מאמר שיטה

ייצור מיקרו-ערוצים בעלי חתך מעגלי עם היצרות באמצעות הדפסת DLP תלת-ממדית ו-PDMS Membrane Inflation Inflation למודלים של כלי דם מיקרופלואידיים

DOI:

10.3791/69706

⸱

6 במרץ 2026

 ,  ,  , 
1School of Biomedical Engineering, International University, 2Vietnam National University Ho Chi Minh City

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאמר זה מציג שיטת ייצור פשוטה וזולה ליצירת מיקרו-ערוצים מעגליים באמצעות עיבוד אור דיגיטלי (DLP) בהדפסת תלת-ממד וניפוח ממברנה של פולידימתילסילוקסן (PDMS). השיטה מייצרת ערוצים חלקים, נשלטים וביומימטיים המתאימים ליישומים של כלי דם על שבב או איבר על שבב.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מודלים מיקרופלואידיים המדמים את הארכיטקטורה המורכבת של כלי דם ביולוגיים דורשים תעלות חתך מעגליות כדי לדמות במדויק תנאים המודינמיים, מתח גזירה והתנהגות תאים בכלי דם טבעיים. טכניקות ליתוגרפיה רכה מסורתיות בדרך כלל מניבות תעלות מלבניות, מה שמוביל לדפוסי זרימה לא פיזיולוגיים ולחיקוי לקוי של מערכת הדם האנושית. כאן אנו מציגים שיטת ייצור היברידית נגישה המשלבת תבניות מאסטר מודפסות בתלת-ממד בעיבוד אור דיגיטלי (DLP) עם טכניקת ניפוח ממברנה של פולידימתילסילוקסן (PDMS) ליצירת מיקרו-ערוצים מעגליים באיכות גבוהה. המטרה העיקרית של פרוטוקול זה היא לספק אסטרטגיה ללא חדר נקי ליצירת מודלים וסקולריים ביומימטיים עם גיאומטריות היצרות ניתנות לכיוונון.

הפרוטוקול המוצע כולל ארבעה שלבים חיוניים: (1) עיצוב ממוחשב (CAD) של תבניות מאסטר הכולל פיצוי גובה של 10% כדי להתחשב בהתכווצות החומר, (2) הדפסה תלת-ממדית DLP ועיבוד לאחר תבניות שרף, (3) יציקת PDMS וחיבור פלזמה בעזרת חמצן לממברנה אלסטית דקה, ו-(4) ניפוח ממברנה פנאומטית מבוקרת ואחריו יציקה שנייה של PDMS לאיטום המבנה המעגלי. הדגמנו שגישה זו מאפשרת כיוון מדויק של קוטרי התעלות, הנעים בין 300 מיקרון ל-1000 מיקרון, על ידי מודולציה מדויקת של לחץ הנפיחה הפנימי. ביצועי התעלות המיקרו-תעלות הוערכו באמצעות אפיון מבני, כולל ניתוח מעגליות חתך, מדידת חספוס פני השטח באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), ובדיקות פיצוץ פנאומטיות להבטחת יציבות הקשר. ממצאינו מצביעים על כך ששיטה זו תומכת בייצור נגיש וניתן לשחזור של מיקרו-ערוצים מעגליים, ומציעה פלטפורמה איתנה למחקר עתידי בפיזיולוגיה כלי דם, מודל קרישות ויישומי סקר תרופות.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מערכות מיקרופלואידיות המדמות כלי דם ביולוגיים חיוניות למחקר עתידי על פיזיולוגיה וסקולרית, מנגנוני מחלה ואינטראקציות תרופתיות במבחנה 1,2. מבין מבנים רבים הקיימים בגוף, גאומטריות חתך מעגליות הן חיוניות לשכפול מדויק של תנאים המודינמיים כגון מאמץ גזירה ודפוסי זרימה הנמצאים בכלי דם טבעיים3. שיטות ייצור קונבנציונליות, כמו ליתוגרפיה רכה או יציקה קורבנית באמצעות חוטים או מחטים, לעיתים קרובות מניבות תעלות מלבניות או גאומטריות מעגליות לא שלמות, מה שמוביל לעיוות זרימה ולרלוונטיות פיזיולוגית נמוכה 4,5,6. בנוסף, גישות אלו גוזלות זמן, נוטות לחוסר יישור במהלך הרכבת רב-שכבתי, ומציעות יכולת הרחבה מוגבלת בתכנון רשתות מיקרו-ערוצים מורכבות המורכבות על ידי כלי דם עם יותר משני ענפים7. עם זאת, התקדמות אחרונה בייצור תוספתי, במיוחד בהדפסת תלת-ממד בעיבוד אור דיגיטלי (DLP), פתחה הזדמנויות חדשות לייצור תבניות מיקרו-ערוצים מהיר ומדויק של מבנים מורכבים, כולל מיקרו-ערוציםמעגליים 8. בנוסף, DLP מאפשר הדפסת גאומטריות תבנית מותאמות אישית ברזולוציה יוצאת דופן, למרות שאין צורך בשירותי חדר נקי.

