Double coulée de polydiméthylsiloxane amélioré (PDMS) par traitement à l’huile de silicone pour une réplication de la microstructure densément tassée

Pour relever les défis de démoulage dans les microstructures denses et à haut rapport d’aspect, nous avons modifié le processus de double coulée PDMS en ajoutant un traitement à l’huile de silicone appliqué avec un fil de tension. Notre protocole offre une solution simple et rentable qui évite le besoin d’équipements coûteux ou de matériaux spécialisés, permettant une réplication fiable de microstructures avancées sans dommage.

Notre laboratoire se concentrera sur l’automatisation du processus d’application de l’huile et le développement d’huiles de silicone personnalisées afin d’identifier les conditions optimales pour une reproductibilité et une précision améliorées.

[Narrateur] Pour commencer, mélangez une solution d’hexane et d’OTS dans un rapport de volume de 40:1 à l’aide d’un bécher en verre propre et d’une tige d’agitation. Couvrez le bécher avec du papier d’aluminium pour minimiser l’évaporation. Sonicez le bécher en verre scellé dans un bain à ultrasons à température ambiante rempli d’eau. Plongez ensuite le moule en silicium prédécoupé avec un réseau de trous dans la solution OTS d’hexane préparée. Maintenant, utilisez une pince à épiler propre pour soulever doucement l’ensemble du moule en silicone verticalement hors de la solution. Transférez-le immédiatement dans un bécher frais contenant de l’hexane pur, puis rincez-le en l’agitant doucement d’avant en arrière cinq à dix fois. Séchez doucement le moule à l’aide d’un souffleur d’azote tenu à environ trois centimètres de distance pendant six à 10 secondes jusqu’à ce qu’il ne reste plus d’humidité visible. Ensuite, mélangez la base PDMS et l’agent de durcissement dans un rapport de poids de 10:1 dans une boîte de Pétri en plastique propre pendant 15 minutes. Placez le mélange dans une chambre et dégazez à 160 torr jusqu’à ce qu’il ne reste plus de bulles d’air visibles. Enduire légèrement une boîte de Pétri en plastique propre d’huile de silicone de 100 centistokes de viscosité à l’aide d’un essuie-glace non pelucheux pré-imbibé d’huile. Placez ensuite le moule en silicone revêtu d’OTS, face vers le haut, au centre de la boîte de Pétri revêtue. Versez lentement le mélange PDMS dégazé sur le moule jusqu’à ce qu’il soit complètement recouvert. Dégazez à nouveau le moule rempli dans le dissolvant à bulles sous vide jusqu’à ce qu’il ne reste plus de bulles visibles. Maintenant, placez la boîte de Pétri sur une plaque chauffante préchauffée réglée à 90 degrés Celsius pour durcir le PDMS. Une fois durci, décollez doucement le moule PDMS du moule en silicone, en veillant à ce que la microstructure reste intacte. Placez le moule PDMS fabriqué sur une plaque chauffante réglée à 150 degrés Celsius. Après trois jours de vieillissement thermique, plongez le moule dans de l’huile de silicone de 100 centistokes de viscosité. Dégazez le moule immergé dans l’huile sous vide à 160 torr pendant 10 à 15 minutes. Retirez ensuite le moule à l’aide d’une pince à épiler et essuyez doucement la surface trois à cinq fois avec un essuie-glace propre et non pelucheux pour laisser une fine pellicule d’huile uniforme. Ensuite, préparez un mélange PDMS à un rapport base/poids d’agent de durcissement de 10:1 en utilisant la même méthode de mélange et de dégazage que précédemment. Versez délicatement le mélange dégazé sur le moule traité, en le laissant s’étaler et atteindre au moins la moitié des micropiliers. Fixez un fil de nylon de 0,5 micromètre sous une légère tension. Faites glisser le fil une ou deux fois sur la surface du PDMS dans une direction pour réduire l’excès d’huile entre les micropiliers. Ensuite, dégazez le moule avec la fine couche de PDMS dans une chambre à vide jusqu’à ce qu’il ne reste plus de bulles d’air. Pour fabriquer un produit PDMS à motif de réseau de trous, enduisez légèrement une boîte de Pétri en plastique propre d’huile de silicone. Placez le moule PDMS dans la boîte de Pétri enduite et versez le mélange PDMS dégazé dessus jusqu’à ce que la hauteur souhaitée soit atteinte. Dégazez à nouveau l’ensemble du moule pour éliminer les bulles d’air emprisonnées. Placez ensuite la boîte de Pétri sur une plaque chauffante préchauffée réglée à 110 degrés Celsius et durcissez jusqu’à ce qu’elle soit complètement solidifiée. Après le durcissement, insérez délicatement une pince à épiler propre entre le moule et la réplique, et démoulez soigneusement le produit final du moule. Le moule en silicone comportait un réseau dense de trous circulaires mesurant 143 micromètres de diamètre avec un espacement de 150 micromètres et une profondeur de 284 micromètres, ce qui donne un rapport d’aspect de 2:1. Le moule PDMS reproduit à partir du modèle en silicone a produit des micropiliers mesurant 142 micromètres de diamètre et 283 micromètres de hauteur, correspondant étroitement aux dimensions d’origine. La réplique PDMS vieillie thermiquement un jour et ensuite traitée avec de l’huile de silicone 100 centistokes a montré une déchirure et une désintégration sévères des structures murales lors du démoulage. Après deux jours de vieillissement thermique suivis d’un traitement à l’huile de silicone à 100 centistoke, des contours distincts des piliers sont devenus visibles, mais les murs sont restés lourdement endommagés en raison d’un dégagement insuffisant. Avec trois jours de vieillissement thermique et sans couche d’huile, la réticulation entre les PDMS durcis et non polymérisés a permis d’obtenir des structures recombinées. L’utilisation d’huile MR-100 à faible viscosité après trois jours de vieillissement thermique a entraîné une mauvaise couverture et des déchirures lorsque l’huile s’est écoulée des parois latérales verticales. L’huile à haute viscosité formait un revêtement épais, empêchant le remplissage du moule et donnant au produit final un aspect ondulé et malformé. Dans des conditions optimisées de vieillissement thermique de trois jours et d’un revêtement à l’huile de silicone de 100 centistoke, la réplique finale a préservé des microstructures à motifs de trous de 148 micromètres de diamètre et de 280 micromètres de hauteur, montrant des variations dimensionnelles mineures, mais une structure intacte.