1: Litografía suave

La litografía blanda es un conjunto de procesos de fabricación rápidos, sencillos y económicos que se han utilizado con éxito para modelar los canales complejos de los sistemas microfluídicos. En la industria electrónica, la litografía se refiere al proceso de microfabricación que utiliza polímeros ligeros y sensibles a la luz para modelar partes de una película delgada o la mayor parte de un sustrato. El término litografía blanda se refiere al uso de materiales elastoméricos blandos como el polidimetilsiloxano o el PDMS para realizar estas técnicas. En este vídeo, ilustraremos los diferentes tipos de técnicas de litografía blanda seguidas de un protocolo que demuestra la fabricación de un dispositivo microfluídico. Por último, veremos cómo los investigadores de diferentes campos están utilizando la litografía blanda a su favor.

En primer lugar, repasemos las técnicas de litografía blanda más comunes. El primer paso en todas estas técnicas es la fabricación del molde maestro. Esto se hace utilizando fotolitografía tradicional, que utiliza luz y un material sensible a la luz llamado fotorresistencia para crear el patrón deseado en un sustrato como el silicio. Para conocer en detalle la fotolitografía, puedes ver un vídeo anterior de esta colección Jove. El segundo paso es verter un elastómero sobre este molde maestro y luego curarlo. Esto crea el sello elastomérico flexible que lleva las características del relieve y que se utiliza de diferentes maneras en las diversas técnicas de litografía blanda. Los principales modos de transferencia utilizando el sello de fundición son la impresión, el moldeo, la litografía óptica por cambio de fase, el seccionamiento mecánico y la fundición. En la impresión, el sello se recubre primero con una tinta transferible como el octadecanetiol o el ODT que luego se coloca sobre el sustrato, como el oro. Cuando se retira el sello, solo se imprime la tinta de la superficie elevada del sello en la superficie del sustrato. Por lo tanto, la impresión replica directamente las características a nanoescala en el sustrato. En otra técnica llamada moldeo, el sello en sí se utiliza como molde. Aquí, el sello se presiona en un polímero sin curar y luego se cura. A continuación, se despega el molde para revelar el patrón del sello. Al igual que la impresión, el moldeo también da como resultado la replicación directa de características a nanoescala en el sustrato. En la tercera técnica, llamada litografía de borde con desplazamiento de fase, primero, el sustrato se recubre con el material fotorresistente. A continuación, el sello se coloca sobre el sustrato recubierto y la luz se muestra a través del sello. Esto da como resultado que los bordes de las características se transfieran a la película de fotorresistencia como se observa en las técnicas de litografía tradicionales. En el seccionamiento mecánico, también conocido como nanoskiving, el sello se utiliza para moldear prepolímero epoxi sin curar, como en el moldeo. Este prepolímero moldeado se cura y luego se recubre con una película delgada de un material de elección, por ejemplo, oro. Luego, esta película se incrusta en más epoxi y se cura, después de lo cual se secciona con un ultramicrótomo para formar una losa de epoxi con el patrón. Finalmente, en la fundición, se vierte un polímero en un molde maestro para hacer un sello. A continuación, se puede perforar para entradas y salidas y adherir a un sustrato. En la siguiente sección, revisamos el protocolo para fabricar un dispositivo microfluídico simple.

Primero, prepare el molde maestro utilizando técnicas de litografía tradicionales. Para obtener más información sobre el protocolo, consulte un vídeo anterior de esta colección. El molde maestro se fabrica normalmente sobre un sustrato de silicona. Para fabricar el sello, primero prepare una mezcla de aproximadamente 25 gramos de PDMS y agente de curado en una proporción de 10:1. A continuación, desgasifique la mezcla para eliminar las burbujas de aire. A continuación, coloque el molde maestro en un recipiente de base plana y vierta la mezcla de PDMS desgasificada sobre él. Ahora hornee el PDMS a 60 grados centígrados durante aproximadamente una hora, seguido de un enfriamiento natural del horno a temperatura ambiente durante otra hora. A continuación, corte el PDMS del molde y colóquelo con el lado del patrón hacia arriba para evitar la contaminación. A continuación, recorta los patrones individuales. Perfore las entradas y salidas con un perforador dermatológico del tamaño adecuado para permitir el flujo de fluido dentro y fuera del dispositivo. A continuación, coloque el dispositivo PDMS en un limpiador de plasma de oxígeno y trátelo durante aproximadamente un minuto. Adhiera las dos capas del dispositivo juntas y alinee el patrón bajo un microscopio. Finalmente, adhiera el dispositivo completo a un sustrato con PDMS y hornee para curar. Antes de usar, pruebe si hay fugas haciendo fluir agua a través de los canales microfluídicos.

La litografía blanda ha encontrado aplicación en campos que van desde el análisis molecular hasta el diagnóstico clínico y el desarrollo de fármacos. Echemos un vistazo a algunos de estos ejemplos. Esta técnica se puede utilizar para crear estructuras no convencionales como micropostes flexibles para el mecanoperfilado de células individuales. El mecanoperfilado se refiere al estudio de los parámetros mecánicos, como las fuerzas aplicadas por los microorganismos sobre su entorno. Una vez que se fabrican los micropostes, se permite que las células cultivadas crezcan en ellos. Esto da como resultado la flexión de los pequeños pilares flexibles, que luego se pueden medir para calcular las fuerzas ejercidas por los diferentes tipos de celdas. Los sistemas multicapa y multifluídicos se pueden utilizar para estudiar y comprender los efectos de diferentes microambientes en las células de mamíferos. Estos sistemas se fabrican fabricando cada capa individual de PDMS utilizando diferentes moldes maestros. A continuación, los distintos moldes de PDMS se limpian, se alinean y se superponen y se hornean. Las múltiples capas del dispositivo PDMS permiten la separación eficiente del fluido de las células a través de una membrana PDMS semipermeable. Esta configuración permite a los investigadores estudiar y caracterizar los efectos de nuevos microambientes en las células al permitir que cantidades controladas de fluidos, como el oxígeno o un nuevo medio, se difundan desde la capa superior del fluido de prueba a las células de mamíferos en el canal microfluídico inferior.

Acabas de ver el vídeo de Jove sobre la litografía blanda. Aquí, discutimos las técnicas básicas de litografía blanda junto con el protocolo detallado de fabricación de un dispositivo microfluídico PDMS como ejemplo. Gracias por mirar.