Methodenartikel

Herstellung von kreisförmigen Querschnitt-Mikrokanälen mit Stenose mittels DLP-3D-Druck und PDMS-Membranaufblasung für mikrofluidische Gefäßmodelle

DOI:

10.3791/69706

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6. März 2026

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1School of Biomedical Engineering, International University, 2Vietnam National University Ho Chi Minh City

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Dieser Artikel stellt eine einfache und kostengünstige Fertigungsmethode zur Herstellung kreisförmiger Mikrokanäle mit Digital Light Processing (DLP), 3D-Druck und Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Membraninflation vor. Die Methode erzeugt glatte, kontrollierbare und biomimetische Kanäle, die für Gefäß-on-Chip- oder Organ-on-Chip-Anwendungen geeignet sind.

Zusammenfassung

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

Mikrofluidik-Modelle, die die komplexe Architektur biologischer Gefäße nachahmen, erfordern kreisförmige Querschnittskanäle, um hämodynamische Bedingungen, Scherspannung und Zellverhalten in der nativen Gefäße genau zu simulieren. Traditionelle Soft-Lithographie-Techniken liefern typischerweise rechteckige Kanäle, was zu nicht-physiologischen Flussmustern und einer schlechten Nachahmung des menschlichen Kreislaufsystems führt. Hier präsentieren wir eine zugängliche hybride Fertigungsmethode, die Digital Light Processing (DLP) 3D-gedruckte Masterformen mit einer Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Membranaufblasungstechnik integriert, um hochpräzise, kreisförmige Mikrokanäle zu erzeugen. Das Hauptziel dieses Protokolls ist es, eine sauberraumfreie Strategie zur Erstellung biomimetischer Gefäßmodelle mit abstimmbaren Stenosegeometrien bereitzustellen.

Das vorgeschlagene Protokoll umfasst vier wesentliche Phasen: (1) Computer-Aided Design (CAD) von Masterformen mit einer 10%igen Höhenkompensation zur Berücksichtigung des Materialschrumpfens, (2) DLP 3D-Druck und Nachbearbeitung von Harzformen, (3) PDMS-Gießen und Sauerstoffplasma-unterstützte Bindung an eine dünne elastische Membran sowie (4) kontrollierte pneumatische Membranaufblasung gefolgt von einem zweiten PDMS-Gießen zur Abdichtung der kreisförmigen Struktur. Wir zeigten, dass dieser Ansatz die präzise Abstimmung der Kanaldurchmesser ermöglicht, die von 300 μm bis 1000 μm reichen, indem der interne Inflationsdruck sorgfältig moduliert wird. Die Leistung der resultierenden Mikrokanäle wurde durch strukturelle Charakterisierung bewertet, einschließlich Querschnitts-Zirkularitätsanalyse, Oberflächenrauheitsmessung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und pneumatischer Burst-Tests zur Sicherstellung der Bindungsstabilität. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Methode die zugängliche und reproduzierbare Herstellung zirkulärer Mikrokanäle unterstützt und eine robuste Grundlage für zukünftige Forschung in der Gefäßphysiologie, Thrombosemodellierung und Anwendungen im Arzneimittelscreening bietet.

Einleitung

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

Mikrofluidische Systeme, die biologische Blutgefäße nachahmen, sind für zukünftige Forschung zur vaskulären Physiologie, Krankheitsmechanismen und Arzneimittelwechselwirkungen in vitro von entscheidender Bedeutung 1,2. Unter vielen bestehenden Strukturen im Körper sind kreisförmige Querschnittsgeometrien entscheidend, um hämodynamische Bedingungen wie Scherspannung und Strömungsmuster in der natürlichenGefäße 3 genau nachzubilden. Konventionelle Fertigungsmethoden, wie Weichlithographie oder Opferformung mit Drähten oder Nadeln, führen oft zu rechteckigen Kanälen oder unvollständigen kreisförmigen Geometrien, was zu Strömungsverzerrungen und geringer physiologischer Relevanz führt(4,5,6). Darüber hinaus sind diese Ansätze zeitaufwendig, anfällig für Fehlausrichtungen während der Mehrschichtmontage und bieten eine begrenzte Skalierbarkeit bei der Planung komplexer, gefäßmontierter Mikrokanalnetzwerke mit mehr als zwei Ästen7. Jüngste Fortschritte in der additiven Fertigung, insbesondere im digitalen Lichtverarbeitungs-(DLP)-3D-Druck, haben jedoch neue Möglichkeiten für die schnelle und präzise Herstellung komplexer Strukturen mit Mikrokanalformen eröffnet, einschließlich kreisförmiger Mikrokanäle8. Darüber hinaus ermöglicht DLP das Drucken individueller Formgeometrien mit außergewöhnlicher Auflösung, obwohl keine Reinraumanlagen erforderlich sind.

