Name: Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: Impara la fotolitografia multistrato per dispositivi microfluidici con valvole on-chip e geometrie a altezza variabile. Questo metodo consente di controllare il flusso in applicazioni biologiche.

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Gli autori ringraziano Scott Longwell per gli utili commenti e le modifiche al manoscritto e Robert Puccinelli per la fotografia del dispositivo. Gli autori riconoscono il generoso sostegno di una sovvenzione per lo sviluppo tecnologico del Beckman Institute. K.B. è supportato da una borsa di studio NSF GFRP e dalla componente TLI dello Stanford Clinical and Translational Science Award to Spectrum (NIH TL1 TR 001084); P.F. riconosce una borsa di studio della facoltà McCormick e Gabilan.

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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Questo lavoro dimostra un completo protocollo di fotolitografia multi-step per un dispositivo microfluidica multistrato con valvole e la geometria di altezza variabile che può essere regolato per qualsiasi applicazione con semplici modifiche ai parametri di fabbricazione sulla base delle nostre strumento online 26 e costruttore istruzioni 25. Questo protocollo ha lo scopo di demistificare fotolitografia multistrato per i ricercatori che desiderano costruire dispositivi mic...

<html> Negli ultimi 15 anni, microfluidica come un campo ha subito una rapida crescita, con una esplosione di nuove tecnologie che consentono la manipolazione dei fluidi alla scala micrometrica 1. Sistemi microfluidici sono piattaforme interessanti per funzionalità laboratorio bagnato perché i piccoli volumi hanno il potenziale per realizzare una maggiore velocità e sensibilità, mentre allo stesso tempo aumentando notevolmente la produttività e ridurre i costi sfruttando economie di scala 2, 3. Sistemi microfluidici multistrato hanno impatti particolarmente significativi in applicazioni di analisi biochimiche ad alto throughput, come singola analisi delle cellule 4, 5, 6, l&#39;analisi singola molecola (ad esempio, digitale PCR 7), proteine cristallografia 8, fattore di trascrizione saggi vincolantef &quot;&gt; 9, 10, e lo screening cellulare 11. Un obiettivo centrale della microfluidica è stato lo sviluppo di &quot;lab on a chip&quot; dispositivi in grado di eseguire complesse manipolazioni fluidici all&#39;interno di un unico dispositivo per l&#39;analisi biochimica totale 12. Lo sviluppo di tecniche morbido litografia multistrato ha contribuito a realizzare questo obiettivo, consentendo creazione di valvole on-chip, miscelatori e pompe per controllare attivamente fluidi all&#39;interno di piccoli volumi 13, 14, 15. Nonostante i loro vantaggi e applicazioni dimostrato, molte di queste tecnologie microfluidica rimangono in gran parte staccati dagli utenti non specialisti. adozione diffusa è stato impegnativo, in parte a causa di un accesso limitato ai servizi di microfabbricazione, ma anche per la comunicazione inadeguata di tecniche di fabbricazione. Questo è particolarmente vero for dispositivi microfluidici multistrato dotati di strutture per valvole o geometrie complesse: la scarsità di informazioni pratiche dettagliate su importanti parametri di progettazione e le tecniche di fabbricazione scoraggia spesso nuovi ricercatori da intraprendere progetti che prevedono la progettazione e la realizzazione di questi dispositivi. Questo articolo si propone di affrontare questo gap di conoscenza con la presentazione di un protocollo completo per rendere i dispositivi microfluidici multistrato con valvole e le caratteristiche di altezza variabile, a partire da parametri di progetto e si muove attraverso tutte le fasi di fabbricazione. Focalizzando l&#39;attenzione sui gradini di fotolitografia iniziali di fabbricazione, questo protocollo è complementare ad altri protocolli microfluidica 16 che descrivono fasi a valle della fusione dispositivi da muffe e l&#39;esecuzione di