Fabricación Y Visualización De Puentes Capilares En Geometría De Poro Hendidura

El objetivo general de este procedimiento es formar e obtener imágenes de puentes capilares en geometría pobre en hendiduras. Esto se logra fabricando primero sustratos de pilares de PDMS elevados a largo plazo utilizando moldes fotolitográficos estándar. El segundo paso es funcionalizar la parte superior de los pilares para introducir un contraste de humectación entre la parte superior y los lados mediante litografía de transferencia de impresión y monocapas autoensambladas.

A continuación, los dos pilares se colocan uno frente al otro en un dispositivo de microetapa de cuatro ejes. Los grados de libertad de traslación y rotación permiten al investigador alinear correctamente los dos pilares enfrentados y controlar la separación entre los pilares durante el experimento. El paso final es introducir líquido entre los dos pilares elevados e imagenizar el puente capilar resultante con la cámara CCD.

A medida que la altura del vertido de la hendidura ha cambiado, en última instancia, el cambio en la morfología del puente de líquido a medida que aumenta la altura de vertido de la hendidura, se utiliza para mostrar que la presión lalo del puente de líquido cambia de signo de atractivo a repulsivo a medida que aumenta la altura de vertido de la ranura. Aunque este método puede proporcionar información para comprender las características del fenómeno de humectación parcialmente fijado. También se puede aplicar a problemas como el diseño de flip chips, la recuperación de petróleo en materiales porosos y la adhesión bioinspirada.

Antes de comenzar este procedimiento, limpie una oblea de silicona de cuatro pulgadas con solución de piha después de este Spinco SU eight 2002 en la superficie del agua durante 40 segundos a 500 RPM. A continuación, Spinco SU 8 20 50, en la oblea con un programa de codificación de giro de dos pasos durante 40 segundos a 500 rpm seguido de un minuto a 1500 rpm. Una vez que la oblea recubierta de centrifugación esté seca, coloque una máscara de transparencia sobre ella, luego colóquela bajo una lámpara ultravioleta y expóngala durante 30 segundos a 200 vatios.

Después de secar la oblea en una placa calefactora a 95 grados centígrados, colóquela en la solución de revelador SU eight y agite ligeramente hasta que se hayan eliminado todos los SU eight no expuestos. A continuación, enjuague la oblea con un chorro de alcohol isopropílico durante 30 segundos y séquela con nitrógeno. En este punto, mezcle vigorosamente una proporción de masa de 10 a uno de P-D-M-S-S, base 180 4 a agente de curado en un vaso de precipitados usando una varilla de agitación desechable Degas, el PDMS en una cámara de vacío hasta que desaparezcan todas las burbujas.

Después de colocar el molde fabricado por SU eight en un plato Wang de plástico grande de cuatro pulgadas, vierta la mezcla de PDMS sobre él. Después de desgasificar la mezcla de molde y PDMS, coloque todo el plato en un horno a 75 grados centígrados durante al menos dos horas. Una vez que la muestra se haya enfriado a temperatura ambiente, corte el plato del PDMS y el PDMS de la oblea de silicona con una cuchilla de afeitar recta.

A continuación, recorta la región del PDMS con los pilares del grueso y guárdala en una placa de Petri limpia. Después de evaporar 20 nanómetros de oro directamente sobre una oblea de silicio limpia, colóquela en un reactor de plasma y límpiela con plasma de oxígeno a una presión de 300 milour con una potencia de 50 vatios durante 10 minutos. Cuando termine, coloque la oblea en una placa de Petri Pyrex llena de etanol de 200 grados durante al menos 10 minutos.

Después de retirar la oblea del plato, enjuáguela con etanol y séquela con nitrógeno. A continuación, aplicar una capa de una solución de tolueno MPTS previamente preparada sobre la oblea a 500 RPM durante 30 segundos, seguido de 2.750 RPM durante un minuto. Una vez que la oblea se haya enjuagado y secado, colóquela en una placa de Petri Pyrex que contenga suficiente solución de ácido clorhídrico de 16 milimolares para sumergir completamente la oblea.

Después de al menos cinco minutos de inmersión, retire la oblea de la solución y séquela con nitrógeno. A continuación, coloque los pilares PDMS en la cámara de plasma y realice el plasma de oxígeno a una presión de 300 milour y una potencia de 50 vatios durante 30 segundos. Después de retirar los sustratos de PDMS del reactor de plasma, ate la parte posterior de cada uno a un portaobjetos de vidrio limpio aplicando una ligera presión sobre ellos.

Voltee los sustratos de PDMS con respaldo de vidrio y presione los pilares hacia abajo sobre las películas de oro funcionalizadas MPTS. Una vez que se haya aplicado una presión moderada, coloque un peso de aproximadamente 100 gramos en el portaobjetos de vidrio para asegurar el contacto conformado Después de al menos 12 horas, separe cada sustrato de PDMS de la oblea y use una hoja de afeitar recta. Si el sustrato de PDMS está atascado, use un microscopio óptico para verificar que la película de oro no esté agrietada o que no falten partes a lo largo del pilar.

A continuación, sumerja el sustrato PDMS en uno previamente preparado. Solución milimolar de dimetilsulfóxido de MHA durante al menos 24 horas. Después de enjuagar con agua desionizada y secar, coloque el sustrato PDMS en una cámara de vacío con una presión de menos de 100 milour a 25 grados centígrados durante al menos 12 horas utilizando sustratos de dos pilares.

Coloque uno en los soportes superior y otro en el inferior del conjunto de microetapa de cuatro ejes. Asegure los sustratos con tornillos de tensión laterales. En este punto, ensamble el dispositivo colocando la etapa del sustrato superior a la placa de pruebas de modo que el sustrato superior esté aproximadamente por encima del sustrato inferior.

Disminuya la altura entre los dos pilares enfrentados a aproximadamente un milímetro usando las perillas x, y y de rotación. En la etapa de sustrato inferior. Alinee las tiras de oro de los dos sustratos para que queden paralelas.

A continuación, coloque la cámara para mirar hacia abajo a lo largo del pilar PDMS utilizando la transmisión de la cámara en vivo en la pantalla de la computadora, ajuste la posición del sustrato inferior para que los pilares sean paralelos. Después de esto, mueva la cámara al lado opuesto del dispositivo y repita los dos pasos anteriores. Usando la transmisión de la cámara en vivo, disminuya la separación entre los dos pilares hasta que el pilar superior haga contacto con el pilar inferior.

A continuación, ponga a cero la microetapa digital y aumente la altura de los poros a aproximadamente 200 micrómetros. Monte una jeringa que contenga una solución de agua con un 80% de glicerol en la etapa de traducción XY, Z de la jeringa con la pinza mecánica. A continuación, ajuste los micrómetros en la etapa de posicionamiento de la jeringa para que la aguja de calibre 30 encaje en el vertido de la ranura.

Disminuya la altura de vertido de la ranura para que las superficies superior e inferior entren en contacto suavemente con la aguja después de dispensar lentamente el líquido de la jeringa en el vertido de la ranura. Utilice los micrómetros de la platina de posicionamiento de la jeringa para retirar la aguja del poro de la hendidura. El dispositivo experimental se puede dividir en cuatro partes principales.

La etapa de sustrato superior, la etapa de sustrato inferior, la jeringa XY, la etapa de traducción Z y la óptica de la cámara y el soporte de la cámara. Consulte el protocolo de texto para obtener detalles sobre el dispositivo experimental En la transferencia del oro al sustrato PDMS, es importante separar el dispositivo PDMS de la oblea de silicio. Aquí se muestra una imagen de microscopio del pilar A-P-D-M-S con oro después de una transferencia exitosa en la imagen.

Aquí hay una imagen que muestra el exceso de lámina de oro de la oblea que se transfirió al pilar debido a una mala transferencia. Para facilitar la transferencia de la película de oro, se puede usar una maquinilla de afeitar de seguridad afilada para separar suavemente un borde del pilar PDMS de la oblea de silicona. Además, el sustrato de PDMS debe tirarse en una dirección normal a la superficie de las obleas para evitar que la lámina de oro adicional se pegue al borde del sustrato. Mostrado.

Aquí hay una imagen que muestra cómo se pueden formar grietas en la capa de oro después de la transferencia si el sustrato PDMS se somete a un cizallamiento o flexión significativos. Una vez finalizado el proceso de fabricación, es importante verificar la calidad de la monocapa MHA probando su ángulo de contacto con el agua. Aquí se muestra una gota de agua líquida sobre un sustrato dorado de PDMS después de ser funcionalizada con MHA.

El bajo ángulo de contacto en el PDMS indica que el proceso fue exitoso. El recuadro muestra una gota de agua líquida colocada en uno de los pilares elevados después de completar el procedimiento. El ángulo de contacto de 140 grados demuestra que la combinación de heterogeneidades físicas y químicas permite que la gota quede fijada en los lados de los pilares.

Una vez que los sustratos se han fabricado e instalado en los soportes de micro etapas, los canales se pueden llenar con la jeringa XY, Z translation Stage que se muestra aquí es un poro cortado lleno con una perspectiva perpendicular al ancho del pilar que se muestra en la imagen. Aquí hay una perspectiva ortogonal a la primera imagen que es perpendicular a la longitud del poro de la hendidura. El proceso de llenado del canal desde la misma perspectiva que la segunda imagen se muestra aquí, es fundamental durante la etapa de llenado dispensar el líquido de la jeringa.

Lentamente, la fuerza de los grandes caudales repentinos puede clavar profundamente el líquido desde la parte superior del pilar, lo que hace que se extienda a las regiones hidrófobas de PDMS. Si esto sucede, los sustratos deben limpiarse y secarse en el proceso de llenado repetido. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo formar pilares PDMS.

Funcionalízalos con monocapas autoensamblables y alinéalos para formar puentes capilares. No olvide que trabajar con piran puede ser extremadamente peligroso y precauciones como una campana extractora que funcione. Las gafas de seguridad son un protector facial.

Se debe usar una bata de laboratorio con guantes completos de neopreno siempre que se realice este procedimiento.