Procedura litografica morbido per la produzione di dispositivi microfluidici plastica con vista-porte trasparente alla luce visibile e infrarossa

L'obiettivo principale di questo protocollo di microfabbricazione è quello di produrre dispositivi microfluidici in plastica compatibili con la microspettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier in modo semplice ed economico. Questi metodi possono aiutare con una vasta comprensione della biochimica cellulare. Ci fornisce un accesso semplificato alla microspettroscopia a infrarossi, una tecnica di imaging senza marcatura, non dannosa, in grado di recuperare mappe biochimiche di cellule vive.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che riduce la necessità di accedere all'impianto di microfabbricazione e utilizza la plastica come componente principale per i dispositivi finali. A dimostrare la procedura sarà Mona Suryana, un'assistente di ricerca del nostro laboratorio. Per iniziare questa procedura, preparare lo stampo primario in silicone come indicato nel protocollo di testo.

Quindi, miscelare l'elastomero PDMS e l'agente indurente in un rapporto di 10 a uno. La quantità totale miscelata è tale che il PDMS risultante ha uno spessore compreso tra uno e 1,5 millimetri circa. Dopo un'accurata miscelazione, trasferire il composto in un barattolo sottovuoto.

Abbassare la pressione fino a portarla tra uno e 10 millibar. Attendere 15 minuti o fino a quando non ci sono bolle visibili per degassare la miscela. Versare il PDMS degasato sullo stampo in silicone preparato.

Trasferire lo stampo nel barattolo sottovuoto e abbassare la pressione per 15 minuti per degassare nuovamente il composto. Quindi trasferire lo stampo su una piastra calda o un forno. Scaldare lo stampo a 70 gradi Celsius per due ore per indurire il composto.

Togliete il PDMS indurito dal fuoco e lasciatelo raffreddare a temperatura ambiente. Utilizzare una lama di rasoio per tagliare il PDMS lungo i bordi dello stampo in silicone. Usando un paio di pinzette, pizzica un angolo e stacca con cura la replica PDMS dallo stampo in silicone.

Quindi, trasferire lo stampo PDMS in un pulitore al plasma. Impostare la pressione della camera tra uno e 10 millibar e trattare lo stampo PDMS con plasma di ossigeno a 60 watt per 30 secondi con 20 SCCM di flusso di ossigeno. Dopodiché, mettete lo stampo in un barattolo sottovuoto e aggiungete circa 50 microlitri di silano.

Lasciare il barattolo sottovuoto per due ore. Per iniziare, progettare o acquisire modelli acrilici, come indicato nel protocollo di testo e preparare l'elastomero PDMS e l'agente indurente come mostrato all'inizio di questa procedura. Versare la miscela PDMS degassata sulle sagome acriliche fino a sommergere la superficie più in alto, circa un millimetro sotto la superficie del liquido.

Quindi trasferisci le sagome sommerse in un barattolo sottovuoto. Degassare il PDMS utilizzando lo stesso processo di prima. Quindi trasferire le sagome sommerse su una piastra riscaldante o un forno.

Scaldare a 60 gradi Celsius per due ore per indurire la miscela. Rimuovere il PDMS polimerizzato dalla fonte di calore e lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente. Usando una lama di rasoio, taglia il PDMS lungo i bordi delle sagome acriliche.

Quindi, usa un paio di pinzette per pizzicare un angolo e stacca con cura il PDMS. Successivamente, preparare la seconda replica PDMS come descritto nel protocollo di testo. Per iniziare a fabbricare la metà modellata del dispositivo, trattare una finestra di fluoruro di calcio con plasma di ossigeno, a 60 watt per 30 secondi, con 20 SCCM di flusso di ossigeno.

Posizionare con cura la prima dima PDMS, quella con i pilastrini, su una superficie piana. Quindi, posizionare la finestra di fluoruro di calcio trattata al centro del modello. Premere delicatamente per assicurarsi che la finestra sia completamente a contatto con il PDMS.

