Microfabrication של שבב בגודל פיגומים לעיבוד תלת ממדי נייד
May 12th, 2008
אנו מציגים שני תהליכים עבור microfabrication של שבבי פולימרי נקבובי לעיבוד תלת ממדי התא. הראשון הוא הבלטות חם בשילוב עם תהליך אדי ריתוך ממס. השני משתמש בתהליך microthermoforming פיתחה לאחרונה בשילוב עם טכנולוגיית מעקב יון המוביל פישוט משמעותי של ייצור.
שלום, שמי סטפן ר.אני עובד במכון לממשקים ביולוגיים ובמאמר הבא תוכלו לראות את תהליך הייצור של פיגום מיקרו-מובנה שנקרא ספינה, ואנחנו משתמשים בשתי שיטות שונות כדי לייצר את השבבים האלה. כרגע תהליך הבלטת לב בשילוב עם תהליכים עוקבים מסוימים ותהליך יצירה מיקרו-תרמי, שפותח לאחרונה כאן במרכז המחקר שנקרא Squi, ועכשיו אנחנו באוהל חדר נקי ומה שאתם יכולים לראות כאן בצד ימין הוא מכונת אגרוף טיפוסית מחוממת ואקום, ואנחנו משתמשים בציוד הזה לייצור שבב התא המיקרו-מובנה. קודם כל, אנחנו מציגים מצב מיקרו מובנה.
זה מותקן כאן בצלחת כזו, ותוכלו לראות כאן שתי תבניות. תבנית זו מיוצרת על ידי עיבוד מיקרו והיא עשויה מנשימה. עכשיו אני מרכיב את תבנית המיקרו-מבנה למכונה.
עבור תהליך ההוטבוקסינג, אנו משתמשים בלוחות פולימרים כמו זה כאן, ובדרך כלל אנו משתמשים בפוליקרבונט או PMA לייצור שבב התא. כעת אנו מכניסים את לוחית הפולימר למכונה למרכז הצלחת, וסוגרים את הכלי. לאחר סגירת המכונה, החדר מפונה, ואז תבנית המוט, או שהכלי כולו מחומם לטמפרטורה יוצרת, ואז הפולימר החם נלחץ לתוך התבנית עם המיקרו-מבנה.
לאחר מכן, לאחר הליך דפוס זה, כל התבנית מתקררת ויש לנו תהליך הדגמה אוטומטי בתוך מכונה זו. מה שאתה יכול לראות כאן הוא שבב תא יצוק כזה עם החלקים היצוקים, שני שבבי תאים ושכבה שיורית טיפוסית, הנובעת מתהליך ה-Hot וה-bussing. לאחר השלבים החמים והאוטובוסים, השכבה הנותרת של החלקים צריכה להיות דקה ולבסוף מסולקת לחלוטין.
אז לשם כך, החלקים נחתכים, חלקי התבנית ואז קפואים על צלחת ההרכבה הזו. לאחר ההרכבה, אנו טוחנים את השכבה הנותרת עד לעובי מסוים של החלק כך שרשת המיקרו-מבנה תיפתח מאחור. בתהליך הטחינה, קירות מיכל המיקרו מיוצבים על ידי מים קפואים.
לבסוף, אנו משיגים שני שבבי תאים יצוקים עם רשתות עצמאיות של מיכלי MicroCon הפתוחים משני הצדדים מלמעלה, ובתחתית אנו מחברים. לאחר מכן לאחר תהליך הטחינה, קרום נקבובי בחלק האחורי של מערכי מיכלי MicroCon הפתוחים הללו. אנו מחברים קרום פוליקרבונט מחורר וזמין מסחרית לחלק האחורי של ספינת התאים הפתוחים כדי להשיג מערכי מיכלים מיקרו-נקבוביים.
לשם כך, אנו מכניסים ממברנות קצה מסלול פולימר דקות לתוך תא זה. הממברנות נמצאות בטווח עובי של כ-10 מיקרון, ואז אנו מניחים את שבב התא על גבי הממברנות הללו. אנו סוגרים את החלל הזה, ובשלב הראשון החדר מפונה.
לאחר מכן אנו מזריקים ממס מאודה כדי לפתור את פני השטח של הפולימר, ועל ידי הפעלת כוח על הערימה הזו, הממברנה נקשרת לספינת התא. בשלב האחרון, התא מדורג ואנו מוציאים את ספינת התא הסופית. לאחרונה פיתחנו טכניקת ייצור חדשה לסצ'י המבוססת על תהליך תרמופורמינג, והיא מותאמת למיקרוסקאלה ולכן קראנו לה מיקרו תרמופורמינג.
לייצור סצ'י נקבובי, אנו משתמשים בפוליפילים שהוקרנו ביונים כבדים מואצים. זה נעשה בתאגיד עם המארז ביונילוג, והיונים הכבדים הללו מייצרים מסלולים לטיניים בפולי של הסרט על ידי חדירה מלאה דרך הסרט הפולימרי. ובמהלך תהליך התרמופורמינג, המסלולים הלטיניים הללו נשמרים ומייצרים את הנקבוביות הללו.
לאחר תהליך היצירה שבו תחריט המסלולים הלטיניים הללו לנקבוביות בגודל מוגדר. כאן תוכלו לראות בצד ימין את המכונה המותאמת. מכונת הבלטה חמה המותאמת לתהליך חיפוי מיקרותרמי זה.
הכלי מורכב בעיקר משלושה חלקים, לוח עליון וצלחת נמוכה. הם שומרים על מחברים ללחץ גז ופינוי, וחלק שלישי נמצא כאן כמו תקרה. בשלב הראשון, אנו מכניסים צורה דקה של סרט בטווח של כ-50 עד מאה מיקרון ועובי.
ואז אנחנו סוגרים את הכלי ושלב שני. החדר שנבנה על ידי שני הלוחות הללו והתקרה מפונה. לאחר הפינוי, הסרט הפולימרי נלחץ בין שתי הלוחות הללו ואנו מחממים אותו ואז לטמפרטורה שנוצרת. להרכיב.
הטמפרטורה כאן היא בטווח טמפרטורת מעבר הזכוכית, מה שאומר שהפולימר אינו נמס, אך יש לנו פולימר במצב אלסטי או במצב אלסטי גומי. בשלב הבא אנו מפעילים לחץ גז. כאן אנו משתמשים בחנקן כגז, ועל ידי הגז הזה, סרט הפולימר האלסטי של הגומי נמתח לתוך תבניות המיקרו שפונו בעבר.
לאחר שלב יצירה זה, הכלי כולו מקורר והכלי נפתח. לבסוף, קצף הפולימר המיקרו-מבנה מועבר לאחר מכן באופן ידני. היתרון בתהליך חדש זה הוא שניתן להפחית באופן דרמטי את מספר שלבי התהליך בהשוואה לתהליך הזרקת מיקרו סטנדרטי או תהליך הבלטה חמה.
לאחר תרמופורמינג של סרטי הפולימר המגוהצים הכבדים, אנו חורטים את הרצועות הלטיניות הללו באופן סלקטיבי לנקבוביות בגודל מוגדר. לשם כך, אנו משתמשים ברמקול זכוכית פשוט, ועם המסלולים הלטיניים נחרטים בנתרן הידרוקסיד, מנווטים בעדינות ומחוממים לטמפרטורה של כ-60 מעלות. הליך הסכך נמשך כשעה עד מספר שעות ולקבלת נקבוביות בגודל נקבוביות שונה.
הנה לנו עכשיו שני המוצרים המוגמרים, שבב התא החם והמבוסל עם קרום המיקרופוריות בגב שבב התא המעוצב. וכאן ביד שמאל שבב התא הגמיש בעל הדופן הדקה. ולפני שאנו משתמשים בהם בתרבית תאים, הם מנוקים ומעוקרים על ידי הקרנת גומה.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה
מאמר זה דן בייצור מיקרו של שבבי פולימר נקבוביים המיועדים לגידול תאים תלת-ממדי. מוצגות שתי שיטות שונות: הטבעה חמה בשילוב עם ריתוך אדי ממס, ותהליך מיקרו-תרמופורמינג חדש המובנה עם טכנולוגיית מסלולי יונים.
רכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- מדעי המוח
- ייצור מיקרו
- ביולוגיה של תאים
רקע
- מסגרות מובנות היטב חיוניות לגידול תאים.
- שיטות מסורתיות יכולות להיות מורכבות ומלואוות בזמן.
- טכניקות חדשניות יכולות לפשט את תהליך הייצור.
- שבבי פולימר נקבוביים יכולים לשפר את גידול התאים והמחקר.
מטרת המחקר
- להציג שיטות יעילות לייצור שבבי תאים מובנים מיקרו.
- לחקור את היתרונות של שימוש בהטבעה חמה ומיקרו-תרמופורמינג.
- להדגים את היישום של טכנולוגיית מסלולי יונים בייצור שבבים.
שיטות בשימוש
- תהליך הטבעה חמה עם ריתוך אדי ממס.
- תהליך מיקרו-תרמופורמינג המשתמש בטכנולוגיית מסלולי יונים.
- שימוש בתבניות מובנות מיקרו לייצור שבבים.
- פעולה בסביבת חדר נקי כדי להבטיח איכות.
תוצאות עיקריות
- ייצור מוצלח של שבבי פולימר נקבוביים בשימוש בשתי השיטות.
- פישוט משמעותי בתהליך הייצור נצפה.
- יכולות משופרות לגידול תאים תלת-ממדי הוכחו.
- פוטנציאל ליישומים רחבים יותר במחקר ביולוגי זוהה.
מסקנות
- שתי השיטות מספקות אפשרויות קיימא לייצור מיקרו-שבבים.
- מיקרו-תרמופורמינג מראה הבטחה לפיתוחים עתידיים.
- טכניקות אלו יכולות לקדם מחקר בביולוגיה של תאים והנדסת רקמות.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Microfabricated chip-sized scaffolds enable reproducible three-dimensional cell cultivation, supporting advanced in vitro models for early discovery and preclinical research. The precise control of scaffold geometry and porosity enhances nutrient diffusion and cell viability, directly impacting the predictive confidence of disease-relevant systems. These scalable fabrication methods position microstructured scaffolds as foundational tools for translational research and high-content screening in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables construction of physiologically relevant 3D cell models for functional target interrogation.
- Supports biological de-risking by maintaining cell viability and preventing apoptosis or necrosis due to optimized nutrient and gas exchange.
- Facilitates predictive confidence in early-stage hypothesis testing by standardizing microenvironmental conditions.
Screening & Assay Development
- Provides reproducible, microstructured platforms for quantitative compound screening and assay development.
- Ensures assay standardization and scalability through mass-producible, quality-controlled chip fabrication.
- Enables reliable evaluation of compound effects in controlled 3D environments, supporting downstream screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant system requirements by supporting long-term cell culture and functional tissue modeling.
- Maintains translational continuity from discovery through preclinical validation by enabling consistent scaffold architecture and porosity.
- Reduces risk in preclinical advancement decisions by providing robust, scalable platforms for biomarker and mechanistic studies.
Pipeline & Workflow Integration
Microfabricated scaffolds integrate into the discovery-to-preclinical continuum by enabling standardized 3D cell culture platforms for target validation, screening, and translational research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through controlled 3D cell environments.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible scaffolds for quantitative and scalable compound evaluation.
- Analytics: Provides consistent readouts and enables statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Facilitates alignment with preclinical biomarker and disease modeling requirements.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, mass-producible platform adaptable across multiple R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in 3D cell-based assays.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of cell culture platforms.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by reducing late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of discovery and preclinical assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, polymer processing, and 3D cell culture techniques.
- Demands access to specialized instrumentation such as hot embossing or microthermoforming equipment and clean room facilities.
- Necessitates cross-team standardization for scaffold design, fabrication, and quality control.
- Adaptable to various cell types and model systems with consideration for membrane bonding and pore size requirements.
- Practical limitations include process complexity and the need for precise control of fabrication parameters.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:01
Introduction
0:39
Hot Embossing I: Moulding procedure
3:05
Hot Embossing II: Trimming and milling
4:05
Bonding of a microporous membrane to the back of the microcontainers
5:11
SMART: Substrate Modification And Replication by Thermoforming
5:16
SMART Technology I: Irradiation
8:27
SMART Technology III: Track Etching
6:19
SMART Technology II: Microthermoforming
