Name: photolithography for microfluidic device making
Uploaded: 2023-04-30T06:32:31.000Z
Duration: 7 min 53 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">소프트 리소그래피는 미세 유체 시스템의 복잡한 채널을 패턴화하는 데 성공적으로 사용된 신속하고 간단하며 저렴한 제조 공정 세트입니다. 전자 산업에서, 리소그래피는 박막또는 기판의 대량의 패턴 부분에 빛과 빛에 민감한 폴리머를 사용하여 미세 제조 과정을 의미한다. 용어 소프트 리소그래피는 이러한 기술을 수행하기 위해 폴리디메틸실록산 또는 PDMS와 같은 부드러운 탄성모메 물질의 사용을 말합니다. 이 비디오에서는 다양한 유형의 소프트 리소그래피 기술과 미세 유체 장치의 제조를 보여주는 프로토콜을 설명합니다. 마지막으로, 우리는 다른 분야의 연구원들이 소프트 리소그래피를 사용하여 자신의 이점을 활용하는 방법을 볼 수 있습니다.</div><div class="chapter_text" id="script_1">먼저 가장 일반적인 소프트 리소그래피 기술을 살펴보겠습니다. 이러한 모든 기술의 첫 번째 단계는 마스터 금형의 제조입니다. 이것은 실리콘과 같은 기판에 원하는 패턴을 만들기 위해 광저항이라는 빛과 빛에 민감한 재료를 사용하는 기존의 포토리소그래피를 사용하여 수행됩니다. 포토리소그래피에 대해 자세히 알아보려면 이 Jove 컬렉션의 이전 비디오를 참조하십시오. 두 번째 단계는 이 마스터 몰드에 탄성중합체를 붓고 경화하는 것입니다. 이것은 다양한 소프트 리소그래피 기법에서 다른 방법으로 사용되는 릴리프 기능을 베어링 유연한 탄성 술스탬프를 만듭니다. 주조 스탬프를 사용하는 전송 원리 모드는 인쇄, 성형, 위상 시프트 광학 리소그래피, 기계 단면 및 주조입니다. 인쇄에서 스탬프는 먼저 옥타데카네티올 또는 ODT와 같은 양도 가능한 잉크로 코팅되어 금처럼 기판에 놓입니다. 스탬프를 제거하면 제기된 스탬프 표면의 잉크만 기판 표면에 각인됩니다. 따라서, 인쇄는 기판에 나노 스케일 피쳐를 직접 복제한다. 성형이라는 또 다른 기술에서 스탬프 자체는 금형으로 사용됩니다. 여기서 스탬프는 경화되지 않은 폴리머로 누른 다음 치료됩니다. 그런 다음 금형이 벗겨져 스탬프에서 패턴을 드러냅니다. 인쇄와 마찬가지로 성형은 또한 나노 스케일 피쳐를 기판에 직접 복제합니다. 위상 시프트 에지 리소그래피라고 하는 세 번째 기술에서 먼저 기판은 포토레지스트 재료로 코팅됩니다. 그런 다음 스탬프가 코팅 된 기판에 배치되고 빛은 스탬프를 통해 표시됩니다. 이것은 전통적인 리소그래피 기술에서 관찰된 바와 같이 포토레지스트 필름으로 전송되는 피처의 가장자리가 생성됩니다. 기계적 단면, A.K.A. 나노 스키빙에서, 스탬프는 성형과 같이 경화되지 않은 에폭시 프리 폴리머를 성형하는 데 사용됩니다. 이 성형 된 프리 폴리머는 경화되어 선택한 재료의 박막으로 코팅됩니다(예: 금). 이 필름은 더 많은 에폭시에 내장되고 그 후에 는 패턴에 에폭시의 슬래브를 형성하기 위해 초미세토메를 사용하여 절제된다. 마지막으로, 주조에서, 중합체는 스탬프를 만들기 위해 마스터 금형에 부어된다. 그런 다음 입구와 콘센트에 펀치를 주먹으로 때리고 기판에 접합 할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 간단한 미세 유체 장치를 제작하기 위한 프로토콜을 검토합니다.