슬릿 모공 기하학에서 모세관 다리의 제작 및 시각화

이 절차의 전반적인 목표는 슬릿이 불량한 형상에서 모세관 브리지를 형성하고 이미지화하는 것입니다. 이것은 먼저 표준 포토 리소그래피 주형을 사용하여 길게 솟은 PDMS 기둥 기판을 제작함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 임프린트 전사 리소그래피와 자체 조립 단층을 사용하여 상단과 측면 사이에 습윤 대비를 도입하기 위해 기둥의 상단을 기능화하는 것입니다.

다음으로, 두 개의 기둥은 4축 마이크로 스테이지 장치에서 서로 마주보고 배치됩니다. 평행 이동 및 회전 자유도를 통해 조사자는 두 개의 마주보는 기둥을 적절하게 정렬하고 실험 중에 기둥 사이의 분리를 제어할 수 있습니다. 마지막 단계는 두 개의 융기된 기둥 사이에 액체를 주입하고 CCD 카메라로 생성된 모세관 브리지를 이미지화하는 것입니다.

슬릿 타설의 높이가 변경됨에 따라 궁극적으로 슬릿 타설 높이가 증가함에 따라 리퀴드 브리지의 형태 변화는 슬릿 타설 높이가 증가함에 따라 액체 브리지의 랄로 압력이 매력적인 기호에서 반발력으로 전환되는 것을 보여주는 데 사용됩니다. 이 방법은 부분적으로 고정된 습윤 현상의 특성을 이해하는 데 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 플립 칩 설계, 다공성 재료의 오일 회수 및 생체 영감 접착과 같은 문제에도 적용할 수 있습니다.

이 절차를 시작하기 전에 이 Spinco SU eight 2002에 따라 piha 용액으로 4인치 실리콘 웨이퍼를 500RPM에서 40초 동안 물 표면에 세척합니다. 다음으로 Spinco SU 8 20 50을 500RPM에서 40초 동안 2단계 스핀 코더 프로그램으로 웨이퍼에 올린 다음 1500RPM에서 1분 동안 가열합니다. 스핀 코팅된 웨이퍼가 건조되면 그 위에 투명 마스크를 씌운 다음 자외선 램프 아래에 놓고 200와트에서 30초 동안 노출시킵니다.

섭씨 95도의 핫 플레이트에서 웨이퍼를 건조시킨 후 SU eight 현상액에 놓고 노출되지 않은 SU eight이 모두 제거될 때까지 가볍게 교반합니다. 그런 다음 웨이퍼를 이소프로필 알코올 흐름으로 30초 동안 헹구고 질소로 건조시킵니다. 이 시점에서 일회용 교반 막대 Degas를 사용하여 비이커에서 경화제에 대한 P-D-M-S-S 가드, 180 4 염기의 10 대 1 질량 비율을 격렬하게 혼합하고 모든 기포가 사라질 때까지 진공 챔버에서 PDMS를

SU 8 제작 금형을 대형 4인치 플라스틱 Wang 접시에 넣은 후 그 위에 PDMS 혼합물을 붓습니다. 곰팡이와 PDMS 혼합물의 가스를 제거한 후 전체 접시를 섭씨 75도의 오븐에 최소 2시간 동안 넣습니다. 샘플이 실온으로 냉각되면 직선 면도날로 PDMS에서 접시를 잘라내고 실리콘 웨이퍼에서 PDMS를 잘라냅니다.

그런 다음 벌크에서 기둥이 있는 PDMS 영역을 잘라내고 깨끗한 페트리 접시에 보관하십시오. 깨끗한 실리콘 웨이퍼에 20나노미터의 금을 직접 증발시킨 후 플라즈마 반응기에 넣고 300마일의 압력에서 50와트의 출력으로 10분 동안 산소 플라즈마를 사용하여 청소합니다. 완료되면 200프루프 에탄올로 채워진 파이렉스 페트리 접시에 웨이퍼를 최소 10분 동안 놓습니다.

접시에서 웨이퍼를 제거한 후 에탄올로 헹구고 질소로 건조시킵니다. 다음으로 이전에 준비된 MPTS 톨루엔 용액을 500RPM으로 30초 동안 웨이퍼에 스핀 코팅한 다음 1분 동안 2, 750RPM으로 코팅합니다. 웨이퍼를 헹구고 건조하면 웨이퍼를 완전히 잠길 수 있을 만큼 충분한 16밀리몰의 염산 용액이 들어 있는 Pyrex Petri 접시에 넣습니다.

최소 5분 동안 물에 담근 후 용액에서 웨이퍼를 제거하고 질소로 건조시킵니다. 그런 다음 PDMS 기둥을 플라즈마 챔버에 놓고 30초 동안 300마일의 압력과 50와트의 전력으로 산소 플라즈마를 수행합니다. 플라즈마 반응기에서 PDMS 기판을 제거한 후 가벼운 압력을 가하여 각 기판의 뒷면을 깨끗한 유리 슬라이드에 묶습니다.

유리로 뒤덮인 PDMS 기판을 뒤집고 기둥을 MPTS 기능성 금 필름 위로 누릅니다. 적당한 압력이 가해지면 유리 슬라이드에 약 100g의 무게를 가하여 컨포멀 접촉을 보장합니다.최소 12시간 후 웨이퍼에서 각 PDMS 기판을 분리하고 직선 면도날을 사용합니다. PDMS 기판이 고착된 경우 광학 현미경을 사용하여 금 필름에 균열이 없는지 또는 기둥을 따라 누락된 부품이 없는지 확인합니다.

다음으로, PDMS 기판을 미리 준비된 기판에 침지시킵니다. 밀리몰 MHA 디메틸 설폭사이드 용액을 최소 24시간 동안 사용합니다. 탈이온수로 헹구고 건조시킨 후 두 개의 기둥 기판을 사용하여 섭씨 25도에서 최소 12시간 동안 100milour 미만의 압력으로 PDMS 기판을 진공 챔버에 넣습니다.

하나는 4축 마이크로 스테이지 어셈블리의 상단에, 다른 하나는 하단 홀더에 놓습니다. 측면 장력 나사를 사용하여 기판을 고정합니다. 이 시점에서 상단 기판이 하단 기판보다 대략 위에 있도록 상단 기판 스테이지를 브레드 기판에 부착하여 장치를 조립합니다.

x, y 및 회전 손잡이를 사용하여 마주보는 두 기둥 사이의 높이를 약 1mm로 줄입니다. 하단 기판 스테이지에서. 두 기판의 금색 스트립을 평행하게 정렬합니다.

그런 다음 컴퓨터 화면의 라이브 카메라 피드를 사용하여 PDMS 기둥의 길이를 내려다보도록 카메라를 배치하고 기둥이 평행이 되도록 하단 기판의 위치를 조정합니다. 그런 다음 카메라를 장치의 반대쪽으로 이동하고 이전 두 단계를 반복합니다. 라이브 카메라 피드를 사용하여 상단 필러가 하단 필러와 접촉할 때까지 두 기둥 사이의 간격을 줄입니다.

그런 다음 디지털 마이크로 스테이지를 영점화하고 기공 높이를 약 200마이크로미터로 늘립니다. 80% 글리세롤 수용액이 들어있는 주사기를 기계식 클램프를 사용하여 주사기 XY, Z 변환 스테이지에 장착합니다. 그런 다음 30게이지 바늘이 슬릿 주입에 맞도록 주사기 포지셔닝 스테이지에서 마이크로미터를 조정합니다.

주사기의 액체를 슬릿 주입기로 천천히 분배한 후 상단 및 하단 표면이 바늘에 부드럽게 닿도록 슬릿 주입 높이를 줄입니다. 주사기 포지셔닝 스테이지의 마이크로미터를 사용하여 슬릿 포어에서 바늘을 제거합니다. 실험 장치는 네 가지 주요 부분으로 나눌 수 있습니다.

상단 기판 단계, 하단 기판 단계, 주사기 XY, Z 번역 단계 및 카메라 광학 장치 및 카메라 홀더. 실험 장치에 대한 자세한 내용은 텍스트 프로토콜을 참조하십시오.금을 PDMS 기판으로 전송할 때 실리콘 웨이퍼에서 PDMS 장치를 분리하는 것이 중요합니다. 매끄럽고 신중하게 보여준 다음은 성공적인 이송 후 금으로 된 A-P-D-M-S 기둥의 현미경 이미지입니다.

다음은 전달 불량으로 인해 필러로 이송된 웨이퍼의 과도한 금박을 보여주는 이미지입니다. 금 필름의 이동을 용이하게 하기 위해 날카로운 안전 면도기를 사용하여 실리콘 웨이퍼에서 PDMS 기둥의 한쪽 가장자리를 부드럽게 들어 올릴 수 있습니다. 또한, PDMS 기판은 웨이퍼 표면에 수직인 방향으로 당겨 추가 금박이 기판의 가장자리에 달라붙는 것을 방지해야 합니다. 표시.

다음은 PDMS 기판이 상당한 전단 또는 굽힘을 겪는 경우 전사 후 금층에 균열이 어떻게 형성될 수 있는지 보여주는 이미지입니다. 제조 공정이 완료되면 물 접촉각을 테스트하여 MHA 단층의 품질을 확인하는 것이 중요합니다. 여기에 표시된 것은 MHA로 기능화된 후 금 PDMS 기판에 묻은 액체 물방울입니다.

PDMS의 접촉각이 낮으면 프로세스가 성공적이었음을 나타냅니다. 삽입물은 완료된 절차 후 돌출된 기둥 중 하나에 놓인 액체 물방울을 보여줍니다. 140도 접촉각은 물리적 및 화학적 이질성의 조합으로 인해 드롭이 기둥의 측면에 고정될 수 있음을 보여줍니다.

일단 기질이 제작되고 마이크로 단계 홀더로 설치되면, 수로는 주사기 XY를 사용하여 채워질 수 있습니다, 여기에서 보이는 Z 번역 단계는 그림에 있는 기둥의 폭에 수직인 원근법을 가진 채워진 틈새 숨구멍입니다. 다음은 슬릿 기공의 길이에 수직인 첫 번째 이미지에 직교하는 원근법입니다. 두 번째 이미지와 동일한 관점에서 채널을 채우는 과정은 여기에 표시되며, 충전 단계에서 주사기에서 액체를 분배하는 것이 중요합니다.

서서히 갑작스런 큰 유속으로 인한 힘은 기둥 상단에서 액체를 깊숙이 고정시켜 소수성 PDMS 영역으로 퍼질 수 있습니다. 이 경우 충전 과정을 반복하여 기판을 청소하고 건조해야 합니다. 이 동영상을 시청한 후에는 PDMS 기둥을 형성하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

자체 조립 단층으로 기능화하고 정렬하여 모세관 다리를 형성합니다. 피란으로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며 작동하는 흄 후드와 같은 예방 조치가 필요할 수 있음을 잊지 마십시오. 안전 고글은 안면 보호대입니다.

이 절차를 수행할 때마다 전체 네오프렌 장갑을 낀 실험실 가운을 사용해야 합니다.