esperimenti specifici. dispositivi microfluidici con valvole monolitica su chip sono composti da due strati: uno strato di &quot;flusso&quot;, dove il fluido di interesse viene manipolato in microcanali, e uno strato di &quot;controllo&quot;, dove microcanali contenenti aria o acqua può selettivamente modulare il flusso di fluido nello strato di flusso 14. Questi due strati sono ogni fabbricati su un maestro di stampaggio silicone separato, che viene successivamente utilizzato per il polidimetilsilossano (PDMS) stampaggio replica in un processo chiamato &quot;soft litografia 17&quot;. Per formare un dispositivo multistrato, ciascuno degli strati PDMS sono espressi sui rispettivi padroni stampaggio e quindi allineati tra loro, formando così un dispositivo PDMS composita con canali in ogni strato. Le valvole sono formate in posizioni in cui i canali di flusso e di controllo si incrociano e sono separati solo da una sottile membrana; pressurizzazione del canale di controllo devia questa membrana per occludere il canale di flusso e spostare localmente il fluido (Figura 1). valvole on-chip attivi possono essere realizzati in diversi modi, a seconda dell&#39;applicazione finale desiderata. valvolepuò essere configurato sia in una geometria &quot;push down&quot; o &quot;push up&quot;, a seconda che il livello di controllo è al di sopra o sotto il livello del flusso (figura 1) 15. &quot;Push up&quot; geometrie consentono minori pressioni di chiusura e maggiore stabilità dispositivo da delaminazione, mentre &quot;spingere verso il basso&quot; geometrie permettono i canali di flusso per essere in contatto diretto con il substrato legato, che conferisce il vantaggio di funzionalizzazione selettiva o patterning della superficie del substrato per la funzionalità in seguito 18, 19. Le valvole possono anche essere sia intenzionalmente leaky valvole &quot;setaccio&quot; o completamente sigillabile, secondo il profilo in sezione trasversale del canale di flusso. Valvole Sieve sono utili per la cattura perline, cellule o altri macroanalytes 1, e sono realizzati mediante l&#39;uso di fotoresist negativi tipici (cioè, SU-8 serie), che have profili rettangolari. Quando un canale di controllo è pressurizzata in queste regioni valvola, la membrana PDMS tra il controllo e lo strato flusso devia isotropa nel profilo rettangolare della valvola senza guarnizione angoli, permettendo il flusso di fluido ma intrappolando particelle macro scala (Figura 1). Al contrario, le valvole microfluidica completamente sigillabili sono realizzati includendo una piccola macchia di fotoresist arrotondati alle posizioni della valvola. Con questa geometria, pressurizzazione del canale di controllo devia la membrana contro lo strato flusso arrotondato per sigillare completamente il canale, arrestare il flusso del fluido. Profili arrotondati nello strato flusso vengono generati tramite la fusione e riflusso di photoresist positivo (ad esempio, AZ50 XT o SPR 220) dopo fasi tipiche di fotolitografia. Abbiamo precedentemente dimostrato che le altezze post-reflow di regioni valvola dipendono caratteristica dimensioni 21 scelti. Questo protocollo illustra la fabbricazione di entrambe le geometrie valvola conin un dispositivo di sintesi tallone. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55276/55276fig1.jpg" /> Figura 1: Multilayer Microfluidic Valve geometrie. Tipici &quot;push up&quot; architetture di dispositivo per setaccio e valvole completamente sigillabili prima (in alto) e dopo (in basso) pressurizzazione. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55276/55276fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> I dispositivi possono anche includere caratteristiche passive complesse come mixer caotiche 13 e on-chip resistenze 20 che richiedono caratteristiche di molteplici altezze differenti all&#39;interno di un singolo strato di flusso. Per ottenere un livello di flusso di altezza variabile, diversi gruppi hanno impiegato molti metodi tra cui circuito stampato incisione 22, multistrato allineamento sollievo PDMS 23, o multi-step photolithography 24. Il nostro gruppo ha trovato multi-step fotolitografia su un unico master di stampaggio ad essere un metodo efficace e riproducibile. Per fare questo, una semplice tecnica di fotolitografia di costruire canali spessore di fotoresist negativo (ad esempio SU-8 fotoresist serie) in strati senza sviluppo tra l&#39;applicazione di ciascuno strato è impiegato. Ogni strato è filata in fotoresist negativo secondo il suo spessore utilizzando le istruzioni del produttore 25 sul master di silicio. Caratteristiche di questa altezza vengono modellati sullo strato utilizzando una maschera di trasparenza specifica (figura 2) applicata su un piatto di maschera di vetro e allineata allo strato precedentemente filato prima dell&#39;esposizione. In multi-step fotolitografia, l&#39;allineamento preciso tra gli strati è fondamentale nella formazione di un canale completo flusso di altezza variabile. Dopo l&#39;allineamento, ogni strato è sottoposto ad una cottura di post-esposizione spessore-dipendente. Senza sviluppo, lo strato successivo è similarly fantasia. In questo modo, le caratteristiche alte possono essere costruite su un unico wafer flusso layer-by-layer tramite l&#39;utilizzo di più maschere. Saltando sviluppo tra ogni passo, precedenti strati di fotoresist possono essere utilizzati per generare caratteristiche altezza compositi (cioè, due 25 micron strati possono fare 50 micron caratteristica) 24. Inoltre, le caratteristiche del pavimento del canale, come mixer caotico scanalature a spina di pesce 13 possono essere effettuate utilizzando strati con caratteristiche precedentemente esposti. Una fase finale di sviluppo completa il processo, creando un unico wafer di flusso con caratteristiche di altezza variabile (figura 3). Qui, è previsto un protocollo completo per multi-step fotolitografia che include esempi di tutte le procedure necessarie per fabbricare valvole on-chip e canali di flusso con più altezze. Questo protocollo fabbricazione è presentata nel contesto di un multistrato microfluidica sintetizzatore tallone che richiede valvole e variable-altezza presenta per la sua funzionalità. Questo dispositivo include T-giunzioni per la generazione di goccioline d&#39;acqua in una guaina di petrolio, resistenze on-chip di modulare le portate attraverso il controllo di resistenza Poiseuille, un mixer caotico per omogeneizzare i componenti di gocce, ed entrambe le valvole completamente di tenuta e Sieve per consentire flussi di lavoro automatizzati che coinvolgono reagente multipla ingressi. Utilizzando multi-step fotolitografia, queste caratteristiche sono ogni fabbricati su un livello diverso in base all&#39;altezza o fotosensibile; i seguenti strati sono costruiti in questo protocollo: (1) strato di flusso rotonda valvola (55 micron, AZ50 XT) (2) Flusso di bassa strato (55 micron, SU-8 2050) (3) alto flusso strato (85 micron, SU- 8 2025, 30 micron altezza additivi), e (4) a spina di pesce Grooves (125 micron, SU-8 2025, 40 micron altezza additivo) (Figura 3). sfere di idrogel possono essere utilizzati per una varietà di applicazioni, tra cui funzionalizzazione selettiva di superficie per le analisi a valle, l&#39;incapsulamento di droga, radiotracing e di imaging saggi, e l&#39;incorporazione delle cellule; In precedenza avevamo usato una versione più complessa di questi dispositivi per la produzione di spettralmente codificati perline PEG idrogel che contengono nanophosphors lantanidi 20. I disegni illustrati di seguito sono inclusi in Risorse aggiuntive per qualsiasi laboratorio da utilizzare nei loro sforzi di ricerca se lo si desidera. Prevediamo che questo protocollo fornirà una risorsa aperta per gli specialisti e non specialisti egualmente interessate a fare dispositivi microfluidici multistrato con valvole o geometrie complesse per abbassare la barriera all&#39;entrata in microfluidica e aumentare le possibilità di successo di fabbricazione.

