פוטו-ליתוגרפיה גובה רב שלבי משתנה עבור Valved רב שכבתי מכשירים microfluidic

המטרה הכוללת של פרוטוקול וידאו זה היא להדגים פוטוליתוגרפיה רב-שלבית מלאה של תבניות מאסטר מיקרופלואידיות עם שסתומים על-השבב ותכונות גובה מרובות הניתנות לכוונון עבור כל יישום. שיטה זו היא סקירה מלאה כיצד לייצר תבניות מאסטר עם גיאומטריות מורכבות, כולל שסתומי ממברנה על השבב, עבור מכשירים מיקרופלואידיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מאפשרת לשלוט בקלות בזרימה במכשירים מיקרופלואידיים, תוך התגברות על מחסום מרכזי לכניסה למיקרופלואידיקה ביישומים ביולוגיים.

הדגמה חזותית של טכניקה זו היא קריטית, מכיוון שלעתים קרובות קשה למתחילים לשלוט בשלבים לפוטוליתוגרפיה. יישור, פיתוח וחשיפה נכונים מסתמכים על רמזים חזותיים וחווית חדר נקי. כדי להתחיל, עצב את המכשיר שלך והכן את מסכות הצילום הבודדות לגיאומטריות הרב-שכבתיות.

בנוסף, הכינו כארבעה פרוסות עם שכבה של חמישה מיקרון של SU-8 2050 שלילי לאור, וחשיפת הצפה כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. הנח את הוופל המצופה על ציפוי מסתובב, והפעל את הוואקום כדי להצמיד אותו לצ'אק הסיבוב. השתמש בחנקן או באוויר דחוס כדי לפוצץ כל אבק מפני השטח.

לאחר מכן, יש למרוח שניים עד שלושה מיליליטר של פוטו-רזיסט חיובי AZ 50XT על מרכז הוופל. סובב ציפוי את הפוטו-רזיסט ליצירת שכבה של 55 מיקרון. לאחר הציפוי, הניחו את הוופל בזהירות בצלחת פטרי בגודל חמישה אינץ 'והניחו להירגע למשך 20 דקות.

לאחר מכן, אופים את הוופל רך על פלטה למשך 22 דקות תוך הגברת הטמפרטורה מ-65 מעלות צלזיוס ל-112 מעלות צלזיוס בקצב של 450 מעלות צלזיוס לשעה. לאחר מכן, הסר את הוופל ותן לו לנוח למשך הלילה בטמפרטורת החדר בצלחת פטרי להחזרת נוזלים בסביבה. הדביקו את מסכת השקיפות העגולה ללוחית הזכוכית בגודל חמישה אינץ' כך שצד ההדפסה יהיה הקרוב ביותר לפרוסה, וטענו לתוך מיקום המסכה של מיישר היישור של מסכת ה-UV.

חשוף את ההימור ל-930 מילי-ג'אול של UV בשישה מחזורים. פתח את הוופל מיד על ידי טבילתו באמבט מעורבב של מפתח למשך שלוש עד חמש דקות, או עד שהאמבטיה הופכת לסגולה והתכונות מופיעות. לאחר הפיתוח, הסר את הוופל ושטוף אותו היטב במים נטולי יונים.

לאחר מכן, אופים קשה את הוופל כדי להמיס ותכונות שסתום עגולות. העלה את הטמפרטורה מ-65 ל-190 מעלות צלזיוס במהלך 15 שעות בקצב של 10 מעלות צלזיוס לשעה. לאחר שתסיים, כבה את משטח החימום ותן לוופל להתקרר לטמפרטורת החדר.

התכונות על הוופל מעוגלות כעת. אפייה קשה זו היא קריטית כדי להזרים מחדש כראוי תכונות שסתום מלבני לפרופילי שסתומים מעוגלים. זמנים קצרים יותר עלולים לגרום לסדקים או לחוסר יציבות.