במחקר זה אנו מציגים אסטרטגיית ייצור חדשנית, ללא חדר נקי, המשלבת תבניות מודפסות תלת-ממדיות ב-DLP, בליווי התנפחות ממברנת הפולידימתילסילוקסן (PDMS). בקצרה, פרוטוקול היברידי זה כולל: (1) תכנון וייצור תבנית חצי-ערוצית ליצירת שכבת PDMS חצי-עגולה, ו-(2) חיבור שכבה זו לממברנה פלסטיק דקה, ואחריה התנפחות פנאומטית ויציקה בשכבה השנייה ליצירת מיקרו-ערוץ מעגלי שלם. הליך ניסויי זה מציע גישה פשוטה, זולה וללא אי-יישור, שהיא יעילה יותר בהשוואה לטכניקות אחרות בהרכבה מיקרופלואידית רב-שכבתית. יתרה מזאת, ניתן לשלוט בדיוק במעגליות של הערוצים המתקבלים על ידי התאמת לחץ הניפוח.

מלבד יתרונות אלו, הפרוטוקול המוצע מציע גם זמן ייצור מהיר (פחות מ-4 שעות). המבנים המעגליים שהתקבלו עקביים מאוד לאורך תעלות עם קטרים קטנים (למשל, 300 מיקרון). בנוסף, תוצאות ניסיוניות בעבודה זו (כגון מדידת חספוס פני שטח, הדמיה אופטית, מדידת זווית מגע ובדיקות פיצוץ לחץ) אישרו את שלמות המבנה ואת התאימות הנוזלית, והציעו עתיד מבטיח בייצור רשתות מיקרו-ערוצים וסקולריות מורכבות עם שחזוריות והתאמה מדהימות. לבסוף, השיטה המוצעת מתאימה במיוחד למעבדות עם גישה מוגבלת לתשתיות חדרים נקיים ויש לה פוטנציאל רב להתקדמות עתידית של כלי דם על שבב, מידול טרומבוזיס ויישומי סקר תרופות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. ייצור התבנית הראשית

