Name: 1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 31 s
Description: 배우세요 순차적 습식 에칭을 이용한 PDMS 마이크로유체 채널 제조법. 다양한 단면 형상의 채널을 단일 공정으로 간소화하여 복잡한 마이크로유체 시스템 개발에 활용할 수 있습니다.

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저자 기꺼이 인정으로 국민 건강 연구 학회 (NHRI) 혁신적인 연구 그랜트 (IRG) (EX106-10523EI), 대만 사역의 과학 및 기술에서 대만에서 제공 하는 지원 (가장 104-2218-E-032-004, 104-2221- E-001-015-MY3, 105-2221-E-001-002-MY2, 105-2221-E-032-006, 106-2221-E-032-018-MY2), 그리고 학계 Sinica 경력 개발 상. 저자는 Heng 화 수의 원고를 교정 하는 것을 감사 하 고 싶습니다.

1. 단일 레이어 채널 레이아웃 미세 소자의 제작
참고:이 문서에 소프트 리소 그래피 방법3 채널 다양 한 섹션을 제조 하는 방법을 보여 주는, PDMS 재료의 만든 미세 장치 조작에 대 한 채택 된다.
<ol><li>
PDMS 레이어 설계 토폴로지 기능에 대 한 마스터 금형의 창조
	<ol>
<li>시퀀스에서 단일 프로세스를 에칭 또는 에칭에 대 한 PDMS 레이어에 채널 레이아웃을 디자인 합니다.</li>
		<li>컴퓨터 드로잉 프로그램을 사용 하 여 설계 된 PDMS 층의 거꾸로 토폴로지 기능을 스케치 합니다.</li>
		<li>투명도24에 인쇄 된 채널 레이아웃의 고 정밀도 거꾸로 토폴로지 기능 패턴화 포토 마스크를 포토 리소 그래피 시설 스케치 파일을 제공 합니다.</li>
		<li>사용 이소프로필 알콜 (2-프로 판 올 (IPA), ≥ 99.9%), 아세톤 (Propan-2-1, ≥ 99.5%), 그리고 버퍼링 된 산화물 에칭 (BOE, NH4F:HF (v/v) = 6:1) 오차 또는 어떤 먼지 든 지 제거 하 고 오염 방지 4 인치 실리콘 웨이퍼의 표면에.</li>
		<li>이온된 수의 약 500 mL를 사용 하 여 최종 연마에 대 한 실리콘 웨이퍼를 세척 한 다음 씻어 서 웨이퍼 건조 질소 가스를 적용.</li>
		<li>웨이퍼에 약 20 g의 부정적인 톤 감광 제를 놓습니다. 다음 스핀 코트 15 s 500 rpm 및 30에 대 한 2000 rpm 웨이퍼 두께에서 약 75 µ m의 포토 레지스트 층을 생산 하는 s. 참고: 다른 감광 제 두께 얻을 수 있습니다 다른 제품 번호와 함께 다른 스핀 코팅, 베이킹, 그리고 개발 조건, 부정적인 톤 감광 제를 사용 하 여 사용자 매뉴얼25,26에 따르면.</li>
		<li>그리고 9 분 동안 95 ° C에서 65 ° c 3 분 열판에서가 열 하 여 웨이퍼를 구워 부드러운.</li>
		<li>넣고 웨이퍼 패턴된 투명성 함께 포토 마스크 aligner 기계 단계 1.1.3에서에서 마스크로.</li>
		<li>동기 기 기계에 300 mJ/cm2 투명도 의해 포함 하는 웨이퍼를 노출에서 자외선 (UV)을 적용 합니다.</li>
		<li>UV 빛에 노출, 후 후 노출 빵 (PEB)으로 2 분 동안 65 ° C에서 그리고 7 분 동안 95 ° C에서 열판에 웨이퍼를 놓습니다.</li>
		<li>PEB, 다음 강하게 부정적인 톤 감광 개발자에 웨이퍼를 선동 또는 털된 웨이퍼는 초음파 목욕 (37 kHz, 180 W의 효과적인 힘) 7 분.</li>
		<li>웨이퍼 표면에 남아 있는 어떤 개발자 든 지 제거 하는 이소프로필 알코올을 다시 전체 웨이퍼를 청소.</li>
		<li>방지 하기 위해 결합, silanize 6cm는 desiccator에 페 트리 접시에 100 µ L의 97 %silane (1H1H, 2H, 2H-perfluorooctyl-trichlorosilane)와 웨이퍼를 넣어는 웨이퍼의 표면 바라지 않는.</li>
		<li>진공 펌프는 desiccator 연결 하 고 760 mmHg에서 진공 압력을 설정 합니다.</li>
