En une seule étape approche de manufacture des canaux microfluidiques polydiméthylsiloxane de différentes Sections géométriques par des procédés de gravure humide séquentiel

Cette méthode peut aider à fournir des techniques de fabrication clés dans le domaine de la microfluidique, par exemple pour la fabrication de canaux avec différentes sections efficaces géométriques dans un dispositif microfluidique en polycarbonate polydiméthylsiloxane. Le principal avantage de cette technique est que les canaux microfluidiques peuvent être fabriqués en une seule étape par des processus de gravure humide séquentiels sans procédures fastidieuses et alignements extensifs. Les implications de cette technique s’étendent au développement de systèmes microfluidiques complexes, car les processus de fabrication de canaux de sections non rectangulaires ou de divers sommets peuvent être considérablement simplifiés à l’aide de cette méthode.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de la fabrication de dispositifs microfluidiques, elle peut également être appliquée à d’autres conditions de microenvironnement souhaitées, telles que la distribution du flux ou le mélange de substance dans les canaux. Commencez la procédure avec un moule maître préparé. Dans ce cas, le moule négatif créé avec la résine photosensible se trouve sur une plaquette de silicium de quatre pouces.

Voici une image de conception assistée par ordinateur de la topologie inversée pour les dispositions des canaux. Procédez en combinant le PDMS et son catalyseur dans un gobelet en plastique propre et en le mélangeant dans un agitateur électrique. Lorsque le mélange est homogène, placez la tasse dans un dessiccateur relié à une pompe à vide pendant 60 minutes.

Après avoir récupéré le mélange PDMS, apportez-le dans le moule maître. Versez 20 grammes du mélange sur le dessus du moule. Essayez de ne pas introduire de bulles.

Ensuite, procurez-vous une boîte de Pétri et versez-y 30 grammes du mélange PDMS. Placez le moule couvert et la boîte de Pétri dans un dessiccateur pour éliminer les bulles. Après 60 minutes, transférez le moule couvert et la boîte de Pétri dans un four à 60 degrés Celsius pour durcir pendant quatre heures.

Après l’étape de durcissement, laissez le PDMS refroidir à température ambiante. Ensuite, utilisez un scalpel et une pince à épiler pour détacher le PDMS durci du moule. Continuez à façonner la couche PDMS avec le scalpel afin qu’elle couvre la disposition du canal.

Utilisez un poinçon de biopsie pour ouvrir les ports d’accès au canal. Maintenant, travaillez avec le PDMS dans la boîte de Pétri. Utilisez un scalpel et une pince à épiler pour le retirer du plat.

Ensuite, coupez la couche PDMS aux mêmes dimensions que la couche moulée. Apportez les couches PDMS à une machine de traitement de surface. Orientez les couches pour exposer les canaux conçus d’une couche PDMS et la surface sans caractéristiques de l’autre.

Exposez les couches au plasma d’oxygène pendant 40 secondes. Une fois cela fait, les deux surfaces doivent être collées. Collez les deux couches en mettant en contact leurs surfaces traitées.

Ensuite, placez les couches PDMS collées dans un four à 60 degrés Celsius pendant au moins 30 minutes. Préparer un dispositif microfluidique pour caractériser la gravure humide PDMS. Utilisez un design simple avec une seule couche et un canal rectangulaire droit.

Dans cet appareil, il y a une sortie de déchets et une entrée. Notez que les couches PDMS supérieure et inférieure sont séparées dans cette image. Installez l’appareil de manière à ce qu’il puisse être observé et photographié au microscope.

Pour la solution de gravure, utilisez TBAF et NMP dans un rapport volume/volume de un à 10. Aspirez l’agent de gravure dans une seringue de 10 millilitres à l’aide d’une aiguille émoussée en acier inoxydable. Placez la seringue sur un pousse-seringue près du microscope.

Ensuite, connectez-le à l’entrée de l’appareil. Guidez la sortie de la sortie vers un conteneur à déchets. Faites fonctionner la pompe à seringue avec l’agent de gravure à un débit de 150 microlitres par minute.

Utilisez des vues de microscope à fond clair pour vous assurer que le canal gravé le long de la direction d’écoulement a une largeur uniforme et pour aider à confirmer le débit et la composition de l’agent de gravure. Capturez des images de série chronologique de la section efficace du canal avec un grossissement de quatre fois pendant le processus de gravure pour l’analyse. Installez un microscope pour voir et photographier un appareil microfluidique.

Dans ce cas, concevez l’appareil de manière à ce que les entrées de mordançage et de tampon s’écoulent dans différentes régions. Voici un schéma des entrées et des canaux de l’appareil par le haut et en coupe transversale. Au fil du temps, l’action différente de l’agent de gravure par rapport à la zone tampon créera une nouvelle section transversale, comme le démontre ce schéma de la coupe transversale finale et de la photographie de dessus.

Placez l’appareil sur la platine du microscope. Préparez une solution de mordançage de TBAF et de NMP et une solution tampon NMP. Remplissez deux seringues de 10 millilitres avec une solution tampon et une avec un agent de gravure.

Mettez les seringues en position sur un pousse-seringue à proximité de l’appareil. Effectuez les connexions appropriées pour l’appareil, y compris celles pour l’enlèvement des déchets. Faites fonctionner la pompe à seringue avec l’agent de gravure à un débit de 50 microlitres par minute.

Dans cette vidéo, la géométrie initiale du canal est révélée avec un colorant rouge. Au fil du temps, l’agent de gravure fait varier l’épaisseur de la paroi du canal. Chronométrez le processus de gravure humide pour vous assurer que le processus produit la bonne géométrie de canal.

Préparez le microscope avec le pousse-seringue à proximité. Il s’agit de la conception utilisée pour créer des canaux PDMS pour un mélangeur microfluidique avec différentes sections. Il a une géométrie de section transversale en miroir alternée qui serait difficile à obtenir avec des processus standard.

Installez l’appareil sur le microscope et connectez-le au pousse-seringue. Introduire la solution de mordançage TBAF NFP à la sortie marquée par l’orifice. Observez le canal microfluidique au fur et à mesure que la chambre évolue au fil du temps, comme sur ces photos de dessus enregistrées pendant deux heures.

Chronométrez le processus de gravure humide pour vous assurer que les géométries de canal sont correctes. Une fois terminé, caractérisez l’appareil. Préparez une seringue avec de l’eau distillée et une autre avec une solution de sel de sodium de fluorescéine à placer dans le pousse-seringue.

Placez le dispositif microfluidique sur le microscope et connectez-le à chaque seringue à une entrée avec un débit de 20 microlitres par minute. Aspirez les déchets de la sortie. Prenez des images au microscope à fluorescence du canal d’en haut à des positions prédéterminées.

À titre de comparaison, enregistrez des images dans les mêmes circonstances avec une version non gravée du dispositif microfluidique. Il est possible de fabriquer des canaux microfluidiques de différentes sections géométriques avec une gravure humide séquentielle. Ce panneau résume la disposition des entrées de mordançage dans les canaux PDMS monocouches pour produire la section transversale en forme de croix démontrée dans cette vidéo.

Notez que le mordançant va dans le canal central et le tampon dans les canaux latéraux. La même disposition des canaux, ainsi que la commutation des canaux qui transportent l’agent de gravure et le tampon, produisent une section transversale en forme d’haltère. Une disposition différente des canaux, similaire à celle du mélangeur microfluidique, produit une section transversale en forme de cloche en utilisant uniquement un agent de gravure.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler d’utiliser les entrées des appareils pour éviter les fuites de mastic et induire davantage de fuites PDMS aux entrées. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’effectuer une approche en une seule étape pour fabriquer avec succès des dispositifs microfluidiques PDMS avec différentes sections géométriques de canaux avec des processus de gravure humide séquentiels.