  1. עיצוב תבנית מאסטר
    הערה: עיצוב תבנית המיקרו-ערוץ הראשי בוצע באמצעות Fusion 360, שניתן להוריד מהאתר הרשמי.
    1. תעצב את בסיס התבנית.
      1. פתח את Fusion 360 ויצר סקיצה חדשה על מישור האוקסי.
      2. שרטט קו מתאר מלבני פינה מבוסס Origin (למשל, 30 מ"מ × 30 מ"מ) כפלטפורמת התבנית.
      3. השתמש בכלי Fillet כדי לפילט את כל הפינות ברדיוס של 3 מ"מ.
      4. השתמש בכלי Offset כדי להזיז את קו הבסיס פנימה ב-3 מ"מ כדי ליצור קווי מתאר של הקיר.
      5. השתמש בכלי האקסטרוד כדי להוציא את כל משטח הפלטפורמה הבסיסית כלפי מעלה 2 מ"מ כדי ליצור בסיס. הוצא את פלטפורמת הקיר כלפי מעלה 4 מ"מ.
      6. השתמשו בכלי Chamfer עם אפשרות Two Distance בחלק Modify כדי ליצור שיפוע.
      7. בחר את קצוות הקיר הפנימי וקבע את מרחקי ההזחה הראשונה והשנייה ל-0.5 מ"מ ו-4 מ"מ, בהתאמה.
        הערה: שלב זה מקל על תהליך פירוק שבב PDMS מאוחר יותר.
    2. תכנן את המיקרו-ערוץ המעגלי.
      1. בנה שני מישורי היסט שנמצאים במרחק 5 מ"מ ו-15 מ"מ ממישור ה-Oyz.
      2. במישור ההיסט של 5 מ"מ, צייר עיגול בקוטר של 1 מ"מ כאשר המרכז מוסט 2 מ"מ ממישור האוקסי.
        הערה: מרכז המעגל צריך להיות מיושר עם המשטח העליון של הבסיס.
      3. הוציא את הפרופיל המעגלי ל-8 מ"מ לכיוון הצד הפנימי של הבסיס כדי לקבל את הצד הראשון של החלק הרגיל של המיקרו-ערוץ.
      4. במישור ההיסט של 15 מ"מ, צייר עיגול בקוטר 0.5 מ"מ (או קוטר היצרות רצוי) כאשר המרכז מוסט 2 מ"מ ממישור האוקסי.
      5. הוציא את פרופיל ההיצרות המעגלי לאורך 0.25 מ"מ לכיוון החתך הרגיל כדי לקבל חצי מהיצרות של המיקרו-ערוץ.
      6. השתמש בכלי Loft בחלק Create כדי לחבר את החלק הרגיל ואת מדור ההיצרות כדי לקבל חצי מלא של המיקרו-ערוץ מעגלי של היצרות-סדיר.
      7. השתמש בכלי המראה עם מישור ההיסט של 15 מ"מ כמישור המראה כדי ליצור את החצי השני של המיקרו-ערוץ העגול.
      8. בחר את כל גוף המיקרו-ערוץ העגול שהושג > קליק ימני > בחר באפשרות העברה/העתקה .
      9. תרגם את גוף המיקרו-ערוץ ב-0.05 מ"מ כלפי מעלה (או 10% מקוטר ההיצרות) לאורך ציר ה-Z.
        הערה: שלב זה מספק גובה פיצוי לסבילות ההדפסה ומוביל למיקרו-ערוץ מעגלי משופר.
      10. צור ארבעה מיקרו-ערוצים עגולים נוספים באותה שיטה כדי להפחית את ההיצרות מ-0.4 מ"מ ל-0.1 מ"מ.
      11. השתמשו בכלי התבנית בחלק Create כדי לשכפל ארבעה קטעים רגילים נוספים ו-4 פרופילי היצרות מעגליים נוספים.
      12. כוון את פרופילי קוטר ההיצרות בסקיצות והשתמש בכלי Loft לכל מיקרוערה.
      13. תרגם את גופי המיקרו-ערוץ למיקום גובה פיצוי של 10%.
    3. ייצוא את עיצוב תבנית המיקרו-ערוץ הראשית כ-. קובץ STL.
  2. הדפסת תלת-ממד ב-DLP
    1. הגדר את פרמטרי העיבוד.
      1. פתח את תוכנת Chitubox, בחר פתיחה בסרגל הכלים, ובחר את התבנית הראשית ב-. קובץ STL
      2. הנח את התבנית אופקית כברירת מחדל בפלטפורמת ההדפסה התוכנית.
        הערה: בדוק אם מרחק Z = 0, זווית = 0°.
        הערה: השתמשו באפשרות 'עשה העתקה ' כדי להדפיס ולהדפיס מספר תבניות בבת אחת.
      3. פתח את אפשרות ההדפסה בסרגל הכלים והגדר את עובי השכבה ל-25 מיקרון.
      4. בחר באפשרות Slice והמתין שתהליך החיתוך יסתיים בזמן ההדפסה המשוער. לאחר מכן בחר בהדפסה כדי להמשיך.
    2. לאחר עיבוד התבנית הראשית.
      הערה: ישנם שני שלבים של שטיפה עם אלכוהול כדי להסיר את כל שאריות השרף ולהשיג משטח עובש פחות פגום: (1) שטיפה באתנול, ו-(2) שטיפה עם אלכוהול איזופרופיל.
      1. הסר את תבנית המאסטר מבסיס מדפסת התלת-ממד.
      2. נגבו את המבנה המודפס עם מגבת נייר, ואז שטפו עם 70% אתנול בכוס למשך 10 דקות.
      3. שטיפה עדינה עם 99% אתנול למשך 15 דקות בתחנת הכביסה.
      4. ייבשו את התבנית בטמפרטורת החדר לפחות 10 דקות.
        הערה: בדוק אם יש כתמים לבנים לא סדירים על פני התבנית הפנימיים. אם עדיין יש שאריות לבנות סביב התעלות המיקרו, חזור על שלב השטיפה הדקה פעם או פעמיים נוספות.
      5. חשפו את התבניות לאור UV בעוצמה של 20 mW/cm2 למשך 5 דקות לצורך התייבשות מלאה על פני השטח.
      6. ייבשו את התבניות בתנור בטמפרטורה של 65°C למשך לפחות 12 שעות כדי לאדות שאריות כימיות ולייצב את המשטח.

2. יציקה והרכבת תבנית PDMS

הערה: ייצור מיקרו-תעלות מבוסס PDMS מורכב משלושה שלבים עיקריים: (1) יציקת PDMS של המיקרו-ערוצים המעגליים בחצי הראשון, (2) ניפוח ממברנה, ו-(3) יציקת PDMS של המיקרו-ערוצים המעגליים במחצית השנייה.

  1. הכנת PDMS
    1. מערבבים בסיס PDMS וסוכן ייבוש (למשל, SYLGARD 184) ביחס משקל של 10:1.
    2. דהרו גזים מהתערובת בתא ואקום למשך 10 דקות או עד שכל הבועות מוסרות.
  2. יציקת שבב ה-PDMS החצי-מעגלי הראשון
    1. הנח את התבנית המודפסת בתלת-ממד על משטח שטוח בתוך צלחת פטרי.
    2. שפוך את תערובת ה-PDMS המפורקת מעל התבנית עד שהיא טבועה לחלוטין (עובי 4 מ"מ מעל התעלה החצי-עגולה).
    3. ריפוי את ה-PDMS ב-90 מעלות צלזיוס למשך 40 דקותו-9.
    4. הסר בזהירות את שכבת ה-PDMS המבוססת מהתבנית ואם צריך.
      הערה: שבב ה-PDMS מכיל כעת מיקרו-ערוצים חצי-עגולים קעורים.
  3. קשר ממברנה
    1. חתוך את הממברנה הפלסטית בעובי 25 מיקרון כמלבן בגודל 5 מ"מ על 25 מ"מ והסר את השכבה העליונה של הממברנה.
    2. נקה את פני השבב של ה-PDMS מספר פעמים עם סרט דבק שקוף.
    3. צרו פתח כניסה קרוב לקצה המיקרו-ערוץ באמצעות מחורר ביופסיה בקוטר 1 מ"מ.
    4. הניחו את שבב ה-PDMS והממברנה הפונים קדימה על הפלטפורמה המכוסה בנייר אלומיניום. שים בעדינות את הפלטפורמה בתוך מנקה הפלזמה.
    5. הפעל את משאבת הוואקום למשך 60 שניות ואז כוון את רמת הפלזמה של החמצן ל-30 וואט עם רמת לחץ של 0.3 טור למשך 75 שניות.
    6. כבה את רמת הפלזמה ואת משאבת הוואקום.
      הערה: נתק בזהירות את משאבת הוואקום כדי למנוע שפיכה הנגרמת משינוי לחץ פתאומי.
    7. מיישר מיד את המיקרו-ערוץ על שבב ה-PDMS ואת הפנים המטופלות של הממברנה.
      הערה: מקמו בקפידה את שני הרכיבים כדי להבטיח יישור נכון.
    8. לחץ בעדינות את שבב ה-PDMS והממברנה יחד.
      הערה: ודאו שהמיקרו-ערוץ אטום לחלוטין מתחת לממברנה. השתמש בפינצטה או סימנים כדי לעזור ליישר ידנית. אל תעכב יותר מ-60 שניות אחרי הפלזמה, אחרת יעילות ההדבקה עלולה לרדת
    9. הניחו את המכשיר המודבק בתנור בטמפרטורה של 90°C למשך 20 דקות כדי לייצב את המשטח ולהגביר את חוזק ההדבקה.
  4. נפיחות ממברנה
    1. הגדר את מערכת הקלטת הלחץ.
      הערה: מערכת הקלטת הלחץ מורכבת משלושה רכיבים: (1) משאבת מזרק חשמלית, (2) מחשב נייד, ו-(3) ה-Arduino Mega 2560. המזרק הוא Luer-lock בנפח 50 מ"ל.
      1. הורידו את קוד קריאת החיישן הזמין בקובץ משלים 1 והעלינו אותו ללוח הארדואינו.
        הערה: בדוק אם הקוד הורכב בהצלחה.
      2. פתח את תוכנת Tera Term כדי להקליט את יומן הלחץ. מההגדרה > מהירות פורט סידורי > > 115200.
      3. מתוך קובץ, בחר Log כדי להתחיל לרשום את הלחץ לאורך זמן.
      4. בחר חדש/חתיכה מחדש כדי לרשום יומן חדש, וסמן את תיבת חותמת הזמן כדי לכתוב את יומן הלחץ עם סימוני זמן.
      5. בחר דפדף כדי לבחור את התיקייה לשמירת יומן הלחץ.
      6. החזק את כפתור הפעלה/כיבוי במשאבת המזרק כדי להפעיל אותה, וללחוץ על << כדי להתחיל להגדיר את רמת הלחץ.
      7. חבר מחט בקוטר 1.1 מ"מ לכניסת שבב ה-PDMS והשתמש בצינורות סיליקון גמישים לחיבור ליציאת משאבת המזרק.
      8. כוון את רמת הלחץ ל-30 מ"ל/שעה ולחץ על << כדי להתחיל את תהליך הניפוח.
    2. בצע הנפחת ממברנה ויציקת PDMS של המיקרו-ערוצים המעגליים בחצי השני.
      1. התחל את האינפלציה ועקוב אחרי רמת הלחץ במיקרו-ערוץ דרך יומן Tera Term .
      2. עצור את תהליך הנפיחה כאשר הלחץ הפנימי מגיע לרמה הרצויה.
        הערה: מומלץ שטווח לחץ הנפיחה יהיה בין 0.0 ל-17.5 קילופסקל, שכן רמות לחץ העולות על 20 קילופסקל עלולות לגרום לקרע בממברנה.
      3. הטיל שכבת PDMS בעובי 2-3 מ"מ מעל מבנה הממברנה-PDMS המנופח.
      4. יש להפעיל חימום רציף ב-90 מעלות צלזיוס למשך 40 דקות כדי לייצב את המבנה המנופח.
      5. בחר הפסקת רישום ב-Tera Term כדי להפסיק את רישום רמת הלחץ כאשר שכבת ה-PDMS השנייה מתייבשה לחלוטין.
      6. שמור את קובץ יומן הלחץ לרשומות ניסיוניות ולחקירה נוספת.

