1: الطباعة الحجرية الناعمة

الطباعة الحجرية الناعمة هي مجموعة من عمليات التصنيع السريعة والبسيطة وغير المكلفة التي تم استخدامها بنجاح لتصميم القنوات المعقدة لأنظمة الموائع الدقيقة. في صناعة الإلكترونيات ، تشير الطباعة الحجرية إلى عملية التصنيع الدقيق باستخدام البوليمرات الحساسة للضوء والضوء لتصميم أجزاء من غشاء رقيق أو الجزء الأكبر من الركيزة. يشير مصطلح الطباعة الحجرية الناعمة إلى استخدام المواد المرنة الناعمة مثل بولي ديميثيل سيلوكسان أو PDMS لأداء هذه التقنيات. في هذا الفيديو، سنوضح الأنواع المختلفة لتقنيات الطباعة الحجرية الناعمة متبوعة ببروتوكول يوضح تصنيع جهاز ميكروفلويديك. أخيرا ، سنرى كيف يستخدم الباحثون في مختلف المجالات الطباعة الحجرية الناعمة لصالحهم.

أولا ، دعنا نراجع تقنيات الطباعة الحجرية الناعمة الأكثر شيوعا. الخطوة الأولى في كل هذه التقنيات هي تصنيع القالب الرئيسي. يتم ذلك باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية التقليدية التي تستخدم الضوء ومادة حساسة للضوء تسمى مقاومة الضوء لإنشاء النمط المطلوب على ركيزة مثل السيليكون. للتعرف على الطباعة الحجرية الضوئية بالتفصيل ، يرجى مشاهدة مقطع فيديو سابق في مجموعة Jove هذه. الخطوة الثانية هي صب المطاط الصناعي على هذا القالب الرئيسي ثم معالجته. هذا يخلق الختم المرن المرن الذي يحمل ميزات الإغاثة التي تستخدم بطرق مختلفة في تقنيات الطباعة الحجرية الناعمة المختلفة. الأوضاع الأساسية للنقل باستخدام ختم الصب هي الطباعة والقولبة والطباعة الحجرية البصرية لإزاحة الطور والتقسيم الميكانيكي والصب. في الطباعة ، يتم طلاء الختم أولا بحبر قابل للتحويل مثل أوكتاديكانيثيول أو ODT والذي يتم وضعه بعد ذلك على الركيزة ، مثل الذهب. عند إزالة الختم ، يتم طباعة الحبر فقط من سطح الختم المرتفع على سطح الركيزة. وبالتالي ، فإن الطباعة تكرر مباشرة ميزات مقياس النانو على الركيزة. في تقنية أخرى تسمى القولبة ، يتم استخدام الختم نفسه كقالب. هنا ، يتم ضغط الختم في بوليمر غير معالج ثم يتم معالجته. ثم يتم تقشير القالب للكشف عن النمط من الختم. مثل الطباعة ، ينتج عن التشكيل أيضا تكرار مباشر لميزات مقياس النانو على الركيزة. في التقنية الثالثة ، التي تسمى الطباعة الحجرية ذات الحافة المتغيرة ، أولا ، يتم طلاء الركيزة بمادة مقاومة للضوء. ثم يتم وضع الختم على الركيزة المطلية ويظهر الضوء من خلال الختم. ينتج عن هذا نقل حواف الميزات إلى فيلم مقاومة الضوء كما لوحظ في تقنيات الطباعة الحجرية التقليدية. في التقسيم الميكانيكي ، AKA nanoskiving ، يتم استخدام الختم لتشكيل البوليمر المسبق الايبوكسي غير المعالج ، كما هو الحال في القولبة. يتم معالجة هذا البوليمر المقولب الذي يتم تغطيته بعد ذلك بغشاء رقيق من مادة مختارة ، على سبيل المثال ، الذهب. ثم يتم تضمين هذا الفيلم في المزيد من الإيبوكسي ومعالجته وبعد ذلك يتم تقسيمه باستخدام ميكروتوم فائق لتشكيل لوح من الايبوكسي مع النمط. أخيرا ، في الصب ، يتم سكب البوليمر في قالب رئيسي لعمل ختم. يمكن بعد ذلك تثقيب المداخل والمنافذ وربطها بركيزة. في القسم التالي ، نراجع بروتوكول تصنيع جهاز ميكروفلويديك بسيط.

