ワンステップ連続湿式エッチング法によって異なる幾何学的なセクションのポリジメチルシロキサン マイクロ流路の加工方法

この方法は、ポリジメチルシロキサンポリカーボネートマイクロ流体デバイスのさまざまな幾何学的断面積を持つチャネルの製造など、マイクロ流体工学分野での主要な製造技術を提供するのに役立ちます。この技術の主な利点は、面倒な手順や広範なアライメントなしで、シーケンシャルウェットエッチングプロセスにより、マイクロ流体チャネルをワンステップアプローチで製造できることです。この手法は、この方法を使用して、非長方形セクションまたはさまざまな高域を持つチャネルの製造プロセスを大幅に簡素化できるため、複雑なマイクロ流体システムの開発にまで及びます。

この方法は、マイクロ流体デバイスの作製に関する洞察を提供しますが、フラックス分布やチャネル内の物質の混合など、他の望ましい微小環境条件にも適用できます。準備したマスターモールドで手順を開始します。この場合、フォトレジストで作成されたネガ型は、4インチのシリコンウェーハ上にあります。

これは、チャネル レイアウトの反転トポロジのコンピューター支援設計イメージです。PDMSとその触媒をきれいなプラスチックカップに混ぜ合わせ、パワースターラーで混合します。混合物が均一になったら、カップを真空ポンプに接続されたデシケーターに60分間入れます。

PDMS混合物を取り出したら、マスターモールドに持っていきます。型の上に20グラムの混合物を注ぎます。気泡を入らないようにしてください。

次に、ペトリ皿を入手し、30グラムのPDMS混合物を注ぎます。蓋をした型とペトリ皿をデシケーターに入れて、気泡をなくします。60分後、蓋をした型とシャーレを摂氏60度のオーブンに移し、4時間硬化させます。

硬化ステップに続いて、PDMSを室温まで冷却します。次に、メスとピンセットを使用して、硬化したPDMSを型から取り外します。メスでPDMSレイヤーをテイラーし続けて、チャネルレイアウトを覆うようにします。

生検パンチを使用して、チャネルアクセスポートを開きます。次に、ペトリ皿でPDMSを操作します。メスとピンセットを使って皿から取り出します。

次に、PDMS層を成形層と同じ寸法にカットします。PDMSレイヤーを表面処理機に持っていきます。一方の PDMS レイヤーの設計チャネルと、もう一方の特徴のないサーフェスが露出するように、レイヤーの向きを設定します。

層を酸素プラズマに40秒間さらします。完了したら、2つの表面を接着する必要があります。2つの層の処理面を接触させて接着します。

次に、接着したPDMS層を摂氏60度のオーブンに少なくとも30分間置きます。PDMSウェットエッチングの特性評価のためのマイクロ流体デバイスを準備します。単一レイヤーと直線の長方形のチャネルを備えたシンプルなデザインを使用します。

この装置には、1つの廃棄物出口と1つの入口があります。この図では、上部と下部の PDMS レイヤーが分離して描かれていることに注意してください。顕微鏡で観察および撮影できるようにデバイスを設定します。

エッチング液には、TBAFとNMPを体積対体積比1対10で使用します。エッチング液をステンレス製の鈍針で10ミリリットルのシリンジに引き込みます。シリンジを顕微鏡の近くのシリンジポンプに置きます。

次に、デバイスのインレットに接続します。出口からの出力を廃棄物容器に導きます。エッチング液を塗布したシリンジポンプを毎分150マイクロリットルの流量で運転します。

明視野顕微鏡ビューを使用して、流れ方向に沿ったエッチングされたチャネルの幅が均一であることを確認し、流量とエッチング液の組成を確認します。エッチングプロセス中に4倍の倍率でチャネル断面の時系列画像をキャプチャし、分析します。マイクロ流体デバイスを表示および撮影するために顕微鏡をセットアップします。

この場合、エッチング液とバッファー入口が異なる領域に流れるようにデバイスを設計します。これは、デバイスの入口とチャネルを上から見た図と断面図です。時間の経過とともに、エッチング液とバッファーの作用が異なると、この最終断面図と上面図の写真に示されているように、新しい断面が作成されます。

デバイスを顕微鏡ステージに置きます。TBAFとNMPのエッチング液とNMP緩衝液を調製します。2つの10ミリリットルシリンジに緩衝液を充填し、1つにエッチング液を充填します。

シリンジをデバイスの近くのシリンジポンプの所定の位置に置きます。廃棄物除去用の接続を含め、デバイスに適切な接続を行います。エッチング液を装着したシリンジポンプを毎分50マイクロリットルの流量で運転します。

このビデオでは、初期のチャネル形状が赤色の染料で明らかになっています。時間の経過とともに、エッチング液によってチャネル壁の厚さが変化します。ウェットエッチングプロセスの時間を計って、プロセスが適切なチャネル形状を生成することを確認します。

シリンジポンプを近くに置いて顕微鏡を準備します。これは、さまざまなセクションを持つマイクロ流体ミキサーのPDMSチャネルを作成するために使用される設計です。これは、標準的なプロセスでは達成するのが難しいであろう交互の鏡面断面形状を有する。

デバイスを顕微鏡にセットし、シリンジポンプと接続します。TBAF NFPエッチング液をポートマーク付きのコンセントに導入します。2時間にわたって記録されたこれらの上面図の写真のように、チャンバーが時間とともに進化するにつれて、マイクロ流体チャネルを観察してください。

ウェットエッチングプロセスの時間を計り、適切なチャネル形状を確保します。完了したら、デバイスの特性を評価します。蒸留水でシリンジを準備し、シリンジポンプに入れるためにフルオレセインナトリウム塩溶液で別のシリンジを準備します。

マイクロ流体デバイスを顕微鏡に置き、各シリンジを毎分20マイクロリットルの流量でインレットに接続します。出口から廃棄物を引き出します。チャネルの蛍光顕微鏡画像を上から所定の位置から撮影します。

比較のために、エッチングされていないバージョンのマイクロ流体デバイスを使用して、同じ状況で画像を記録します。様々な幾何学的断面を持つマイクロ流体チャネルを、シーケンシャルウェットエッチングで作製することが可能です。このパネルは、このビデオで示されている十字形の断面を生成するための、単層PDMSチャンネルのエッチング液インレットの配置をまとめたものです。

エッチング液は中央チャネルに入り、バッファはサイドチャネルに入ることに注意してください。同じチャンネルの配置と、エッチング液とバッファを運ぶチャンネルを切り替えることで、ダンベル型の断面が得られます。マイクロ流体ミキサーと同様の異なるチャネル配置により、エッチング液のみを使用してベル型の断面を生成します。

この手順を試行する際には、エッチング液の漏れを防ぎ、入口でのPDMSの漏れをさらに誘発するために、デバイスの入口を覚えておくことが重要です。このビデオを見れば、シーケンシャルウェットエッチングプロセスで、異なる幾何学的チャネル断面を持つPDMSマイクロ流体デバイスを成功裏に作製するためのシングルステップアプローチの実行方法を十分に理解できるはずです。