In dieser Studie präsentieren wir eine neuartige, sauberraumfreie Fertigungsstrategie, die DLP-3D-gedruckte Formen integriert, begleitet von der Aufblasung der Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Membran. Kurz gesagt besteht dieses hybride Protokoll aus: (1) Entwurf und Herstellung einer Halbkanalform zur Herstellung einer halbkreisförmigen PDMS-Schicht und (2) der Bindung dieser Schicht an eine dünne Kunststoffmembran, gefolgt von pneumatischer Aufblasung und Guss der zweiten Schicht zu einem vollständigen kreisförmigen Mikrokanal. Dieses experimentelle Verfahren bietet einen einfachen, kostengünstigen und fehlausrichtungsfreien Ansatz, der im Vergleich zu anderen Techniken in der mehrschichtigen mikrofluidischen Montage effektiver ist. Außerdem kann die Zirkularität der erhaltenen Kanäle präzise gesteuert werden, indem der Inflationsdruck angepasst wird.

Neben diesen Vorteilen bietet das vorgeschlagene Protokoll auch eine schnelle Herstellungszeit (weniger als 4 Stunden). Die erhaltenen kreisförmigen Konstrukte sind über Kanallängen mit kleinen Durchmessern (z. B. 300 μm) hochkonsistent. Darüber hinaus haben experimentelle Ergebnisse dieser Arbeit (z. B. Oberflächenrauheitsmessung, optische Bildgebung, Kontaktwinkelmessung und Druckstoßtests) die strukturelle Integrität und fluidische Kompatibilität bestätigt und bieten eine vielversprechende Zukunft bei der Herstellung komplexer Gefäßmikrokanalnetzwerke mit erstaunlicher Reproduzierbarkeit und Anpassungsfähigkeit. Schließlich ist die vorgeschlagene Methode besonders geeignet für Labore mit begrenztem Zugang zu Reinrauminfrastruktur und birgt großes Potenzial für zukünftige Fortschritte im Bereich vaskulär-auf-Chip-, Thrombosemodellierung und Arzneimittelscreening.

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Protokoll

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1. Herstellung der Hauptform

