰드를 스틱 올바른 노출 복용량 주어진에 불구,이 실 란 코팅 (즉, 방지 스틱 레이어)의 현상이 될 수 있는 시간이 지남에 저하. PDMS는 소프트 형, 그것 만큼 실리콘 주 형으로 지속 되지 않습니다. 그것은 다양 한 사용 후 교체 해야 합니다.
그림 1: 플라스틱 미세 소자의 제조 공정: (a-e) 제조 과정의 회로도 (f)는 실제 장치의 그림 및 그것의 횡단면의 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 포토 마스크, 실리콘 주 형 및 PDMS 보조 금형 실리콘 몰드에서 복제의 개요: (한) 포토 마스크와 밝은 필드 극성 (맨 왼쪽); 구성 된 (오른쪽) 포토 마스크의 패턴의 레이아웃: 2 참조 5.5 m m x 0.75 m m 크기 (4)와 챔버, 5 m m x 2.5 m m 크기 (중앙 챔버에 하자와-2 m m 직경 (1과 2)와 300 µ m 폭 (3) 채널, 그들 사이 3 ㎝의 거리 5), 회절 격자 시각적 가이드 라인 10 µ m 폭 및 20 µ m 간격 (6); 확대/축소에 누워 아웃 회절 격자 (왼쪽 아래)를 보여주는 중앙 챔버. (b) 수-8 포토 레지스트에 정의 된 패턴을 실리콘 주 형의 그림. 주 형에 대해 (c) 그림 반전 가진 PDMS 보조 형의 극성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 장치 제작을 쉽게 하기 위해 템플릿 도구 준비: (한) 아크릴 템플릿: 실제 템플릿 (위)와 그것의 도식 횡단면 보기 (아래). 아크릴 서식 파일의 (b) PDMS 복제: 실제 복제 (위)와 그것의 도식 횡단면 보기 (아래). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 소자의 패턴화 절반의 제조에 대 한 흐름을 처리: 평평한 표면에 (는) 장소는 PDMS 템플릿. 여기, 우리는 소 다 라임 유리를 사용합니다. (b) 카페2 배치 PDMS 플러그 위에 중심. (c d) PDMS 몰드는 배치 얼굴 아래로 카페2 쪽으로 윈도우의 중앙에 정렬 하는 유체 챔버. 모든 요소가 좋은 접촉에 있는 정렬 되었는지 확인. (e-f) 에 게 천천히 구멍을 채울 수 있도록 하는 것을 통해 NOA의 주조. (g) NOA은 UV 빛에 노출에 의해 치료 된다. 노출 복용량 사용 UV 근원의 에너지에 따라 달라질 수 있습니다. (h) PDMS 몰드 및 템플릿을 치유 NOA 해제 신중 하 게 껍질. (나) 완료 장치 계층 NOA에서 미세 구조. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 완전 한 장치를 장치의 두 반쪽을 누르기를 위해 진공 프레스 설치: (한) PDMS 원형 디스크 (직경 8 m m) 고 미리 잘라 구멍과 PDMS 사각형 (4 x 2.5 cm). 둘 다 1 m m 두께 PDMS 시트에서 잘립니다. (b) 누르기 전에 레이어 스택의 개요. (c) 진공 프레스의 개요. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6 : 중순-적외선 t 맨 손으로 카페의 ransmittance 스펙트럼 2 창 (빨강), a 소자의 절반을 패턴화 (파랑), 그리고 완전 한 장치 (노란색). 모든 3 개의 스펙트럼 전시 중간 적외선 투과율 80 보다 큰과 우수한 투명성% 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: 소자의 패턴: (한) 노아에 잘 형성 된 미세 구조의 예. 