スリット細孔形状におけるキャピラリー橋の製作と可視化

この手順の全体的な目標は、スリットの少ない形状で毛細管橋を形成し、画像化することです。これは、最初に標準的なフォトリソグラフィー金型を使用して、長く隆起したPDMSピラー基板を作成することによって達成されます。2番目のステップは、柱の上部を機能化して、インプリント転写リソグラフィーと自己組織化単分子膜を使用して、上部と側面の間に濡れコントラストを導入することです。

次に、2本の柱を4軸のマイクロステージ装置に向かい合わせて配置します。並進自由度と回転自由度により、研究者は2つの向かい合う柱を適切に位置合わせし、実験中に柱間の分離を制御することができます。最後のステップは、2つの隆起した柱の間に液体を導入し、CCDカメラで得られた毛細管橋を画像化することです。

スリットの注ぎの高さが変化すると、最終的には、スリットの注ぎ高さが増加するにつれて液体ブリッジの形態の変化が、スリットの注ぎ高さが増加するにつれて、液体ブリッジのラロ圧力が引力から反発性に切り替わることを示すために使用されます。ただし、この方法は、部分的にピン留めされた濡れ現象の特性を理解するための洞察を提供することができます。また、フリップチップ設計、多孔質材料でのオイル回収、バイオインスパイアード接着などの問題にも適用できます。

この手順を開始する前に、このSpinco SU eight 2002に続いて、4インチのシリコンウェーハをpiha溶液で水面に500RPMで40秒間洗浄します。次に、Spinco SU 8 20 50をウェーハ上に、500 RPMで40秒間、続いて1500 RPMで1分間の2ステップスピンコーダープログラムを使用します。スピンコーティングされたウェーハが乾燥したら、その上に透明マスクを置き、紫外線ランプの下に置き、200ワットで30秒間露光します。

95°Cのホットプレートでウェーハを乾燥させた後、SU 8現像液に入れ、露出していないSU eightがすべて除去されるまで軽く攪拌します。次に、イソプロピルアルコールの流れでウェーハを30秒間すすぎ、窒素でブロードライします。この時点で、激しく10対1の質量比でP-D-M-S-Sガード、180 4ベースをビーカー内の硬化剤に使い捨ての攪拌棒ドガを使用して硬化剤に混合し、すべての気泡がなくなるまで真空チャンバー内のPDMS

SU 8 で製作した金型を 4 インチの大きなプラスチック Wang 皿に入れた後、PDMS 混合物をその上に注ぎます。金型とPDMS混合物を脱気した後、皿全体を摂氏75度のオーブンに少なくとも2時間置きます。サンプルが室温に冷却されたら、まっすぐなカミソリの刃でPDMSから皿を切り取り、シリコンウェーハからPDMSを切り取ります。

次に、バルクから柱でPDMS領域を切り取り、きれいなペトリ皿に保管します。20ナノメートルの金をきれいなシリコンウェーハに直接蒸発させた後、プラズマリアクターに入れ、300ミリールの圧力で50ワットの電力で酸素プラズマを使用して10分間洗浄します。終了したら、ウェーハを200プルーフエタノールで満たされたパイレックスペトリ皿に少なくとも10分間置きます。

ウェーハを皿から取り出した後、エタノールですすぎ、窒素でブロードライします。次に、事前に調製したMPTSトルエン溶液をウェーハ上に500RPMで30秒間スピンコートし、続いて2,750RPMで1分間スピンコートします。ウェーハをすすぎ、乾燥させたら、ウェーハを完全に沈めるのに十分な16ミリモルの塩酸溶液を含むパイレックスペトリ皿に入れます。

少なくとも5分間浸した後、ウェーハを溶液から取り出し、窒素でブロードライします。次に、PDMSピラーをプラズマチャンバーに配置し、300ミルの圧力と50ワットの電力で酸素プラズマを30秒間実行します。プラズマリアクターからPDMS基板を取り出した後、各基板の背面を軽い圧力を加えてきれいなスライドガラスに結合します。

ガラスで裏打ちされたPDMS基板を裏返し、ピラーをMPTS官能化金膜に押し下げます。適度な圧力が加えられたら、スライドガラスに約100グラムの重りを置き、コンフォーマルコンタクトを確保します少なくとも12時間後、各PDMS基板をウェーハから分離し、まっすぐなカミソリの刃を使用します。PDMS基板が詰まっている場合は、光学顕微鏡を使用して、金膜に亀裂が入っていないか、またはピラーに沿って欠落している部品がないことを確認します。

次に、PDMS基質をあらかじめ調製した基板に浸します。ミリモルMHAジメチルスルホキシド溶液を少なくとも24時間。脱イオン水ですすぎ、乾燥させた後、PDMS基板を25°Cで100milour未満の圧力の真空チャンバーに、2本の柱の基板を使用して少なくとも12時間置きます。

1つは4軸マイクロステージアセンブリの上部に、もう1つは下部ホルダーに配置します。サイドテンションネジを使用して基板を固定します。この時点で、上部基板が下部基板のほぼ上になるように、上部基板ステージをブレッドボードに取り付けてデバイスを組み立てます。

x、y、およびrotationノブを使用して、2つの向かい合う柱の間の高さを約1ミリメートルに下げます。下部の基板ステージ上。2つの基板の金ストリップを平行になるように位置合わせします。

次に、コンピューター画面上のライブカメラフィードを使用して、PDMSピラーの長さを見下ろすようにカメラを配置し、ピラーが平行になるように下部基板の位置を調整します。これに続いて、カメラをデバイスの反対側に移動し、前の2つの手順を繰り返します。ライブカメラフィードを使用して、上部のピラーが下部のピラーに接触するまで、2つのピラー間の間隔を狭めます。

次に、デジタルマイクロステージをゼロにし、細孔の高さを約200マイクロメートルに増やします。80%グリセロール水溶液を含むシリンジを、メカニカルクランプを使用してシリンジXY、Zトランスレーションステージに取り付けます。次に、シリンジ位置決めステージのマイクロメータを調整して、30ゲージの針がスリット注ぎに収まるようにします。

スリット注ぎ高さを下げて、シリンジから液体をゆっくりとスリット注ぎに分配した後、上面と下面が針に優しく接触するようにします。シリンジ位置決めステージのマイクロメータを使用して、スリット孔から針を取り外します。実験装置は、大きく4つの部分に分けることができます。

上段、下段、シリンジXY、Z平行移動段、カメラ光学系、カメラホルダー。実験装置の詳細については、テキストプロトコルを参照してください 金をPDMS基板に転写する際には、PDMSデバイスをシリコンウェーハから分離することが重要です。滑らかで丁寧に示されています これは、転写が成功した後の金色のA-P-D-M-Sピラーの顕微鏡画像です。

これは、転写不良によりピラーに転写されたウェーハからの余分な金箔を示す画像です。金膜の転写を容易にするために、鋭利な安全カミソリを使用して、PDMSピラーの一方の端をシリコンウェーハからそっとこじ開けることができます。さらに、PDMS基板は、追加の金箔が基板の端に付着するのを防ぐために、ウェーハ表面に垂直な方向に引っ張る必要があります。表示。

これは、PDMS基板が大きなせん断または曲げを受けた場合に、転写後に金層に亀裂がどのように形成されるかを示す画像です。製造プロセスが終了したら、MHA単分子膜の水接触角をテストして品質を確認することが重要です。ここに示されているのは、MHAで官能基化された後の金PDMS基板上の液体水滴です。

PDMSの接触角が低い場合は、プロセスが成功したことを示します。挿入図は、手順が完了した後に、隆起した柱の1つに置かれた液体の水滴を示しています。140度の接触角は、物理的および化学的不均一性の組み合わせにより、液滴を柱の側面に固定できることを示しています。

基板を作製してマイクロステージホルダーに取り付けたら、シリンジXY、Zトランスレーションステージを使用してチャネルを充填できます。ここに示されているステージは、写真のピラーの幅に垂直な遠近法で充填されたスリット孔です。これは、スリット細孔の長さに垂直な最初の画像に直交する遠近法です。2 番目の画像と同じ観点からチャネルを充填するプロセスは、ここに示されており、充填段階でシリンジから液体を分注することが重要です。

突然の大きな流量による力が、ピラーの上部から液体を深く固定し、疎水性のPDMS領域に拡散します。このような場合、充填プロセスで基板の洗浄と乾燥を繰り返す必要があります。このビデオを見れば、PDMSのピラーの形成方法について十分に理解できるはずです。

自己組織化単分子膜でそれらを機能化し、それらを整列させて毛細管架橋を形成します。ピランでの作業は非常に危険であり、作業用ドラフトなどの予防措置が必要であることを忘れないでください。安全ゴーグルはフェイスシールドです。

この手順を実行するときは常に、完全なネオプレン手袋を着用した白衣を使用する必要があります。