Progettazione e sviluppo di un adattatore di allineamento della maschera per microscopio stampato tridimensionalmente per la fabbricazione di dispositivi microfluidici multistrato

Summary

Questo progetto consente ai piccoli laboratori di sviluppare una piattaforma di facile utilizzo per la fabbricazione di precisi dispositivi microfluidici multistrato. La piattaforma è costituita da un adattatore di allineamento della maschera per microscopio stampato tridimensionalmente utilizzando il quale sono stati realizzati dispositivi microfluidici multistrato con errori di allineamento di < 10 μm.

Abstract

Questo progetto mira a sviluppare una piattaforma facile da usare ed economica per la fabbricazione di dispositivi microfluidici precisi e multistrato, che in genere possono essere raggiunti solo utilizzando attrezzature costose in una camera bianca. La parte fondamentale della piattaforma è un adattatore di allineamento della maschera per microscopio (MMAA) stampato tridimensionalmente (3D) compatibile con i normali microscopi ottici e sistemi di esposizione alla luce ultravioletta (UV). Il processo complessivo di creazione del dispositivo è stato notevolmente semplificato a causa del lavoro svolto per ottimizzare il design del dispositivo. Il processo prevede la ricerca delle dimensioni corrette per le apparecchiature disponibili in laboratorio e la stampa 3D dell'MMAA con le specifiche ottimizzate. I risultati sperimentali mostrano che l'MMAA ottimizzato progettato e prodotto dalla stampa 3D funziona bene con un microscopio comune e un sistema di esposizione alla luce. Utilizzando uno stampo master preparato dall'MMAA stampato in 3D, i dispositivi microfluidici risultanti con strutture multistrato contengono errori di allineamento di < 10 μm, che è sufficiente per i comuni microchip. Sebbene l'errore umano attraverso il trasporto del dispositivo al sistema di esposizione alla luce UV possa causare errori di fabbricazione più grandi, gli errori minimi raggiunti in questo studio sono raggiungibili con pratica e cura. Inoltre, l'MMAA può essere personalizzato per adattarsi a qualsiasi microscopio e sistema di esposizione ai raggi UV apportando modifiche al file di modellazione nel sistema di stampa 3D. Questo progetto fornisce ai laboratori più piccoli un utile strumento di ricerca in quanto richiede solo l'uso di attrezzature che sono tipicamente già disponibili per i laboratori che producono e utilizzano dispositivi microfluidici. Il seguente protocollo dettagliato delinea il processo di progettazione e stampa 3D per l'MMAA. Inoltre, i passaggi per l'acquisto di uno stampo master multistrato utilizzando l'MMAA e la produzione di chip microfluidici poli(dimetilsilossano) (PDMS) sono descritti anche nel presente documento.

Introduction

Un campo ben sviluppato e promettente nella ricerca ingegneristica è la microfabbricazione a causa della vasta distesa di applicazioni che impiegano piattaforme microfluidiche. La microfabbricazione è un processo in cui le strutture sono prodotte con caratteristiche di dimensioni μm o più piccole utilizzando diversi composti chimici. Poiché la ricerca microfluidica si è sviluppata negli ultimi 30 anni, la litografia morbida è diventata la tecnica di microfabbricazione più popolare con cui produrre microchip a base di poli(dimetilsilossano) (PDMS) o sostanze simili. Questi microchip sono stati ampiamente utilizzati per la miniaturizzazione delle comuni pratiche di labo....

Protocol

1. Progettare l'MMAA

1. Ottenere che le dimensioni del vassoio del sistema di emissione di luce UV disponibile siano il limite superiore per le dimensioni del supporto del wafer (o dell'unità di esposizione ai raggi UV) mostrato nella Figura 1. Come mostrato nella Figura 2A,misurare il diametro (d) del cerchio circolare interno, l'altezza interna (h) del vassoio del sistema di emissione di luce UV, la larghezza totale (w) e la lunghezza (l) del vassoio.
   NOTA: ad esempio, il sistema di esposizione alla luce UV disponibile aveva dimensioni interne del vassoio di 5 pollici (") x 5 "x 0,25" con un ritag....

Results

Attraverso l'ottimizzazione e l'uso dell'MMAA (Figura 1), sono stati fabbricati stampi master multistrato con un errore di allineamento minimo. L'MMAA finale è stato fabbricato utilizzando il processo di stampa 3D FFF (Fused Filament Fabrication)(Figura 2). Il processo FFF conferisce una maggiore precisione per le dimensioni desiderate del dispositivo. L'MMAA è composto da due pezzi principali (Figura 3): il pezzo base e il disposit.......

Discussion

Il suddetto protocollo delinea la procedura per la stampa 3D di un MMAA e l'utilizzo del sistema per creare uno stampo master di dispositivo microfluidico preciso, multistrato. Sebbene il dispositivo sia facile da usare, ci sono passaggi critici all'interno del protocollo che richiedono pratica e cura per garantire il corretto allineamento degli strati dello stampo principale. Il primo passo critico è la progettazione dell'MMAA. È essenziale quando si progetta l'MMAA determinare le misurazioni esatte per il dispositivo c.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrilonitrile butadiene stirene (ABS), filamento			fornito dall'impianto di stampa 3D
BX53 della Texas Tech University, microscopio verticale	Olympus
Form 2, stampante 3D stereolitografica	Formlabs
Advanced Hot Plate Stirrer	VWR	97042-642
Alcool isoproilico, 70% (v/v)	VWR	BDH7999-4
pennarello
, 3 mm x 3 mm	WOTOY		ASIN #: Kit
elastomero siliconico B075PLVW8W SYLGARD 184	DOW	4019862
Piastra di Petri, 150 mm x 15 mm	VWR	25384-326
Fotomaschere stampate	CAD/Art Services, Inc.
Jack di supporto in alluminio - 8" x 8", sollevatore a forbice	VWR	12620-904
Wafer di silicio	Wafer universitario	452
Idrossido di sodio	VWR
Bagno di sonicazione	Branson	CPX3800H
Spin Coater	Laurell Technologies Corporation	Modello WS-650MZ-23NPPB
STRATASYS SR-30	MakerBot Industries, LLC	SR-30	Materiale di supporto solubile per la stampa 3D
Stratasys uPrint SE Stampante 3D	Computer Aided Technology, LLC
SU-8 50	Kayaku	Y131269 0500L1GL
SU-8 100	Kayaku	Y131273 0500L1GL
SU-8 Sviluppatore	Kayaku	Y020100 4000L1PE
Super colla	Gorilla Glue Tricloro
(1H,1H,2H,2H-perfluoroottil)silano	Sigma-Aldrich	448931-10G
Nastro	Scotch
Form Cure, Camera di polimerizzazione UV	Formlabs	FH-CU-01
UV-KUB2, Scatola di esposizione alla luce UV	Kloe	UV-KUB2