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

Questo protocollo è significativo in quanto consente la generazione di una piattaforma economica e facile da usare che aiuta nella produzione di precisi stampi master microfluidici multistrato. Il vantaggio principale della tecnica è che richiede solo l'uso della piattaforma stampata in 3D e delle apparecchiature di laboratorio standard che si trovano comunemente nei laboratori che producono dispositivi microfluidici. La dimostrazione visiva di questo protocollo è fondamentale per dimostrare come personalizzare e utilizzare l'adattatore di allineamento della maschera del microscopio stampato in 3D.

Ottenere che le dimensioni del vassoio del sistema di emissione della luce UV disponibile siano il limite superiore per le dimensioni del supporto del wafer. Misurare il diametro del cerchio circolare interno, l'altezza interna del vassoio dei sistemi di emissione di luce UV, la larghezza totale e la lunghezza del vassoio. Utilizzando un'applicazione di progettazione al computer, applicare queste dimensioni per personalizzare il supporto del wafer per adattarlo al vassoio dei sistemi di emissione di luce UV.

Misurare la lunghezza tra le viti e la larghezza delle viti sullo stadio del microscopio verticale disponibile che tiene in posizione il supporto del vetrino. Utilizzando un'applicazione di progettazione al computer, applicare queste dimensioni per personalizzare il supporto magnetico per adattarlo al microscopio disponibile per consentire una fissazione facile e precisa dell'MMAA al microscopio. Utilizzare un wafer di silicio da quattro pollici con la resistenza fotografica appropriata per creare il primo strato dello stampo master, assicurando che lo spessore sia maggiore degli strati successivi per una facile identificazione dei marcatori di allineamento.

Utilizzate un pennarello di colore chiaro per colorare i marcatori di allineamento del primo livello su tutti e quattro i lati. Utilizzando le istruzioni del produttore di photo resist, avviare il secondo strato dello stampo master rivestendo il photo resist sul wafer ed eseguendo la cottura morbida. Inserire il wafer rivestito nel supporto wafer dell'MMAA e fissare il wafer rivestito all'MMAA usando del nastro adesivo.

Collegare il supporto del wafer al microscopio verticale disponibile utilizzando il dispositivo di fissaggio del microscopio magnetico. Spostare la posizione dell'MMAA utilizzando le manopole di direzione X e Y dello stadio del microscopio fino a quando uno dei marcatori di allineamento colorati sul wafer è in vista attraverso la lente del microscopio. Rimuovere il supporto del wafer dallo stadio del microscopio e inserire la maschera fotografica del secondo strato nel supporto del wafer sopra il wafer rivestito.

Assicurarsi che i marcatori di allineamento colorati del primo livello possano essere parzialmente visibili attraverso i marcatori di allineamento sulla maschera fotografica e che il bordo dritto della maschera fotografica sia sovrapposto al bordo dritto del wafer di silicio. Ricollegare il supporto del wafer sul palco del microscopio e collegare la maschera fotografica a un sollevatore a forbice attraverso uno dei ritagli laterali con del nastro adesivo. Utilizzare il sollevatore a forbice per regolare la posizione della direzione Z della maschera fotografica fino a quando non si trova proprio sopra il wafer rivestito.

Mantenendo ferma la maschera fotografica, guarda attraverso la lente del microscopio e identifica i marcatori di allineamento colorati del primo strato sotto i marcatori di allineamento della maschera fotografica usando le manopole di direzione X e Y dello stadio del microscopio per spostare la posizione dell'MMAA. Regola la posizione dell'MMAA fino a quando il marcatore di allineamento sulla maschera fotografica non viene sovrapposto al marcatore di allineamento colorato sul primo livello. Applicare con attenzione una leggera forza sulla maschera fotografica e utilizzare del nastro adesivo per fissare la maschera fotografica in posizione sulla parte superiore del wafer rivestito.

Staccare la maschera fotografica dal sollevatore a forbice e assicurarsi che tutti e quattro i marcatori di allineamento sulla maschera fotografica siano allineati con i quattro marcatori di allineamento sul primo strato. Post allineamento, staccare con cura il supporto del wafer dallo stadio del microscopio. Inserire la piastra superiore in vetro sulla parte superiore del wafer e della maschera fotografica per ridurre lo spazio tra i due pezzi.

Posizionare l'intero supporto del wafer nel sistema di esposizione alla luce UV disponibile ed eseguire l'esposizione del secondo strato. Rimuovere il supporto del wafer dal sistema di esposizione alla luce UV, quindi rimuovere il wafer rivestito dal supporto del wafer e staccare la maschera fotografica dal wafer. Completare il post-cottura e lo sviluppo del secondo strato seguendo le istruzioni del produttore di photo resist.

Recuperate lo stampo master e posizionalo sul palco del microscopio verticale per determinare la distanza tra il primo strato e il secondo strato. Misurare la distanza di spostamento e disallineamento del secondo strato rispetto al primo strato sulle strutture dei microcanali. Utilizzare il microscopio verticale per determinare se il chip PDMS contiene pareti del canale diritte con bordi chiari del dispositivo.

Inoltre, controllare il chip PDMS per eventuali difetti che potrebbero ostacolare la funzionalità del dispositivo. Attraverso l'ottimizzazione e l'uso dell'MMAA, sono stati fabbricati stampi master multistrato con un errore di allineamento minimo. Questo sistema e il protocollo descritto sono stati utilizzati per l'allineamento dei marcatori sulla maschera fotografica con i marcatori sullo strato iniziale dello stampo master.

Lo stampo master SU-8 a doppio strato per un dispositivo microfluidico con un motivo a spina di pesce è stato fabbricato e ha dimostrato di avere una distanza di spazio inferiore a cinque micrometri tra i due strati. Lo stampo master a due strati è stato quindi utilizzato per fabbricare microchip PDMS. Le immagini al microscopio elettronico a scansione mostrano che il dispositivo microfluidico con il modello a spina di pesce contiene bordi chiari, pareti del canale diritte e strati ben allineati, che sono essenziali per la corretta funzionalità del dispositivo.

Inoltre, è stato creato uno stampo master a quattro strati con semplici caratteristiche circolari utilizzando l'MMAA per mostrare l'allineamento riuscito di uno stampo master multistrato. I dati del profilometro confermano i quattro strati distinti dello stampo master. È importante avere pazienza e lavorare lentamente quando si allineano i marcatori di allineamento del primo e del secondo strato e mentre si fissa la maschera fotografica al wafer rivestito.

Questa procedura può essere utilizzata per la produzione di molti stampi master multistrato diversi, consentendo ai ricercatori di laboratori più piccoli di esplorare progetti di dispositivi microfluidici più complessi.