أولا ، قم بإعداد القالب الرئيسي باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية التقليدية. للحصول على تفاصيل البروتوكول، يرجى الرجوع إلى مقطع فيديو سابق في هذه المجموعة. عادة ما يتم تصنيع القالب الرئيسي على ركيزة من السيليكون. لتصنيع الختم ، قم أولا بإعداد خليط من حوالي 25 جراما من PDMS وعامل المعالجة بنسبة 10: 1. ثم قم بإزالة الخليط لإزالة أي فقاعات هواء. بعد ذلك ، ضع القالب الرئيسي في وعاء ذو قاعدة مسطحة واسكب عليه خليط PDMS منزوع الغاز. الآن اخبز PDMS على حرارة 60 درجة مئوية لمدة ساعة تقريبا ، متبوعا بتبريد طبيعي للفرن إلى درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة أخرى. بعد ذلك ، قم بقص PDMS من القالب وضعه مع جانب النمط لأعلى لتجنب التلوث. ثم قطع الأنماط الفردية. قم بثقب أي مداخل ومنافذ باستخدام ثقب جلدي بالحجم المناسب للسماح بتدفق السوائل داخل وخارج الجهاز. ثم ضع جهاز PDMS في منظف بلازما الأكسجين وعالجه لمدة دقيقة واحدة تقريبا. قم بلصق طبقتي الجهاز معا وقم بمحاذاة النمط تحت المجهر. أخيرا ، قم بربط الجهاز المكتمل بركيزة باستخدام PDMS واخبزها للعلاج. قبل الاستخدام ، اختبر أي تسرب عن طريق تدفق المياه عبر قنوات الموائع الدقيقة.

وجدت الطباعة الحجرية الناعمة تطبيقا في مجالات تتراوح من التحليل الجزيئي إلى التشخيص السريري وتطوير الأدوية. دعونا نلقي نظرة على بعض هذه الأمثلة. يمكن استخدام هذه التقنية لإنشاء هياكل غير تقليدية مثل المنشورات الدقيقة المرنة للتنميط الميكانيكي للخلايا المفردة. يشير التنميط الميكانيكي إلى دراسة المعلمات الميكانيكية مثل القوى التي تمارسها الكائنات الحية الدقيقة على بيئتها. بعد تصنيع المنشورات الدقيقة ، يسمح للخلايا المستنبتة بالنمو عليها. ينتج عن هذا ثني الأعمدة المرنة الصغيرة ، والتي يمكن قياسها بعد ذلك من أجل حساب القوى التي تمارسها الأنواع المختلفة من الخلايا. يمكن استخدام الأنظمة متعددة الطبقات ومتعددة السوائل لدراسة وفهم تأثيرات البيئات الدقيقة المختلفة على خلايا الثدييات. يتم تصنيع هذه الأنظمة عن طريق صنع كل طبقة PDMS فردية باستخدام قوالب رئيسية مختلفة. ثم يتم تنظيف قوالب PDMS المختلفة ومحاذاتها ووضعها فوق بعضها البعض وخبزها. تسمح الطبقات المتعددة لجهاز PDMS بالفصل الفعال للسائل عن الخلايا عبر غشاء PDMS شبه نافذ. يسمح هذا الإعداد للباحثين بدراسة وتوصيف تأثيرات البيئات المصغرة الجديدة على الخلايا من خلال تمكين كميات خاضعة للرقابة من السوائل ، مثل الأكسجين أو وسائط جديدة ، للانتشار من طبقة سائل الاختبار العليا إلى خلايا الثدييات في قناة الموائع الدقيقة السفلية.

لقد شاهدت للتو فيديو Jove حول الطباعة الحجرية الناعمة. هنا ، ناقشنا التقنيات الأساسية للطباعة الحجرية الناعمة جنبا إلى جنب مع البروتوكول التفصيلي لتصنيع جهاز الموائع الدقيقة PDMS كمثال. شكرا للمشاهدة.