  1. Master-Formdesign
    HINWEIS: Das Design der Mikrokanal-Masterformform wurde mit Fusion 360 durchgeführt, das von der offiziellen Website heruntergeladen werden kann.
    1. Gestalte die Gussformbasis.
      1. Öffne Fusion 360 und erstelle eine neue Skizze auf der Oxy-Ebene.
      2. Skizziere eine Origin-basierte rechteckige Eckenumrisse (z. B. 30 mm × 30 mm) als Formplattform.
      3. Benutze das Fillet-Werkzeug , um alle Ecken mit einem Radius von 3 mm abzuriechen.
      4. Verwenden Sie das Offset-Werkzeug , um die Grundumrisse um 3 mm nach innen zu versetzen, um eine Wandumrisse zu erstellen.
      5. Verwenden Sie das Extrudwerkzeug , um die gesamte Oberfläche der Basisplattform um 2 mm nach oben zu extrudieren, um eine Basis zu schaffen. Die Wandplattform um 4 mm nach oben extrudieren.
      6. Verwenden Sie das Fasswerkzeug mit der Option Zwei Abstand im Abschnitt Modifizieren , um eine Steigung zu erstellen.
      7. Wählen Sie die inneren Wandkanten aus und stellen Sie die Abstand für den ersten und zweiten Offset auf 0,5 mm bzw. 4 mm ein.
        HINWEIS: Dieser Schritt erleichtert den späteren Entformungsprozess des PDMS-Chips.
    2. Entwickle den kreisförmigen Mikrokanal.
      1. Baue zwei versetzte Ebenen, die 5 mm und 15 mm vom Oyz-Flugzeug entfernt sind.
      2. Auf der 5-mm-Offset-Ebene zeichnen Sie einen Kreis mit einem Durchmesser von 1 mm, wobei die Mitte 2 mm versetzt von der Oxy-Ebene ist.
        HINWEIS: Das Zentrum des Kreises sollte mit der Oberfläche der Basis ausgerichtet sein.
      3. Pressen Sie das kreisförmige Profil um 8 mm zur Innenseite der Basis hin, um die erste Seite des regelmäßigen Schnitts des Mikrokanals zu erhalten.
      4. Auf der 15-mm-Offset-Ebene zeichnen Sie einen Kreis mit einem Durchmesser von 0,5 mm (oder gewünschtem Stenosedurchmesser), wobei die Mitte 2 mm versetzt von der Oxy-Ebene ist.
      5. Pressen Sie das kreisförmige Stenoseprofil 0,25 mm in Richtung des regulären Abschnitts, um die Hälfte der Stenose des Mikrokanals zu erhalten.
      6. Verwenden Sie das Loft-Werkzeug im Abschnitt Erstellen , um den regulären Abschnitt mit dem Stenose-Abschnitt zu verbinden und so eine vollständige Hälfte des stenose-regulären kreisförmigen Mikrokanals zu erhalten.
      7. Verwenden Sie das Spiegelwerkzeug mit der 15-mm-Offset-Ebene als Spiegelebene, um die andere Hälfte des kreisförmigen Mikrokanals zu erzeugen.
      8. Wählen Sie den gesamten erhaltenen kreisförmigen Mikrokanalkörper > Rechtsklick > wählen Sie die Option Verschieben/Kopieren .
      9. Verschieben Sie den Mikrokanalkörper um 0,05 mm nach oben (oder 10 % des Stenosedurchmessers) entlang der Z-Achse.