<table><tbody><tr><td>Materials</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mylar Transparency Masks, 5"</td><td>FineLine Plotting</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5" Quartz Plates</td><td>United Silica&nbsp;</td>Wafer <td>di</td> silicio personalizzati <td></td></tr><tr><td>da 4",</td><td>wafer universitario</td><td>di prova 452</td><td></td></tr><tr><td>SU8 2005, 2025, 2050 fotoresist</td><td>Microchem</td><td>Y111045, Y111069, Y111072</td><td></td></tr><tr><td>Az50XT</td><td>Micromateriali integrati</td><td>AZ50XT-Q</td><td></td></tr><tr><td>SU8 Sviluppatore</td><td>Microchem</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>AZ400K Sviluppatore 1:3</td><td>Micromateriali integrati</td><td>AZ400K1:3-CS</td><td></td></tr><tr><td>Pyrex 150 mm piatto di vetro</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS3140150-1EA</td><td></td></tr><tr><td>Wafer Petri, 150 mm</td><td>VWR</td><td>25384-326</td><td></td></tr><tr><td>Pinzette per wafer&nbsp;</td><td>Scienze della microscopia elettronica (EMS)</td><td>78410-2W</td><td></td></tr><tr><td>Tricloro(1H,1H,2H,2H-perfluoroottil)silano (PFOTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448931-10G</td><td></td></tr><tr><td>Vetrini da 2" x 3"</td> Thomas <td>Scientific&nbsp;</td><td>6686K20</td><td></td></tr><tr><td>RTV 615 base elastomerica e agente indurente PDMS set</td><td>Momentive&nbsp;</td><td>RTV615-1P</td><td></td></tr><tr><td>Tygon Tubo, 0,02" O.D.</td><td>Fischer Scientific&nbsp;</td><td>14-171-284</td><td></td></tr><tr><td>Tubo capillare in PEEK, 510 &#956; m OD, 125 &#956; m ID</td><td>Zeus</td><td>Custom</td><td>360 &#956; m Il PEEK è prontamente disponibile da Idex (numero di catalogo: 1571)</td></tr><tr><td>Cyro Tubo da 4 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>127279</td><td></td></tr><tr><td>epossidico, 30 min</td><td>Permatex</td><td>84107</td><td></td></tr><tr><td>Perni metallici, 0,025" OD, .013" ID</td><td>New England Small Tube</td><td>NE-1310-02</td><td></td></tr><tr><td>Poli(glicole etilenico) diacrilato, Mn 700</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>455008-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Fotoinitatore di litio fenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfinato&nbsp;</td>Fornitore verificato - <td>Tokyo Chemical Industry Co.</td><td>L0290</td><td>In genere sintetizziamo LAP internamente.</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H4034-25G</td><td></td></tr><tr><td>Olio minerale leggero</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>330779-1L</td><td></td></tr><tr><td>Span-80</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85548</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>UPI Chem</td><td>420095</td><td>&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td><forte>Nome</forte>&nbsp;</td><td>Azienda</td><td>Numero di catalogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Equipment</td><td>Le apparecchiature equivalenti o le configurazioni autocostruite funzioneranno allo stesso modo</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Allineatore per maschere</td><td>Karl</td><td>Suss MA6</td><td></td></tr><tr><td>Profilometro</td><td>KLA-Tencor</td><td>Alpha-Step D500</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell Technologies</td><td>WS-650-23</td> È <td>possibile utilizzare qualsiasi spincoater che accetti wafer da 100 mm</td></tr><tr><td>Essiccatore sottovuoto, Bell-Jar Style</td><td>Bel-Art</td><td>420100000</td><td></td></tr><tr><td>Forno</td><td>Cole-Palmer</td><td>WU-52120-02</td><td></td></tr><tr><td>Sistema di polimerizzazione UV spot con opzione LLG da 3 mm</td><td>Dymax</td><td>41015</td><td>Anche i LED UV, le lampade ad arco allo xeno o altre sorgenti UV della stessa intensità funzionano allo stesso modo</td></tr><tr><td>Sistema di controllo dei fluidi microfluidici MFCS</td><td>Fluidgent</td><td>MFCS-EZ</td><td>Possono essere utilizzate anche pompe a siringa, pneumatiche personalizzate o altri sistemi di controllo</td></tr><tr><td>Scripting di controllo automatizzato</td><td>MATLAB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>Tory Pines Scientific</td><td>HP30</td><td>È sufficiente qualsiasi piastra riscaldante con riscaldamento uniforme (cioè , piastre in alluminio o ceramica).</td></tr></tbody></table>

