Name: Weichen lithografischen Verfahren zur Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräte mit Ansicht-Ports für sichtbaren und infraroten Licht durchlässig (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung von Kunststoff-Mikrofluidik-Geräten für infrarote Mikrospektroskopie. Diese kostengünstige Methode ermöglicht die unbeschädigte Untersuchung lebender Zellen.

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1. Vorbereitung der Silicon primäre Form Hinweis: eine Fotomaske ist erforderlich für die Erstellung der primären Form. Die Fotomaske kann von unabhängigen Anbietern gekauft oder im eigenen Haus durch optische Standardmaske Herstellung Verfahren hergestellt werden. Eine Fotomaske mit Hellfeld Polarität dient in diesem Fall ( Abbildung 2 eine).
<ol><li>Anordnungsdefinition <ol><li>Spin Mantel einen 4-Zoll-Silizium-Wafer mit SU-8 3010 negativer Photoresist bei 2.300 u/min für 30 s.</li>
		<li>Soft-Backen der Fotolack auf einer heißen Platte bei 65 ° C für 2 min und dann bei 95 ° C für 8 min.</li>
		<li>Setzen den Fotolack mit UV-Licht (i-Line, 365 nm) durch die Fotomaske unter Mask Aligner für eine Gesamtenergie-Dosis von 100-120 mJ/cm 2; die harte-Kontakt-Modus wird bevorzugt, um eine bessere Auflösung zu erreichen.</li>
		<li>Entfernen den Wafer und eine Post Exposition Backen bei 65 ° C für 1 min und dann bei 95 ° C für 2 min.</li>
		<li>Entwickeln den Fotolack mit SU-8 Entwickler bei Raumtemperatur, dann spülen Sie mit Isopropyl-Alkohol und sanft Fönen mit Stickstoff; die gemessenen Muster Dicke sollte 10 µm und darunter. Siehe Abbildung 2 b für das Bild der tatsächlichen Silikon Form.</li>
	</ol></li> <li>Silanisierung von Silizium Schimmel <ol><li>behandeln die Silikon-Form mit Sauerstoffplasma bei 60 W für 30 s mit 20 Sccm Sauerstoffzufuhr. 1-10 Mbar während des Prozesses der Kammerdruck soll.</li>
		<li>Legen Sie die Form in einem Vakuum Glas mit 50 µL Silan und lassen Sie das Glas in der Vakuumzustand (1-10 Mbar) für mindestens 2 h 
		Hinweis: Der Silanisierung Prozess erstellt eine hydrophobe Oberflächenbeschichtung, die verhindert, dass PDMS festhalten an der Form 15. Beachten Sie, dass die primäre Form auch mithilfe einer alternativen Methode, einhergehende trockene Ätzen von Silizium hergestellt werden kann. In diesem Fall die Fotomaske werden entgegengesetzter Polarität (Dunkelfeld), und die Musterdefinition im Schritt 1.1 nutzt einen positiven Photoresist.</li>
	</ol></li></ol> 2. Vorbereitung der PDMS sekundäre Form <ol><li><ol>PDMS mischen <li>PDMS Elastomer und Härtemittel, 10:1 mischen, der Gesamtbetrag ist so, dass die daraus resultierende PDMS-Dicke ca. 1 bis 1,5 mm.</li>
		<li>Nach dem gründlichen mischen, Entgasen der Mischung indem man es in einem Vakuum Glas im Vakuum Zustand (1-10 Mbar) für ca. 15 min oder bis gibt es keine sichtbaren Luftblasen; das eingeschlossene Luft in der Mischung zu entfernen ist.</li>
	</ol></li> <li>Schimmel Replikation <ol><li>die PDMS Mischung auf dem Silizium-Schimmel in Schritt 1 hergestellt und die Mischung um eingeschlossene Luft zu entfernen, mit den gleichen Einstellungen wie in Schritt 2.1.2 entgasen. Wärme bei 70 ° C für 2 h auf einer heißen Platte, die Mischung zu heilen.</li>
		<li>Der ausgehärteten PDMS aus der heißen Platte entfernen und auf Zimmertemperatur abkühlen lassen. Mit einer Rasierklinge geschnitten PDMS an den Rändern der Silikon-Form.</li>
		<li>Mit einer Pinzette, einer Ecke des Schnittes PDMS kneifen und ziehen Sie vorsichtig das PDMS-Replikat aus der Silikon-Form; das resultierende mikrofluidischen Muster auf dieser sekundären Form ist eine Auswölbung, die die entgegengesetzte Polarität der primären Form (ist Abbildung 2 (c).</li></ol></li> <li>Silanisierung des PDMS Replikats (gleiche wie in Schritt 1.2) <ol><li>behandeln die PDMS-Form mit Sauerstoffplasma bei 60 W für 30 s mit 20 Sccm Sauerstoffzufuhr. 1-10 Mbar während des Prozesses der Kammerdruck soll.</li>
		<li>Stelle die Form in einem Vakuum Glas mit 50 µL Silan und lassen Sie das Glas in der Vakuumzustand (1-10 Mbar) für mindestens 2 h.</li>
	</ol></li></ol> 3. Vorbereitung von PDMS Vorlagen Hinweis:, die Form und Größe der endgültigen Geräte zu standardisieren und die Ausrichtung der wichtigsten Merkmale in die beiden Hälften zu erleichtern, zwei separate PDMS Vorlagen dienten, die definieren der Geometrie des Geräts, die Platzierung der Fenster transparent und die Anschlüsse in und out - let. Die erste PDMS-Vorlage hilft die Herstellung von gemusterten Hälfte des Geräts, während der zweite hilft, die Herstellung von flachen Hälfte des Geräts zu erleichtern.