		<li>그런 다음 설정 펌프 15 분 스위치 떨어져, 그리고 다음 30 분 동안 desiccator 진공에 두고 나머지 웨이퍼에 대 한. 주의: 증발된 silane는 매우 인간; 따라서, 전체 웨이퍼 표면 패 시 베이 션 증기 두건에서 실행 되어야 한다.</li>
		<li>표면 패 시 베이 션을 진행 했다 silanized 웨이퍼를 가져옵니다. 15 cm 추가 사용 하기 위해 페 트리 접시에에서 웨이퍼를 수정. 참고: 패턴화 웨이퍼 사용할 금형으로 설계 된 채널 레이아웃을 복제 하려면 반대로 PDMS 자료 준비가 되어 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
금형에 거꾸로 토폴로지를 복제 하 여 PDMS 채널 레이아웃 제작
	<ol>
<li>깨끗 하 고 일회용 플라스틱 컵으로 볼륨의 비율은 10: 1에서 해당 촉매 (경화제) 함께 기본 PDMS (모노 머)을 넣어.</li>
		<li>전원 교 반기를 사용 하 여 (단계 1.2.1)에서 PDMS 중합체 혼합물을 균질 혼합.</li>
		<li>PDMS 혼합물에서 어떤 덫을 놓은 거품을 제거 하는 60 분 동안 진공 펌프에 연결 된 desiccator에 컵을 넣어.</li>
		<li>(2)에 대 한 20 g 또는 8 g (섹션 3) 디자인된 채널 레이아웃의 거꾸로 토폴로지 기능 마스터 몰드 (단계 1.1에서에서 만든) 위에 PDMS 중합체 혼합물의 붓 다와 t를 사용 하 여 PDMS 자료에 포함 된 모든 가능한 거품 제거 그는 desiccator (60 분)에 대 한.</li>
		<li>오븐 4 h 실리콘 기반의 액체 중합체 물질 치료를 위한 60 ° C에서 PDMS 혼합물 운반 몰드를 넣어.</li>
		<li>냉각 후 약 20 분 동안 실내 온도에 PDMS 함께 웨이퍼, 메스와 핀셋 형에서 치료 PDMS 분리 합니다.</li>
		<li>지역 (약 6 x 6 cm2 섹션 3에 대 한 섹션 2 또는 2 x 7.5 c m2 ) 덮개를 분리 된 PDMS 레이어 메스를 사용 하 여 전체 채널 레이아웃에 맞게.</li>
		<li>직경에서 1.5 m m의 생 검 펀치를 사용 하 여 채널 액세스 포트 (인 레트 및 출구)를 만듭니다. 참고: 숫자 및 인 레트 및 출구의 위치는 설계 특정 미세 채널 날조를 위한 에칭 프로세스에 따라.</li>
		<li>페 트리 접시에 30g의 PDMS 중합체 혼합물을 부 어 하 고은 desiccator (60 분)에 대 한 사용 하 여 PDMS 자료에 포함 된 모든 가능한 거품을 제거 합니다.</li>
		<li>이상 4 h 액체 중합체 물질 치료를 위한 60 ° C에서 오븐에서 PDMS 혼합물 운반 페 트리 접시를 넣어.</li>
		<li>냉각 후 약 20 분 동안 실내 온도에 PDMS와 샬레, 메스와 핀셋 접시에서 치료 PDMS 분리 합니다.</li>
		<li>메스를 사용 하 여 차원 상기 PDMS 층 (약 6 x 6 cm2 섹션 3에 대 한 섹션 2 또는 2 x 7.5 c m2 )의 그 같은 기능 없이 분리 된 PDMS 레이어 재단사.</li>
		<li>활성화 (1.2.7 및 1.2.12 단계에서 만든) 레이어 모두 PDMS의 표면 디자인된 채널 레이아웃 기능 없이 40 90 W에 표면 처리 기계에 산소 플라즈마 톱 PDMS 자료를 노출 하 여 s.</li>
		<li>본드 2 PDMS 레이어 함으로써 산소 플라즈마 표면 활성화 후 바로 치료 그들의 표면 사이 접촉. 그런 다음, 오븐에서 30 분 이상 60 ° C 보 세 PDMS 레이어를 둡니다. 참고: 오븐에 보 세 PDMS 층을 두고 상부 시간 제한이 있다.</li>
		<li>2 보 세 후 PDMS 레이어 냉각, 나중에 실험 설정에 대 한 조작된 장치에서 초과 PDMS 재료를 손질 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 1 단계 접근 방식을 다른 섹션의 PDMS 미세 채널 제조
참고:는 PDMS 하 습식 에칭 속도, 직사각형 모양의 단일 레이어 및 스트레이트 채널 미세 장치는 제안 특정 실험 설정에 해당 하는 특정 에칭 속도 식별 하는 데 악용 될 수 있습니다.