Quindi, posizionare una piastra trasparente UV sul retro dello stampo PDMS, allineata con la posizione della camera centrale. Premere delicatamente per assicurarsi che sia completamente a contatto con il PDMS. Posizionare lo stampo sulla sagoma PDMS con il modello fluidico rivolto verso il basso e con la camera fluidica allineata al centro della finestra.

Quindi erogare gradualmente gocce di NOA all'ingresso del modello PDMS. Lasciare che il NOA riempia lentamente la cavità. Dopo che la cavità è completamente riempita, polimerizzare il NOA esponendo lo stampo alla luce UV.

Rimuovere con cautela la piastra trasparente UV dallo stampo. Staccare delicatamente lo stampo PDMS dalla parte superiore dello strato NOA. Dopodiché, rimuovere lo strato NOA.

Per iniziare a fabbricare la metà piatta del dispositivo, trattare la finestra del fluoruro di calcio con plasma di ossigeno a 60 watt per 30 secondi con 20 SCCM di flusso di ossigeno. Posizionare con cura la seconda dima PDMS, quella senza i pilastrini, su una superficie piana. Posizionare la finestra di fluoruro di calcio trattata al centro del modello.

Premere delicatamente per assicurarsi che la finestra sia completamente a contatto con il PDMS. Successivamente, acquisisci un foglio di PDMS spesso un millimetro che è cinque centimetri per 3,5 centimetri. Posiziona questo foglio sopra la finestra del fluoruro di calcio, allineato con il centro del modello.

Premere delicatamente per assicurarsi che il foglio sia completamente a contatto con la finestra. Erogare gradualmente gocce di NOA all'ingresso del modello PDMS. Lasciare che il NOA riempia lentamente la cavità.

Dopo che la cavità è completamente riempita, polimerizzare il NOA esponendo lo stampo alla luce UV. Staccare lo strato PDMS. Quindi rimuovere con cautela lo strato NOA polimerizzato dal modello PDMS.

Posizionare una metà del dispositivo sopra l'altra, con le finestre di fluoruro di calcio allineate. Premere delicatamente agli angoli degli strati NOA, fissando la posizione delle due metà. Quindi, acquisire dischi e rettangoli PDMS come descritto nel protocollo di testo.

Posizionare i dischi PDMS nelle aperture corrispondenti del dispositivo. Quindi, posizionare i rettangoli PDMS con aperture pretagliate su ciascun lato. Trasferire l'intero gruppo nella pressa sottovuoto inserendolo tra due piastre.

Quindi, sigilla il sacchetto di plastica. Accendere la pompa del vuoto per evacuare il gruppo e lasciarlo funzionare per almeno 10 minuti. Utilizzando una lampada a vapori di mercurio a banda larga da 270 watt, esporre il gruppo evacuato alla luce UV per 15 minuti.

Successivamente, spegnere la pompa del vuoto e lasciare che il gruppo sfiati lentamente alla pressione atmosferica prima di rimuovere il dispositivo finale dal gruppo. In questa procedura, viene fabbricato un dispositivo microfluidico in plastica con finestre trasparenti alla luce visibile e infrarossa. Gli spettri di trasmittanza vengono quindi acquisiti per confrontare una finestra di fluoruro di calcio nuova di zecca, metà del dispositivo fabbricato e il dispositivo completo.

Come si può vedere, tutti e tre mostrano una trasmittanza superiore all'80% fino al medio infrarosso, indicando un alto grado di trasparenza in questo intervallo. Mentre lo spettro per l'intero dispositivo mostra un modello di interferenza causato dal traferro tra le due finestre, questi spettri dimostrano che il processo di fabbricazione non altera la trasparenza delle finestre di fluoruro di calcio fino alla gamma del medio infrarosso. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in un'ora se viene eseguita correttamente e se i modelli e gli stampi richiesti sono pronti.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come produrre dispositivi microfluidici in plastica compatibili con la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier utilizzando lo stampaggio di repliche con PDMS e il processo di riempimento della capillarità con resine polimerizzabili UV. Non dimenticare che lavorare con silani e luce UV può essere estremamente pericoloso e condurre sempre valutazioni del rischio basate sulla procedura e indossare dispositivi di protezione individuale adeguati durante l'esecuzione di questa procedura.