multi-step altezza variabile fotolitografia per valvolati multistrato microfluidici devices

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

I sistemi microfluidici hanno consentito nuovi potenti approcci all'analisi biochimica e biologica ad alto rendimento. Tuttavia, rimane una barriera all'ingresso per i non specialisti che trarrebbero grandi benefici dalla capacità di sviluppare i propri dispositivi microfluidici per affrontare le domande della ricerca. Particolarmente carente è stata la diffusione aperta dei protocolli relativi alla fotolitografia, un passo fondamentale nello sviluppo di uno stampo replica per la produzione di dispositivi in polidimetilsilossano (PDMS). Mentre la fabbricazione di master in silicio a singola altezza è stata ampiamente esplorata in letteratura, le fasi di fabbricazione per le caratteristiche fotolitografiche più complicate necessarie per molte interessanti funzionalità del dispositivo (come l'arrotondamento delle caratteristiche per creare strutture di valvole, il modello a stampo singolo multi-altezza o la definizione di proporzioni elevate) spesso non sono delineate in modo esplicito. 
Qui, forniamo un protocollo completo per la realizzazione di dispositivi microfluidici multistrato con valvole e geometrie complesse multi-altezza, regolabili per qualsiasi applicazione. Queste procedure di fabbricazione sono presentate nel contesto di un sintetizzatore di microsfere di idrogel microfluidico e dimostrano la produzione di goccioline contenenti polietilenglicole (diacrilato PEG) e un fotoiniziatore che può essere polimerizzato in perle solide. Questo protocollo e la discussione che lo accompagna forniscono una base di principi di progettazione e metodi di fabbricazione che consentono lo sviluppo di un'ampia varietà di dispositivi microfluidici. I dettagli qui inclusi dovrebbero consentire ai non specialisti di progettare e fabbricare nuovi dispositivi, portando così una serie di tecnologie sviluppate di recente alle loro applicazioni più interessanti nei laboratori biologici.

Qui, dimostriamo la fabbricazione di valvolato, di altezza variabile stampi microfluidica multistrato facendo dispositivi in ​​grado di generare poli glicole etilenico (PEG) perle di idrogel da goccioline (Figura 2). Una panoramica del processo di fabbricazione completa è inclusa nella Figura 3. Utilizzando elementi di design da lavoro precedente, il sintetizzatore tallone impiega 4 altezze nel suo strato di flusso compreso (1) arroton...

I dispositivi microfluidici multistrato spesso comportano la fabbricazione di stampi master con geometrie complesse per la funzionalità. Questo articolo presenta un protocollo completo per la fotolitografia multi-step con valvole e funzioni ad altezza variabile adattabili a qualsiasi applicazione. A titolo dimostrativo, fabbrichiamo un generatore di goccioline microfluidiche in grado di produrre perle di idrogel.