<ol><li>
PDMS의 실험적인 특성 습식 에칭
	<ol>
<li>1-메 틸-2-pyrrolidinone (NMP): v의 속도로 tetra-n-butylammonium 불 소 (TBAF, tetrahydrofuran (THF)에서 1 M 솔루션)를 혼합 하 여 현상 솔루션 준비 = 1시 10분. 참고: NMP는 효율적으로 녹이는 화학 오차는 etchants에 의해 유도 된 수 있습니다. 일반적으로 PDMS 자료는 NMP에 의해 간신히 부 고 PDMS 미세 소자 들은 여전히 그들의 모양, 볼륨, 보존 하 고 밀봉 조건에 수 있습니다.</li>
		<li>스테인리스 무딘 바늘 (16 G)에 연결 된 10 mL 주사기에 혼합된 TBAF/NMP etchants를 그립니다.</li>
		<li>채널에 압력 기반 체액의 컨트롤러로 주사기 펌프를 설정 합니다.</li>
		<li>상술 간단한 장치의 채널 포트에 현상 솔루션으로 채워진 주사기의 무딘 바늘을 연결 하 고 그림 1에서 보듯이 폐기물 컨테이너 튜빙 콘센트에서 각각 포트를 안내 합니다.</li>
		<li>주사기 펌프는 PDMS 대상이 150 µ L/min 흐름 속도로 혼합된 TBAF/NMP 현상 솔루션을 포함 하는 주사기를 들고 습식 에칭을 실행 합니다.</li>
		<li>밝은 분야 현미경 조회를 사용 하 고 흐름 방향 따라 에칭된 채널은 균일 한 폭, 결과적으로 그는 etchants의 비율을 혼합 하는 볼륨을 확인 하 고 현상 유량은 적절 한 있는지 확인 합니다.</li>
		<li>채널의 시간 시리즈 이미지 캡처 프로세스를 에칭 PDMS 동안 4 배 확대와 거꾸로 현미경 횡단면.</li>
		<li>습식 에칭 PDMS 자료의 과정 동안 채널 폭에 대 한 숫자의 시간 순서를 수집을 영상 처리 프로그램의 2D 분석의 기본 측정 기능을 적용 하 여 저장 된 이미지를 분석 합니다.</li>
		<li>그림 2는 채널 폭 변경의 50%를 나누는 방정식을 통해 시계열 에칭 속도 평가 (ΔW / 2) PDMS 에칭 (t)의 기간에 의해.</li>
		<li>전반적인 예측에 수집 된 데이터 포인트의 선형 회귀를 수행할 특정 볼륨 그림 2와 같이 PDMS 재료 1시 10분의 비율을 혼합 혼합된 TBAF/NMP etchants의 에칭 속도.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PDMS 순차적 젖은 다른 기하학적 섹션의 미세 채널 날조를 위한 에칭
	<ol>
<li>해당 순서로 프로세스를 에칭 특정 채널 유형의 그림 3 에서 같이 다른 횡단면 모양 날조 될 수 있다 그래야 제공 단일 레이어 PDMS 채널 레이아웃에 대 한 현상 후미의 배열을 디자인.</li>
		<li>2.1.7 PDMS 습식 에칭 방법에 대 한 2.1.1-단계에 설명 된 절차를 따릅니다. 참고: 유량 50 μ/분으로 설정 됩니다.</li>
		<li>TBAF/NMP etchants는 흐르는 동안 검사 etchants, etchants, 누설에 의해 유도 된 여러 화학 오차의 남아 있는 거품의 눈에 띄는 금액 등 중요 한 문제 존재 하는 경우 볼 수 현미경 에칭된 채널 또는 경사진 평면에 etchants의 흐름.</li>
		<li>거꾸로 현미경으로 미세 채널 벽 두께 변화를 관찰 하 고 적절 한 채널 형상 달성 되도록 프로세스를 에칭 젖은 시간.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 미세 믹서의 디자인
참고: 효율적으로 2 다른 체액을 혼합 수 있는 미세 믹서의 디자인 다른 섹션 미세 채널의 유리한 응용 프로그램을 보여 여기 증명 됩니다.