3. אפיון שבבי מיקרופלואיד וסקולריים של PDMS שהושגו

  1. אפיון חספוס פני השטח
    1. ביצוע מיקרוסקופיה תלת-ממדית דיגיטלית של עובש ומשטחי תעלות
      1. השתמש במערכת מיקרוסקופ דיגיטלי תלת-ממדי לאפיון טופוגרפיית פני השטח של שבבי ה-PDMS המיוצרים ושל התבניות המודפסות בתלת-ממד DLP המתאימות להן.
      2. זהה וסמן שלושה אזורי ניתוח ספציפיים לכל מדגם.
        הערה: קטע היצרות של המיקרו-ערוץ (A1), קטע הערוץ הרגיל (A2), והמשטח החיצוני השטוח של השבב (בקרה).
      3. התקן את הדגימה על שלב המיקרוסקופ והתאם את המיקוד כדי ללכוד טופוגרפיה תלת-ממדית ברזולוציה גבוהה בכל מיקום.
      4. רכישת נתוני פרופיל פני שטח באמצעות תוכנה מובנית ליצירת מפות חספוס וחילוץ חספוס ממוצע של פני השטח (Sa) ושינוי גובה הפסגה לעמק (Sz).
      5. ייצוא את נתוני הטופוגרפיה והוויזואליזציה התלת-ממדית להשוואה בין תנאי הדפסה משתנים (למשל, כיוון ועובי שכבה).
        הערה: שימו לב לקיר המשופע בתוך אזור ההיצרות, שכן מאפייני פני השטח באזור זה יכולים להשפיע משמעותית על התנהגות הזרימה במורד הזרם ועל התפלגויות מאמץ גזירה.
    2. בצע מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת (SEM).
      1. השתמש ב-SEM לניתוח המורפולוגיה המפורטת של פני השטח והנאמנות המיקרו-מבנית של תעלות מיקרו-מבוססות PDMS.
      2. חתך בזהירות את אזור המיקרו-תעלה באמצעות להב חד והתקן את הדגימה על גושי אלומיניום עם סרט מוליך.
      3. ציפוי בזהב או פלטינה ל-60 שניות כדי להפחית ארטיפקטים בטעינה.
      4. צלם תמונות SEM בהגדלות מרובות (למשל, 200× ו-400×), תוך התמקדות באזור ההיצרות.
      5. השווה בין נראות קווי השכבות, חלקות הקירות ומעברי קונטור בין שבבים מודפסים אנכית ואופקית שמקורם בתבניות.
        הערה: ארטיפקטים במדרגות בדגימות מודפסות אופקית ורכסים כיווניים בתבניות מודפסות אנכית הם אינדיקטורים חשובים לאיכות הייצור ולאמינות הזרימה.
  2. אפיון גאומטרי של מיקרו-ערוצים חצי-מעגליים ומלאים
    1. הכינו דגימות חתך על ידי חיתוך נקי של שבב PDMS בניצב לציר המיקרו-ערוץ באמצעות להב גילוח.
    2. השתמש במיקרוסקופ פלואורסצנציה כדי ללכוד את תצוגת החתך של התעלות המיקרו.
    3. טען את התמונות לתוכנת ImageJ והשתמש בכלי הקו כדי למדוד ידנית H1, H2 ו-Wo.
      הערה: H1: גובה התעלה המעגלת המעוצבת (תחתית); H2: גובה נפיחת הממברנה (למעלה). Wo: רוחב ערוץ בבסיס.
    4. חשב יחסים גאומטריים (H1 + H2≈ Wo) להערכת מעגליות ולאמת את עיצוב התבנית מול התנהגות אינפולציה.
      הערה: באופן אידיאלי, H1 ו-H2 שווים, והסכום שלהם צריך להתקרב ל-Wo בפרופיל מעגלי מלא. סטיות מסמנות חוסר ספיקות של אינפלציה או התרחבות יתר של הממברנה.
  3. בצע בדיקת חוזק קישור פנאומטי
    הערה: בדיקת פיצוץ פנאומטי מורכבת מחמישה רכיבים: (1) משאבת מזרק חשמלית, (2) חיישן לחץ, (3) מיקרו-בקר Arduino Mega 2560, (4) כבל תקשורת סריאלי, ו-(5) מחשב נייד.
    1. חבר את חיישן הלחץ לכניסת מיקרו-ערוץ PDMS דרך צינור סיליקון גמיש.
    2. אתחול את הארדואינו על ידי העלאת סקריפט קריאת נתונים סדרתי.
    3. השיק את תוכנת Tera Term לניטור לחץ.
    4. התחל להפעיל לחץ בהדרגה על ידי הפעלת משאבת המזרק (למשל, 40 מ"ל לשעה).
    5. רשם נתוני לחץ בזמן אמת. המשך עד שיתרחש דלמינציה, קרע או דליפה נראית לעין.
    6. הגדר את לחץ הפיצוץ כערך הלחץ הסופי שנרשם לפני כשל מבני. ערך זה מייצג את חוזק הקשר בין הממברנה לשבב ה-PDMS המעוצב.
  4. מדד את זווית המגע.
    1. הרכיבו מערכת מדידת זווית מגע באמצעות מצלמה דיגיטלית צדדית, מקור אור LED טבעתי, ומחשב נייד ללכידת תמונות.
    2. הניחו שבב PDMS מעובד על פלטפורמת זכוכית שטוחה מתחת למצלמה.
    3. יש לשחרר טיפה של 2 מיקרוליטר של מים דה-יוניים על פני השטח של ה-PDMS באמצעות מיקרופיפט.
    4. ללכוד את פרופיל הטיפה מיד באמצעות המצלמה. ייצא את התמונה לניתוח.
    5. פתח את התמונה בתוכנת ImageJ, בחר תוסף Drop Analysis - LB-ADSA בחלק הניתוח .
    6. כוון את התאמת העקומה כדי לקבוע את זווית המגע.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה מציג פרוטוקול ללא חדר נקי לייצור מיקרו-תעלות PDMS מעגליות מלאות באמצעות תבניות מודפסות בתלת-ממד ב-DLP וניפוח ממברנה. עיצוב תבניות מיקרו-ערוץ חצי-עגולות עם קטרי היצרות משתנים מוצג באיור 1, בעוד שהשפעת כיוון ההדפסה על רזולוציית התבנית מתוארת באיור 2. תהליך ייצור מלא מהדפסת תבניות ועד לניפוח ויציקת PDMS בשכבה השנייה מוצג באיור 3.