        HINWEIS: Dieser Schritt liefert eine Kompensationshöhe für die Drucktoleranz und führt zu einem verbesserten kreisförmigen Mikrokanal.
      10. Erstellen Sie mit derselben Methode vier zusätzliche kreisförmige Mikrokanäle, um die Stenose von 0,4 mm auf 0,1 mm zu verringern.
      11. Verwenden Sie das Werkzeug Muster im Abschnitt Erstellen , um vier zusätzliche regelmäßige Abschnitte und vier weitere kreisförmige Stenoseprofile zu duplizieren.
      12. Passen Sie die Stenose-Durchmesserprofile in Skizzen an und wenden Sie das Loft-Werkzeug für jeden Mikrokanal an.
      13. Übersetze die Mikrokanalkörper in die Position der 10%-Kompensationshöhe.
    3. Exportiere das Mikrokanal-Masterformdesign als . STL-Akte.
  2. DLP 3D-Druck
    1. Richte die Bearbeitungsparameter ein.
      1. Chitubox Software öffnen, in der Symbolleiste ' Öffnen ' auswählen und in . die Hauptform auswählen. STL-Datei
      2. Stelle die Form als Standard horizontal auf der Software-Druckplattform.
        HINWEIS: Prüfen Sie die Z-Distanz = 0, Winkel = 0°.
        HINWEIS: Nutzen Sie die Option "Kopieren machen ", um mehrere Formen auf einmal zu platzieren und zu drucken.
      3. Öffnen Sie die Druckoption in der Werkzeugleiste und stellen Sie die Schichtdicke auf 25 μm ein.
      4. Wählen Sie die Option Slice und warten Sie, bis der Slicing-Prozess zur geschätzten Druckzeit abgeschlossen ist. Wählen Sie dann Drucken , um fortzufahren.
    2. Verarbeiten Sie die Masterform nach der Bearbeitung.
      HINWEIS: Es gibt zwei Schritte beim Waschen mit Alkohol, um alle Harzrückstände zu entfernen und eine weniger fehlerhafte Schimmeloberfläche zu erreichen: (1) Waschen mit Ethanol und (2) Waschen mit Isopropylalkohol.
      1. Demold die Masterform aus der 3D-Druckerbasis.
      2. Wischen Sie das gedruckte Gewebe mit einem Küchenpapier ab und waschen Sie es dann 10 Minuten lang mit 70 % Ethanol in einer Tasse.
      3. Feinwaschen mit 99 % Ethanol für 15 Minuten an der Waschstation.
      4. Den Schimmel mindestens 10 Minuten bei Zimmertemperatur trocknen.
        HINWEIS: Achten Sie auf weiße, unregelmäßige Stellen auf der inneren Schimmeloberfläche. Wenn noch weiße Rückstände um die Mikrokanäle vorhanden sind, wiederholen Sie den Feinwaschschritt ein- oder zweimal zusätzlich.
      5. Setzen Sie die Formen 5 Minuten lang UV-Licht mit einer Intensität von 20 mW/cm2 aus, um die Oberfläche vollständig auszuhärten.
      6. Trocknen Sie die Formen mindestens 12 Stunden im Ofen bei 65 °C, um chemische Rückstände zu verdunsten und die Oberfläche zu stabilisieren.

2. PDMS-Gieß- und Formmontage

HINWEIS: Die PDMS-basierte Mikrokanalfertigung besteht aus drei Hauptstufen: (1) PDMS-Gießen der ersten Hälfte zirkulärer Mikrokanäle, (2) Membranaufblasung und (3) PDMS-Gießen der zweiten Hälfte zirkulärer Mikrokanäle.

  1. PDMS-Vorbereitung
    1. Mischen Sie PDMS-Basis und Härtemittel (z. B. SYLGARD 184) bei einem Gewichtsverhältnis von 10:1.
    2. Entgasen Sie die Mischung in einer Vakuumkammer für 10 Minuten oder bis alle Blasen entfernt sind.
  2. Gießen des ersten halbkreisförmigen PDMS-Chips
    1. Stellen Sie die 3D-gedruckte Form auf eine ebene Fläche in einer Petrischale.
    2. Gieße die entgaste PDMS-Mischung über die Form, bis sie vollständig untergetaucht ist (4 mm Dicke über dem halbkreisförmigen Kanal).
    3. Härte das PDMS bei 90 °C für 40 Minuten9 aus.
    4. Entferne vorsichtig die ausgehärtete PDMS-Schicht aus der Form und schneide bei Bedarf die Kanten zu.
      HINWEIS: Der PDMS-Chip enthält nun konkave halbkreisförmige Mikrokanäle.
  3. Membranbindung
    1. Schneiden Sie die 25 μm dicke Kunststoffmembran als 5 mm x 25 mm großes Rechteck aus und entfernen Sie die obere Schicht der Membran.
    2. Reinigen Sie die PDMS-Chipoberfläche mehrfach mit transparentem Band.
    3. Mach einen Einlass nahe der Spitze des Mikrokanals mit einem 1-mm-Biopsiepuncher.
    4. Platzieren Sie den PDMS-Chip und die Membran nach vorne auf die mit Aluminiumfolie bedeckte Plattform. Setzen Sie die Plattform vorsichtig in den Plasmareiniger.
    5. Schalte die Vakuumpumpe für 60 Sekunden ein und stelle dann den Sauerstoffplasmaspiegel auf 30 W mit einem Druckniveau von 0,3 Torr für 75 Sekunden.
    6. Schalte den Plasmapegel und die Vakuumpumpe aus.
      HINWEIS: Lösen Sie die Vakuumpumpe vorsichtig ab, um ein Überlaufen durch einen plötzlichen Druckwechsel zu vermeiden.
    7. Richten Sie sofort den Mikrokanal auf dem PDMS-Chip und die behandelte Membranfläche aus.
      HINWEIS: Positionieren Sie die beiden Komponenten sorgfältig, um eine korrekte Ausrichtung sicherzustellen.
    8. Drücken Sie den PDMS-Chip und die Membran vorsichtig zusammen.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass der Mikrokanal vollständig unter der Membran versiegelt ist. Benutze eine Pinzette oder Markierungen, um die manuelle Ausrichtung zu erleichtern. Verzögere nicht mehr als 60 Sekunden nach dem Plasma, sonst kann die Bindungseffizienz sinken
    9. Stellen Sie das verbundene Gerät für 20 Minuten in einen Ofen bei 90 °C, um die Oberfläche zu stabilisieren und die Haftfestigkeit zu verbessern.
  4. Membranaufblähung
    1. Richte das Druckmesssystem ein.
      HINWEIS: Das Druckerfassungssystem besteht aus drei Komponenten: (1) der elektrischen Spritzenpumpe, (2) einem Laptop und (3) dem Arduino Mega 2560. Die Spritze ist ein 50 mL Luer-Lock.
      1. Laden Sie den Sensor-Lesecode in der Supplementary File 1 herunter und laden Sie ihn auf das Arduino-Board hoch.
        HINWEIS: Prüfen Sie, ob der Code erfolgreich kompiliert wurde.
      2. Öffnen Sie die Tera Term Software, um das Druckprotokoll festzuhalten. Von der Einrichtung > serieller Port > Geschwindigkeit > 115200.
      3. Wähle aus Datei Log, um den Druck über die Zeit zu erfassen.
      4. Wählen Sie Neu/Überschreiben, um ein neues Logbuch zu erfassen, und aktivieren Sie das Feld Zeitstempel , um das Druckprotokoll mit Zeitmarken zu schreiben.
      5. Wählen Sie Durchsuchen , um den Ordner auszuwählen und das Druckprotokoll zu speichern.
      6. Halte den Ein/Aus-Knopf an der elektrischen Spritzenpumpe gedrückt, um sie einzuschalten, und drücke <<, um den Druckpegel einzustellen.
      7. Schließen Sie eine Nadel mit 1,1 mm Durchmesser an den Einlass des PDMS-Chips an und verwenden Sie flexible Silikonschläuche, um den Ausgang der Spritzenpumpe zu verbinden.
      8. Stellen Sie den Druckpegel auf 30 mL/h ein und drücken Sie die <<, um den Aufblasprozess zu starten.
    2. Führen Sie Membranaufblasung und PDMS-Gießen der zweiten Hälfte der zirkularen Mikrokanäle durch.
      1. Starten Sie die Aufblasung und überwachen Sie den Druckpegel im Mikrokanal über das Tera-Term-Logbuch .
      2. Stoppen Sie den Aufblasprozess, wenn der Innendruck das gewünschte Niveau erreicht.
        HINWEIS: Es wird empfohlen, dass der Inflationsdruckbereich zwischen 0,0 und 17,5 kPa liegt, da Druckwerte über 20 kPa eine Membranruptur verursachen können.
      3. Über die aufgeblasene Membran-PDMS-Struktur wird eine 2–3 mm dicke Schicht des PDMS geworfen.
      4. Führen Sie kontinuierliche Erhitzung bei 90 °C für 40 Minuten an, um die aufgeblasene Struktur zu stabilisieren.
      5. Wählen Sie Stop Logging auf Tera Term, um die Aufzeichnung des Druckniveaus zu stoppen, wenn die zweite PDMS-Schicht vollständig ausgehärtet ist.
      6. Speichere die Druckprotokolle für experimentelle Aufzeichnungen und weitere Untersuchungen.