<ol><li>
다른 채널 섹션 미세 믹서의 제조
	<ol>
<li>소프트 리소 그래피 복제 기술 (제 2) 성형으로 그림 4 에 표시 하는 디자인의 단일 레이어 미세 채널 PDMS 장치를 확인 합니다.</li>
		<li>단일 레이어 미세 채널 레이아웃에서 단계 포트에서 2.1.1 그림 4에서 20 µ L/min 흐름 속도로 "콘센트"으로 표시에서 설명 하는 절차에 따라 준비 TBAF/NMP 현상 솔루션을 소개 합니다.</li>
		<li>현미경, 미세 채널 벽 두께 변화를 관찰 하 고 적절 한 채널 형상 그림 5 에 표시 되는 달성을 보장 하기 위해 프로세스를 에칭 젖은 시간.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
미세 믹서의 실험적인 특성
	<ol>
<li>섹션 다른 모양 대체 패턴에서의 미세 채널을 실현 후 펌프 2 비슷하지 체액 fluorescein 나트륨의 솔루션을 포함 하 여 50 µ g/mL 농도 데 소금과 20 µ L/분 2 별도 채널에 증류수 흐름 속도입니다.</li>
		<li>형광 현미경 이미지 채널의에서 A로 표시 된 위치에 평면도, B, C 및 D는 거꾸로 현미경 (4 배 확대) (에칭) 전에 유니폼과 다른 2 믹서에 대 한 기하학적 섹션 (SWEP의 2 시간) 후 각각 ( 그림 6)입니다. 참고: 형광 현미경 이미지 믹서 채널을 통해 혼합의 처음 순간부터 계산 하는 5 분의 시간 지점에서 안정적인 흐름이 발생 하는 동안 찍힌다.</li>
		<li>혼합 혼합 잔여에 의해 정의 되는 효율성 숫자 해당 추정 영상 처리 프로그램을 사용 하 여 캡처된 형광 이미지 분석 (미스터, 0.5 = 순수한, 0 = 완전 혼합) 다음 방정식27, 28: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57868/57868eq1v2.jpg"> 여기, t 는 에칭 시간 L 는 관심의 특정 위치에 채널 폭 위치에서 채널을 통해 선 세그먼트는 고 내가 t S 에 형광 광도 분포입니다.</li>
		<li>채널을 통해 S 에 형광 광도 분포를 플롯 A로 표시 된 위치에서 B, C 및 D (에칭) 전에 유니폼과 다른 2 믹서에 대 한 기하학적 섹션 (SWEP의 2 시간) 후, 각각. 그림 6에서 같이 해당 미스터를 견적 한다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<li>Hessel, V., Löwe, H., Schönfeld, F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250904009364">Micromixers-A Review on Passive and Active Mixing Principles.</a> Chemical Engineering Science. 60, 2479-2501 (2005).</li>
<li>Damiati, S., Kompella, U., Damiati, S., Kodzius, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Devices+for+Drug+Delivery+Systems+and+Drug+Screening%5BTitle%5D)+AND+%22Genes%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Devices for Drug Delivery Systems and Drug Screening.</a> Genes. 9, 103(2018).</li>
<li>Wang, C. -K., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6439/aa874d/meta">Single Step Sequential Polydimethylsiloxane Wet Etching to Fabricate a Microfluidic Channel with Various Cross-Sectional Geometries.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, 115003(2017).</li>
</ol>

저자는 선언할 수 없다.