יכולת הרטיבות פני השטח של השבבים המיוצרים הוערכה באמצעות מדידות זווית מ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בעבודה זו פיתחנו פרוטוקול ייצור ללא חדר נקי למיקרו-תעלות PDMS מעגליות באמצעות הדפסת תלת-ממד DLP וניפוח ממברנה. שלב קריטי בתוך פרוטוקול זה הוא שילוב פיצוי גובה של 10% בעיצוב תבנית ה-CAD כדי להתחשב בכיווץ האיזוטרופי הטמון ב-PDMS במהלך התייבשות תרמית. יתרה מזאת, בחירת כיווני הדפסה, ובמיוחד כיוון אנכי, חיונית לצמצום ארטיפקטים של "מדרגות מדרגות" הנפוצים בייצור תוספתי. על ידי הדפסה אנכית, השגנו משטחים פנימיים חלקים משמעותית (Sa ≈ 5.7 מיקרון), מה שחיוני לשכפול מדויק של הפרופילים החצי-מעגליים הנ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה להצהיר.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים רוצים להודות לאוניברסיטה הבינלאומית, האוניברסיטה הלאומית של וייטנאם, הו צ'י מין סיטי, על ציוד מעבדה ותמיכה חומרית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מדפסת תלת-ממדאלגו סאטורן 3לא זמיןהדפסת תבנית מבוססת DLP
שרף הדפסה תלת-ממדיתJAMG HE, קוריאהלא זמיןשרף להדפסת DLP כללית
מיקרו-בקר ארדואינוארדואינו מגה 2560לא זמיןמשמש לניטור לחץ מבחן פיצוץ
מיקרוסקופ תלת-ממדי דיגיטליקיינס, ארה"בVHX-7100אפיון חספוס פני השטח
מערכת מצלמות דיגיטליות בהתאמה אישיתלא זמיןמשמש להדמיית זווית מגע
משאבת מזרק חשמליתפרזניוס SE & חברת KGaA, גרמניהטייס A2 CE2RS232משמש לניפוח במהלך עיצוב ממברנה
מיקרוסקופ פלואורסצנציהניקון אקליפס טי, ארה"בלא זמיןמדידה גאומטרית של מיקרו-ערוץ
תוכנת Fusion 360אוטודסק, ארה"בhttps://www.autodesk.com/asean/products/fusion-360תוכנת עיצוב
תוכנת ImageJהמכונים הלאומיים לבריאות, ארה"בhttps://imagej.net/ij/ניתוח תמונה
בסיס PDMS וסוכן ייבושדווויץ', קוריאהhttps://www.dow.com/en-us/pdp.sylgard-184-silicone-elastomer-kit.01064291zמשמש ליציקת שבבים
פולידימתילסילוקסןערכת סיליקון אלסטומר SYLGARD 1841330-20-7משמש לייצור שבבים
חיישן לחץNXPMPX5700APמודד לחץ פנימי במהלך בדיקת הפיצוץ
שרף מהיראלגו, סין—משמש לייצור תבניות מאסטר
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)ג'אול, יפןJSM T-100הדמיית מורפולוגיה של פני השטח
ממברנת סיליקון (25 ומיקרו; m)——משמש לניפוח ממברנה