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

L'obiettivo generale di questo protocollo video è dimostrare una fotolitografia completa, multistep, per la realizzazione di stampi master microfluidici con valvole integrate e strutture a diverse altezze, regolabili per qualsiasi applicazione. Questo metodo fornisce una panoramica completa su come fabbricare stampi master con geometrie complesse, inclusi valvole a membrana integrate nei chip, per dispositivi microfluidici. Il principale vantaggio di questa tecnica è che permette di controllare facilmente il flusso nei dispositivi microfluidici, superando un importante ostacolo all'ingresso nel campo della microfluidica applicata alla biologia.La dimostrazione visiva di questa tecnica è fondamentale, poiché i passaggi della fotolitografia sono spesso difficili da padroneggiare per i principianti. Un allineamento corretto, lo sviluppo e l'esposizione dipendono da segnali visivi e dall'esperienza in camera bianca. Per iniziare, progettare il proprio dispositivo e preparare le singole maschere fotolitografiche per le geometrie multistrato.Inoltre, preparare circa quattro wafer con uno strato di cinque micron di fotoresist negativo SU-8 2050, ed esporre uniformemente come descritto nel protocollo testuale allegato. Posizionare il wafer rivestito su un spin coater e accendere il vuoto per fissarlo al mandrino rotante. Utilizzare azoto o aria compressa per rimuovere eventuali particelle di polvere dalla superficie.Quindi, applicare da due a tre millilitri di fotoresist positivo AZ 50XT al centro della piastrina. Rivestire la piastrina con il fotoresist mediante spin coating per creare uno strato di 55 micron. Una volta ricoperta, posizionare con attenzione la piastrina in una capsula di Petri da cinque pollici e lasciarla riposare per 20 minuti.Successivamente, effettuare una cottura lenta della wafer su una piastra riscaldante per 22 minuti, aumentando la temperatura da 65 gradi Celsius a 112 gradi Celsius a un ritmo di 450 gradi Celsius all'ora. Poi, rimuovere la wafer e lasciarla riposare tutta la notte a temperatura ambiente in una piastra di Petri per consentire la riidratazione ambientale. Fissare con del nastro la maschera trasparente per esposizione a flusso alla piastra di vetro da cinque pollici in modo che il lato stampato sia rivolto verso la wafer, quindi inserirla nel posizionatore della maschera dell'allineatore UV. Esponi la piastrina a 930 milliJoule di UV in sei cicli. Sviluppa immediatamente la piastrina immergendola in un bagno agitato di sviluppatore per tre a cinque minuti, oppure fino a quando il bagno diventa viola e compaiono i dettagli. Una volta sviluppata, rimuovi la piastrina e risciacquala accuratamente con acqua deionizzata.Quindi, eseguire una cottura a caldo del wafer per fondere e arrotondare le caratteristiche della valvola. Aumentare la temperatura da 65 a 190 gradi Celsius nell'arco di 15 ore a un ritmo di 10 gradi Celsius all'ora. Al termine, spegnere la piastra riscaldante e lasciare raffreddare il wafer alla temperatura ambiente.Le caratteristiche sul wafer sono ora arrotondate. Questa cottura a caldo è fondamentale per riportare correttamente le caratteristiche delle valvole di forma rettangolare a profili arrotondati. Tempi più brevi potrebbero causare crepe o instabilità.Per realizzare un dispositivo con caratteristiche di altezza variabile, posizionare la wafer pulita su un spin coater come mostrato in precedenza. Applicare da uno a due millilitri di resist negativo SU-8 2050 al centro della wafer e far ruotare il resist sulle caratteristiche della valvola sviluppate. Successivamente, posizionare con attenzione la wafer centrifugata in una piastra di Petri da cinque pollici e lasciarla riposare per 20 minuti su una superficie piana, oppure fino a quando eventuali schemi di striature svaniscono.Successivamente, preriscaldare due piastre riscaldanti a 65 gradi Celsius e 95 gradi Celsius, quindi posizionare la wafer sulla piastra a 65 gradi Celsius per due minuti, su quella a 95 gradi Celsius per otto minuti e di nuovo su quella a 65 gradi Celsius per ulteriori due minuti, per effettuare la cottura iniziale. Una volta che la wafer si sarà raffreddata nuovamente alla temperatura ambiente, fissare con del nastro la maschera trasparente per il livello di flusso basso su una piastra di vetro in quarzo da cinque pollici in modo che il lato stampato sia rivolto verso la wafer, e inserirla nel posizionatore della maschera dell'allineatore UV. Quindi, posizionare la wafer nel mandrino dell'allineatore UV e, utilizzando l'oculare del microscopio o la telecamera, allineare con attenzione le nuove caratteristiche del livello di flusso basso alle caratteristiche del livello della valvola di flusso rotondo.Iniziare allineando gli assi orizzontale, verticale e di inclinazione dei bordi del dispositivo alle caratteristiche dei bordi del dispositivo presenti sulla maschera. Successivamente, allineare le crocette tra i diversi strati. Infine, verificare che le caratteristiche delle valvole intersechino le caratteristiche del flusso nei punti desiderati.Successivamente, esporre la wafer a una deposizione UV di 170 milliJoule. Al termine, rimuovere la wafer e sottoporla a cottura post-esposizione passando tra le due piastrine riscaldate impostate rispettivamente a 65 gradi Celsius e 95 gradi Celsius. Senza sviluppare la wafer, lasciarla raffreddare a temperatura ambiente, quindi aggiungere in sequenza lo strato del canale di flusso e