Diseño y desarrollo de un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa

Este protocolo es importante ya que permite la generación de una plataforma rentable y fácil de usar que ayuda en la producción de moldes maestros microfluídicos multicapa precisos. La principal ventaja de la técnica es que solo requiere el uso de la plataforma impresa en 3D y el equipo de laboratorio estándar que se encuentra comúnmente en los laboratorios que producen dispositivos microfluídicos. La demostración visual de este protocolo es fundamental para demostrar cómo personalizar y utilizar el adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso en 3D.

Obtener las dimensiones de la bandeja del sistema de emisión de luz UV disponible para que sea el límite superior para las dimensiones del soporte de la oblea. Mida el diámetro del borde circular interior, la altura interior de la bandeja de los sistemas de emisión de luz UV, el ancho total y la longitud de la bandeja. Utilizando una aplicación de diseño por computadora, aplique estas dimensiones para personalizar el soporte de la oblea para que quepa dentro de la bandeja de los sistemas de emisión de luz UV.

Mida la longitud entre los tornillos y el ancho de los tornillos en la etapa de microscopio vertical disponible que mantiene el soporte deslizante en su lugar. Utilizando una aplicación de diseño por computadora, aplique estas dimensiones para personalizar el soporte magnético para que se ajuste al microscopio disponible para permitir una fijación fácil y precisa del MMAA al microscopio. Use una oblea de silicio de cuatro pulgadas con su resistencia fotográfica adecuada para crear la primera capa del molde maestro, asegurando que el grosor sea mayor que las capas posteriores para una fácil identificación de los marcadores de alineación.

Utilice un rotulador de color claro para colorear los marcadores de alineación de la primera capa en los cuatro lados. Usando las instrucciones del fabricante de la resistencia fotográfica, inicie la segunda capa del molde maestro haciendo girar el recubrimiento de la resistencia fotográfica sobre la oblea y realizando el horneado suave. Inserte la oblea recubierta en el soporte de la oblea del MMAA y fije la oblea recubierta al MMAA con cinta adhesiva.

Conecte el soporte de la oblea al microscopio vertical disponible utilizando el sujetador del microscopio magnético. Mueva la posición del MMAA usando las perillas de dirección X e Y de la etapa del microscopio hasta que uno de los marcadores de alineación de color en la oblea esté a la vista a través de la lente del microscopio. Retire el soporte de la oblea de la etapa del microscopio e inserte la máscara fotográfica de la segunda capa en el soporte de la oblea en la parte superior de la oblea recubierta.

Asegúrese de que los marcadores de alineación de color de la primera capa se puedan ver parcialmente a través de los marcadores de alineación en la máscara fotográfica y que el borde recto de la máscara fotográfica se superponga con el borde recto de la oblea de silicio. Vuelva a colocar el soporte de la oblea en el escenario del microscopio y conecte la máscara fotográfica a un elevador de tijera a través de uno de los recortes laterales con cinta adhesiva. Use el elevador de tijera para ajustar la posición de dirección Z de la máscara fotográfica hasta que se encuentre justo encima de la oblea recubierta.

Mientras mantiene la máscara fotográfica quieta, mire a través de la lente del microscopio e identifique los marcadores de alineación de color de la primera capa debajo de los marcadores de alineación de la máscara fotográfica utilizando las perillas de dirección X e Y de la etapa del microscopio para mover la posición del MMAA. Ajuste la posición del MMAA hasta que el marcador de alineación de la máscara fotográfica se superponga con el marcador de alineación de color en la primera capa. Aplique con cuidado una ligera fuerza a la máscara fotográfica y use cinta adhesiva para asegurar la máscara fotográfica en su lugar en la parte superior de la oblea recubierta.

Separe la máscara fotográfica del elevador de tijera y asegúrese de que los cuatro marcadores de alineación de la máscara fotográfica estén alineados con los cuatro marcadores de alineación de la primera capa. Alineación del poste, separe cuidadosamente el soporte de la oblea de la etapa del microscopio. Inserte la placa superior de vidrio en la parte superior de la oblea y la máscara fotográfica para disminuir el espacio entre las dos piezas.

Coloque todo el soporte de la oblea en el sistema de exposición a la luz UV disponible y realice la exposición de la segunda capa. Retire el soporte de la oblea del sistema de exposición a la luz UV, luego retire la oblea recubierta del soporte de la oblea y separe la máscara fotográfica de la oblea. Complete el post-horneado y el desarrollo de la segunda capa siguiendo las instrucciones del fabricante de la resistencia fotográfica.

Recupere el molde maestro y colóquelo en el escenario del microscopio vertical para determinar la distancia de espacio entre la primera capa y la segunda capa. Mida la distancia a la que la segunda capa se desplaza y desalinea de la primera capa en las estructuras de microcanales. Utilice el microscopio vertical para determinar si el chip PDMS contiene paredes de canal rectas con bordes de dispositivo claros.

Además, verifique el chip PDMS para detectar posibles defectos que puedan obstaculizar la funcionalidad del dispositivo. A través de la optimización y el uso del MMAA, se fabricaron moldes maestros multicapa con un error de alineación mínimo. Este sistema y el protocolo descrito se utilizaron para la alineación de los marcadores en la máscara fotográfica con los marcadores en la capa inicial del molde maestro.

El molde maestro SU-8 de doble capa para un dispositivo microfluídico con un patrón de espiga se fabricó y demostró que tiene una distancia de espacio de menos de cinco micrómetros entre las dos capas. El molde maestro de dos capas se utilizó para fabricar microchips PDMS. Las imágenes del microscopio electrónico de barrido muestran que el dispositivo microfluídico con el patrón de espiga contiene bordes claros, paredes de canal rectas y capas bien alineadas, que son esenciales para la funcionalidad adecuada del dispositivo.

Además, se creó un molde maestro de cuatro capas con características circulares simples utilizando el MMAA para mostrar la alineación exitosa de un molde maestro multicapa. Los datos del perfilómetro confirman las cuatro capas distintas del molde maestro. Es importante tener paciencia y trabajar lentamente al alinear los marcadores de alineación de la primera y segunda capa y al fijar la máscara fotográfica a la oblea recubierta.

Este procedimiento se puede utilizar para la producción de muchos moldes maestros multicapa diferentes, lo que permite a los investigadores de laboratorios más pequeños explorar diseños de dispositivos microfluídicos más complejos.