על מנת לייצר מכשיר עם תכונות גובה משתנות, הנח את הוופל הנקי על ציפוי מסתובב כפי שהוצג קודם לכן. מרחו מיליליטר אחד עד שניים של התנגדות פוטו-רזיסט שלילית SU-8 2050 על מרכז הוופל, וסובבו את הפוטו-רזיסט על תכונות השסתום המפותחות. לאחר מכן, הניחו בזהירות את הוופל המסובב בצלחת פטרי בגודל חמישה אינץ ', ותנו לו להירגע במשך 20 דקות על משטח ישר, או עד שדפוסי הפסים דוהים.

לאחר מכן, מחממים שתי פלטות חימום ל-65 מעלות צלזיוס ו-95 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן מניחים את הוופל על צלחת 65 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות, את צלחת 95 מעלות צלזיוס למשך שמונה דקות, ואת צלחת 65 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות נוספות לאפייה רכה של הוופל. לאחר שהפרוסה מתקררת בחזרה לטמפרטורת החדר, הדביקו את מסכת השקיפות הנמוכה לזרימה לצלחת זכוכית קוורץ בגודל חמישה אינץ' כך שצד ההדפסה יהיה הקרוב ביותר לפרוסה, וטען אותה למיקום המסכה של מיישר מסכת ה-UV. לאחר מכן, הנח את הוופל בצ'אק יישור מסיכת UV, ובעזרת עינית המיקרוסקופ או המצלמה, יישר בזהירות את תכונות השכבה הנמוכה החדשות של הזרימה לתכונות שכבת השסתום העגול של הזרימה.

התחל על-ידי יישור הצירים האופקיים, האנכיים וההטיה של גבולות ההתקן לתכונות גבול ההתקן במסכה. לאחר מכן, יישר את תכונות הכוונת בין השכבות. לבסוף, ודא שתכונות השסתום מצטלבות עם תכונות הזרימה הנמוכות היכן שרוצים.

לאחר מכן, חשוף את הוופל לתצהיר UV של 170 מילי-ג'אול. בסיום, הסר את הוופל ואפה אותו לאחר החשיפה על ידי מעבר בין שתי פלטות החימום המוגדרות על 65 מעלות צלזיוס ו-95 מעלות צלזיוס. מבלי לפתח את הוופל, הניחו לו להתקרר לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן הוסיפו ברצף את שכבת הזרימה הגבוהה ולאחר מכן את שכבת אדרת המיקסר הכאוטית באמצעות SU-8 2025 כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה.

לאחר השלמת כל השכבות, פתח את התכונות על ידי טבילת הוופל באמבט מעורבב המכיל 25 מיליליטר של מפתח SU-8 למשך 3.5 דקות, או עד שהתכונות יופיעו בבירור. השתמש בסטריאוסקופ כדי לוודא שלתכונות יש גבולות תכונה ברורים ומוגדרים. במהלך הפיתוח, הקפד לבדוק כל 20 שניות כדי לראות שהתכונות הוגדרו במלואן וההתנגדות נשטפה.

פיתוח יתר עלול לגרום לפגיעה בתכונות, במיוחד בעיצובי עובש מורכבים. לאחר מכן, אופים קשה את הוופל כדי לייצב את כל תכונות הפוטו-רזיסט. לאחר מכן, בנה את שכבת הבקרה כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה.

לייצר התקנים מיקרופלואידיים רב-שכבתיים בגיאומטריית שכיבות סמיכה על זכוכית בהתאם לפרוטוקולי גישה פתוחה קיימים, והשתמש בבדיקה ויזואלית כדי לוודא שכל השסתומים מיושרים כראוי לקווי הבקרה, ושכל הכניסות מנוקבות במלואן לפני שתמשיך. חבר צינורות Tygon עמוסים במים למערכת בקרת זרימה, כגון משאבת מזרק, בקרי נוזל או מערך שסתומי סולנואיד בקוד פתוח עם מאגרים. לאחר מכן, חבר פיני מתכת לצינור ואת פיני המתכת ליציאות המכשיר בכניסות קו הבקרה.

לאחר מכן, הגדר את מערכת בקרת הזרימה ל-25 PSI עבור כל קו כדי ללחוץ על קווי הבקרה של המכשיר. ודא שהשסתומים נסגרים ונפתחים מחדש על ידי בדיקה תחת המיקרוסקופ. בצינור מיקרו-צנריפוגה, השעו 3.9 מיליגרם של פוטו-יוזם ב-100 מיקרוליטר של מי DI כדי להכין את תמיסת הפוטו-יוזם המשמשת לפילמור טיפות לחרוזי הידרוג'ל.

כסו את התמיסה כדי להגן עליה מפני אור. בצינור מיקרו-צנטריפוגה שני, הוסף 132 מיקרוליטר של מים נטולי יונים, 172 מיקרוליטר של דיאקרילט PEG, 12 מיקרוליטר של תמיסת הפוטו-יוזם ו-85 מיקרוליטר של מאגר HEPES כדי ליצור את תמיסת טיפות ההידרוג'ל. העבר את תמיסת טיפות ההידרוג'ל לכלי צינור קריוגני מותאם אישית.

לאחר מכן, חבר את הצינור של כלי הצינור הקריוגני למקור לחץ הניתן לשליטה, וחבר את צינור ה-PEEK לכניסת המגיב של המכשיר. לאחר מכן, הכנס את צינור ההצצה לשקע המכשיר על מנת לאסוף את הטיפות. הסר בועות אוויר מהמכשיר, לחץ מחדש את המערכת ולאחר מכן הוריד את לחץ השמן RO1 והגדר את לחץ השמן ל-10 PSI.

לאחר מכן, הגדר את לחץ תערובת ה-PEG לתשעה PSI, הוריד את לחץ השסתומים במעלה הזרם והתאם את הלחץ לפי הצורך כדי לייצר טיפות בגודל הרצוי. קבע את גודל הטיפה באמצעות מיקרוסקופיה באמצעות מצלמה עם 50 FPS ומעלה. כאשר הטיפות התייצבו, מקם מקור אור UV מעל אזור הפילמור של המכשיר, והפעל 100 מילי-וואט לסנטימטר רבוע של אור 365 ננומטר מהמקור על נקודה של חמישה מילימטרים.

לחץ על שסתום מסננת החרוזים כדי לצפות בחרוזים מפולימרים נאספים ולהבטיח שהטיפות התקשו לחרוזים. לבסוף, הורידו את הלחץ על שסתום מסננת החרוזים ואספו חרוזים לתוך צינור דרך צינור יציאת PEEK. פרוטוקול זה מתחיל בהדגמת שיטה לעיגול שסתומי זרימה.

כאן, נעשה שימוש בפרופיל כדי לקבוע את פרופיל עיגול השסתום האופייני לאחר זרימה חוזרת הנובע משיטה זו, המראה גובה של כ-55 מיקרון. בתמונה משמאל, השסתום כבוי, ונוזל יכול לעבור דרך התעלות. לאחר הפעלה על ידי לחץ על השסתומים, הזרימה דרך שסתומים אלה מנותקת.

כאן, ניתן לראות את מכשיר סינתיסייזר החרוזים בפעולה, המייצר טיפות הידרוג'ל בתחליב שמן במחולל טיפות צומת T. על ידי סגירה חלקית של זרימה במורד הזרם באמצעות שסתום מסננת, הנוזל יכול להמשיך לזרום, אך החרוזים נלכדים מאחורי השסתום. החרוזים שהתקבלו בתהליך זה היו בקוטר ממוצע של 52.6 מיקרון עם סטיית תקן של 1.6 מיקרון בלבד.

מתוך כמעט 3,000 חרוזים, פחות מ-1% ירדו ביותר משלוש סטיות תקן. לאחר שליטה, ניתן להשלים טכניקה זו תוך שלושה ימים מתכנון ועד בדיקה. זה מאפשר איטרציה מהירה של העיצוב.

בעקבות הליך זה, אפילו חוקרים עם ניסיון מועט בייצור יכולים לבנות מכשירים מיקרופלואידיים מורכבים משלהם וליישם אותם על הבעיות הביולוגיות שלהם. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע את שלבי הפוטוליתוגרפיה הדרושים לייצור מכשירים מיקרופלואידיים בכל רמת מורכבות, כולל מכשירים עם תכונות או שסתומים מורכבים בגובה משתנה.