<ol><li>Designvorlagen mit Hilfe einer Computer-aided Design (CAD) Software. Abbildung 3 eine zeigt die Planieren und Dimensionen der Vorlage verwendet, um die gemusterten Hälfte des Geräts zu fabrizieren. Um die flachen Hälfte des Geräts zu fabrizieren, entfernen Sie die 1,5 mm Durchmesser Löcher vom Design.</li>
	<li>Erwerben die Vorlagen, die von einem externen Anbieter oder durch eine interne mechanische Werkstatt, falls verfügbar. 
	Hinweis: Acryl diente als Vorlage Material durch einfache Herstellung und niedrig in jede standard-Workshop erreichbare Kosten. Gibt es alternative Möglichkeiten, wie der 3D-Druck.</li>
	<li>PDMS Elastomer und Härtemittel 10:1 mischen, achten Sie darauf, eine ausreichende Menge an PDMS vollständig untertauchen die Vorlagen vorbereiten.</li>
	<li>Nach dem gründlichen mischen, Entgasen der Mischung indem man es in einem Vakuum Glas im Vakuum Zustand (1-10 Mbar) für ca. 15 min oder bis es keine sichtbaren Luftblasen gibt (je nachdem, was höher ist); das eingeschlossene Luft in der Mischung zu entfernen ist.</li>
	<li>Den Teig PDMS auf Acryl Vorlagen bis ihre oberste Fläche ca. 1 mm unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche eingetaucht ist. Entgasen Sie PDMS erneut, um eingeschlossene Luft mit den gleichen Einstellungen wie in 3.4 entfernen. Erhitzen Sie dies bei 60 ° C für 2 Stunden auf eine flache Heizplatte, die Mischung zu heilen.</li>
	<li>Der ausgehärteten PDMS aus der heißen Platte entfernen und auf Zimmertemperatur abkühlen lassen. Mit einer Rasierklinge geschnitten PDMS an den Rändern der Acryl Vorlagen.</li>
	<li>Mit einer Pinzette, einer Ecke des Schnittes PDMS kneifen und ziehen Sie vorsichtig die PDMS aus Acryl Vorlagen. 
	Hinweis: Abbildung 3 b zeigt das Planieren und Dimensionen des PDMS Replikats verwendet, gemusterte Hälfte des Geräts zu fabrizieren.</li>
	<li>Bereiten dem zweiten PDMS-Replikat für die Herstellung der Wohnung die Hälfte des Geräts durch Wiederholung der Schritte 3.3 bis 3.7 aber der Acryl Bohrschablone ungelocht Durchmesser 1,5 mm.</li>
</ol> 4. Mikrofluidische Gerät Herstellung <ol><li>Herstellung von gemusterten Hälfte des Geräts (d. h. mit Geräteanordnung) <ol><li>behandeln das CaF 2 Fenster mit Sauerstoffplasma bei 60 W für 30 s mit 20 Sccm Sauerstoffzufuhr. Dies geschieht, um die Verbesserung des NOA während der folgenden Herstellung. 
		Hinweis: Dieser Schritt ist nicht zwingend erforderlich.</li>
		<li>Ort sorgfältig die erste PDMS Vorlage (einer mit 1,5 mm Durchmesser Säulen) auf einer flachen Oberfläche, z. B., ein Kalk-Natron-Platte ( Abbildung 4 ein). Legen Sie ein CaF-2-Fenster zentriert auf der Oberseite der PDMS-Stecker und drücken Sie vorsichtig das Fenster, so dass es in gutem Kontakt mit dem Stecker ( Abbildung 4 b).</li>
		<li>Nehmen die PDMS-Form gemacht, in Schritt 2 und legen Sie eine dünne UV-transparente Platte (in diesem Fall, ein Quarz-Platte, 500 µm dicken und 1,5 cm x 1,5 cm groß) auf der Rückseite des Werkzeugs, mit dem Standort der zentralen Kammer ( Abbildung 4 ausgerichtet (c). darauf achten, dass die Quarz-Platte in gutem Kontakt mit der PDMS-Form ist. 
		Hinweis: The-Quarz-Platte verhindert, dass die unerwünschten Bereich der Form leicht in Kontakt mit dem CaF 2 Fenster.</li>
		<li>Legen sanft diese PDMS Form verdeckt nach dem CaF 2 Fenster mit der fluidische Kammer in die Mitte des Fensters CaF 2 ausgerichtet. Stellen Sie sicher, dass alle Elemente (Vorlage, Schimmel und Fenster) in gutem Kontakt sind und ( Abbildung 4 c-4D ausgerichtet).</li>
		<li>Allmählich Tropfen NOA an lassen die PDMS-Vorlage und lassen Sie es langsam füllen der Kavität. Sobald das Harz in Kontakt mit der Kante des Fensters kommt, die Kapillare Strömung wird die Lücke dünn (~ 10 µm) zwischen dem PDMS Schimmel und CaF 2 Fenster ( Abbildung 4 e-4f).</li>
		<li>Nach der Hohlraum vollständig gefüllt ist, heilen die NOA durch die Einwirkung von UV-Licht (z.B. mit einem UV-LED-Belichtungssystem, Abbildung 4 g). 
		Hinweis: Die Belichtungszeit kann entsprechend variieren mit der Energie der UV-Quelle. Die UV-LED Belichtungssystem, das eine Leistungsdichte von 24 mW/cm 2 bietet, erfordert rund 90 s bei 100 % Leistung und kontinuierliche Belichtungsmodus.</li>
