シリコーンオイル処理によるポリジメチルシロキサン(PDMS)ダブルキャスティングの改良による高密度微細構造の複製

緻密で高アスペクト比の微細構造における離型の課題に対処するために、張力ねじで塗布されたシリコーンオイル処理を追加することにより、PDMSダブルキャスティングプロセスを変更しました。当社のプロトコルは、高価な機器や特殊な材料の必要性を回避し、損傷することなく高度な微細構造を確実に複製できる、シンプルでコスト効率の高いソリューションを提供します。

私たちの研究室は、オイル塗布プロセスの自動化とカスタムシリコーンオイルの開発に重点を置き、再現性と精度を向上させるための最適な条件を特定します。

[ナレーター]まず、ヘキサンとOTSの溶液を、清潔なガラスビーカーと撹拌棒を使用して、40:1の体積比で混合します。蒸発を最小限に抑えるために、ビーカーをアルミホイルで覆います。密封されたガラスビーカーを水で満たされた室温の超音波浴に超音波処理します。次に、穴アレイを備えた事前にエッチングされたシリコンモールドを、調製したヘキサンOTS溶液に浸漬します。次に、清潔なピンセットを使用して、シリコンモールド全体を溶液から垂直にそっと持ち上げます。すぐに純ヘキサンを入れた新鮮なビーカーに移し、5〜10回前後に軽くかき混ぜてすすいでください。目に見える水分が残らなくなるまで、約3センチメートル離れた場所に置いた窒素ブロワーを使用して、金型を6〜10秒間穏やかに乾燥させます。次に、PDMSベースと硬化剤を清潔なプラスチック製ペトリ皿で10:1の重量比で15分間混合します。混合物をチャンバーに入れ、目に見える気泡が残らなくなるまで 160 torr で脱気します。清潔なプラスチック製のペトリ皿に、あらかじめオイルに浸した糸くずの出ないワイパーを使用して、粘度100センチストークのシリコーンオイルを軽くコーティングします。次に、OTSコーティングされたシリコンモールドを、コーティングされたペトリ皿の中央に表向きに置きます。脱気したPDMS混合物を、完全に覆われるまで金型の上にゆっくりと注ぎます。充填された金型を真空気泡除去器で再び気泡が残らなくなるまで脱気します。次に、摂氏90度に予熱したホットプレートにペトリ皿を置き、PDMSを硬化させます。硬化したら、PDMS モールドをシリコンモールドからそっと剥がし、微細構造が損なわれないようにします。製造したPDMS金型を摂氏150度に設定されたホットプレートに置きます。3日間の熱老化後、金型を粘度100センチストークのシリコーンオイルに浸します。油浸金型を真空下で160torrで10〜15分間脱気します。次に、ピンセットを使用して型を取り除き、糸くずの出ない清潔なワイパーで表面を3〜5回優しく拭き、均一な油の薄い膜を残します。次に、以前と同じ混合および脱気方法を使用して、10:1の塩基と硬化剤の重量比でPDMS混合物を調製します。脱気した混合物を処理した型にそっと注ぎ、広げてマイクロピラーの少なくとも半分まで到達させます。0.5マイクロメートルのナイロン糸を穏やかな張力で固定します。スレッドをPDMS表面を一方向に1〜2回スワイプして、マイクロピラー間の余分なオイルを減らします。次に、気泡が残らなくなるまで、真空チャンバー内で薄いPDMS層で金型を脱気します。ホールアレイパターンのPDMS製品を製造するには、きれいなプラスチック製のペトリ皿にシリコーンオイルを軽くコーティングします。PDMS型をコーティングされたペトリ皿に入れ、脱気したPDMS混合物を希望の高さに達するまでその上に注ぎます。金型アセンブリをもう一度脱気して、閉じ込められた気泡を除去します。次に、摂氏110度に予熱したホットプレートにシャーレを置き、完全に固まるまで硬化させます。硬化後、金型とレプリカの間に清潔なピンセットをそっと挿入し、最終製品を金型から慎重に型から離型します。シリコン金型には、直径 143 マイクロメートル、間隔 150 マイクロメートル、深さ 284 マイクロメートルの円形の穴が密集しており、アスペクト比は 2:1 でした。シリコンテンプレートから複製されたPDMS金型は、直径142マイクロメートル、高さ283マイクロメートルのマイクロピラーを生成し、元の寸法とほぼ一致しました。1日熱熟成し、その後100センチストクシリコーンオイルで処理したPDMSレプリカは、離型中に壁構造の激しい引き裂きと崩壊を示しました。2日間の熱老化と100センチストークのシリコーンオイル処理の後、はっきりとした柱の輪郭が見えましたが、剥離が不十分なため壁は大きな損傷のままでした。3日間の熱老化で油層がないため、硬化したPDMSと未硬化のPDMSの間の架橋により、再結合構造が得られました。 3日間の熱老化後に低粘度のMR-100オイルを使用すると、被覆率が低下し、オイルが垂直側壁から排出されるため、引き裂きが発生しました。高粘度のオイルは厚いコーティングを形成し、金型の充填を防ぎ、最終製品が波打って奇形に見えます。3日間の熱時効と100センチストークシリコーンオイルコーティングの最適化された条件下で、最終的なレプリカは直径148マイクロメートル、高さ280マイクロメートルの穴パターンの微細構造を保存し、わずかな寸法変動を示しましたが、無傷の構造を示しました。