지난 수 십년 동안 마이크로 유망한 의미는 화학 및 생물 의학 연구를 위한 실험 플랫폼 수 건설1,2,,34, 체계적으로 제공 하고있다 5. 플랫폼도 체 외에서 세포 연구6,7, 를 통해 생리 적 microenvironment 조건에서 여러 가지 세포 기능 비보 를 조사 하 고 자신의 능력을 제시 8 , 9. 실험 연구 및 관련된 응용 프로그램, 채널의 대부분 횡단면 미세의 디바이...

미세 기술 다양 한 생물 의학 및 화학 연구 및 응용 프로그램에 대 한 그들의 고유한 이점 때문에 지난 수 십년 동안 관심을 모으고 있다. 미세 칩을 생성 하기 위한 여러 가지 소재 사용 옵션 요즘, 고분자, 세라믹, 및 실리콘 재료 등 사용할 수 있습니다. 우리의 지식, 미세 재료 중의 최고를 PDMS 다양 한 마이크로 연구와 입자, 그것의 광학 및 생물학 호환성을 포함 한 응용 프로그램에 대 한 적절 한 소재 속성 때문에 가장 일반적인 것은 체액, 그리고 매우 작은 생물1,2,3,,45. 또한, PDMS 재료의 표면 화학 및 구조 기계적 특성 같은 고분자 기반 미세 장치10, 를 적용 하 여 microelectromechanical 및 mechanobiological 연구를 촉진 하기 위하여 조정 될 수 있다 11,12. 설계 된 채널 패턴 미세 소자의 제조에 관한 소프트 리소 그래피 복제 성형 방법 일반적으로의 구성 되는 그들의 해당 마스터 금형을 이용 하 여 미세 채널을 만드는 데 적용 됩니다. 포토 리소 그래피 패턴 감광 레이어 및 실리콘 웨이퍼 기판12 성형 포토 레지스트 패턴화 층으로 실리콘 웨이퍼를 사용 하 여 접근의 특성으로 인하여 미세 채널 일반적으로 직사각형 모양 동일한 높이 일반 크로스 단면도 있다.
최근에, 연구는 상당한 진전이 거래, 예를 들어 생물 의학 연구, 정렬 입자 및 hydrophoresis를 사용 하 여, 혈액 플라스마 분리 및 채널 미세 칩을 적용 하 여 백혈구 세포를 풍부 하 게 셀 서로 다른 높이 또는 기하학적 섹션6,7,,89. 이러한 정렬 및 마이크로 생물 의학 응용 프로그램의 기능을 분리 채널 다른 기하학적 섹션을 사용자 지정 하 여 실현 됩니다. 여러 연구 다양 한 높이 또는 비 직사각형 횡단면의 특정 표면 패턴 마스터 금형을 날조 하 여 다른 기하학 특징의 횡단면으로 미세 채널 제조에 헌신 했습니다. 금형 제조에 이러한 연구 다단계 포토 리소 그래피, 포토 레지스트 리플로우, 그리고 그레이 스케일 리소 그래피13,,1415같은 기술을 포함합니다. 필연적으로, 기존 기술이 포함 가늘게 만들어진된 포토 또는 실질적으로 미세 채널의 해당 제조의 복잡성 수준을 향상 시킬 수 있는 여러 단계의 제조 공정에서 정확 하 게 정렬. 지금까지 미세 채널 다양 한 섹션에 대 한 단일 단계 제조 프로세스에 대 한 여러 번 시도 하지만 해당 기술 채널16의 특정 횡단면 모양에 매우 제한 됩니다.