어두운 영역 창에 중앙 약 실, 2 개의 참조 챔버, 및 채널 명확 하 게 보여주는 잘 정의 된 구조를 보여 줍니다. (b) undercuring 때문에 NOA에서 가난 하 게 형성 된 미세 구조의 예. 빨간색 화살표로 표시 된 대로 노아의 리플로우가 있다. 기준 챔버 중 하나는 또한 (녹색 화살표)이 없습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8 : 외부 유체 회로 조작된 장치를 연결 하는 미세 지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 소자의 패턴화 절반의 제조 동안 배치의 PDMS 몰드: 카페2 창에서 PDMS 몰드의 (한) 좋은 예제 배치. 창은 중앙 챔버, 두 참조 챔버, 및 채널 (어두운 영역으로 표시) 명확 하 게 보여주는 PDMS 몰드에만 돌출 접촉입니다. 회절 격자 장치 주변과 중앙 챔버의 중앙에는 PDMS 몰드의 배치 중 비주얼 가이드에 대 한 의미가 있다. (b) 카페2 창에서 PDMS 몰드의 나쁜 배치의 예. 어두운 영역 빨간색 화살표에 표시 된 대로 창, 접촉 하는 금형의 원치 않는 지역 이다 또한 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
우리에 주 회로에서 분리 센터, 2 개의 작은 사각형 챔버 (5.5 m m x 0.75 m m 크기)에서 큰 사각형 챔버 (5 m m x 2.5 m m 크기)와 미세 패턴에 대 한 간단한 레이아웃을 사용 하는 평가 하 고 제조 프로토콜 최적화는 상단 및 하단 측면, 그리고 300 µ m 다양 한에서-하자/아웃-let 채널. 중앙 챔버는 시드에 사용 되 고 이전 게시13에서 설명한 대로 참조 챔버로 셀, FTIR 동안 공기 배경 측정 하 두 개의 분리 된 작은 챔버는 사용의 관찰 실험. 에 게 고 하자 밖 외부 유체 시스템에 중앙 챔버를 연결.
여기, 템플릿 도구 (프로토콜 3 단계 참조) 제작 과정을 쉽게 하기 위해 소개 된다. 이전에, 지속적으로 카페2 windows 장치의 두 반쪽을 정렬 하는 경우 문제를 발생 하는 최종 장치의 중심에 정확 하 게 배치 하기 어려운 했다. 서식 파일의 사용 창 배치에 대 한 시각적 가이드를 제공 하 고 그 위치는 항상 비슷한 보장. 이러한 서식 파일에 대 한 기하학적 요구는 매우 엄격한, 표준 및 저렴 한 생산 기술은 사용할 수 있습니다. 이 경우에, 우리 그들 워크샵에서 가공을 통해 아크릴 플라스틱으로 만들었지만 3D 인쇄는 동등 하 게 실용적이 고 저렴 한 대신.
아크릴 서식 파일의 디자인은 그들이 기능을 다음그림 3(a): 두 번째 구멍; 없이 (a) 하나의 서식 파일은 각 측면에 두 개의 작은 구멍 설계 구멍은 크기가 1.5 m m 직경 및 깊이, (b) 모두 템플릿 센터에 있는 원형 구멍 직경 8 mm와 500 µ m 깊이 있고 (c) 두 템플릿 크기, 모양, 및 절반 장치;의 두께 정의 하는 사각형 돌출 1.5 m m 사각형 4 c m x 2.5 c m 길이/너비 및 두께에서 1.5 m m 이다.
아크릴 템플릿에서 복제 결과 PDMS 템플릿 반대 극성 (그림 3b) 있을 것 이다: (a) 하나의 템플릿을 해야한다 두 기둥 직경 1.5 m m와 1.5 m m 높이 각 측면에 형성에서 시켰다 고 밖의 NOA 주조; 후 소자의 절반을 패턴화 두 번째 템플릿은 기둥 없이 될 것입니다, (b) 두 템플릿 모두에 있는 500 µ m 키 큰 기둥을 완화 센터 카페2 창의; 배치 이 기능은 "PDMS 플러그"로 참조 됩니다 및 (c) 두 서식 파일은 최종 모양 및 소자의 각 절반의 크기를 정의 하는 캐비티와: 사각형이 경우 4 c m x 2.5 c m 크기와 1.5 m m 두께와 모양.
