ליטוגרפיה רכה

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.