지난 2 년간 PDMS 날조를 위한 성형 방법 이외에 다양 한 섹션, 기하학적 특징을 가진 PDMS 채널 패턴 기법 에칭 미세 채널 되고있다의 다양 한 선택의 제조 미세 응용 프로그램입니다. 예를 들어, PDMS 습식된 에칭은 다층 PDMS 마이크로 재구성된 기관 수준 폐 기능17의 공기 작동 식 개폐 셀 문화 장치를 건설 하기 위한 결합 함께 악용 됩니다. PDMS 습식 에칭 기술은 PDMS 캐스팅 3D PDMS 미세 바늘 어레이18날조를 위한 컴퓨터 제어 시스템에 의해 가공 하는 원통형 microwells에 함께 적용 됩니다. PDMS 드라이 에칭은 마이크로 전기 기계 액추에이터19,20의 부분으로 PDMS 마이크로 구조를 확인 하는 데 사용 됩니다. 다공성 PDMS 막 설계 공 레이아웃은 또한 드라이 에칭 프로세스21를 통해 조작 됩니다. 습식 및 건식 에칭 기술을 지정 된 기 하 도형22PDMS 영화 패턴에 통합 될 수 있습니다.
그러나, PDMS 위한 에칭 기술 채널 구조 모양 적용 되지 않은 일반적으로 미세 제조에 그들의 본질적인 제한 때문에 복잡 한 섹션. 첫째, 다양 한 섹션의 미세 채널을 만들기 위한 화학 물질의 층 류 흐름을 활용 하 여 PDMS 습식된 에칭의 기술을 설립 되어, 이후 채널 섹션 형성은 여전히 제한 기본 특성 때문에 등방성 화학 에칭의23를 처리합니다. 또한, PDMS 드라이 에칭 기법20를 사용 하 여 마이크로 제조에 채널 섹션 형상 제어 하기 위한 합리적인 공간을 것 같다, 비록 필요한 에칭 시간 일반적으로 너무 깁니다 조건 (시간) 수 미세 칩 제조를 위한 실용입니다. 또한, PDMS 자료와 해당 마스크 에칭 선택도 포토 레지스트 층은 일반적으로 낮은 수 있습니다 및 채널에 대 한 결과 에칭된 깊이 없습니다, 따라서, 허용20.
이 문서에서 우리는 PDMS 순차적 습식된 에칭 프로세스 (SWEP 라 함)에 의해 다른 형상 횡단면의 미세 채널을 조작 하는 1 단계 접근 방식을 개발 한다. SWEP 단일 레이어 채널 PDMS 미세 장치로 시작 합니다. 채널의 여러 레이아웃 디자인, 다양 한 종류의 다른 기하학적 섹션 미세 채널 제조는 순차적 에칭 프로세스를 통해 얻을 수 있습니다. 순차 에칭만 PDMS 자료에 포함 된 계획된 단일 레이어 레이아웃의 특정 채널에 도입 되는 현상을 필요 합니다. 기존의 PDMS 제조 프로세스에 비해는 SWEP 그냥 사각형이 아닌 섹션의 미세 채널 조작 하 한 추가 단계 또는 다양 한 높이 필요 합니다. 제안 된 SWEP 크게 앞서 언급 한 방법에 있는 프로세스를 단순화할 수 있는 흐름 방향에 따라 다양 한 섹션으로 미세 채널 날조의 간단 하 고 간단한 방법을 제공 합니다.

<table><tbody><tr><td>1-Methyl-2-Pyrrolidinone</td><td>Tedia, Fairfield, OH</td><td>ME-1962</td><td>NMP</td></tr><tr><td>10 ml 주사기</td><td>Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ</td><td>302151</td><td></td></tr><tr><td>150 mm 페트리 접시</td><td>Dogger Science</td><td>DP-43151</td><td></td></tr><tr><td>1H,1H,2H,2H- Perfluorooctyltrichlorosilane</td><td>Alfa Aesar, Ward Hill, MA</td><td>L16606</td><td>97 % 실란&nbsp;</td></tr><tr><td>4 "실리콘 더미 웨이퍼</td><td>Wollemi Technical, Taoyuan,</td> <td>Taiwan-Acetone</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td><td>AH3102-000000-72EC</td><td></td></tr><tr><td>AG 이중 노출 마스크 얼라이너</td><td>M & R Nano Technology, Taoyuan, Taiwan</td><td>AG500-4D-D-V-S-H</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy Punch</td><td>Miltex, Plainsboro, NJ</td><td>33-31</td><td></td></tr><tr><td>Blunt Needle</td><td>Jensen Global, Santa Barbara, CA</td><td>Gauge 16</td><td></td></tr><tr><td>Buffered Oxide Etch</td><td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td><td>PH3101-000000-72EC</td><td></td></tr><tr><td>Desicattor</td><td>A-VAC Industries, