1: Litografia morbida

La litografia morbida è un insieme di processi di fabbricazione rapidi, semplici ed economici che sono stati utilizzati con successo per modellare i canali complessi dei sistemi microfluidici. Nell'industria elettronica, la litografia si riferisce al processo di microfabbricazione che utilizza polimeri sensibili alla luce e alla luce per modellare parti di un film sottile o la maggior parte di un substrato. Il termine litografia morbida si riferisce all'uso di materiali elastomerici morbidi come il polidimetilsilossano o il PDMS per eseguire queste tecniche. In questo video, illustreremo i diversi tipi di tecniche di litografia morbida seguite da un protocollo che dimostra la fabbricazione di un dispositivo microfluidico. Infine, vedremo come i ricercatori in diversi campi stanno utilizzando la litografia morbida a loro vantaggio.

Innanzitutto, esaminiamo le tecniche di litografia morbida più comuni. Il primo passo in tutte queste tecniche è la fabbricazione dello stampo master. Questo viene fatto utilizzando la fotolitografia tradizionale che utilizza la luce e un materiale sensibile alla luce chiamato fotoresist per creare il modello desiderato su un substrato come il silicio. Per conoscere in dettaglio la fotolitografia, guarda un video precedente di questa collezione Jove. Il secondo passaggio consiste nel versare un elastomero su questo stampo master e quindi polimerizzarlo. Si crea così il timbro elastomerico flessibile con le caratteristiche del rilievo che viene utilizzato in diversi modi nelle varie tecniche di litografia morbida. Le principali modalità di trasferimento utilizzando il timbro fuso sono la stampa, lo stampaggio, la litografia ottica a sfasamento, il sezionamento meccanico e la fusione. Nella stampa, il timbro viene prima rivestito con un inchiostro trasferibile come l'ottadecanetiolo o ODT che viene poi posizionato sul substrato, come l'oro. Quando il timbro viene rimosso, solo l'inchiostro dalla superficie del timbro in rilievo viene stampato sulla superficie del substrato. Pertanto, la stampa replica direttamente le caratteristiche su scala nanometrica sul substrato. In un'altra tecnica chiamata stampaggio, il timbro stesso viene utilizzato come stampo. Qui, il timbro viene pressato in un polimero non polimerizzato e quindi polimerizzato. Quindi lo stampo viene staccato per rivelare il motivo dal timbro. Come la stampa, anche lo stampaggio comporta la replicazione diretta delle caratteristiche su scala nanometrica sul substrato. Nella terza tecnica, chiamata litografia a sfasamento, in primo luogo, il substrato viene rivestito con il materiale fotoresist. Quindi il timbro viene posizionato sul substrato rivestito e la luce viene mostrata attraverso il timbro. Ciò si traduce nel trasferimento dei bordi delle caratteristiche al film di fotoresist, come osservato nelle tecniche di litografia tradizionali. Nel sezionamento meccanico, noto anche come nanoskiving, il timbro viene utilizzato per modellare un prepolimero epossidico non polimerizzato, come nello stampaggio. Questo prepolimero stampato viene polimerizzato e poi rivestito con un film sottile di un materiale a scelta, ad esempio l'oro. Questo film viene quindi incorporato in altra resina epossidica e polimerizzato, dopodiché viene sezionato utilizzando un ultramicrotomo per formare una lastra di resina epossidica con il modello. Infine, nella fusione, un polimero viene versato in uno stampo master per realizzare un timbro. Può quindi essere perforato per ingressi e uscite e incollato a un substrato. Nella sezione seguente, esaminiamo il protocollo per la fabbricazione di un semplice dispositivo microfluidico.

Innanzitutto, prepara lo stampo master utilizzando le tecniche di litografia tradizionali. Per i dettagli sul protocollo, fare riferimento a un video precedente di questa raccolta. Lo stampo master è tipicamente fabbricato su un substrato di silicio. Per fabbricare il timbro, preparare prima una miscela di circa 25 grammi di PDMS e agente indurente nel rapporto di 10:1. Quindi degassare la miscela per eliminare eventuali bolle d'aria. Quindi, posizionare lo stampo master in un contenitore a base piatta e versarvi sopra la miscela PDMS degassata. Ora cuocete il PDMS a 60 gradi Celsius per circa un'ora, seguito da un raffreddamento naturale del forno a temperatura ambiente per un'altra ora. Quindi, tagliare il PDMS dallo stampo e posizionarlo con il lato del modello rivolto verso l'alto per evitare contaminazioni. Quindi ritaglia i singoli modelli. Perforare tutti gli ingressi e le uscite utilizzando un perforatore dermatologico della giusta dimensione per consentire il flusso di fluido dentro e fuori dal dispositivo. Quindi posizionare il dispositivo PDMS in un pulitore al plasma di ossigeno e trattarlo per circa un minuto. Far aderire i due strati del dispositivo e allineare il modello al microscopio. Infine, incollare il dispositivo completato a un substrato utilizzando PDMS e cuocerlo per polimerizzarlo. Prima dell'uso, verificare la presenza di eventuali perdite facendo scorrere l'acqua attraverso i canali microfluidici.

La litografia morbida ha trovato applicazione in campi che vanno dall'analisi molecolare alla diagnostica clinica e allo sviluppo di farmaci. Diamo un'occhiata ad alcuni di questi esempi. Questa tecnica può essere utilizzata per creare strutture non convenzionali come micropost flessibili per la meccano-profilazione di singole cellule. La meccanoprofilazione si riferisce allo studio dei parametri meccanici come le forze applicate dai microrganismi sul loro ambiente. Dopo che i micropost sono stati fabbricati, le cellule coltivate possono crescere su di essi. Ciò si traduce nella flessione dei piccoli pilastri flessibili, che possono quindi essere misurati per calcolare le forze esercitate dai diversi tipi di celle. I sistemi multistrato e multifluidici possono essere utilizzati per studiare e comprendere gli effetti di diversi microambienti sulle cellule di mammifero. Questi sistemi sono fabbricati realizzando ogni singolo strato PDMS utilizzando diversi stampi master. Quindi i vari calchi PDMS vengono puliti, allineati e stratificati uno sopra l'altro e cotti. Gli strati multipli del dispositivo PDMS consentono la separazione efficiente del fluido dalle cellule attraverso una membrana PDMS semipermeabile. Questa configurazione consente ai ricercatori di studiare e caratterizzare gli effetti di nuovi microambienti sulle cellule, consentendo a quantità controllate di fluidi, come l'ossigeno o un nuovo mezzo, di diffondersi dallo strato superiore del fluido di prova alle cellule di mammifero al canale microfluidico inferiore.

Hai appena visto il video di Giove sulla litografia soft. Qui, abbiamo discusso le tecniche di base della litografia morbida insieme al protocollo dettagliato di fabbricazione di un dispositivo microfluidico PDMS come esempio. Grazie per l'attenzione.