더 편하게 하기 위해 제조 공정, 회절 격자는 기본 실리콘 몰드에 대 한 포토 마스크의 디자인에 통합 했다. 실리콘 곰 팡이의 PDMS 복제본에서 얕은 돌출 (10 µ m 높이)은 PDMS의 광학 투명도 때문 볼 수 어렵습니다. 그러나, 얕은 돌출 20 µ m 간격으로 10 µ m 넓은 라인의 격자에 정렬 하는 경우를 쉽게 볼 수 간섭 패턴16생성. 이 간섭 패턴 PDMS 몰드에 미세 레이아웃의 위치를 정의 하는 시각적 가이드로 이용 되었다. 금형의 디자인 장치의 전체 형상을 정의 하는 격자의 만든 프레임을 채택 하고있다. 다른 격자 더 쉽게 CaF2 창 정렬 있도록 미세 레이아웃의 중앙 방 한가운데에 추가 되었습니다. 중앙 약 실에 있는 격자는에서 복제 되지 않을 최종 장치는 중앙 약 실의 가장자리에 연결 되지 않은 짧은 충 치의 일련의 구성으로 지적 가치가 있다. 따라서, 흐르는 NOA 것 수 없습니다 이러한 충 치에 액세스할 수 없습니다. 없습니다
세포 주입 및 중간 교환에 대 한 모든 장치 필요 그것의 하자에와 밖으로 씰링 하기 전에 수동으로 펀치. 이 구멍의 위치 재현할 수 없는 결과. 이 연결 구멍 중 하나에서 작은 금속 핀 접착 및 폐기물 수집으로 다른 쪽 끝에 플라스틱 저수지를 연결 하 여 달성 되었다 각 장치의 동작을 제한 하지 않았다. 따라서, 구멍의 위치를 변화 아니다 좀 더 복잡 한 제작 계획 비용을 제외 하 고 관심사의. 모든 장치, 고정된에-하자/아웃-let 위치와 주문 품 유체 지 그의 테스트와 최종 사용을 표준화 하 고 단순화 도입된 ( 그림 8참조), 제거 핀과 저수지를 연결 하는 필요 합니다. 따라서, 일관성 없는 위치에서-하자/아웃-let 구멍 여기 문제를 제시 것. 통합 하 여 조작 아크릴 서식 파일 (3 단계 프로토콜), PDMS 몰드에 기둥 될 두 개의 1.5 m m 직경 구멍, 수동으로 미세 채널의 끝에 구멍을 펀치 필요가 제거 됩니다. 그들의 위치를 고정 하는 또한, 모든 장치에 대해 동일 하 고.
같은 장치에서 누출의 부재를 확인할 수 있는 절차 fluorescein 드 이온된 수에의 한 솔루션 장치를 먹이로13 즉, 다른 곳에서 논의.
프로토콜의 중요 한 단계
소자의 패턴화 절반의 제조, 동안 카페2 창 위에 PDMS 몰드의 배치는 밖으로 신중 하 게 실행 되어야 한다. 창 문의 수는 금형에 유일한 구조는 10 µ m 높은 돌출입니다. 때마다 원치 않는 접촉 지역, 금형 배치 단계를 다시 실행 한다. 을 설명 하기 위해 그림 9는 금형의 주의 깊은 배치에 보여줍니다 창, 그림 9b 형의 원치 않는 지역 창 접촉은 가난한 배치의 예를 보여 줍니다. 그림 9 b 창에서 누락 된 NOA 구조 귀 착될 것 이다. 로 쉽게 CaF2 창 접촉으로 오는에서 금형의 원하지 않는 영역 방지 프로토콜 (단계 4.1.3, 그림 2c)에 언급 된 작은 석 영 플레이트 형 배치를 수 있습니다. 그렇게 그들은 충분히 가벼운 무게와 UV17,18에 투명 한 석 영 플레이트 및 PDMS 몰드 얇은 있습니다.
반 층에 대 한 정확한 UV 노출 복용량을 찾는 중요 한 제조 공정에 대 한 이기도 합니다. NOA는 부족 한 복용량 노출은, 구조체의 정의의 손실을 일으키는 원인이 되 고 아마도 카페2 표면에 넘쳐, 필 링 중 uncured NOA 리플로우되지 것입니다. 다른 손에서 너무 오버 볼품 없는 상태에 선회 NOA NOA의 치료에 노출 복용량 결과의 높은. 두 반쪽의 후속 결합 패턴된 절반 층에 비-볼품 NOA 평면 절반 층에 카페2 창에 접착 하지 것 때문에 겪을 것입니다. 이상적으로, 정확한 복용량 짧은 노출 해야NOA 볼품 없는 상태로 유지 하면서 구조를 안정적으로 복제를 허용 하는 복용량 정확한 노출 복용량을 결정, 게다가 두 반쪽의 결합 할 수 최대한 빨리 30 분 이내으로 NOA의 끈 적 거 림 그것은 결합에 대 한 가능한 더 이상 때까지 점차적으로 감소.
