Enfoque de un solo paso fabricación de polidimetilsiloxano microfluídicos canales de distintas secciones geométricas por procesos secuenciales aguafuerte mojada

Este método puede ayudar a proporcionar técnicas de fabricación clave en el campo de la microfluídica, como la fabricación de canales con diferentes secciones transversales geométricas en un dispositivo microfluídico de policarbonato de polidimetilsiloxano. La principal ventaja de esta técnica es que los canales microfluídicos se pueden fabricar mediante un enfoque de un solo paso mediante procesos secuenciales de grabado en húmedo sin procedimientos tediosos ni alineaciones extensas. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el desarrollo de sistemas microfluídicos complejos, ya que los procesos de fabricación de canales con secciones no rectangulares o varios altos pueden simplificarse significativamente utilizando este método.

Aunque este método puede proporcionar información sobre la fabricación de dispositivos microfluídicos, también se puede aplicar a otras condiciones de microambiente deseadas, como la distribución del flujo o la mezcla de sustancias en los canales. Comience el procedimiento con un molde maestro preparado. En este caso, el molde negativo creado con fotorresistencia está en una oblea de silicona de cuatro pulgadas.

A continuación se muestra una imagen de diseño asistido por ordenador de la topología invertida para los diseños de canal. Proceda combinando PDMS y su catalizador en un vaso de plástico limpio y mezclándolo en un agitador eléctrico. Cuando la mezcla esté homogénea, coloque la taza en un desecador conectado a una bomba de vacío durante 60 minutos.

Después de recuperar la mezcla de PDMS, llévela al molde maestro. Vierte 20 gramos de la mezcla encima del molde. Trata de no introducir ninguna burbuja.

A continuación, obtenga una placa de Petri y vierta 30 gramos de la mezcla de PDMS en ella. Coloque el molde cubierto y la placa de Petri en un desecador para eliminar las burbujas. Después de 60 minutos, transfiera el molde cubierto y la placa de Petri a un horno a 60 grados centígrados para que se cure durante cuatro horas.

Después del paso de curado, deje que el PDMS se enfríe a temperatura ambiente. A continuación, utiliza un bisturí y unas pinzas para separar el PDMS curado del molde. Continúe adaptando la capa PDMS con el bisturí para que cubra el diseño del canal.

Use un punzón de biopsia para abrir los puertos de acceso al canal. Ahora, trabaje con el PDMS en la placa de Petri. Usa un bisturí y unas pinzas para sacarlo del plato.

A continuación, corte la capa PDMS a las mismas dimensiones que la capa moldeada. Lleve las capas de PDMS a una máquina de tratamiento de superficies. Oriente las capas para exponer los canales diseñados de una capa PDMS y la superficie sin rasgos distintivos de la otra.

Exponga las capas al plasma de oxígeno durante 40 segundos. Una vez hecho esto, las dos superficies deben estar unidas. Pega las dos capas colocando sus superficies tratadas en contacto.

Luego, coloque las capas de PDMS adheridas en un horno a 60 grados centígrados durante al menos 30 minutos. Preparar un dispositivo microfluídico para caracterizar el grabado húmedo PDMS. Utilice un diseño simple con una sola capa y un canal rectangular recto.

En este dispositivo, hay una salida de residuos y una entrada. Tenga en cuenta que las capas superior e inferior de PDMS se muestran separadas en esta imagen. Configure el dispositivo para que pueda ser observado y fotografiado con un microscopio.

Para la solución de grabador, use TBAF y NMP en una relación de volumen a volumen de uno a 10. Introduce el grabador en una jeringa de 10 mililitros con una aguja roma de acero inoxidable. Coloque la jeringa en una bomba de jeringa cerca del microscopio.

Luego, conéctelo a la entrada del dispositivo. Guíe la salida desde la salida hasta un contenedor de residuos. Haga funcionar la bomba de jeringa con el grabador a un caudal de 150 microlitros por minuto.

Utilice vistas de microscopio de campo claro para asegurarse de que el canal grabado a lo largo de la dirección del flujo tenga un ancho uniforme y para ayudar a confirmar el caudal y la composición del grabador. Capture imágenes de series temporales de la sección transversal del canal con un aumento de cuatro veces durante el proceso de grabado para su análisis. Configure un microscopio para ver y fotografiar un dispositivo microfluídico.

En este caso, diseñe el dispositivo de modo que las entradas de grabador y búfer fluyan hacia diferentes regiones. Aquí hay un esquema de las entradas y canales del dispositivo desde arriba y en sección transversal. Con el tiempo, la diferente acción del grabador frente al búfer creará una nueva sección transversal, como se demuestra en este esquema de la sección transversal final y la fotografía de vista superior.

Coloque el dispositivo en la platina del microscopio. Prepare una solución de grabador de TBAF y NMP y una solución tampón de NMP. Llene dos jeringas de 10 mililitros con solución tampón y una con grabador.

Coloque las jeringas en su posición en una bomba de jeringa cerca del dispositivo. Realice las conexiones adecuadas para el dispositivo, incluidas las de eliminación de residuos. Haga funcionar la bomba de jeringa con el grabador a un caudal de 50 microlitros por minuto.

En este vídeo, la geometría inicial del canal se revela con tinte rojo. Con el tiempo, el grabador hace que el grosor de la pared del canal varíe. Programe el proceso de grabado en húmedo para garantizar que el proceso produzca la geometría de canal adecuada.

Prepare el microscopio con la bomba de jeringa cerca. Este es el diseño utilizado para crear canales PDMS para un mezclador microfluídico con diferentes secciones. Tiene una geometría de sección transversal espejada alterna que sería difícil de lograr con procesos estándar.

Coloque el dispositivo en el microscopio y conéctelo con la bomba de jeringa. Introduzca la solución de grabado TBAF NFP en la salida marcada con el puerto. Observe el canal microfluídico a medida que la cámara evoluciona con el tiempo, como en estas fotos de vista superior grabadas durante dos horas.

Cronometra el proceso de grabado en húmedo para garantizar las geometrías de canal adecuadas. Cuando termine, caracterice el dispositivo. Prepare una jeringa con agua destilada y otra con solución de sal sódica fluoresceína para colocar en la bomba de la jeringa.

Coloque el dispositivo microfluídico en el microscopio y conéctelo a cada jeringa a una entrada con un caudal de 20 microlitros por minuto. Extraiga los residuos de la salida. Tome imágenes de microscopio de fluorescencia del canal desde arriba en posiciones predeterminadas.

A modo de comparación, grabe imágenes en las mismas circunstancias con una versión sin grabar del dispositivo microfluídico. Es posible fabricar canales microfluídicos con varias secciones transversales geométricas con grabado húmedo secuencial. Este panel resume la disposición de las entradas de grabador en canales PDMS de una sola capa para producir la sección transversal en forma de cruz que se muestra en este video.

Nótese que el grabador va al canal central y el búfer a los canales laterales. La misma disposición de los canales, junto con el cambio de los canales que llevan el grabador y el amortiguador, produce una sección transversal en forma de mancuerna. Una disposición de canales diferente similar al mezclador microfluídico, produce una sección transversal en forma de campana utilizando solo el grabador.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe utilizar las entradas de los dispositivos para evitar fugas de grabador e inducir aún más fugas de PDMS en las entradas. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo realizar un enfoque de un solo paso para fabricar con éxito dispositivos microfluídicos PDMS con diferentes secciones transversales geométricas de canales con procesos secuenciales de grabado en húmedo.