successivamente lo strato del mescolatore caotico a spina di pesce, utilizzando SU-8 2025 come descritto nel protocollo testuale allegato.Dopo aver completato tutti gli strati, sviluppare le strutture immergendo la wafer in un bagno agitato contenente 25 millilitri di sviluppatore SU-8 per 3,5 minuti, oppure fino a quando le strutture emergono chiaramente. Utilizzare uno stereomicroscopio per verificare che le strutture presentino margini ben definiti e netti. Durante lo sviluppo, controllare ogni 20 secondi per assicurarsi che le strutture siano completamente definite e che la resistenza sia stata rimossa.Uno sviluppo eccessivo può provocare danni alle strutture, in particolare nei disegni di stampi complessi. Successivamente, sottoporre la wafer a cottura a caldo per stabilizzare tutte le strutture del fotoresist. In seguito, fabbricare lo strato di controllo come descritto nel protocollo testuale allegato.Realizzare dispositivi microfluidici multistrato in una geometria a push-up su vetro seguendo protocolli esistenti ad accesso aperto e utilizzare un'ispezione visiva per assicurarsi che tutte le valvole siano correttamente allineate alle linee di controllo e che tutti gli ingressi siano completamente perforati prima di procedere. Collegare tubi Tygon riempiti con acqua a un sistema di controllo del flusso, come una pompa a siringa, controllori fluidici o un array di valvole solenoidi open-source con serbatoi. Successivamente, collegare perni metallici ai tubi e i perni metallici alle porte del dispositivo negli ingressi delle linee di controllo.Quindi, impostare il sistema di controllo del flusso a 25 PSI per ogni linea al fine di pressurizzare le linee di controllo del dispositivo. Verificare che le valvole si chiudano e si riaprano mediante ispezione al microscopio. In un tubo da microcentrifuga, sospendere 3,9 milligrammi di fotoiniziatore in 100 microlitri di acqua deionizzata per preparare la soluzione di fotoiniziatore utilizzata per polimerizzare le gocce in microsfere di idrogel.Coprire la soluzione per proteggerla dalla luce. In un secondo tubo da microcentrifuga, aggiungere 132 microlitri di acqua deionizzata, 172 microlitri di PEG diacrilato, 12 microlitri della soluzione di fotoiniziatore e 85 microlitri di buffer HEPES per preparare la soluzione delle gocce di idrogel. Trasferire la soluzione delle gocce di idrogel in un contenitore personalizzato per provette criogeniche.Quindi, collegare il tubo del contenitore criogenico a una sorgente di pressione regolabile e connettere il tubo in PEEK all'ingresso del reagente del dispositivo. Successivamente, inserire il tubo in PEEK nell'uscita del dispositivo per raccogliere le goccioline. Rimuovere le bolle d'aria dal dispositivo, riportare il sistema in pressione e quindi depressurizzare la valvola dell'olio RO1, impostando la pressione dell'olio a 10 PSI.Successivamente, impostare la pressione della miscela di PEG a nove PSI, depressurizzare le valvole a monte e regolare la pressione secondo necessità per produrre goccioline della dimensione desiderata. Determinare la dimensione delle goccioline mediante microscopia utilizzando una telecamera con almeno 50 FPS. Quando le goccioline si sono stabilizzate, posizionare una sorgente di luce UV sulla regione di polimerizzazione del dispositivo ed applicare 100 milliwatt per centimetro quadrato di luce a 365 nanometri su un punto di cinque millimetri.Pressurizzare la valvola del setaccio per perline per osservare l'accumulo delle perline polimerizzate e assicurarsi che le goccioline si siano indurite in perline. Infine, depressurizzare la valvola del setaccio per perline e raccogliere le perline in un tubo attraverso il tubo di uscita in PEEK. Questo protocollo inizia dimostrando un metodo per regolare le valvole di flusso.Qui, un profilometro è stato utilizzato per determinare il profilo tipico di arrotondamento della valvola dopo il reflow risultante da questo metodo, mostrando un'altezza di circa 55 micron. Nell'immagine a sinistra, la valvola è spenta e il liquido può passare attraverso i canali. Una volta attivata mediante pressurizzazione delle valvole, il flusso attraverso queste viene interrotto.Qui si può vedere il dispositivo sintetizzatore di perline in funzione, che produce goccioline di idrogel in un'emulsione oleosa al generatore di goccioline con giunzione a T. Chiudendo parzialmente un flusso a valle mediante una valvola a setaccio, il fluido può continuare a scorrere, ma le perline vengono trattenute dietro la valvola. Le perline risultanti prodotte con questo processo avevano un diametro medio di 52,6 µm con una deviazione standard di soli 1,6 µm.Di circa 3.000 perline, meno dell'1% si discostava di oltre tre deviazioni standard. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in tre giorni, dalla progettazione al collaudo. Ciò consente un'iterazione rapida della progettazione.Seguendo questa procedura, anche ricercatori con poca esperienza nella fabbricazione possono costruire i propri dispositivi microfluidici complessi e applicarli ai propri problemi biologici. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come eseguire i passaggi di fotolitografia necessari per realizzare dispositivi microfluidici di qualsiasi livello di complessità, inclusi dispositivi con caratteristiche o valvole di altezza variabile complessa.

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Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

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