Procedimiento suave litográfica para la producción de dispositivos microfluídicos plástico con puertos de vista transparentes a luz Visible e infrarroja

El objetivo principal de este protocolo de microfabricación es producir dispositivos microfluídicos de plástico compatibles con la microespectroscopia infrarroja por transformada de Fourier de una manera sencilla y rentable. Estos métodos pueden ayudar con una amplia comprensión de la bioquímica celular. Nos proporciona un acceso simplificado a la microespectroscopia infrarroja, una técnica de imagen sin etiquetas y sin daños que puede recuperar mapas bioquímicos de células vivas.

La principal ventaja de esta técnica es que reduce la necesidad de acceder a las instalaciones de microfabricación y utiliza el plástico como componente principal para los dispositivos finales. La demostración del procedimiento estará a cargo de Mona Suryana, asistente de investigación de nuestro laboratorio. Para comenzar este procedimiento, prepare el molde primario de silicona como se describe en el protocolo de texto.

A continuación, mezcle el elastómero PDMS y el agente de curado en una proporción de 10 a uno. La cantidad total mezclada es tal que el PDMS resultante tiene aproximadamente de uno a 1,5 milímetros de grosor. Después de una mezcla completa, transfiera la mezcla a un frasco de vacío.

Baja la presión hasta que esté entre uno y 10 milibares. Espere 15 minutos o hasta que no haya burbujas visibles para desgasificar la mezcla. Vierta el PDMS desgasificado en el molde de silicona preparado.

Transfiera el molde al frasco de vacío y baje la presión durante 15 minutos para desgasificar la mezcla una vez más. Luego transfiera el molde a una placa caliente o al horno. Calienta el molde a 70 grados centígrados durante dos horas para curar la mezcla.

Retire el PDMS curado del fuego y déjelo enfriar a temperatura ambiente. Use una hoja de afeitar para cortar el PDMS a lo largo de los bordes del molde de silicona. Con un par de pinzas, pellizque una esquina y retire con cuidado la réplica de PDMS del molde de silicona.

A continuación, transfiera el molde de PDMS a un limpiador de plasma. Ajuste la presión de la cámara entre uno y 10 milibar y trate el molde PDMS con plasma de oxígeno a 60 vatios durante 30 segundos con un flujo de oxígeno de 20 SCCM. Después de esto, coloque el molde en un frasco de vacío y agregue unos 50 microlitros de silano.

Deje el frasco en estado de vacío durante dos horas. Para comenzar, diseñe o adquiera plantillas acrílicas, como se describe en el protocolo de texto y prepare el elastómero y el agente de curado PDMS como se muestra al comienzo de este procedimiento. Vierta la mezcla de PDMS desgasificada sobre las plantillas acrílicas hasta que la superficie superior quede sumergida, aproximadamente un milímetro por debajo de la superficie líquida.

A continuación, transfiera las plantillas sumergidas a un tarro de vacío. Desgasificación del PDMS utilizando el mismo proceso que antes. A continuación, transfiera las plantillas sumergidas a una placa calefactora o a un horno.

Calentar a 60 grados centígrados durante dos horas para curar la mezcla. Retire el PDMS curado de la fuente de calor y déjelo enfriar a temperatura ambiente. Con una cuchilla de afeitar, corte el PDMS a lo largo de los bordes de las plantillas acrílicas.

A continuación, utilice un par de pinzas para pellizcar una esquina y despegue con cuidado el PDMS. Después de esto, prepare la segunda réplica de PDMS como se describe en el protocolo de texto. Para comenzar a fabricar la mitad estampada del dispositivo, trate una ventana de fluoruro de calcio con plasma de oxígeno, a 60 vatios durante 30 segundos, con 20 SCCM de flujo de oxígeno.

Coloque con cuidado la primera plantilla de PDMS, la que tiene los pilares pequeños, sobre una superficie plana. Luego, coloque la ventana de fluoruro de calcio tratado en el centro de la plantilla. Presione suavemente para asegurarse de que la ventana esté completamente en contacto con el PDMS.

A continuación, coloque una placa transparente UV en la parte posterior del molde PDMS, alineada con la ubicación de la cámara central. Presione suavemente para asegurarse de que esté completamente en contacto con el PDMS. Coloque el molde en la plantilla de PDMS con el patrón fluídico hacia abajo y con la cámara fluida alineada con el centro de la ventana.

A continuación, dispense gradualmente gotas de NOA en la entrada de la plantilla PDMS. Permita que el NOA llene lentamente la cavidad. Una vez que la cavidad esté completamente llena, cure el NOA exponiendo el molde a la luz ultravioleta.

Retire con cuidado la placa transparente UV del molde. Retire suavemente el molde de PDMS de la parte superior de la capa de NOA. Después de esto, elimine la capa NOA.

Para comenzar a fabricar la mitad plana del dispositivo, trate la ventana de fluoruro de calcio con plasma de oxígeno a 60 vatios durante 30 segundos con un flujo de oxígeno de 20 SCCM. Coloque con cuidado la segunda plantilla de PDMS, la que no tiene los pilares pequeños, sobre una superficie plana. Coloque la ventana de fluoruro de calcio tratada en el centro de la plantilla.

Presione suavemente para asegurarse de que la ventana esté completamente en contacto con el PDMS. A continuación, adquiera una lámina de PDMS de un milímetro de espesor que mide cinco centímetros por 3,5 centímetros. Coloque esta hoja encima de la ventana de fluoruro de calcio, alineada con el centro de la plantilla.

Presione suavemente para asegurarse de que la hoja esté completamente en contacto con la ventana. Dispense gradualmente gotas de NOA en la entrada de la plantilla PDMS. Permita que el NOA llene lentamente la cavidad.

Una vez que la cavidad esté completamente llena, cure el NOA exponiendo el molde a la luz ultravioleta. Despegue la capa PDMS. A continuación, retire con cuidado la capa NOA curada de la plantilla PDMS.

Coloque una mitad del dispositivo encima de la otra, con las ventanas de fluoruro de calcio alineadas. Presione suavemente las esquinas de las capas de NOA, fijando la posición de las dos mitades. A continuación, adquiera discos y rectángulos PDMS como se describe en el protocolo de texto.

Coloque los discos PDMS en las aberturas correspondientes del dispositivo. A continuación, coloque los rectángulos PDMS con aberturas precortadas a cada lado. Transfiera todo el conjunto a la prensa de vacío intercalándolo entre dos placas.

Luego, selle la bolsa de plástico. Encienda la bomba de vacío para evacuar el conjunto y deje que funcione durante al menos 10 minutos. Usando una lámpara de vapor de mercurio de banda ancha a 270 vatios, exponga el conjunto evacuado a la luz ultravioleta durante 15 minutos.

Después de esto, apague la bomba de vacío y deje que el conjunto se ventile lentamente a la presión atmosférica antes de retirar el dispositivo final del conjunto. En este procedimiento, se fabrica un dispositivo microfluídico de plástico con ventanas de visualización transparentes a la luz visible e infrarroja. A continuación, se adquieren espectros de transmitancia para comparar una nueva ventana de fluoruro de calcio, la mitad del dispositivo fabricado y el dispositivo completo.

Como se puede observar, los tres exhiben una transmitancia superior al 80% hasta el infrarrojo medio, lo que indica un alto grado de transparencia en este rango. Si bien el espectro del dispositivo completo exhibe un patrón de interferencia causado por el espacio de aire entre las dos ventanas, estos espectros demuestran que el proceso de fabricación no altera la transparencia de las ventanas de fluoruro de calcio hasta el rango del infrarrojo medio. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una hora si se realiza correctamente y las plantillas y moldes necesarios están listos.

Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo producir dispositivos microfluídicos de plástico compatibles con la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier utilizando el moldeo de réplicas con PDMS y el proceso de llenado de capilaridad con resinas curables por UV. No olvide que trabajar con silano y luz ultravioleta puede ser extremadamente peligroso y siempre realice evaluaciones de riesgos basadas en procedimientos y use el equipo de protección personal adecuado mientras realiza este procedimiento.