		<li>Entfernen Sie vorsichtig die dünnen Quarz-Platte von der Rückseite der PDMS-Form und dann vorsichtig schälen die PDMS-Form vom oberen Rand der NOA-Schicht ( Abbildung 4 h). Entfernen Sie schließlich die NOA-Schicht aus der PDMS-Vorlage ( Abbildung 4 ich). 
		Hinweis: Resultierende Geräteanordnung auf den ausgehärteten NOA hätte die gleiche Polarität des Musters in der primären Silikon Form.</li>
	</ol></li> <li>Herstellung von der flachen Hälfte des Geräts (d. h. ohne Geräteanordnung) <ol><li>behandeln das CaF 2 Fenster mit Sauerstoffplasma bei 60 W für 30 s mit 20 Sccm Sauerstoffzufuhr. 
		Hinweis: Dieser Schritt ist nicht zwingend erforderlich.</li>
		<li>Ort sorgfältig die zweite PDMS Vorlage (einer ohne die 1,5 mm Durchmesser Säulen) auf einer flachen Oberfläche, z. B., ein Kalk-Natron-Teller. Legen Sie ein CaF-2-Fenster zentriert auf der Oberseite der PDMS-Stecker und drücken Sie vorsichtig das Fenster, so dass es in gutem Kontakt mit dem Plug.</li>
		<li>Legen Sie ein 1 mm Dicke PDMS Blatt mit 5 x 3,5 cm Größe auf das CaF 2 Fenster mit dem PDMS-Blatt mit dem Zentrum der PDMS Vorlage ausgerichtet. Darauf achten, dass das PDMS-Blatt in gutem Kontakt mit dem Fenster ist.</li>
		<li>Allmählich Tropfen NOA an lassen die PDMS-Vorlage und lassen Sie es langsam füllen der Kavität.</li>
		<li>Nach der Hohlraum vollständig gefüllt ist, heilen die NOA durch die Einwirkung von UV-Licht (z.B. mit einem UV-LED-Belichtung-System). 
		Hinweis: Die Belichtungszeit kann entsprechend variieren mit der UV-Energie-Quelle. Mit dem UV-LED-Belichtung-System bietet eine Leistungsdichte von 24 mW/cm 2, erfordert dies rund 50 s bei 100 % Leistung und kontinuierliche Belichtungsmodus.</li>
		<li>Peel off der PDMS-Blatt von der Spitze der NOA-Schicht und entfernen Sie vorsichtig die gehärtete Schicht NOA aus der PDMS-Vorlage.</li>
	</ol></li> <li>Der beiden Hälften des Gerätes kleben <ol><li>die beiden Hälften des Gerätes ausrichten, so dass beide CaF 2 Fenster ausgerichtet sind. Sanft Finger drücken Sie beide Hälften an der Ecke der NOA Schichten derart, dass die Position der beiden Gehäusehälften fixiert sind.</li>
		<li>Schneiden Sie zwei Kreisscheiben aus einem 1 mm dicken PDMS Blatt mit ein 8 mm Durchmesser Puncher ( Abbildung 5 ein).</li>
		<li>Schneiden Sie zwei Rechtecke mit der gleichen Größe des Gerätes (4 x 2,5 cm) aus einem 1 mm dicken PDMS Blatt. Auf beide PDMS Rechtecke geschnitten Öffnungen, die Kanäle und die in-lassen/out-let des Geräts entspricht. 
		Hinweis: Die vorgestanzten Öffnungen in der PDMS-Rechtecke sollen verhindern, dass die Kanäle ausblenden beim Pressen.</li>
		<li>Stack in der folgenden Reihenfolge von unten: ein PDMS-Rechteck mit vorgestanzten Öffnungen, ein PDMS-Scheibe (Kontakt mit dem unteren Fenster, Schnitt im Schritt 4.3.2), die beiden Finger gedrückt Hälften des Geräts, die zweite PDMS-CD (auf der oberen Fenster sitzen), und schließlich Das zweite PDMS-Rechteck mit vorgestanzten Öffnungen ( Abb. 5 b).</li>
		<li>Dieser Versammlung im Vakuumpresse Setup zu platzieren, so dass es zwischen 2 Platten eingeklemmt ist und verschließen die Plastiktüte ( Abbildung 5 c). Schalten Sie die Vakuumpumpe und evakuieren Sie die Versammlung zu. Lassen Sie die Vakuumpumpe erreicht seine Basisdruck oder wenden Sie das Vakuum für mindestens 10 min. 
		Hinweis: Der Basisdruck erreicht richtet sich nach der eingesetzten Vakuumpumpe und die Qualität der Versiegelung des Plastikbeutels.</li>
		<li>Setzen die evakuierte zu UV mit einem Breitband-Hg Gaslampe bei 270 W für 15 min. Turn off die Vakuumpumpe und lassen Sie die Montage langsam auf den atmosphärischen Druck vor dem Entfernen des endgültigen Geräts aus der Baugruppe entlüften Assembly.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Um bewerten und optimieren die Fertigung Protokoll, wir verwendet ein einfaches Layout für das mikrofluidischen Muster mit einer großen rechteckigen Kammer (5 x 2,5 mm Größe) in der Mitte, zwei kleine rechteckige Kammern (5,5 x 0,75 mm Größe) von den Hauptstromkreis getrennt auf der Ober-und Unterseite und 300 µm Breite in-lassen/out-let Kanäle. Die zentrale Kammer dient für die Aussaat und Beobachtung der Zellen, während die zwei getrennten kleineren Kammern verwendet werden, um die Luft Hintergrund während FTIR messen ...