3. Charakterisierung der gewonnenen PDMS-Gefäß-Mikrofluidik-Chips

  1. Charakterisierung der Oberflächenrauheit
    1. Führen Sie eine digitale 3D-Mikroskopie von Schimmel- und Kanaloberflächen durch
      1. Verwenden Sie ein 3D-Digitalmikroskopsystem, um die Oberflächentopographie der gefertigten PDMS-Chips und ihrer zugehörigen DLP-3D-gedruckten Formen zu charakterisieren.
      2. Identifizieren und markieren Sie für jede Stichprobe drei spezifische Analyseregionen.
        HINWEIS: Stenoseabschnitt des Mikrokanals (A1), regulärer Kanalabschnitt (A2) und äußere flache Oberfläche des Chips (Steuerung).
      3. Montage der Probe auf der Mikroskopbühne und passe den Fokus an, um an jedem Ort hochauflösende 3D-Topografie einzufangen.
      4. Erfassen Sie Oberflächenprofildaten mit integrierter Software, um Rauheitskarten zu erstellen und durchschnittliche Oberflächenrauheit (Sa) sowie Höhenunterschiede von Gipfel zu Tal (Sz) zu extrahieren.
      5. Exportieren Sie die topografischen Daten und die 3D-Visualisierung zum Vergleich über unterschiedliche Druckbedingungen (z. B. Ausrichtung und Schichtdicke).
        HINWEIS: Achten Sie auf die geneigte Wand innerhalb des Stenosebereichs, da Oberflächenmerkmale in dieser Zone das Flussverhalten und die Verteilung von Schubspannungen erheblich beeinflussen können.
    2. Führen Sie eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) durch.
      1. Verwenden Sie SEM zur Analyse der detaillierten Oberflächenmorphologie und mikrostrukturellen Genauigkeit der PDMS-basierten Mikrokanäle.
      2. Schneiden Sie den Mikrokanalbereich sorgfältig mit einer scharfen Klinge ab und befestigen Sie die Probe mit leitfähigem Klebeband auf Aluminiumstümpfe.
      3. Sputter-coat mit Gold oder Platin für 60 Sekunden, um das Aufladen von Artefakten zu reduzieren.
      4. Aufnehmen Sie SEM-Bilder mit mehreren Vergrößerungen (z. B. 200× und 400×), wobei die Stenoseregion gezielt wird.
      5. Vergleichen Sie die Sichtbarkeit der Schichtlinien, die Glätte der Wand und Konturübergänge zwischen vertikal und horizontal gedruckten formbasierten Chips.
        HINWEIS: Treppenstufenartefakte in horizontal gedruckten Proben und Richtungsrillen in vertikal gedruckten Formen sind wichtige Indikatoren für Fertigungsqualität und Flussgenauigkeit.
  2. Geometrische Charakterisierung von halben und vollkreisförmigen Mikrokanälen
    1. Stellen Sie Querschnittsproben vor, indem Sie den PDMS-Chip mit einer Rasierklinge sauber senkrecht zur Mikrokanalachse schneiden.
    2. Verwenden Sie ein Fluoreszenzmikroskop, um die Querschnittsansicht der Mikrokanäle aufzunehmen.
    3. Laden Sie die Bilder in die ImageJ-Software und verwenden Sie das Linienwerkzeug, um H1, H2 und Wo manuell zu messen.
      HINWEIS: H1: Höhe des geformten halbkreisförmigen Kanals (unten); H2: Membranaufblasungshöhe (oben). Wo: Kanalbreite an der Basis.
    4. Berechnen Sie geometrische Verhältnisse (H1 + H2≈ Wo), um Zirkularität zu bewerten und das Formen im Vergleich zum Inflationsverhalten zu validieren.
      HINWEIS: Idealerweise sind H1 und H2 gleich, und ihre Summe sollte in einem vollständig kreisförmigen Profil Wo annähern. Abweichungen signalisieren Inflationsunzulänglichkeit oder Membranüberdehnung.
  3. Führen Sie einen pneumatischen Bindungsfestigkeitstest durch
    HINWEIS: Ein pneumatischer Burst-Test besteht aus fünf Komponenten: (1) einer elektrischen Spritzenpumpe, (2) einem Drucksensor, (3) einem Arduino Mega 2560-Mikrocontroller, (4) einem seriellen Kommunikationskabel und (5) einem Laptop.
    1. Verbinde den Drucksensor mit dem PDMS-Mikrokanal-Einlass über ein flexibles Silikonrohr.
    2. Initialisieren Sie den Arduino, indem Sie ein serielles Datenleseskript hochladen.
    3. Starte die Tera Term-Software zur Drucküberwachung.
    4. Beginnen Sie schrittweise, indem Sie die Spritzenpumpe laufen lassen (z. B. 40 mL/h).
    5. Zeichnen Sie Druckdaten in Echtzeit auf. Machen Sie weiter, bis Delamination, Riss oder sichtbares Lecken auftreten.
    6. Definieren Sie den Platzdruck als den endgültig aufgezeichneten Druckwert vor dem strukturellen Versagen. Dieser Wert gibt die Bindungsfestigkeit zwischen der Membran und dem geformten PDMS-Chip an.
  4. Messen Sie den Kontaktwinkel.
    1. Bauen Sie ein Messsystem für den Kontaktwinkel mit einer digital seitlich montierten Kamera, einer Ring-LED-Lichtquelle und einem Laptop zur Bildaufnahme zusammen.
    2. Platziere einen ausgehärteten PDMS-Chip auf einer ebenen Glasplattform unter der Kamera.
    3. Geben Sie einen 2-μL-Tröpfchen deionisierten Wassers mit einer Mikropipette auf die PDMS-Oberfläche.
    4. Erfassen Sie das Tropfenprofil sofort mit der Kamera. Exportiere das Bild zur Analyse.
    5. Öffnen Sie das Bild in der ImageJ-Software, wählen Sie im Abschnitt Analysieren das Drop Analysis - LB-ADSA Plugin.
    6. Passen Sie die Kurvenanpassung an, um den Kontaktwinkel zu bestimmen.

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Ergebnisse

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Diese Studie präsentiert ein reinraumfreies Protokoll zur Herstellung vollständiger kreisförmiger PDMS-Mikrokanäle unter Verwendung von DLP-3D-gedruckten Formen und Membranaufblasen. Das Design halbkreisförmiger Mikrokanalformen mit unterschiedlichen Stenosedurchmessern ist in Abbildung 1 dargestellt, während der Einfluss der Druckorientierung auf die Formauflösung in Abbildung 2 dargestellt ist. Ein vollständiger Fertigungsablauf vom Gussformdruck bis zum Aufbl...

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Diskussion

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

In dieser Arbeit entwickelten wir ein Reinraum-freies Fertigungsprotokoll für zirkuläre PDMS-Mikrokanäle unter Verwendung von DLP 3D-Druck und Membranaufblasung. Ein entscheidender Schritt in diesem Protokoll ist die Integration von 10 % Höhenkompensation in das CAD-Formdesign, um die inhärente isotrope Schrumpfung von PDMS während der thermischen Aushärtung zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist die Auswahl der Druckorientierungen, insbesondere der vertikalen Ausrichtung, entscheidend, ...

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Offenlegungen

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

Die Autoren haben nichts zu erklären.

Danksagungen

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

Die Autoren möchten der International University, Vietnam National University, Ho-Chi-Minh-Stadt, für Laborausrüstung und materielle Unterstützung danken.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
3D-DruckerElegoo Saturn 3N/ADLP-basierter Formdruck
3D-DruckharzJAMG HE, KoreaN/AHarz für den allgemeinen DLP-Druck
Arduino-MikrocontrollerArduino Mega 2560N/AVerwendet zur Drucküberwachung von Platzdrucktests
Digitales 3D-MikroskopKeyence, USAVHX-7100Charakterisierung der Oberflächenrauheit
Digitales Kamerasystem MaßgefertigtN/AVerwendung für Kontaktwinkelbildgebung
Elektrische SpritzenpumpeFresenius SE & Co. KGaA, DeutschlandPILOT A2 CE2RS232Verwendet zur Aufblasung während der Membranformung
FluoreszenzmikroskopNikon Eclipse Ti, USAN/AGeometrische Messung des Mikrokanals
Fusion 360 SoftwareAutodesk, USAhttps://www.autodesk.com/asean/products/fusion-360Designsoftware
ImageJ-SoftwareNational Institutes of Health, USAhttps://imagej.net/ij/Bildanalyse
PDMS-Basis- und HärtemittelDowhitech, Koreahttps://www.dow.com/en-us/pdp.sylgard-184-silicone-elastomer-kit.01064291zVerwendung für das Chip-Gießen
PolydimethylsiloxanSYLGARD 184 Silikon-Elastomer-Kit1330-20-7Verwendet für die Chipfertigung
DrucksensorNXPMPX5700APMisst den Innendruck während des Platztests
SCHNELLES HarzElegoo, China—Verwendung für die Herstellung von Masterformen
Rasterelektronenmikroskop (SEM)Jeol, JapanJSM T-100Oberflächenmorphologie-Bildgebung
Silikonmembran (25 & Mikro; m)——Verwendung für die Membranaufblasung

Referenzen

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

Zirkul re Mikrokan leHerstellung von StenosenSauerstoffplasmabondingpneumatische MembraninflationAbstimmung des KanaldurchmessersRasterelektronenmikroskopievaskul re Physiologie

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