</div><div class="chapter_text" id="script_2">첫째, 기존의 리소그래피 기술을 사용하여 마스터 몰드를 준비합니다. 프로토콜 세부 정보는 이 컬렉션의 이전 비디오를 참조하십시오. 마스터 몰드는 일반적으로 실리콘 기판에서 제작됩니다. 스탬프를 제작하려면 먼저 10:1의 비율로 약 25 그램의 PDMS 및 경화제를 혼합하십시오. 그런 다음 혼합물을 탈가스하여 기포를 제거합니다. 다음으로 마스터 몰드를 평평한 베이스 용기에 넣고 탈가스처리된 PDMS 혼합물을 붓습니다. 이제 PDMS를 섭씨 60도에서 약 1시간 동안 굽고, 오븐을 실온으로 한 시간 더 식힙니다. 다음으로, PDMS를 금형에서 잘라 오염을 피하기 위해 패턴 측면으로 배치합니다. 그런 다음 개별 패턴을 잘라냅니다. 올바른 크기의 피부과 구멍 펀치를 사용하여 모든 입구와 콘센트를 펀치하여 유체가 장치 안팎으로 흐를 수 있도록 합니다. 그런 다음 PDMS 장치를 산소 플라즈마 클리너에 넣고 약 1 분 동안 치료하십시오. 장치의 두 층을 함께 부착하고 현미경으로 패턴을 정렬합니다. 마지막으로 완성된 장치를 PDMS를 사용하여 기판에 결합하여 구우기 위해 구우게 됩니다. 사용하기 전에 미세 유체 채널을 통해 물을 흐르면 누출을 테스트합니다.</div><div class="chapter_text" id="script_3">소프트 리소그래피는 분자 분석에서 임상 진단 및 약물 개발에 이르기까지 다양한 분야에서 응용 프로그램을 발견했습니다. 이러한 예제 중 일부를 살펴보겠습니다. 이 기술은 단일 세포의 메카노 프로파일링을 위한 유연한 마이크로포스트 같이 틀에 얽매이지 않는 구조물을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 메카노 프로파일링은 미생물이 환경에 가하는 힘과 같은 기계적 매개 변수의 연구를 말합니다. 마이크로 포스트가 조작 된 후 배양 된 세포는 그 위에 자랄 수 있습니다. 이것은 작은 유연한 기둥의 굽힘 결과, 다음 세포의 다른 유형에 의해 가해지는 힘을 계산하기 위하여 측정될 수 있습니다. 다층, 다유체 시스템은 포유류 세포에 대한 다른 미세 환경의 효과를 연구하고 이해하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 각 개별 PDMS 레이어를 서로 다른 마스터 몰드를 사용하여 제작됩니다. 그런 다음 다양한 PDMS 캐스트를 청소, 정렬 및 서로 위에 계층화하고 구워. PDMS 장치의 다중 층은 반과구성 PDMS 멤브레인을 통해 세포로부터 유체를 효율적으로 분리할 수 있게 한다. 이 설정을 통해 연구자들은 산소 나 새로운 미디어와 같은 제어 된 양의 유체가 정상 테스트 유체 층에서 하단 미세 유체 채널의 포유류 세포로 확산될 수 있도록 하여 새로운 미세 환경이 세포에 미치는 영향을 연구하고 특성화 할 수 있습니다.</div><div class="chapter_text" id="script_4">당신은 부드러운 리소그래피에 조브의 비디오를 보았다. 여기서는 PDMS 미세 유체 장치를 제조하는 상세한 프로토콜과 함께 소프트 리소그래피의 핵심 기술에 대해 논의했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다.</div>

소프트 리소그래피

미세 유체 채널과 같은 많은 BioMEM 장치는 소프트 리소그래피 기술을 사용하여 제작됩니다. 여기서, 마이크로스케일 패턴은 3D 구조에 걸쳐 탄성모메고분자를 경화시킴으로써 복제된다. 이러한 중합체 구조는 바이오 센싱 애플리케이션을 위한 미세 유체 채널에서 마이크로 콜로니의 시각화를 위한 마이크로스케일 바이오리소터에 이르기까지 광범위한 장치를 만드는 데 사용됩니다.
이 비디오는 포토리소그래피를 소개하고 실험실에서 기술을 보여줍니다. 그런 다음, 기술의 일부 응용 프로그램과 구조가 생명 공학 분야에서 사용되는 방법을 검사합니다.

Many BioMEM&#160;devices, such as microfluidic channels, are fabricated using the soft lithography technique. Here, a microscale pattern is replicated by ...

소프트 리소그래피는 미세유체 시스템의 복잡한 채널을 패턴화하는 데 성공적으로 사용된 빠르고 간단하며 저렴한 제조 공정의 집합입니다. 전자 산업에서 리소그래피는 가볍고 빛에 민감한 폴리머를 사용하여 박막의 부품 또는 기판의 벌크를 패터닝하는 미세 가공 과정을 말합니다. 소프트 리소그래피라는 용어는 이러한 기술을 수행하기 위해 폴리디메틸실록산 또는 PDMS와 같은 연질 엘라스토머 재료를 사용하는 것을 의미합니다. 이 비디오에서는 다양한 유형의 소프트 리소그래피 기술과 미세유체 장치의 제조를 보여주는 프로토콜을 설명합니다. 마지막으로, 다양한 분야의 연구자들이 소프트 리소그래피를 어떻게 활용하고 있는지 알아보겠습니다. 먼저 가장 일반적인 소프트 리소그래피 기술을 검토해 보겠습니다. 이러한 모든 기술의 첫 번째 단계는 마스터 몰드를 제작하는 것입니다. 이것은 빛과 포토레지스트라고 하는 빛에 민감한 재료를 사용하여 실리콘과 같은 기판에 원하는 패턴을 만드는 전통적인 포토리소그래피를 사용하여 수행됩니다. 포토리소그래피에 대해 자세히 알아보려면 이 Jove 컬렉션의 이전 비디오를 참조하십시오. 두 번째 단계는 이 마스터 몰드에 엘라스토머를 붓고 경화하는 것입니다. 이것은 다양한 소프트 리소그래피 기술에서 다양한 방식으로 사용되는 릴리프 기능을 지닌 유연한 엘라스토머 스탬프를 생성합니다. 캐스트 스탬프를 사용하는 주요 전사 모드는 인쇄, 성형, 위상 편이 광학 리소그래피, 기계 절단 및 주조입니다. 인쇄에서 우표는 먼저 옥타데칸네티올 또는 ODT와 같은 전사 가능한 잉크로 코팅된 다음 금과 같은 기판에 배치됩니다. 스탬프가 제거되면 융기된 스탬프 표면의 잉크만 기판 표면에 각인됩니다. 따라서 인쇄는 나노 크기의 기능을 기판에 직접 복제합니다. 몰딩이라는 또 다른 기술에서는 스탬프 자체가 금형으로 사용됩니다. 여기서, 스탬프는 경화되지 않은 폴리머에 압착된 후 경화됩니다. 그런 다음 곰팡이를 벗겨내어 우표에서 패턴을 드러냅니다. 인쇄와 마찬가지로 성형은 또한 기판에 나노 크기의 기능을 직접 복제합니다. 위상 변이 에지 리소그래피라고 하는 세 번째 기술에서는 먼저 기판에 포토레지스트 물질이 코팅됩니다. 그런 다음 스탬프를 코팅된 기판에 놓고 스탬프를 통해 빛을 보여줍니다. 이것은 전통적인 리소그래피 기술에서 관찰된 것과 같이 포토레지스트의 필름으로 옮겨지는 특징의 가장자리 귀착됩니다. 기계적 절편, 일명 나노 스카이빙에서 스탬프는 성형과 같이 경화되지 않은 에폭시 예비 중합체를 성형하는 데 사용됩니다. 이 성형된 프리폴리머는 경화된 다음 선택한 재료, 예를 들어 금의 박막으로 코팅됩니다. 그런 다음 이 필름을 더 많은 에폭시에 삽입하고 경화시킨 후 초박 절편을 사용하여 절단하여 패턴과 함께 에폭시 슬래브를 형성합니다. 마지막으로, 주조에서는 폴리머를 마스터 몰드에 부어 스탬프를 만듭니다. 그런 다음 입구와 출구를 펀칭하고 기판에 접착할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 간단한 미세유체 장치를 제작하기 위한 프로토콜을 검토합니다. 먼저 전통적인 리소그래피 기술을 사용하여 마스터 몰드를 준비합니다. 프로토콜에 대한 자세한 내용은 이 컬렉션의 이전 비디오를 참조하십시오. 마스터 몰드는 일반적으로 실리콘 기판에 제작됩니다. 스탬프를 제작하려면 먼저 약 25g의 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합물을 준비합니다. 그런 다음 혼합물의 가스를 제거하여 기포를 제거합니다. 다음으로, 마스터 몰드를 평평한 바닥 용기에 넣고 탈기된 PDMS 혼합물을 그 위에 붓습니다. 이제 PDMS를 섭씨 60도에서 약 1시간 동안 구운 다음 오븐을 실온으로 한 시간 더 자연 냉각합니다. 다음으로, PDMS를 금형에서 잘라내고 패턴 면이 위로 향하게 하여 오염을 방지합니다. 그런 다음 개별 패턴을 잘라냅니다. 적절한 크기의 피부과 홀 펀치를 사용하여 모든 입구와 배출구를 펀칭하여 유체가 장치 안팎으로 흐를 수 있도록 합니다. 그런 다음 PDMS 장치를 산소 플라즈마 세정제에 넣고 약 1분 동안 처리합니다. 장치의 두 층을 함께 부착하고 현미경으로 패턴을 정렬합니다. 마지막으로, PDMS를 사용하여 완성된 장치를 기판에 접착하고 경화를 위해 베이킹합니다. 사용하기 전에 미세유체 채널을 통해 물을 흐르게 하여 누출이 있는지 테스트하십시오. 소프트 리소그래피는 분자 분석에서 임상 진단 및 약물 개발에 이르기까지 다양한 분야에서 응용되고 있습니다. 이러한 예 중 일부를 살펴보겠습니다. 이 기술은 단일 세포의 메카노 프로파일링을 위한 유연한 마이크로포스트와 같은 비전통적인 구조를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 메카노 프로파일링(Mechano-profiling)은 미생물이 환경에 가하는 힘과 같은 기계적 매개변수에 대한 연구를 말합니다. 마이크로포스트가 제작된 후, 배양된 세포가 그 위에서 자랄 수 있습니다. 그 결과 작고 유연한 기둥이 구부러지며, 다양한 유형의 세포가 가하는 힘을 계산하기 위해 측정할 수 있습니다. 다층, 다유체 시스템은 포유류 세포에 대한 다양한 미세환경의 영향을 연구하고 이해하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 서로 다른 마스터 몰드를 사용하여 각 개별 PDMS 레이어를 만들어 제작됩니다. 그런 다음 다양한 PDMS 캐스트를 청소하고 정렬하고 서로 겹쳐 베이킹합니다. PDMS 장치의 여러 층을 통해 반투과성 PDMS 멤브레인을 통해 셀에서 유체를 효율적으로 분리할 수 있습니다. 이 설정을 통해 연구원들은 산소 또는 새로운 배지와 같은 제어된 양의 유체가 상단 테스트 유체 층에서 하단 미세유체 채널의 포유류 세포로 확산되도록 하여 세포에 대한 새로운 미세환경의 영향을 연구하고 특성화할 수 있습니다. 소프트 리소그래피에 대한 Jove의 비디오를 방금 시청하셨습니다. 여기에서는 소프트 리소그래피의 핵심 기술과 PDMS 미세유체 소자를 제작하는 자세한 프로토콜에 대해 논의했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

Education

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Soft Lithography

photolithography for microfluidic device making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device.

These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies.

The process also shows how pattern making works in the laboratory. The video introduces photolithography and demonstrates the technique step by step. It then connects the finished structures to their use in bioengineering.

Photolithography for Microfluidic Device Making

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overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

이 컬렉션은 생체재료, 조직 형태 및 전체 장기 조직 배양, 바이오프로세싱 기술 및 복잡한 시스템 수준의 bioMEM 및 바이오센싱 분야의 생산을 포함하는 핵심적인 생명공학의 개념을 다룹니다.

Learn how photolithography and soft lithography help make microfluidic channels and microscale bioreactors for biosensing and bioengineering.

Photolithography for Microfluidic Device Making

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