Fourier transformieren Infrarot-Spectro-Mikroskopie (FTIR) wurde als Label-frei und nicht-invasive bildgebende Technik, detaillierte chemische Informationen einer Probe ausgiebig genutzt. Dies ermöglicht die Gewinnung von biochemischen Informationen zum Studium der Chemie von biologischen Proben, mit einem Minimum an Vorbereitung, da das Absorptionsspektrum der Probe die intrinsische Fingerabdrücke von seiner chemischen Zusammensetzung1 trägt , 2. vor kurzem FTIR zunehmend auf die Studie von live biologischen Proben, z.B., Zellen3angewendet wurde. Wasser, das das Medium für lebende Zellen in den meisten Fällen ist, zeigt jedoch eine starke Absorption in der mid-IR-Region. Sogar als eine dünne Schicht kann seine Präsenz wichtige strukturellen Informationen der Proben völlig überfordern.
Seit vielen Jahren war das gemeinsame Vorgehen Befestigung oder Trocknung von Proben um die Wasser-Absorption-Signal im Spektrum vollständig auszuschließen. Jedoch erlaubt dieser Ansatz nicht für Echtzeit-Messungen an lebenden Zellen, die ist wichtig, die Veränderung der chemischen Zusammensetzung und zelluläre Prozesse mit der Zeit zu studieren. Eine Möglichkeit, zuverlässige Absorptionsspektren von live biologischen Proben zu erhalten ist, die insgesamt optische Weglänge im Medium von den IR-Strahl auf weniger als 10 µm4zu begrenzen.
Ein etablierter Ansatz in lebenden Zelle Experimente wurde so weit abgeschwächt totale Reflexion (ATR)-FTIR Bildgebung ermöglicht Messungen unabhängig von der Probendicke, so dass Zellen in einer dickeren Schicht der wässrigen Medium aufrechterhalten werden. Allerdings schränkt die geringe Tiefe des Durchgriffes der evaneszenten Welle Messungen von Proben, nur die ersten paar Mikrometer von der Oberfläche des ATR-Kristall-5.
Alternativ hat Wasser Absorption Einschränkung umgangen wurde, mit dem Aufkommen von verschiedenen mikrofluidischen Systemen, die in der Regel in zwei große Gruppen eingeteilt werden: Kanal (wo eine der flüssigen Oberflächen ausgesetzt ist die Atmosphäre) offen und geschlossen Kanal (wo zwei IR-transparenten Fenster durch einen Abstandhalter mit definierter Dicke getrennt sind).
Loutherback Et Al. entwickelt eine Gerinneabfluss Membran-Gerät, die lange Begriff IR Dauermessungen von lebenden Zellen für bis zu 7 Tage6ermöglicht. Diese Methode erfordert hohen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung um Verdunstung des Mediums von der Zelloberfläche zu verhindern. Das System funktioniert am besten mit Zellen, die natürlich an Luft-Flüssigkeit Schnittstellen, wie z. B. epithelialen Geweben der Haut, Lunge und Augen oder mikrobielle Biofilme7wachsen.
Geschlossen-Kanalkonfiguration zielt auf eine gleichmäßige, dünne Schicht zwischen zwei parallele IR-transparenten Fenstern, wo Zellen in ihrer wässrigen Medien verwaltet werden. Die Dicke dieser Hohlraum ist derart, dass das Wasser Absorption Signal unter Sättigung. Wasser-Hintergrund kann dann abgezogen werden, um die richtige Probe Spektren zu erhalten. Die meisten Methoden, geschlossen-Kanal nutzen ein Kunststoff Distanzstück trennt die beiden Fenster um einen abnehmbaren Flüssigkeitskammer3,8,9zu bilden. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass es keine Microfabrication erfordert; Strukturen, die komplexer als eine Messkammer mit bei und out - let Kanäle sind jedoch äußerst schwierig, in den dünnen Abstandhalter zu realisieren. Es gibt auch ein Problem mit der Reproduzierbarkeit der Weglänge zwischen IR-Messungen wegen seiner Abhängigkeit von mechanische Klemmung. Um eine präzisere Steuerung der Abstand für eine zuverlässigere Spektrum Erwerb zu erreichen, wurden optische Lithografie Methoden zu Muster Photoresist auf das IR-Substrat zu definieren, die Abstandhalter9,10 umgesetzt , 11 , 12. obwohl dies es möglich für komplexere Strukturen in der Abstandhalter definiert werden macht, die Methode erfordert Zugang zu einem Microfabrication Einrichtung, das Muster auf jedem Untergrund zu produzieren.
In diesem Beitrag präsentieren wir eine einfache Herstellung Technik, ein IR-kompatiblen mikrofluidischen Gerät, mit dem Ziel, die Herstellung, die Kosten zu reduzieren und die Anforderung für den Zugriff auf eine Microfabrication Anlage. Die Methode hier vorgestellt (siehe Abbildung 1) nutzt einen etablierteren Prozess bekannt als weiche Lithographie. Zwei Formen sind in diesem Fall erforderlich. Die primäre Form besteht aus einem 4-Zoll-Silizium-Wafer mit einer standard UV-Lithographie-Prozess. Die sekundäre Form ist seine Replik des PDMS, die hat eine umgekehrten Polarität des Musters in der primären Form von Silizium und dient als der master-Form für die nachfolgenden Geräte Fertigung.
Das Gerät verfügt über zwei separate Ebenen: eine erste Schicht mit dem mikrofluidische Layout (was im vorliegenden Fall besteht aus der Mikrofluidik-Kanal, in-lassen/Out-lassen und eine Beobachtung Kammer mit einem CaF2 Ansichtsfenster) und eine zweite Schicht mit einer flachen Oberfläche ( bestehend aus nur einem CaF2 Ansichtsfenster).
Hier wird optische UV-härtender Klebstoff, Norland optische Klebstoff 73 (NOA73, fortan als "NOA" abgekürzt), verwendet, um die wichtigsten Kunststoff-Körper des Geräts zu bilden. Es gibt mehrere Vorteile bei der Verwendung dieser optischen Kleber: niedrige Herstellung Kosten, einfache Anbindung an Fremdsysteme, gute optische Transparenz, niedrige Viskosität, und vor allem Biokompatibilität13. CaF2 ist eine geeignete Wahl als das Ansichtsfenster aufgrund seiner Biokompatibilität und hervorragende IR-Transparenz-14.
Mit diesem neuen Konzept ist Zugang zu einem Microfabrication Einrichtung nur für die Herstellung der primären Form unbedingt erforderlich. Nachfolgende Fertigungsprozesse für Kunststoff mikrofluidischen Gerät können in jedem Labor ausgestattet mit einer UV-Lichtquelle erfolgen.

<table><tbody><tr><td>Chemical</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluoroctyl)silan 97%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>448931-10G</td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184 Silikonelastomer Kit</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>Polydimethylsiloxane oder kurz PDMS</td></tr><tr><td>Norland Optischer Klebstoff 73</td><td>Norland Products Inc.</td><td>7304</td><td></td></tr><tr><td>SU8 3010 Fotolack</td><td>MicroChem</td><td>Y311060</td><td></td></tr><tr><td>SU8 Entwickler</td><td>MicroChem</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>Material</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicon Wafer, 4 Zoll, erstklassig</td><td>Bonda Technology Pte Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CaF2 IR-Fenster</td><td>Crystran, UK</td><td>CAFP10-1</td><td>10 mm Durchmesser, 1 mm Dicke</td></tr><tr><td>Acrylschablonen</td><td></td><td></td><td>Sonderanfertigung</td></tr><tr><td>Ausrüstung</td>UV-KUB 2 (UV-LED-Belichtungssystem<td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>)</td><td>KLOE</td><td></td><td>Emissionsspektrum 365nm &plusmn; 5nm</td></tr><tr><td>Newport UV-Lampe</td><td>Newport</td><td>Modell 66902</td><td>50-500 Watt Hg Bogenlampe</td></tr><tr><td>CEE Spin Coater</td><td>Brewer Science</td><td>Modell 200x</td><td></td></tr><tr><td>MJB4 Mask</td><td>Aligner SÜSS MicroTec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Precision digitale Heizplatte</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>2860SR</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Surface Technology</td><td>Diener Electronic GmbH + Co. KG</td><td></td><td>Für die O2 Plasmabehandlung</td></tr><tr><td>IDP-3 Dry Scroll Vakuumpumpe</td><td>Agilent Technologies</td><td></td><td>Enddruck 3,3 x 10-1 mbar</td></tr><tr><td>Bruker IFS 66v/s FTIR-Spektrometer</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

