Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
התקני BioMEM רבים, כגון ערוצים מיקרופלואידיים, מפוברקים בטכניקת הליתוגרפיה הרכה. כאן, תבנית מיקרו-קשקשית משוכפלת על ידי ריפוי פולימר אלסטומרי מעל המבנה התלת-ממדי. מבנים פולימריים אלה משמשים לאחר מכן ליצירת מגוון רחב של מכשירים, החל מערוצים מיקרופלואידיים ליישומי רגישות ביולוגית ועד ביו-רה-קטרים זעירים להדמיה של מיקרו-מושבות.
וידאו זה מציג פוטוליתוגרפיה ומדגים את הטכניקה במעבדה. לאחר מכן, נבדקים כמה יישומים של הטכניקה וכיצד המבנים משמשים בתחום הביו-הנדסה.
ליטוגרפיה רכה היא סדרה של תהליכי ייצור מהירים, פשוטים וזולים ששימשו בהצלחה ליצירת הערוצים המורכבים של מערכות מיקרופלואידיות. בתעשיית האלקטרוניקה, ליטוגרפיה מתייחסת לתהליך של מיקרו-פיבריות באמצעות פולימרים רגישים לאור כדי ליצור חלקים של סרט דק או את עיקר המצע. המונח ליטוגרפיה רכה מתייחס לשימוש בחומרים אלסטומריים רכים כמו פולידימתילסילוקסן או PDMS לביצוע טכניקות אלה. בסרטון זה, נמחיש את הסוגים השונים של טכניקות ליטוגרפיה רכה ואחריהן פרוטוקול המדגים את הייצור של מכשיר מיקרופלואידי. לבסוף, נראה כיצד חוקרים בתחומים שונים משתמשים בליטוגרפיה רכה לטובתם.
ראשית, בואו נסקור את טכניקות הליתוגרפיה הרכה הנפוצות ביותר. הצעד הראשון בכל הטכניקות האלה הוא ייצור של עובש מאסטר. זה נעשה באמצעות פוטוליתוגרפיה מסורתית המשתמשת באור ובחומר רגיש לאור הנקרא פוטורסיסט כדי ליצור את התבנית הרצויה על מצע כמו סיליקון. כדי ללמוד על פוטוליתוגרפיה בפירוט, עיין בסרטון קודם באוסף יובה זה. השלב השני הוא לשפוך אלסטומר על תבנית מאסטר זו ולאחר מכן לרפא אותו. זה יוצר את החותמת האלסטומית הגמישה הנושאת את תכונות ההקלה המשמשות בדרכים שונות בטכניקות הליתוגרפיה הרכות השונות. דרכי ההעברה העיקריות באמצעות חותמת הגבס הן הדפסה, עיצוב, ליטוגרפיה אופטית של שינוי פאזה, חתך מכני והיציקה. בהדפסה, החותמת מצופה תחילה בדיו הניתנת להעברה כמו octadecanethiol או ODT אשר לאחר מכן ממוקם על המצע, כמו זהב. כאשר החותמת מוסרת, רק הדיו ממשטח החותמת המוגבה מוטבע על משטח המצע. לכן, הדפסה משכפלת ישירות תכונות בקנה מידה ננו על המצע. בטכניקה אחרת הנקראת דפוס, החותמת עצמה משמשת כעובש. כאן, החותמת נלחצת לפולימר לא נצנץ ואז נרפאת. ואז התבנית מקולפת כדי לחשוף את התבנית מהחותמת. בדומה להדפסה, עיצוב גורם גם לשכפול ישיר של תכונות בקנה מידה ננו אל המצע. בטכניקה השלישית, הנקראת ליטוגרפיה של קצה פאזה, ראשית, המצע מצופה בחומר הפוטורסיסטי. לאחר מכן החותמת מונחת על המצע המצולף והאור מוצג דרך החותמת. התוצאה היא הקצוות של התכונות מועברות לסרט של פוטורסיסט כפי שנצפה בטכניקות ליטוגרפיה מסורתיות. בחתך מכני, A.K.A. nanoskiving, החותמת משמשת לעצב פרפולימר אפוקסי לא נצבר, כמו בעיצוב. זה preפולימר יצוק נרפא אשר לאחר מכן מצופה בסרט דק של חומר של בחירה, למשל, זהב. סרט זה מוטבע לאחר מכן אפוקסי יותר נרפא לאחר מכן הוא חתך באמצעות ultramicrotome כדי ליצור לוח של אפוקסי עם התבנית. לבסוף, בליהוק, פולימר נשפך לתוך עובש מאסטר כדי להפוך את בול. לאחר מכן ניתן להכות אותו עבור מכניסות ושקעים וקשר למצע. בסעיף הבא, אנו בודקים את הפרוטוקול לייצור מכשיר מיקרופלואידי פשוט.
