تصميم وتطوير محول محاذاة قناع مجهر مطبوع ثلاثي الأبعاد لتصنيع أجهزة Microfluidic متعددة الطبقات

Celine  R. Garcia; Zhenya Ding; Hilario  C. Garza; Wei Li

doi:10.3791/61877

Method Article

تصميم وتطوير محول محاذاة قناع مجهر مطبوع ثلاثي الأبعاد لتصنيع أجهزة Microfluidic متعددة الطبقات

DOI:

10.3791/61877

⸱

January 25th, 2021

Celine R. Garcia*¹ , Zhenya Ding*¹ , Hilario C. Garza¹ , Wei Li¹

¹Department of Chemical Engineering, Texas Tech University

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يسمح هذا المشروع للمختبرات الصغيرة بتطوير منصة سهلة الاستخدام لتصنيع أجهزة دقيقة متعددة الطبقات ذات طبقات دقيقة. تتكون المنصة من محول محاذاة قناع مجهر مطبوع ثلاثي الأبعاد باستخدام أجهزة microfluidic متعددة الطبقات مع أخطاء محاذاة <10 ميكرومتر.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يهدف هذا المشروع إلى تطوير منصة سهلة الاستخدام وفعالة من حيث التكلفة لتصنيع أجهزة دقيقة متعددة الطبقات ذات طبقات دقيقة ، والتي لا يمكن تحقيقها عادة إلا باستخدام معدات مكلفة في أجواء غرفة نظيفة. الجزء الرئيسي من المنصة هو محول محاذاة قناع المجهر المطبوع ثلاثي الأبعاد (MMAA) المتوافق مع المجاهر البصرية العادية وأنظمة التعرض للأشعة فوق البنفسجية (UV). وقد تم تبسيط العملية الشاملة لإنشاء الجهاز إلى حد كبير بسبب العمل المنجز لتحسين تصميم الجهاز. وتنطوي العملية على إيجاد الأبعاد المناسبة للمعدات المتاحة في المختبر وطباعة 3D MMAA مع المواصفات الأمثل. تظهر النتائج التجريبية أن MMAA الأمثل المصممة والمصنعة من قبل الطباعة ثلاثية الأبعاد تؤدي بشكل جيد مع المجهر المشترك ونظام التعرض للضوء. باستخدام قالب رئيسي أعده MMAA المطبوع ثلاثي الأبعاد ، تحتوي الأجهزة الدقيقة الناتجة ذات الهياكل متعددة الطبقات على أخطاء محاذاة تبلغ 10 ميكرومترات < ، وهو ما يكفي للرقائق الدقيقة الشائعة. على الرغم من أن الخطأ البشري من خلال نقل الجهاز إلى نظام التعرض للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يسبب أخطاء أكبر في التصنيع ، فإن الحد الأدنى من الأخطاء التي تحققت في هذه الدراسة يمكن تحقيقها مع الممارسة والرعاية. وعلاوة على ذلك، يمكن تخصيص MMAA لتناسب أي المجهر والأشعة فوق البنفسجية نظام التعرض عن طريق إجراء تغييرات على ملف النمذجة في نظام الطباعة 3D. ويوفر هذا المشروع للمختبرات الصغيرة أداة بحثية مفيدة لأنه لا يتطلب سوى استخدام معدات متاحة بالفعل عادة للمختبرات التي تنتج وتستخدم أجهزة ميكروفلويد. يحدد البروتوكول التفصيلي التالي عملية التصميم والطباعة ثلاثية الأبعاد ل MMAA. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الخطوات لشراء قالب رئيسي متعدد الطبقات باستخدام MMAA وإنتاج رقائق متعددة (dimethylsiloxane) (PDMS) microfluidic هو أيضا وصف هنا.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مجال متطور وواعد في البحوث الهندسية هو التصنيع الدقيق بسبب المساحة الشاسعة من التطبيقات التي تستخدم منصات microfluidic. التصنيع الدقيق هو عملية حيث يتم إنتاج الهياكل مع ميزات μm- أو أصغر الحجم باستخدام مركبات كيميائية مختلفة. كما تطورت البحوث microfluidic على مدى السنوات ال 30 الماضية، أصبحت الطباعة الحجرية الناعمة تقنية التصنيع الدقيق الأكثر شعبية التي لإنتاج رقائق مصنوعة من البولي (ثنائي ميثيلسيل أوكسان) (PDMS) أو مواد مماثلة. وقد استخدمت هذه الرقائق على نطاق واسع لتصغير الممارسات المختبرية الشائعة¹،²^،³^،⁴ وأصبحت أدوات بحثية قوية....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تصميم مجلس العمل المتحد

الحصول على أبعاد علبة نظام انبعاث الأشعة فوق البنفسجية المتاحة لتكون الحد الأعلى لأبعاد حامل رقاقة (أو وحدة التعرض للأشعة فوق البنفسجية) هو مبين في الشكل 1. كما هو مبين في الشكل 2A، قياس قطر (د) من الحافة الدائرية الداخلية ، والارتفاع الداخلي (ح) من علبة نظام انبعاثات الأشعة فوق البنفسجية ، والعرض الإجمالي (ث) ، وطول (ل) من الدرج.
ملاحظة: على سبيل المثال، كان لنظام التعرض للأشعة فوق البنفسجية المتوفر أبعاد صينية داخلية مقاس 5 بوصات (") × 5 بوصات × 0.25 بوصة مع قطع دائري مقاس 4 بوصات. ثم تم تصميم أبعاد MMAA لتكون أكبر من أبعاد الدرج الداخلي لتناسب بشكل صحيح والجلوس شقة د....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

من خلال التحسين واستخدام MMAA (الشكل 1) ، تم تلفيق قوالب رئيسية متعددة الطبقات مع الحد الأدنى من خطأ المحاذاة. تم تصنيع MMAA النهائي باستخدام تصنيع خيوط تنصهر (FFF) عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد(الشكل 2). تمنح عملية FFF دقة متزايدة لأبعاد الجهاز المطلوبة. يتكون MMAA من قطعتين رئيسيتين(الشكل 3):القطعة الأساسية والساكن المخصص. تتكون القطعة الأساسية من وحدة التعرض للأشعة فوق البنفسجية ، والتي تعمل كحامل رقاقة. تسمح وحدة التعرض للأشعة فو.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يحدد البروتوكول المذكور أعلاه الإجراء الخاص بطباعة 3D ل MMAA واستخدام النظام لإنشاء قالب رئيسي دقيق ومتعدد الطبقات وميكروفلويديك للجهاز. على الرغم من أن الجهاز سهل الاستخدام ، إلا أن هناك خطوات حاسمة داخل البروتوكول تتطلب الممارسة والرعاية لضمان المحاذاة المناسبة لطبقات العفن الرئيسية. الخطوة الحاسمة الأولى هي تصميم MMAA. من الضروري عند تصميم MMAA لتحديد القياسات الدقيقة للجهاز التي من شأنها أن تسمح لتناسب السليم داخل نظام التعرض للأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن يسبب اختلال الجهاز التعرض للضوء فوق البنفسجي غير المستوي ، وال.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويود المؤلفون أن يعترفوا بمركز التجارب الجامعية التحويلية من جامعة تكساس للتكنولوجيا لتوفيره التمويل لهذا المشروع. كما يود المؤلفون الاعتراف بدعم قسم الهندسة الكيميائية في جامعة تكساس للتكنولوجيا.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) ، خيوط			مقدمة من منشأة الطباعة ثلاثية الأبعاد بجامعة تكساس للتكنولوجيا
BX53 ، المجهر المستقيم	أوليمبوس
Form 2 ، طابعة الطباعة الحجرية المجسمة ثلاثية الأبعاد	Formlabs
آلة تحريك اللوحة الساخنة المتقدمة	VWR	97042-642
كحول الأيزوبرويل ، 70٪ (حجم / حجم)	VWR	BDH7999-4
شاربي			باللون الفاتح
، 3 مم × 3 مم	WOTOY		ASIN #: B075PLVW8W
SYLGARD 184 مجموعة مطاط سيليكون	DOW	4019862
طبق بتري ، 150 مم × 15 مم	VWR	25384-326
أقنعة ضوئية مطبوعة	CAD / Art Services، Inc.
جاك دعم الألومنيوم - 8 "× 8" ، رافعة مقصية	VWR	12620-904
رقاقة جامعة	السيليكون	452
هيدروكسيد الصوديوم	VWR
حمام صوتنة	برانسون	CPX3800H
سبين كوتر	لوريل تكنولوجيز كوربوريشن	موديل WS-650MZ-23NPPB
STRATASYS SR-30	MakerBot Industries، LLC	SR-30	مواد دعم قابلة للذوبان للطباعة ثلاثية الأبعاد
Stratasys uPrint SE 3D Printer	Computer Aided Technology ، LLC
SU-8 50	Kayaku	Y131269 0500L1GL
SU-8 100	Kayaku	Y131273 0500L1GL
SU-8 Developer	Kayaku	Y020100 4000L1PE
سوبر الغراء	الغوريلا الغراء
ثلاثي الكلورو (1H< / em>،1H< / em>،2H< / em>،2H< / em>-perfluorooctyl) silane	Sigma-Aldrich	448931-10G
الشريط	سكوتش
شكل علاج ، غرفة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية	Formlabs	FH-CU-01
UV-KUB2 ، صندوق التعرض للأشعة فوق البنفسجية	Kloe	الأشعة فوق البنفسجية KUB2

الطباعة ثلاثية الأبعاد مغناطيس

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Betancourt, T., Brannon-Peppas, L. Micro- and nanofabrication methods in nanotechnological medical and pharmaceutical devices. International Journal of Nanomedicine. 1 (4), 483-495 (2006).
Wheeler, A. R., et al. Microfluidic device for singl....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

تصميم وتطوير محول محاذاة قناع مجهر مطبوع ثلاثي الأبعاد لتصنيع أجهزة Microfluidic متعددة الطبقات

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles