متعدد خطوة الطباعة التصويرية متغير الطول لمحكم بصمام متعدد الأجهزة ميكروفلويديك

الهدف العام لبروتوكول الفيديو هذا هو إظهار الطباعة الحجرية الضوئية الكاملة متعددة الخطوات للقوالب الرئيسية للموائع الدقيقة مع صمامات على الرقاقة وميزات ارتفاع متعددة قابلة للضبط لأي تطبيق. هذه الطريقة هي نظرة عامة كاملة على كيفية تصنيع القوالب الرئيسية ذات الأشكال الهندسية المعقدة ، بما في ذلك الصمامات الغشائية الموجودة على الرقاقة ، لأجهزة الموائع الدقيقة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تجعل من الممكن التحكم بسهولة في التدفق في أجهزة الموائع الدقيقة ، والتغلب على حاجز رئيسي أمام الدخول إلى الموائع الدقيقة في التطبيقات البيولوجية.

العرض المرئي لهذه التقنية أمرا بالغ الأهمية ، حيث يصعب على المبتدئين إتقان خطوات الطباعة الحجرية الضوئية. تعتمد المحاذاة والتطوير والتعرض الصحيح على الإشارات المرئية وتجربة الغرفة النظيفة. للبدء ، صمم جهازك وقم بإعداد أقنعة الصور الفردية للأشكال الهندسية متعددة الطبقات.

بالإضافة إلى ذلك ، قم بإعداد حوالي أربع رقائق بطبقة خمسة ميكرون من SU-8 2050 المقاومة للضوء السلبية ، وتعرض الفيضانات كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب. ضع الرقاقة المطلية على مغطي الدوران ، وقم بتشغيل المكنسة الكهربائية لتثبيتها على ظرف الدوران. استخدم النيتروجين أو الهواء المضغوط لتفجير أي غبار من السطح.

بعد ذلك ، ضع ملليلترتين إلى ثلاثة ملليلترات من مقاومة الضوء الإيجابية AZ 50XT على مركز الرقاقة. قم بتدوير المقاومة للضوء لإنشاء طبقة 55 ميكرون. بمجرد تغطيتها ، ضع الرقاقة بعناية في طبق بتري بحجم خمسة بوصات ، واتركها ترتفع لمدة 20 دقيقة.

بعد ذلك ، اخبزي الرقاقة على لوح تسخين لمدة 22 دقيقة مع زيادة درجة الحرارة من 65 درجة مئوية إلى 112 درجة مئوية بمعدل 450 درجة مئوية في الساعة. ثم قم بإزالة الرقاقة واتركها ترتاح طوال الليل في درجة حرارة الغرفة في طبق بتري للترطيب المحيط. قم بلصق قناع الشفافية المستدير المتدفق على اللوحة الزجاجية مقاس خمس بوصات بحيث يكون جانب الطباعة أقرب إلى الرقاقة ، وقم بتحميله في محدد موضع القناع الخاص بمصفف قناع الأشعة فوق البنفسجية.

تعرض الرهان إلى 930 مللي جول من الأشعة فوق البنفسجية في ست دورات. قم بتطوير الرقاقة على الفور عن طريق غمرها في حمام مقلوب للمطور لمدة ثلاث إلى خمس دقائق ، أو حتى يتحول لون الحمام إلى اللون الأرجواني وتظهر الميزات. بمجرد تطويرها ، قم بإزالة الرقاقة واشطفها جيدا بالماء منزوع الأيونات.

ثم ، اخبز الرقاقة لتذوب وميزات الصمام المستديرة. رفع درجة الحرارة من 65 إلى 190 درجة مئوية على مدار 15 ساعة بمعدل 10 درجات مئوية في الساعة. بمجرد الانتهاء ، قم بإيقاف تشغيل لوح التسخين واترك الرقاقة تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

الميزات الموجودة على الرقاقة مستديرة الآن. يعد هذا الخبز الصلب أمرا بالغ الأهمية لإعادة تدفق ميزات الصمام المستطيل بشكل صحيح إلى ملامح صمامات مستديرة. قد تؤدي الأوقات الأقصر إلى التشقق أو عدم الاستقرار.

من أجل تصنيع جهاز بميزات ارتفاع متغيرة ، ضع الرقاقة التي تم تنظيفها على آلة طلاء الدوران كما هو موضح سابقا. ضع ملليلترا إلى ملليلترين من مقاومة الضوء السلبية SU-8 2050 على مركز الرقاقة ، وقم بتدوير مقاومة الضوء فوق ميزات الصمام المطورة. بعد ذلك ، ضع الرقاقة المغزولة بحذر في طبق بتري بحجم خمسة بوصات ، واتركها تسترخي لمدة 20 دقيقة على سطح مستو ، أو حتى تتلاشى أي أنماط خطوط.

بعد ذلك ، قم بتسخين لوحين تسخين مسبقا إلى 65 درجة مئوية و 95 درجة مئوية ، ثم ضع الرقاقة على لوح 65 درجة مئوية لمدة دقيقتين ، واللوح 95 درجة مئوية لمدة ثماني دقائق ، والطبق 65 درجة مئوية لمدة دقيقتين إضافيتين لخبز الرقاقة ناعمة. بمجرد أن تبرد الرقاقة مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة ، قم بلصق قناع الشفافية المنخفضة على لوح زجاجي كوارتز مقاس خمسة بوصات بحيث يكون جانب الطباعة أقرب إلى الرقاقة ، وقم بتحميله في محدد موضع القناع الخاص بمصفف قناع الأشعة فوق البنفسجية. بعد ذلك ، ضع الرقاقة في ظرف محاذاة قناع الأشعة فوق البنفسجية ، وباستخدام عدسة المجهر أو الكاميرا ، قم بمحاذاة ميزات الطبقة المنخفضة الجديدة للتدفق بعناية مع ميزات طبقة الصمام المستدير المتدفق.

ابدأ بمحاذاة المحاور الأفقية والرأسية والإمالة لحدود الجهاز مع ميزات حدود الجهاز على القناع. بعد ذلك ، قم بمحاذاة ميزات الشعيرات المتصالبة بين الطبقات. أخيرا ، تأكد من أن ميزات الصمام تتقاطع مع ميزات التدفق المنخفض عند الرغبة.

بعد ذلك ، قم بتعريض الرقاقة لترسيب 170 مللي جول للأشعة فوق البنفسجية. عند الانتهاء ، قم بإزالة الرقاقة واخبزها بعد التعرض عن طريق التبديل بين لوحين التسخين المضبطين على 65 درجة مئوية و 95 درجة مئوية. بدون تطوير الرقاقة ، اتركها لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة ، ثم أضف بالتتابع طبقة التدفق العالية ثم طبقة عظم متعرجة الخلاط الفوضوي باستخدام SU-8 2025 كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب.

بعد اكتمال جميع الطبقات ، قم بتطوير الميزات عن طريق غمر الرقاقة في حمام مقلوب يحتوي على 25 مل من مطور SU-8 لمدة 3.5 دقيقة ، أو حتى تظهر الميزات بوضوح. استخدم مجسما للتحقق من أن الميزات لها حدود ميزات واضحة ومحددة. أثناء التطوير ، تأكد من التحقق كل 20 ثانية لمعرفة أن الميزات أصبحت محددة بالكامل وأن المقاومة قد تلاشت.

قد يؤدي التطوير المفرط إلى إتلاف الميزات ، خاصة في تصميمات القوالب المعقدة. بعد ذلك ، اخبز الرقاقة بقوة لتحقيق الاستقرار في جميع ميزات مقاومة الضوء. بعد ذلك، قم بتصنيع طبقة التحكم كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب.

قم بتصنيع أجهزة الموائع الدقيقة متعددة الطبقات في هندسة تمرين رياضي على الزجاج وفقا لبروتوكولات الوصول المفتوح الحالية ، واستخدم الفحص البصري للتأكد من محاذاة جميع الصمامات بشكل صحيح مع خطوط التحكم ، وأن جميع المداخل مثقوبة بالكامل قبل المتابعة. قم بتوصيل أنابيب Tygon المحملة بالماء بنظام التحكم في التدفق ، مثل مضخة الحقنة أو وحدات التحكم في السوائل أو مجموعة صمامات الملف اللولبي مفتوحة المصدر مع الخزانات. بعد ذلك ، قم بتوصيل المسامير المعدنية بالأنبوب والمسامير المعدنية بمنافذ الجهاز عند مداخل خط التحكم.

بعد ذلك ، اضبط نظام التحكم في التدفق على 25 رطل لكل بوصة مربعة لكل سطر للضغط على خطوط التحكم في الجهاز. تأكد من إغلاق الصمامات وإعادة فتحها عن طريق الفحص تحت المجهر. في أنبوب الطرد الدقيق ، قم بتعليق 3.9 ملليغرام من البادئ الضوئي في 100 ميكرولتر من ماء DI لتحضير محلول البادئ الضوئي المستخدم لبلمرة القطرات إلى حبات هيدروجيل.

قم بتغطية المحلول لحمايته من الضوء. في أنبوب الطرد المركزي الدقيق الثاني ، أضف 132 ميكرولترا من الماء منزوع الأيونات ، و 172 ميكرولترا من PEG diacrylate ، و 12 ميكرولترا من محلول البادئ الضوئي ، و 85 ميكرولترا من محلول HEPES المؤقت لصنع محلول قطرات الهيدروجيل. انقل محلول قطرات الهيدروجيل إلى وعاء أنبوب مبرد مخصص.

بعد ذلك ، قم بتوصيل أنبوب وعاء الأنبوب المبرد بمصدر ضغط يمكن التحكم فيه ، وقم بتوصيل أنبوب PEEK بمدخل كاشف الجهاز. بعد ذلك ، أدخل أنبوب PEEK في مخرج الجهاز لجمع القطرات. قم بإزالة فقاعات الهواء من الجهاز ، وأعد ضغط النظام ، ثم قم بإزالة الضغط من صمام الزيت RO1 ، واضبط ضغط الزيت على 10 رطل لكل بوصة مربعة.

بعد ذلك ، اضبط ضغط خليط PEG على تسعة رطل لكل بوصة مربعة ، وقم بإزالة الضغط من الصمامات الأولية ، واضبط الضغط حسب الضرورة لإنتاج قطرات بالحجم المطلوب. حدد حجم القطرة عبر المجهر باستخدام كاميرا بمعدل 50 إطارا في الثانية أو أعلى. عندما تستقر القطرات ، ضع مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية فوق منطقة البلمرة بالجهاز ، وقم بتطبيق 100 مللي واط لكل سنتيمتر مربع من ضوء 365 نانومتر من المصدر على بقعة خمسة ملليمترات.

على صمام غربال الخرزة لمشاهدة الخرز المبلمر يتجمع وتأكد من أن القطرات قد تصلب إلى خرز. أخيرا ، قم بإزالة الضغط من صمام غربال الخرزة وجمع الخرز في أنبوب من خلال أنبوب مخرج PEEK. يبدأ هذا البروتوكول بإظهار طريقة لتقريب صمامات التدفق.

هنا ، تم استخدام مقياس التدقيق لتحديد ملف تعريف تقريب صمام ما بعد التدفق النموذجي الناتج عن هذه الطريقة ، مما يظهر ارتفاعا يبلغ حوالي 55 ميكرون. في الصورة على اليسار ، يكون الصمام مغلقا ، ويمكن أن يمر السائل عبر القنوات. بمجرد تنشيطه عن طريق الضغط على الصمامات ، يتم قطع التدفق عبر هذه الصمامات.

هنا ، يمكن للمرء أن يرى جهاز مركب الخرزة قيد التشغيل ، مما ينتج قطرات هيدروجيل في مستحلب الزيت عند مولد قطرات تقاطع T. عن طريق إغلاق التدفق النهائي جزئيا باستخدام صمام غربال ، يمكن أن يستمر السائل في التدفق ، لكن الخرزات محاصرة خلف الصمام. بلغ متوسط قطر الخرزات الناتجة الناتجة التي تم إنتاجها باستخدام هذه العملية 52.6 ميكرون مع انحراف معياري يبلغ 1.6 ميكرون فقط.

من بين ما يقرب من 3,000 خرزة ، كان أقل من 1٪ متوقفا عن أكثر من ثلاثة انحرافات معيارية. بمجرد إتقانها ، يمكن إكمال هذه التقنية في ثلاثة أيام من التصميم إلى الاختبار. هذا يسمح بتكرار التصميم السريع.

باتباع هذا الإجراء ، حتى الباحثين الذين لديهم خبرة قليلة في التصنيع يمكنهم بناء أجهزتهم المعقدة الخاصة بالموائع الدقيقة وتطبيقها على مشاكلهم البيولوجية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تنفيذ خطوات الطباعة الحجرية الضوئية اللازمة لصنع أجهزة الموائع الدقيقة من أي مستوى من التعقيد ، بما في ذلك الأجهزة ذات الميزات أو الصمامات المعقدة ذات الارتفاع المتغير المتغير.