الصب المزدوج المحسن من Polydimethylsiloxane (PDMS) عبر معالجة زيت السيليكون لتكرار البنية المجهرية المعبأة بكثافة

لمواجهة تحديات إزالة القوالب في الهياكل المجهرية ذات نسبة العرض إلى الارتفاع الكثيفة والعالية ، قمنا بتعديل عملية الصب المزدوج PDMS عن طريق إضافة معالجة زيت السيليكون التي يتم تطبيقها بخيط التوتر. يوفر بروتوكولنا حلا بسيطا وفعالا من حيث التكلفة يتجنب الحاجة إلى معدات باهظة الثمن أو مواد متخصصة ، مما يتيح النسخ المتماثل الموثوق به للهياكل المجهرية المتقدمة دون تلف.

سيركز مختبرنا على أتمتة عملية تطبيق الزيت وتطوير زيوت السيليكون المخصصة لتحديد الظروف المثلى لتحسين قابلية التكاثر والدقة.

[راوي] للبدء ، امزج محلول الهكسان و OTS بنسبة حجم 40: 1 باستخدام دورق زجاجي نظيف وقضيب تقليب. قم بتغطية الدورق بورق الألمنيوم لتقليل التبخر. صوتنة الدورق الزجاجي مختوم في حمام بالموجات فوق الصوتية بدرجة حرارة الغرفة مملوء بالماء. ثم اغمر قالب السيليكون المحفور مسبقا بمجموعة ثقب في محلول الهكسان OTS المحضر. الآن ، استخدم ملاقط نظيفة لرفع قالب السيليكون بالكامل عموديا من المحلول. انقله على الفور إلى دورق جديد يحتوي على الهكسان الأنيق ، ثم اشطفه عن طريق تحريكه برفق ذهابا وإيابا من خمس إلى 10 مرات. جفف القالب برفق باستخدام منفاخ النيتروجين الذي يحمل حوالي ثلاثة سنتيمترات لمدة ست إلى 10 ثوان حتى لا تبقى رطوبة مرئية. بعد ذلك ، امزج قاعدة PDMS وعامل المعالجة بنسبة وزن 10: 1 في طبق بتري بلاستيكي نظيف لمدة 15 دقيقة. ضع الخليط في غرفة وقم بإزالة الغاز عند 160 تور حتى تختفي فقاعات الهواء المرئية. قم بتغطية طبق بتري بلاستيكي نظيف برفق بزيت السيليكون من اللزوجة 100 سنتيستوك باستخدام ممسحة خالية من النسالة مبللة مسبقا بالزيت. ثم ضع قالب السيليكون المطلي ب OTS ووجهه لأعلى في وسط طبق بتري المطلي. اسكب خليط PDMS منزوع الغاز ببطء فوق القالب حتى يتم تغطيته بالكامل. قم بإزالة القالب المملوء مرة أخرى في مزيل الفقاعات المفرغ حتى تختفي فقاعات مرئية. الآن ، ضع طبق بتري على لوح ساخن مسخن مسبقا على 90 درجة مئوية لعلاج PDMS. بمجرد الشفاء ، قشر قالب PDMS برفق من قالب السيليكون ، مما يضمن بقاء البنية المجهرية سليمة. ضع قالب PDMS المصنع على لوح ساخن مضبوطة على 150 درجة مئوية. بعد ثلاثة أيام من الشيخوخة الحرارية ، اغمر القالب في زيت السيليكون من لزوجة 100 سنتيستوكس. قم بإزالة القالب المغمور بالزيت تحت الفراغ عند 160 torr لمدة 10 إلى 15 دقيقة. ثم قم بإزالة القالب باستخدام الملقط وامسح السطح برفق ثلاث إلى خمس مرات باستخدام ممسحة نظيفة خالية من النسالة لترك طبقة رقيقة موحدة من الزيت. بعد ذلك ، قم بإعداد خليط PDMS عند نسبة وزن عامل المعالجة 10: 1 باستخدام نفس طريقة الخلط والتفريغ كما كان من قبل. اسكب الخليط منزوع الغاز برفق على القالب المعالج ، مما يسمح له بالانتشار والوصول إلى منتصف الركوز الدقيقة على الأقل. قم بتأمين خيط نايلون 0.5 ميكرومتر تحت شد لطيف. اسحب الخيط مرة أو مرتين عبر سطح PDMS في اتجاه واحد لتقليل الزيت الزائد بين الركائز الدقيقة. ثم قم بإزالة الغاز من القالب بطبقة PDMS الرقيقة في غرفة مفرغة حتى تختفي فقاعات الهواء. لتصنيع منتج PDMS بنمط صفيف ثقب ، قم بتغطية طبق بتري بلاستيكي نظيف برفق بزيت السيليكون. ضع قالب PDMS في طبق بتري المطلي واسكب خليط PDMS منزوع الغاز فوقه حتى يتم الوصول إلى الارتفاع المطلوب. قم بإزالة مجموعة القالب مرة أخرى للتخلص من أي فقاعات هواء محاصرة. ثم ضع طبق بتري على طبق ساخن مسخن مسبقا على حرارة 110 درجة مئوية وقم بمعالجته حتى يتماسك تماما. بعد المعالجة ، أدخل ملاقط نظيفة برفق بين القالب والنسخة المتماثلة ، وقم بإزالة المنتج النهائي بعناية من القالب. يتميز قالب السيليكون بمجموعة كثيفة من الثقوب الدائرية يبلغ قطرها 143 ميكرومترا مع تباعد 150 ميكرومتر وعمق 284 ميكرومتر ، مما ينتج عنه نسبة عرض إلى ارتفاع تبلغ 2: 1. أنتج قالب PDMS المكرر من قالب السيليكون أعمدة دقيقة يبلغ قطرها 142 ميكرومترا وارتفاعها 283 ميكرومترا ، وهي تتطابق بشكل وثيق مع الأبعاد الأصلية. أظهر النسخة المتماثلة من PDMS الحرارية التي تتراوح أعمارها بين يوم واحد ومعالجتها لاحقا بزيت السيليكون 100 سنتيستوك تمزقا شديدا وتفككا لهياكل الجدران أثناء إزالة القوالب. بعد يومين من الشيخوخة الحرارية متبوعا بمعالجة زيت السيليكون 100 سنتيستوك ، أصبحت الخطوط العريضة للأعمدة المميزة مرئية ، لكن الجدران ظلت متضررة بشدة بسبب عدم كفاية الإطلاق. مع ثلاثة أيام من الشيخوخة الحرارية وعدم وجود طبقة زيتية ، أدى الربط المتبادل بين PDMS المعالج وغير المعالج إلى إعادة تجميع الهياكل. أدى استخدام زيت MR-100 منخفض اللزوجة بعد ثلاثة أيام من الشيخوخة الحرارية إلى ضعف التغطية والتمزق حيث تم تصريف الزيت من الجدران الجانبية الرأسية. شكل الزيت عالي اللزوجة طبقة سميكة ، مما يمنع ملء العفن ويتسبب في ظهور المنتج النهائي متموجا ومشوها. في ظل ظروف محسنة من الشيخوخة الحرارية لمدة ثلاثة أيام وطلاء زيت السيليكون 100 سنتيستوك ، حافظت الهياكل المجهرية المزخرفة على الفتحة النهائية بقطر 148 ميكرومتر وارتفاع 280 ميكرومتر ، مما يظهر تباينا طفيفا في الأبعاد ، ولكن هيكلا سليما.