weichen lithografischen verfahren zur herstellung von kunststoff mikrofluidischen geräte mit ansicht-ports für sichtbaren und infraroten licht durchlässig

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Infrarot (IR) Spectro-Mikroskopie von lebenden biologischen Proben wird durch die Absorption von Wasser in die Mitte der IR-Bereich und durch den Mangel an geeigneten mikrofluidischen Geräten behindert. Hier, ein Protokoll für die Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräten gezeigt hat, wo weiche lithographische Techniken werden verwendet, um transparente Calciumfluorid (CaF2) Ansicht-Häfen im Zusammenhang mit Beobachtung Kammer(n) einbetten. Die Methode basiert auf einem Replikat Casting Ansatz, wo ein Polydimethylsiloxan (PDMS) Schimmel durch lithographische Standardverfahren hergestellt und dann als Vorlage verwendet, um ein Kunststoff-Gerät zu produzieren. Das Kunststoff-Gerät verfügt über Ultraviolett/sichtbar/Infrarot (UV/Vis/IR) - transparente Fenster von CaF2 ermöglicht die direkte Beobachtung mit sichtbar gemacht und IR-Licht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Methode: eine geringere Notwendigkeit, den Zugriff auf einen Reinraum Mikro-Fertigungsanlage, mehrere Anzeigen-Ports, eine einfache und vielseitige Verbindung zu einem externen Pumpen System durch die Kunststoff-Körper, Flexibilität des Designs, z.B. , offene/geschlossene Kanäle Konfiguration und die Möglichkeit, anspruchsvolle Features wie z. B. nanoporöse Membranen.

Abbildung 6 zeigt die Transmission Spektren von einem brandneuen CaF2 Fenster, der gemusterte Hälfte des Geräts und das komplette Gerät. Alle drei Spektren weisen hervorragenden Transparenz bis Mitte IR mit Durchlässigkeit größer als 80 %. Das Interferenzmuster sichtbar im Spektrum der das vollständige Gerät (gelbe Kurve in der Abbildung) wird durch den Luftspalt im Bereich von 9 bis 10 µm zwischen den beiden Fenstern verursacht. Diese Spektren zei...

Ein Protokoll für die Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräten mit transparenten Blick-Ports für die sichtbaren und infraroten Licht Bildgebung wird beschrieben.

Weichen lithografischen Verfahren zur Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräte mit Ansicht-Ports für sichtbaren und infraroten Licht durchlässig

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...

Das übergeordnete Ziel dieses Mikrofertigungsprotokolls ist es, auf einfache und kostengünstige Weise kunststoffbasierte mikrofluidische Vorrichtungen herzustellen, die mit der Fourier-Transform-Infrarot-Mikrospektroskopie kompatibel sind. Diese Methoden können zu einem umfassenden Verständnis der zellulären Biochemie beitragen. Sie ermöglichen uns einen vereinfachten Zugang zur Infrarot-Mikrospektroskopie, einer markierungsfreien, nicht schädigenden Bildgebungstechnik, die biochemische Karten lebender Zellen liefern kann.Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie den Bedarf an Zugang zu einer Mikrofertigungsanlage verringert und Kunststoff als Hauptbestandteil für die Endgeräte verwendet. Die Durchführung des Verfahrens wird Mona Suryana, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin aus unserem Labor, demonstrieren. Beginnen Sie das Verfahren, indem Sie die Silikon-Originalform gemäß dem schriftlichen Protokoll vorbereiten.Mischen Sie anschließend das PDMS-Elastomer und das Härtemittel im Verhältnis 10 zu 1. Die Gesamtmenge wird so bemessen, dass das resultierende PDMS eine Dicke von etwa 1 bis 1,5 Millimetern aufweist. Nach gründlichem Mischen wird das Gemisch in ein Vakuumgefäß überführt.Senken Sie den Druck, bis er zwischen einem und 10 Millibar liegt. Warten Sie 15 Minuten oder bis keine sichtbaren Blasen mehr vorhanden sind, um die Mischung zu entgasen. Gießen Sie das entgaste PDMS auf die vorbereitete Silikonform.Überführen Sie die Form in das Vakuumgefäß und verringern Sie den Druck für 15 Minuten, um die Mischung erneut zu entgasen. Anschließend überführen Sie die Form auf einen Heizblock oder in einen Ofen. Erhitzen Sie die Form bei 70 Grad Celsius für zwei Stunden, um die Mischung aushärten zu lassen.Entfernen Sie das ausgehärtete PDMS von der Hitzequelle und lassen Sie es auf Raumtemperatur abkühlen. Schneiden Sie das PDMS mit einem Rasiermesser entlang der Ränder der Silikonform ab. Ziehen Sie mit einer Pinzette eine Ecke an und lösen Sie das PDMS-Abbild vorsichtig von der Silikonform.Als Nächstes überführen Sie die PDMS-Form in einen Plasmareiniger. Stellen Sie den Kammerdruck zwischen einem und 10 Millibar ein und behandeln Sie die PDMS-Form 30 Sekunden lang mit Sauerstoffplasma bei 60 Watt und einem Sauerstofffluss von 20 SCCM. Danach stellen Sie die Form in ein Vakuumgefäß und geben etwa 50 Mikroliter Silan hinzu.Lassen Sie das Gefäß zwei Stunden lang im Vakuumzustand. Beginnen Sie zunächst mit der Gestaltung oder Beschaffung von Acryl-Schablonen, wie im Textprotokoll beschrieben, und bereiten Sie das PDMS-Elastomer und den Härter vor, wie am Anfang dieses Verfahrens gezeigt. Gießen Sie die entgaste PDMS-Mischung auf die Acryl-Schablonen, bis die oberste Oberfläche bedeckt ist, etwa einen Millimeter unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche.Überführen Sie die untergetauchten Formen anschließend in ein Vakuumgefäß. Entgasen Sie das PDMS mit dem gleichen Verfahren wie zuvor. Danach überführen Sie die untergetauchten Formen auf eine Heizplatte oder in einen Ofen.Heizen Sie zwei Stunden lang auf 60 Grad Celsius, um die Mischung auszuhärten. Entfernen Sie das ausgehärtete PDMS von der Wärmequelle und lassen Sie es auf Raumtemperatur abkühlen. Schneiden Sie das PDMS mit einer Rasierklinge entlang der Kanten der Acrylformen aus.Verwenden Sie anschließend eine Pinzette, um eine Ecke zu greifen und das PDMS vorsichtig abzuziehen. Danach bereiten Sie das zweite PDMS-Abbild wie im Textprotokoll beschrieben vor. Um mit der Herstellung der strukturierten Hälfte des Geräts zu beginnen, behandeln Sie ein Calciumfluorid-Fenster mit Sauerstoff-Plasma bei 60 Watt für 30 Sekunden bei einem Sauerstofffluss von 20 SCCM.Platzieren Sie die erste PDMS-Vorlage, diejenige mit den kleinen Säulen, vorsichtig auf eine flache Oberfläche. Danach setzen Sie das behandelte Calciumfluorid-Fenster in die Mitte der Vorlage. Drücken Sie leicht, um sicherzustellen, dass das Fenster vollständig mit dem PDMS in Kontakt ist.Als Nächstes eine UV-durchlässige Platte auf der Rückseite der PDMS-Form platzieren, ausgerichtet mit der Position der zentralen Kammer. Vorsichtig andrücken, um sicherzustellen, dass sie vollständig mit dem PDMS in Kontakt ist. Die Form mit der fluidischen Struktur-Seite nach unten auf die PDMS-Vorlage legen, wobei die fluidische Kammer mittig zum Fenster ausgerichtet sein soll.Tröpfeln Sie dann langsam NOA am Einlass der PDMS-Vorlage ab. Lassen Sie das NOA den Hohlraum langsam füllen. Nachdem der Hohlraum vollständig gefüllt ist, härtet man das NOA aus, indem man die Form UV-Licht aussetzt.Entfernen Sie die UV-transparente Platte vorsichtig aus der Form. Lösen Sie die PDMS-Form behutsam von der Oberseite der NOA-Schicht. Danach entfernen Sie die NOA-Schicht.Um mit der Herstellung der flachen Hälfte des Geräts zu beginnen, behandeln Sie das Calciumfluorid-Fenster mit Sauerstoff-Plasma bei 60 Watt für 30 Sekunden mit einem Sauerstofffluss von 20 SCCM. Stellen Sie die zweite PDMS-Schablone, also die ohne die kleinen Säulen, vorsichtig auf eine ebene Oberfläche. Legen Sie das behandelte Calciumfluorid-Fenster in die Mitte der Schablone.Drücken Sie vorsichtig, um sicherzustellen, dass das Fenster vollständig mit dem PDMS in Kontakt steht. Beschaffen Sie sich anschließend eine einen Millimeter dicke PDMS-Schicht mit einer Größe von fünf Zentimetern mal 3,5 Zentimetern. Legen Sie diese Schicht auf das Calciumfluorid-Fenster, wobei sie mit der Mitte der Vorlage ausgerichtet sein sollte.Drücken Sie vorsichtig, um sicherzustellen, dass die Folie vollständig mit dem Fenster in Kontakt ist. Geben Sie langsam Tropfen von NOA am Einlass der PDMS-Vorlage ab. Lassen Sie das NOA langsam den Hohlraum füllen. Nachdem der Hohlraum vollständig gefüllt ist, härtet man das NOA aus, indem man die Form UV-Licht aussetzt. Entfernen Sie die PDMS-Schicht. Anschließend wird die ausgehärtete NOA-Schicht vorsichtig von der PDMS-Vorlage abgenommen.Platzieren Sie eine Hälfte der Vorrichtung auf der anderen, wobei die Calciumfluorid-Fenster ausgerichtet sein müssen. Drücken Sie vorsichtig an den Ecken der NOA-Schichten, um die Position der beiden Hälften zu fixieren. Danach beschaffen Sie PDMS-Scheiben und -Rechtecke, wie im Textprotokoll beschrieben.Platzieren Sie die PDMS-Scheiben in die entsprechenden Öffnungen des Geräts. Danach platzieren Sie die PDMS-Rechtecke mit vorgeschnittenen Öffnungen auf jeder Seite. Übertragen Sie die gesamte Baugruppe auf die Vakuum-Presse, wobei sie zwischen zwei Platten eingeschlossen wird.Danach verschließen Sie die Plastiktüte. Schalten Sie die Vakuumpumpe ein, um die Baugruppe zu evakuieren, und lassen Sie sie mindestens 10 Minuten lang laufen. Belichten Sie die evakuierte Baugruppe mithilfe einer Quecksilberdampflampe mit 270 Watt für 15 Minuten mit UV-Licht.Danach die Vakuumpumpe ausschalten und die Baugruppe langsam auf atmosphärischen Druck entspannen lassen, bevor das fertige Gerät aus der Baugruppe entfernt wird. In diesem Verfahren wird ein kunststoffbasiertes mikrofluidisches Gerät mit Sichtfenstern, die für sichtbares und infrarotes Licht transparent sind, hergestellt. Anschließend werden Transmissionspektren aufgenommen, um ein nagelneues Kalziumfluorid-Fenster, eine Hälfte des hergestellten Geräts und das vollständige Gerät miteinander zu vergleichen.Wie ersichtlich ist, weisen alle drei eine Transmission von über 80 % bis in den mittleren Infrarotbereich auf, was auf ein hohes Maß an Transparenz in diesem Bereich hinweist. Während das Spektrum für das vollständige Bauteil ein Interferenzmuster aufweist, das durch den Luftspalt zwischen den beiden Fenstern verursacht wird, zeigen diese Spektren, dass der Herstellungsprozess die Transparenz der Calciumfluorid-Fenster bis in den mittleren Infrarotbereich hinein nicht verändert. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie innerhalb einer Stunde durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird und die erforderlichen Vorlagen und Formen bereitstehen.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Kunststoff-Mikrofluidikgeräte herstellt, die mit der Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie kompatibel sind, unter Verwendung der Abformtechnik mit PDMS und des Kapillarfüllverfahrens mit UV-härtbaren Harzen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Silanen und UV-Licht äußerst gefährlich sein kann. Führen Sie stets risikobasierte Bewertungen durch und tragen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung, während Sie dieses Verfahren durchführen.

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Forschung

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Biotechnik

Mikrofluidik-Geräte lassen sich komplexe natürliche Prozesse in Echtzeit und auf der entsprechenden physikalischen Maßstäben zu visualisieren. Wir haben ein einfaches Mikrofluidiksystem, dass wichtige Funktionen des natürlichen porösen Medien nachahmt für das Studium Wachstum und Transport von Bakterien im Untergrund entwickelt.

Fenster an einem Microworld: Einfache mikrofluidische Systeme für Studium Mikrobielle Transport in porösen Medien

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Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Isolierung und Kultivierung einzelner Zellen mit einer mikrofluidischen Plattform, die ein neues Mikrotiter-Designkonzept verwendet, um eine hocheffiziente Einzelzellisolierung und eine langfristige klonale Kultur zu ermöglichen.

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Mehrstufige Höhenverstellbarem Lithografie für Valved Mehrschichtige Mikrofluidiksysteme

Das Ziel dieses Verfahrens ist es, einfach und schnell eine mikrofluidischen Gerät mit anpassbare Geometrie und Widerstand gegen Schwellungen von organischen Flüssigkeiten für Erholung Ölstudien produzieren. Ein Polydimethylsiloxan Schimmel ist zuerst erzeugt und dann verwendet, um das Epoxy-basierte Gerät gegossen. Eine repräsentative Verschiebung-Studie wird berichtet.

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Eine mikrofluidische Plattform zur Untersuchung von Bioverstopfung in porösen Medien

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung eines implantierbaren integrierten Bildgebungsfensters mittels 3D-Laserdruck. Das Fenster besteht aus einem System von Mikrolinsen, die mit Mikrogerüsten gekoppelt sind. Das Verfahren beinhaltet die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) des biokompatiblen Photolacks SZ2080 in einer kontinuierlichen Sequenz, um die Fertigungseffizienz und die Abstimmung zwischen den verschiedenen Komponenten zu optimieren.

Mikrofabrikation von implantierbaren Optiken, die in ein mikrostrukturiertes Bildgebungsfenster integriert sind, für fortschrittliche In-vivo-Bildgebung

Dieses Protokoll beschreibt das Design und die Herstellung eines mikrofluidischen Geräts, das für die Untersuchung der Mikrotubuli-Polymermechanik geeignet ist. Die Synthese von Mikrofabrikation, automatisierter Flusskontrolle und computergestützten Modellierungstechniken ermöglicht ein flexibles System, das sich ideal für die Untersuchung des zellulären Zytoskeletts in vitro eignet.

Entwicklung eines mikrofluidikbasierten Ansatzes zur Untersuchung der Mikrotubuli-Polymermechanik

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Soft-Lithographie Funktionalisierung und Strukturierung Oxydfreie Silizium und Germanium

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Weichen lithografischen Verfahren zur Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräte mit Ansicht-Ports für sichtbaren und infraroten Licht durchlässig (Video) | JoVE Journal

Weichen lithografischen Verfahren zur Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräte mit Ansicht-Ports für sichtbaren und infraroten Licht durchlässig

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