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Inagaki, S., Ishida, T. Fabrication of irregularity-free, highly circular cross-sectional microchannel. Micro. 2 (2), 325-333 (2022).
  2. Ma, Q., Ma, H., Xu, F., Wang, X., Sun, W. Microfluidics in cardiovascular disease research: state of the art and future outlook. Microsyst Nanoeng. 7 (1), 19(2021).
  3. Fleischer, S., Tavakol, D. N., Vunjak-Novakovic, G. From arteries to capillaries: approaches to engineering human vasculature. Adv Funct Mater. 30 (37), 1910811(2020).
  4. Li, Z., Hui, J., Yang, P., Mao, H. Microfluidic organ-on-a-chip system for disease modeling and drug development. Biosensors. 12 (6), 370(2022).
  5. Zhang, H., Yang, J., Sun, R., Han, S., Yang, Z., et al. Microfluidics for nano-drug delivery systems: from fundamentals to industrialization. Acta Pharm Sin B. 13 (8), 3277-3299 (2023).
  6. Oh, K. W. Microfluidic devices for biomedical applications: biomedical microfluidic devices 2019. Micromachines. 11 (4), 370(2020).
  7. He, Y., Wu, Y., Fu, J. Z., Gao, Q., Qiu, J. J. Developments of 3D printing microfluidics and applications in chemistry and biology: a review. Electroanalysis. 28 (8), 1658-1678 (2016).
  8. Qiu, J., et al. 3D printing of individualized microfluidic chips with DLP-based printer. Materials. 16 (21), 6984(2023).
  9. Miranda, I., et al. Properties and applications of PDMS for biomedical engineering: a review. J Funct Biomater. 13 (1), (2022).
  10. Kumar, P., Harvie, D. J. E. Energy dissipation during Wenzel wetting via roughness scale interface dynamics. Langmuir. 40 (31), 16190-16207 (2024).
  11. Pandian, N. K. R., Mannino, R. G., Lam, W. A., Jain, A. Thrombosis-on-a-chip: prospective impact of microphysiological models of vascular thrombosis. Curr Opin Biomed Eng. 5 (1), 29-34 (2018).
  12. Nguyen, T. Q., et al. Fabrication method of multi-depth circular microchannels for investigating arterial thrombosis-on-a-chip. Sens Actuators B Chem. 321 (1), 128590(2020).
  13. Nguyen, T. Q., et al. low-cost fabrication of circular microchannels by air expansion into partially cured polymer. Sens Actuators B Chem. 235 (1), 302-308 (2016).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים