One-Step approccio a fabbricare canali microfluidici Polydimethylsiloxane di diverse sezioni geometriche da processi sequenziali acquaforte bagnata

Questo metodo può aiutare a fornire tecniche di fabbricazione chiave nel campo della microfluidica, ad esempio per la produzione di canali con diverse sezioni trasversali geometriche in un dispositivo microfluidico in polidimetilsilossano e policarbonato. Il vantaggio principale di questa tecnica è che i canali microfluidici possono essere fabbricati attraverso un approccio in un'unica fase mediante processi sequenziali di incisione a umido senza noiose procedure e allineamenti estesi. Le implicazioni di questa tecnica si estendono allo sviluppo di sistemi microfluidici complessi perché i processi di fabbricazione per canali con sezioni non rettangolari o vari alti possono essere notevolmente semplificati utilizzando questo metodo.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulla fabbricazione di dispositivi microfluidici, può anche essere applicato ad altre condizioni di microambiente desiderate, come la distribuzione del flusso o la miscela di sostanze nei canali. Iniziare la procedura con uno stampo master preparato. In questo caso, lo stampo negativo creato con il fotoresist si trova su un wafer di silicio da quattro pollici.

Di seguito è riportata un'immagine di progettazione assistita da computer della topologia invertita per i layout dei canali. Procedere combinando il PDMS e il suo catalizzatore in un bicchiere di plastica pulito e mescolandolo in un agitatore elettrico. Quando il composto è omogeneo, mettere la tazza in un essiccatore collegato a una pompa a vuoto per 60 minuti.

Dopo aver recuperato la miscela PDMS, portarla nello stampo master. Versare 20 grammi di composto sopra lo stampo. Cerca di non introdurre bolle.

Successivamente, procuratevi una piastra di Petri e versateci dentro 30 grammi della miscela PDMS. Mettere lo stampo coperto e la capsula di Petri in un essiccatore per eliminare le bolle. Dopo 60 minuti, trasferire lo stampo coperto e la piastra di Petri in un forno a 60 gradi Celsius per indurire per quattro ore.

Dopo la fase di polimerizzazione, lasciare raffreddare il PDMS a temperatura ambiente. Quindi, utilizzare un bisturi e una pinzetta per staccare il PDMS polimerizzato dallo stampo. Continuare a modellare lo strato PDMS con il bisturi in modo che copra il layout del canale.

Utilizzare un punzone per biopsia per aprire le porte di accesso al canale. Ora, lavorare con il PDMS nella capsula di Petri. Usa un bisturi e una pinzetta per rimuoverlo dal piatto.

Quindi, tagliare lo strato PDMS alle stesse dimensioni dello strato stampato. Portare gli strati PDMS su una macchina per il trattamento delle superfici. Orientate i livelli in modo da esporre i canali progettati di un livello PDMS e la superficie priva di feature dell'altro.

Esporre gli strati al plasma di ossigeno per 40 secondi. Al termine, le due superfici devono essere unite. Incollare i due strati mettendo a contatto le loro superfici trattate.

Quindi, posizionare gli strati PDMS incollati in un forno a 60 gradi Celsius per almeno 30 minuti. Preparare un dispositivo microfluidico per caratterizzare l'incisione a umido PDMS. Usa un design semplice con un singolo strato e un canale rettangolare dritto.

In questo dispositivo c'è un'uscita di scarico e un ingresso. Si noti che i livelli PDMS superiore e inferiore sono rappresentati come separati in questa immagine. Impostare il dispositivo in modo che possa essere osservato e fotografato con un microscopio.

Per la soluzione mordenzante, utilizzare TBAF e NMP in un rapporto volume/volume di uno a 10. Aspirare il mordenzante in una siringa da 10 millilitri con un ago smussato in acciaio inossidabile. Mettere la siringa su una pompa a siringa vicino al microscopio.

Quindi, collegarlo all'ingresso del dispositivo. Guidare l'uscita dall'uscita a un contenitore per rifiuti. Far funzionare la pompa a siringa con il mordenzante a una portata di 150 microlitri al minuto.

Utilizzare le viste al microscopio a campo chiaro per assicurarsi che il canale inciso lungo la direzione del flusso abbia una larghezza uniforme e per confermare la velocità di flusso e la composizione del mordenzante. Acquisisci immagini di serie temporali della sezione trasversale del canale con ingrandimento quattro volte durante il processo di incisione per l'analisi. Installa un microscopio per visualizzare e fotografare un dispositivo microfluidico.

In questo caso, progettare il dispositivo in modo che gli ingressi del mordenzante e del buffer fluiscano in regioni diverse. Ecco uno schema degli ingressi e dei canali del dispositivo dall'alto e in sezione trasversale. Nel tempo, la diversa azione dell'attacco rispetto al buffer creerà una nuova sezione d'urto, dimostrata in questo schema della sezione trasversale finale e della fotografia della vista dall'alto.

Posizionare il dispositivo sul tavolino del microscopio. Preparare una soluzione mordenzante di TBAF e NMP e una soluzione tampone NMP. Riempire due siringhe da 10 millilitri con soluzione tampone e una con mordenzante.

Posizionare le siringhe su una pompa a siringa vicino al dispositivo. Effettuare i collegamenti appropriati per il dispositivo, compresi quelli per la rimozione dei rifiuti. Far funzionare la pompa a siringa con il mordenzante a una portata di 50 microlitri al minuto.

In questo video, la geometria del canale iniziale viene rivelata con un colorante rosso. Nel tempo, il mordenzante fa variare lo spessore della parete del canale. Cronometra il processo di incisione a umido per garantire che il processo produca la corretta geometria del canale.

Preparare il microscopio con la pompa a siringa nelle vicinanze. Questo è il design utilizzato per creare i canali PDMS per un miscelatore microfluidico con diverse sezioni. Ha una geometria della sezione trasversale a specchio alternata che sarebbe difficile da ottenere con i processi standard.

Posizionare il dispositivo sul microscopio e collegarlo alla pompa a siringa. Introdurre la soluzione mordenzante TBAF NFP alla presa contrassegnata dalla porta. Osservate il canale microfluidico mentre la camera si evolve nel tempo, come in queste foto dall'alto registrate nell'arco di due ore.

Cronometrare il processo di incisione a umido per garantire le corrette geometrie dei canali. Al termine, caratterizzare il dispositivo. Preparare una siringa con acqua distillata e un'altra con una soluzione di sale sodico di fluoresceina da inserire nella pompa a siringa.

Posizionare il dispositivo microfluidico sul microscopio e collegarlo a ciascuna siringa a un ingresso con una portata di 20 microlitri al minuto. Aspirare i rifiuti dalla presa. Acquisisci immagini al microscopio a fluorescenza del canale dall'alto in posizioni predeterminate.

Per confronto, registrare le immagini nelle stesse circostanze con una versione non incisa del dispositivo microfluidico. È possibile realizzare canali microfluidici con varie sezioni trasversali geometriche con incisione sequenziale a umido. Questo pannello riassume la disposizione degli ingressi mordenzanti nei canali PDMS a strato singolo per produrre la sezione trasversale a forma di croce illustrata in questo video.

Si noti che l'attacco va nel canale centrale e il buffer nei canali laterali. La stessa disposizione dei canali, insieme alla commutazione dei canali che trasportano l'attacco e il buffer, produce una sezione trasversale a forma di manubrio. Una diversa disposizione dei canali, simile al miscelatore microfluidico, produce una sezione trasversale a forma di campana utilizzando solo il mordenzante.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di utilizzare gli ingressi dei dispositivi per evitare perdite di mordenzante e indurre ulteriormente perdite PDMS agli ingressi. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire un approccio in un'unica fase per fabbricare con successo dispositivi microfluidici PDMS con diverse sezioni geometriche di canali con processi di incisione a umido sequenziali.