참고로 다른 포인트는 접합을 위한 진공 프레스 시스템을 사용 하는 경우. 준수 레이어 (즉, 얇은 PDMS 시트 장치를 끼우기) 장치에서 상대적으로 균일 한 두께 균일 압력 분포에 대 한 있어야 합니다. 이 목적을 위해 정의 된 스페이서 두께 맞춤 아크릴 지 그 같은 PDMS 시트를 사용 되었다. 준수 시트 소개 특히 취 성 카페2 창에 로컬 압력을 피하기 위해 깨끗 해야 합니다.
기존의 방법에 비해 방법의 이점
우리의 제조 접근 플라스틱 장치 호환 FTIR 측정의 생산을 설명 했다. 마이크로 제조 기술을 제어할 수 좋은 기능 차원, 달성 제어할 미세 채널의 높이 이므로 어떤 다른 제조 방법 (예를 들어, 얻어질 수 있다 보다 훨씬 더 정확한 플라스틱 스페이서)입니다.
이 프로토콜의 중요 한 이점은 이다 UV-Vi-IR 투명 한 뷰-포트; 플라스틱 장치에 결과 FTIR에 대 한 모든 이전 시연된 미세 장치는 큰 적외선 투명 기판, 리소 그래피 단계 각 장치10,,1112에 대 한 요구의 위에 생성 했다. 현재 접근에만 생산 시 몰드의 리소 그래피 필요 하므로 비용과 제조의 복잡성 감소 된다.
마지막으로, UV 경화를 사용 하 여 플라스틱 본체 접착 또는 플라스틱 바디에는 연결을 연결 하거나 더 빠른에 대 한 유체 지 그를 사용 하 여 장치 외부 액체 전달 시스템에의 연결 용이 (이 데모에서는 NOA73) 수 지 장치 생산 또는 사용입니다.
방법의 미래 응용 프로그램
가능한 개선 탐구 될 수 있는 개발의 두 가장 즉각적이 고 중요 한 있습니다. 첫째, 볼-포트의 광대역 광학 투명도와 같은 플랫폼에 고해상도 형광 현미경 FTIR의 커플링을 나왔다. 이 높은 숫자 조리개와 높은 확대 목표 작동 거리의 요구 사항을 준수 하기 위해 카페2 창 중 하나에의 두께 줄여 쉽게 추구 될 수 있다. 둘째,이 제조 체계 더 복잡 한 유체 레이아웃에 대 한 수 있습니다. 형상을 정의 창 아래 열린 구멍으로 여러 관측 실 및 믹서 등 종류로, 그들을 연결 하는 기능 요소를 구현할 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자는 기꺼이 MBI 재정 지원을 인정 한다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemical | |||
| Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane 97% | Sigma Aldrich | 448931-10G | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Polydimethylsiloxane or in short, PDMS | |
| Norland Optical Adhesive 73 | Norland Products Inc. | 7304 | |
| SU8 3010 photoresist | MicroChem | Y311060 | |
| SU8 developer | MicroChem | Y020100 | |
| Material | |||
| Silicon wafer, 4 inch, prime grade | Bonda Technology Pte Ltd | ||
| CaF2 IR-grade windows | Crystran, UK | CAFP10-1 | 10 mm diameter, 1 mm thickness |
| Acrylic templates | Custom made | ||
| Equipment | |||
| UV-KUB 2 (UV LED exposure system) | KLOE | Emission spectrum 365nm ± 5nm | |
| Newport UV lamp | Newport | Model 66902 | 50-500 Watt Hg arc lamp |
| CEE Spin coater | Brewer Science | Model 200x | |
| MJB4 mask aligner | SUSS MicroTec | ||
| Precision digital hot plate | Harry Gestigkeit GmbH | 2860SR | |
| Plasma Surface Technology | Diener Electronic GmbH + Co. KG | For O2 plasma treatment | |
| IDP-3 Dry Scroll Vacuum Pump | Agilent Technologies | ultimate pressure 3.3 x 10-1 mbar | |
| Bruker IFS 66v/s FTIR Spectrometer | Bruker |
References
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