ראשית, להכין את התבנית הראשית באמצעות טכניקות ליטוגרפיה מסורתיות. לקבלת פרטי פרוטוקול, עיין בסרטון וידאו קודם באוסף זה. תבנית האב מפוברקת בדרך כלל על מצע סיליקון. כדי לפברק את החותמת, ראשית להכין תערובת של כ 25 גרם של PDMS וסוכן ריפוי ביחס של 10:1. ואז degas התערובת כדי להסיר את כל בועות אוויר. לאחר מכן, מניחים את התבנית הראשית במיכל שטוח ויוצקים עליה את תערובת PDMS המנוגת. עכשיו לאפות את PDMS ב 60 מעלות צלזיוס במשך כשעה, ואחריו התקררות טבעית של התנור לטמפרטורת החדר במשך שעה נוספת. לאחר מכן, חותכים את PDMS את התבנית ומניחים אותו עם צד התבנית למעלה כדי למנוע זיהום. ואז לחתוך את הדפוסים הבודדים. תנקב את כל הכניסות והשקעים באמצעות ניקוב חורים דרמטולוגי בגודל הנכון כדי לאפשר זרימת נוזלים לתוך המכשיר ומחוצה לו. לאחר מכן הניחו את מכשיר ה-PDMS בחומר ניקוי פלזמה של חמצן וטיפלו בו במשך כדקה. דבקו יחד בשתי השכבות של ההתקן ויישרו את דוגמת המילוי מתחת למיקרוסקופ. לבסוף, קשרו את המכשיר שהושלם למצע באמצעות PDMS ואופים אותו כדי לרפא. לפני השימוש, לבדוק את כל דליפות על ידי הזרמת מים דרך הערוצים microfluidic.
ליטוגרפיה רכה מצאה יישום בתחומים החל מניתוח מולקולרי ועד אבחון קליני ופיתוח תרופות. בואו נסתכל על כמה מהדוגמאות האלה. טכניקה זו יכולה לשמש ליצירת מבנים לא קונבנציונליים כמו מיקרופוסטים גמישים ליצירת פרופילי מיכנו של תאים בודדים. פרופילי מכאנו מתייחסים לחקר הפרמטרים המכניים כמו כוחות המופעלים על ידי מיקרואורגניזמים על סביבתם. לאחר המיקרופוסטים מפוברקים, תאים מתורבתים מורשים לגדול עליהם. התוצאה היא כיפוף העמודים הגמישים הקטנים, אשר לאחר מכן ניתן למדוד על מנת לחשב את הכוחות המופעלים על ידי סוגים שונים של תאים. ניתן להשתמש במערכות רב שכבתיות ורב-פלוידיות כדי לחקור ולהבין את ההשפעות של מיקרו-סביבה שונה על תאי יונקים. מערכות אלה מיוצרות על ידי יצירת כל שכבת PDMS בודדת באמצעות תבניות אב שונות. לאחר מכן יציקות PDMS השונות מנוקות, מיושרות ומשכבות זו על גבי זו ואפויות. השכבות המרובות של התקן PDMS מאפשרות הפרדה יעילה של הנוזל מהתאים באמצעות קרום PDMS חצי-אמין. התקנה זו מאפשרת לחוקרים לחקור ולאפיין את ההשפעות של מיקרו-סביבה חדשה על התאים על ידי מתן אפשרות לכמויות מבוקרות של נוזלים, כמו חמצן או מדיה חדשה, לפזר משכבת נוזל הבדיקה העליונה לתאי היונקים בערוץ המיקרופלואידי התחתון.
הרגע צפית בסרטון של ג'וב על ליטוגרפיה רכה. כאן, דנו בטכניקות הליבה של ליטוגרפיה רכה יחד עם הפרוטוקול המפורט של ייצור מכשיר מיקרופלואידי PDMS כדוגמה. תודה שצפיתם.
ליתוגרפיה רכה היא קבוצה של תהליכי ייצור מהירים, פשוטים וזולים ששימשו בהצלחה לעיצוב הערוצים המורכבים של מערכות מיקרופלואידיות. בתעשיית האלקטרוניקה, ליתוגרפיה מתייחסת לתהליך של מיקרו-ייצור באמצעות פולימרים קלים ורגישים לאור כדי לעצב חלקים של סרט דק או עיקר המצע. המונח ליתוגרפיה רכה מתייחס לשימוש בחומרים אלסטומריים רכים כמו פולידימתילסילוקסן או PDMS לביצוע טכניקות אלה. בסרטון זה, נדגים את הסוגים השונים של טכניקות ליתוגרפיה רכה ואחריה פרוטוקול המדגים ייצור של מכשיר מיקרופלואידי. לבסוף, נראה כיצד חוקרים בתחומים שונים משתמשים בליתוגרפיה רכה לטובתם.
ראשית, בואו נסקור את טכניקות הליתוגרפיה הרכה הנפוצות ביותר. השלב הראשון בכל הטכניקות הללו הוא ייצור תבנית המאסטר. זה נעשה באמצעות פוטוליתוגרפיה מסורתית המשתמשת באור ובחומר רגיש לאור הנקרא פוטו-רזיסט כדי ליצור את התבנית הרצויה על מצע כמו סיליקון. כדי ללמוד על פוטוליתוגרפיה בפירוט, אנא ראה סרטון קודם באוסף Jove זה. השלב השני הוא יציקת אלסטומר על תבנית המאסטר הזו ולאחר מכן ריפוי שלה. כך נוצרת החותמת האלסטומרית הגמישה הנושאת את תווי התבליט המשמשת בדרכים שונות בטכניקות הליתוגרפיה הרכה השונות. אופני ההעברה העיקריים באמצעות החותמת היצוקה הם הדפסה, יציקה, ליתוגרפיה אופטית של משמרת פאזה, חתך מכני ויציקה. בהדפסה, החותמת מצופה תחילה בדיו הניתן להעברה כמו אוקטדקנתיול או ODT אשר מונח לאחר מכן על המצע, כמו זהב. כאשר מסירים את החותמת, רק הדיו ממשטח החותמת המוגבה מוטבע על משטח המצע. לפיכך, הדפסה משכפלת ישירות תכונות בקנה מידה ננומטרי על המצע. בטכניקה אחרת הנקראת יציקה, החותמת עצמה משמשת כתבנית. כאן, החותמת נלחצת לפולימר לא נרפא ואז נרפאת. ואז מקלפים את התבנית כדי לחשוף את התבנית מהחותמת. בדומה להדפסה, דפוס מביא גם לשכפול ישיר של תכונות בקנה מידה ננומטרי על המצע. בטכניקה השלישית, הנקראת ליתוגרפיה של קצה הזזת פאזה, ראשית, המצע מצופה בחומר הפוטו-רזיסט. לאחר מכן מניחים את החותמת על המצע המצופה ואור מוצג דרך החותמת. התוצאה היא שקצוות התכונות מועברים לסרט הפוטו-רזיסט כפי שנצפה בטכניקות ליתוגרפיה מסורתיות. בחתך מכני, הידוע גם בשם ננו-סקיבינג, החותמת משמשת ליציקה של פרה-פולימר אפוקסי לא מעובד, כמו ביציקה. פרה-פולימר יצוק זה נרפא ולאחר מכן מצופה בסרט דק של חומר לבחירה, למשל, זהב. לאחר מכן סרט זה מוטבע באפוקסי נוסף ונרפא ולאחר מכן הוא נחתך באמצעות אולטרה-מיקרוטום ליצירת לוח אפוקסי עם התבנית. לבסוף, ביציקה, יוצקים פולימר לתבנית מאסטר ליצירת חותמת. לאחר מכן ניתן לנקב אותו לכניסות ויציאות ולהדביק אותו למצע. בסעיף הבא, אנו סוקרים את הפרוטוקול לייצור מכשיר מיקרופלואידית פשוט.
ראשית, הכינו את תבנית המאסטר באמצעות טכניקות ליתוגרפיה מסורתיות. לפרטי הפרוטוקול עיין בסרטון קודם באוסף זה. תבנית המאסטר מיוצרת בדרך כלל על מצע סיליקון. כדי לייצר את החותמת, הכינו תחילה תערובת של כ -25 גרם PDMS וחומר ריפוי ביחס של 10: 1. לאחר מכן הסר את התערובת כדי להסיר בועות אוויר. לאחר מכן, הניחו את תבנית המאסטר בכלי בעל בסיס שטוח ושפכו עליה את תערובת ה-PDMS נטולת הגז. כעת אופים את ה-PDMS בחום של 60 מעלות צלזיוס למשך כשעה, ולאחר מכן קירור טבעי של התנור לטמפרטורת החדר למשך שעה נוספת. לאחר מכן, חתכו את ה-PDMS מהתבנית והניחו אותה כשצד התבנית כלפי מעלה כדי למנוע זיהום. ואז גזרו את הדפוסים האישיים. נקב את כל הכניסות והיציאות באמצעות מנקב חורים דרמטולוגי בגודל הנכון כדי לאפשר זרימת נוזלים לתוך המכשיר והחוצה ממנו. לאחר מכן הכנס את מכשיר ה-PDMS לתוך מנקה פלזמה חמצן וטפל בו במשך כדקה. הדביקו את שתי שכבות המכשיר יחד ויישרו את התבנית תחת מיקרוסקופ. לבסוף, הצמידו את המכשיר שהושלם למצע באמצעות PDMS ואפו אותו לריפוי. לפני השימוש, בדוק אם יש נזילות על ידי הזרמת מים דרך התעלות המיקרופלואידיות.
ליתוגרפיה רכה מצאה יישום בתחומים החל מניתוח מולקולרי ועד אבחון קליני ופיתוח תרופות. בואו נסתכל על כמה מהדוגמאות הללו. ניתן להשתמש בטכניקה זו ליצירת מבנים לא קונבנציונליים כמו מיקרו-פוסטים גמישים לפרופיל מכני של תאים בודדים. פרופיל מכני מתייחס לחקר הפרמטרים המכניים כמו כוחות המופעלים על ידי מיקרואורגניזמים על סביבתם. לאחר ייצור המיקרו-פוסטים, מותר לתאים מתורבתים לצמוח עליהם. התוצאה היא כיפוף של העמודים הגמישים הקטנים, אותם ניתן למדוד על מנת לחשב את הכוחות המופעלים על ידי סוגי התאים השונים. ניתן להשתמש במערכות רב-שכבתיות ורב-נוזליות כדי לחקור ולהבין את ההשפעות של מיקרו-סביבות שונות על תאי יונקים. מערכות אלו מיוצרות על ידי ייצור כל שכבת PDMS בודדת באמצעות תבניות מאסטר שונות. לאחר מכן מנקים את יציקות ה-PDMS השונות, מיישרות אותן ומונחות זו על גבי זו ואופות. השכבות המרובות של מכשיר ה-PDMS מאפשרות הפרדה יעילה של הנוזל מהתאים באמצעות ממברנת PDMS חדירה למחצה. מערך זה מאפשר לחוקרים לחקור ולאפיין את ההשפעות של מיקרו-סביבות חדשות על התאים על ידי מתן אפשרות לכמויות מבוקרות של נוזלים, כמו חמצן או מדיה חדשה, להתפזר משכבת נוזל הבדיקה העליונה לתאי היונקים בתעלה המיקרופלואידית התחתונה.
זה עתה צפיתם בסרטון של ג'וב על ליטוגרפיה רכה. כאן, דנו בטכניקות הליבה של ליתוגרפיה רכה יחד עם הפרוטוקול המפורט של ייצור מכשיר מיקרופלואידיקה PDMS כדוגמה. תודה שצפית.
Bioengineering
76.0K צפיות
Bioengineering
53.9K צפיות
Bioengineering
9.9K צפיות
Bioengineering
16.9K צפיות
Bioengineering
11.8K צפיות
Bioengineering
11.6K צפיות
Bioengineering
20.4K צפיות
Bioengineering
10.7K צפיות
Bioengineering
51.8K צפיות
Bioengineering
13.3K צפיות
Bioengineering
17.2K צפיות
Bioengineering
14.1K צפיות
Bioengineering
14.0K צפיות
Bioengineering
12.3K צפיות
Bioengineering
14.8K צפיות
