Doppia colata migliorata di polidimetilsilossano (PDMS) tramite trattamento con olio di silicone per la replicazione di microstrutture densamente impacchettate

Per affrontare le sfide di sformatura in microstrutture dense e ad alto rapporto d'aspetto, abbiamo modificato il processo di doppia colata PDMS aggiungendo un trattamento con olio siliconico applicato con una filettatura di tensione. Il nostro protocollo offre una soluzione semplice ed economica che evita la necessità di apparecchiature costose o materiali specializzati, consentendo una replica affidabile di microstrutture avanzate senza danni.

Il nostro laboratorio si concentrerà sull'automazione del processo di applicazione dell'olio e sullo sviluppo di oli siliconici personalizzati per identificare le condizioni ottimali per una migliore riproducibilità e precisione.

[Narratore] Per iniziare, mescola una soluzione di esano e OTS in un rapporto di volume 40:1 usando un becher di vetro pulito e un'asta per agitare. Coprire il becher con un foglio di alluminio per ridurre al minimo l'evaporazione. Sonicare il becher di vetro sigillato in un bagno a ultrasuoni a temperatura ambiente riempito d'acqua. Quindi immergere lo stampo in silicone pre-inciso con una matrice di fori nella soluzione OTS di esano preparata. Ora, usa una pinzetta pulita per sollevare delicatamente l'intero stampo in silicone verticalmente dalla soluzione. Trasferiscilo immediatamente in un becher fresco contenente esano pulito, quindi risciacqua agitandolo delicatamente avanti e indietro da cinque a 10 volte. Asciugare delicatamente lo stampo utilizzando un soffiatore di azoto tenuto a circa tre centimetri di distanza per sei-10 secondi fino a quando non rimane umidità visibile. Quindi, mescolare la base PDMS e l'agente indurente in un rapporto di peso 10:1 in una piastra di Petri di plastica pulita per 15 minuti. Mettere la miscela in una camera e degassare a 160 torr fino a quando non rimangono bolle d'aria visibili. Rivestire leggermente una capsula di Petri di plastica pulita con olio di silicone con viscosità di 100 centistokes utilizzando un tergicristallo privo di lanugine pre-imbevuto di olio. Quindi posizionare lo stampo in silicone rivestito OTS a faccia in su al centro della capsula di Petri rivestita. Versare lentamente la miscela PDMS degassata sullo stampo fino a coprirla completamente. Degasare nuovamente lo stampo riempito nel dispositivo di rimozione delle bolle sottovuoto fino a quando non rimangono bolle visibili. Ora, posiziona la capsula di Petri su una piastra riscaldante preriscaldata impostata a 90 gradi Celsius per polimerizzare il PDMS. Una volta indurito, staccare delicatamente lo stampo PDMS dallo stampo in silicone, assicurandosi che la microstruttura rimanga intatta. Posizionare lo stampo PDMS fabbricato su una piastra riscaldante impostata a 150 gradi Celsius. Dopo tre giorni di invecchiamento termico, immergere lo stampo in olio di silicone di viscosità 100 centistokes. Degassare lo stampo immerso nell'olio sotto vuoto a 160 torr per 10-15 minuti. Quindi rimuovere lo stampo usando una pinzetta e strofinare delicatamente la superficie da tre a cinque volte con un tergicristallo pulito e privo di lanugine per lasciare un sottile strato uniforme di olio. Successivamente, preparare una miscela PDMS con un rapporto in peso base/agente indurente di 10:1 utilizzando lo stesso metodo di miscelazione e degasaggio di prima. Versare delicatamente il composto degasato sullo stampo trattato, lasciandolo stendere e raggiungere almeno la metà dei micropilastri. Fissare un filo di nylon da 0,5 micrometri con una leggera tensione. Far scorrere la filettatura una o due volte sulla superficie del PDMS in una direzione per ridurre l'olio in eccesso tra i micropilastri. Quindi degasare lo stampo con il sottile strato PDMS in una camera a vuoto fino a quando non rimangono bolle d'aria. Per fabbricare un prodotto PDMS con schema di array di fori, rivestire leggermente una piastra di Petri di plastica pulita con olio di silicone. Posizionare lo stampo PDMS nella piastra di Petri rivestita e versarvi sopra la miscela PDMS degassata fino a raggiungere l'altezza desiderata. Degassare nuovamente il gruppo stampo per eliminare eventuali bolle d'aria intrappolate. Quindi posizionare la capsula di Petri su una piastra calda preriscaldata impostata a 110 gradi Celsius e polimerizzare fino a completa solidificazione. Dopo l'indurimento, inserire delicatamente una pinzetta pulita tra lo stampo e la replica e sformare con cura il prodotto finale dallo stampo. Lo stampo in silicone presentava una fitta serie di fori circolari che misuravano 143 micrometri di diametro con una spaziatura di 150 micrometri e una profondità di 284 micrometri, con un rapporto di aspetto 2:1. Lo stampo PDMS replicato dalla dima in silicone ha prodotto micropilastri di 142 micrometri di diametro e 283 micrometri di altezza, che corrispondono strettamente alle dimensioni originali. La replica PDMS termicamente invecchiata un giorno e successivamente trattata con olio siliconico a 100 centistokes ha mostrato gravi lacerazioni e disgregazioni delle strutture murarie durante la sformatura. Dopo due giorni di invecchiamento termico seguiti da un trattamento con olio di silicone 100 centistoke, i contorni distinti dei pilastri sono diventati visibili, ma le pareti sono rimaste pesantemente danneggiate a causa del rilascio insufficiente. Con tre giorni di invecchiamento termico e senza strato di olio, la reticolazione tra PDMS polimerizzato e non polimerizzato ha portato a strutture ricombinate. L'uso di olio MR-100 a bassa viscosità dopo tre giorni di invecchiamento termico ha portato a una scarsa copertura e strappi mentre l'olio defluiva dalle pareti laterali verticali. L'olio ad alta viscosità ha formato un rivestimento spesso, impedendo il riempimento dello stampo e facendo apparire il prodotto finale ondulato e malformato. In condizioni ottimizzate di invecchiamento termico di tre giorni e rivestimento in olio siliconico a 100 centistoke, la replica finale ha conservato microstrutture modellate a fori con diametro di 148 micrometri e altezza di 280 micrometri, mostrando una variazione dimensionale minore, ma una struttura intatta.