Doble fundición mejorada de polidimetilsiloxano (PDMS) mediante tratamiento con aceite de silicona para la replicación de microestructuras densamente empaquetadas

Para abordar los desafíos de desmoldeo en microestructuras densas y de alta relación de aspecto, modificamos el proceso de doble fundición PDMS agregando un tratamiento de aceite de silicona que se aplica con un hilo de tensión. Nuestro protocolo ofrece una solución simple y rentable que evita la necesidad de equipos costosos o materiales especializados, lo que permite una replicación confiable de microestructuras avanzadas sin daños.

Nuestro laboratorio se centrará en automatizar el proceso de aplicación de aceite y desarrollar aceites de silicona personalizados para identificar las condiciones óptimas para mejorar la reproducibilidad y la precisión.

[Narrador] Para comenzar, mezcle una solución de hexano y OTS en una proporción de volumen de 40: 1 con un vaso de precipitados de vidrio limpio y una varilla agitadora. Cubra el vaso de precipitados con papel de aluminio para minimizar la evaporación. Sonica el vaso de precipitados de vidrio sellado en un baño ultrasónico a temperatura ambiente lleno de agua. Luego sumerja el molde de silicio pregrabado con una matriz de orificios en la solución de hexano OTS preparada. Ahora, use pinzas limpias para levantar suavemente todo el molde de silicona verticalmente fuera de la solución. Transfiéralo inmediatamente a un vaso de precipitados nuevo que contenga hexano puro, luego enjuague agitándolo suavemente de un lado a otro de cinco a 10 veces. Seque suavemente el molde con un soplador de nitrógeno mantenido aproximadamente a tres centímetros de distancia durante seis a 10 segundos hasta que no quede humedad visible. A continuación, mezcle la base de PDMS y el agente de curado en una proporción de peso de 10:1 en una placa de Petri de plástico limpia durante 15 minutos. Coloque la mezcla en una cámara y desgasifique a 160 torr hasta que no queden burbujas de aire visibles. Cubra ligeramente una placa de Petri de plástico limpio con aceite de silicona de viscosidad de 100 centistokes con un limpiador sin pelusa previamente empapado en el aceite. Luego coloque el molde de silicona recubierto de OTS boca arriba en el centro de la placa de Petri recubierta. Vierta lentamente la mezcla de PDMS desgasificada sobre el molde hasta que esté completamente cubierto. Desgasifica el molde lleno nuevamente en el removedor de burbujas al vacío hasta que no queden burbujas visibles. Ahora, coloque la placa de Petri en una placa caliente precalentada a 90 grados centígrados para curar el PDMS. Una vez curado, retire suavemente el molde PDMS del molde de silicona, asegurándose de que la microestructura permanezca intacta. Coloque el molde PDMS fabricado en una placa caliente a 150 grados centígrados. Después de tres días de envejecimiento térmico, sumerja el molde en aceite de silicona de 100 centistokes de viscosidad. Desgasificar el molde sumergido en aceite al vacío a 160 torr durante 10 a 15 minutos. Luego retire el molde con unas pinzas y limpie suavemente la superficie de tres a cinco veces con un limpiador limpio y sin pelusa para dejar una película delgada uniforme de aceite. A continuación, prepare una mezcla de PDMS con una relación de peso de base a agente de curado de 10:1 utilizando el mismo método de mezcla y desgasificación que antes. Vierta suavemente la mezcla desgasificada sobre el molde tratado, dejando que se extienda y llegue al menos a la mitad de los micropilares. Asegure un hilo de nailon de 0,5 micrómetros bajo una tensión suave. Deslice la rosca una o dos veces por la superficie del PDMS en una dirección para reducir el exceso de aceite entre los micropilares. A continuación, desgasifica el molde con la fina capa de PDMS en una cámara de vacío hasta que no queden burbujas de aire. Para fabricar un producto PDMS con patrón de matriz de agujeros, cubra ligeramente una placa de Petri de plástico limpio con aceite de silicona. Coloque el molde PDMS en la placa de Petri recubierta y vierta la mezcla PDMS desgasificada sobre ella hasta alcanzar la altura deseada. Desgasifique el conjunto del molde una vez más para eliminar las burbujas de aire atrapadas. Luego coloque la placa de Petri en una placa caliente precalentada a 110 grados centígrados y cure hasta que esté completamente solidificada. Después del curado, inserte suavemente unas pinzas limpias entre el molde y la réplica, y desinfle cuidadosamente el producto final del molde. El molde de silicio presentaba una densa matriz de orificios circulares que medían 143 micrómetros de diámetro con un espaciado de 150 micrómetros y una profundidad de 284 micrómetros, lo que producía una relación de aspecto de 2:1. El molde PDMS replicado a partir de la plantilla de silicio produjo micropilares que miden 142 micrómetros de diámetro y 283 micrómetros de altura, coincidiendo estrechamente con las dimensiones originales. La réplica de PDMS envejecida térmicamente un día y posteriormente tratada con aceite de silicona 100 centistokes mostró desgarros severos y desintegración de las estructuras de la pared durante el desmoldeo. Después de dos días de envejecimiento térmico seguidos de un tratamiento con aceite de silicona de 100 centistoke, se hicieron visibles distintos contornos de los pilares, pero las paredes permanecieron muy dañadas debido a una liberación insuficiente. Con tres días de envejecimiento térmico y sin capa de aceite, la reticulación entre PDMS curados y no curados dio como resultado estructuras recombinadas. El uso de aceite MR-100 de baja viscosidad después de tres días de envejecimiento térmico provocó una cobertura deficiente y desgarro a medida que el aceite se drenaba de las paredes laterales verticales. El aceite de alta viscosidad formó una capa gruesa, evitando el llenado de moho y haciendo que el producto final pareciera ondulado y malformado. En condiciones optimizadas de envejecimiento térmico de tres días y recubrimiento de aceite de silicona de 100 centistoke, la réplica final conservó microestructuras con patrones de agujeros con 148 micrómetros de diámetro y 280 micrómetros de altura, mostrando una variación dimensional menor, pero una estructura intacta.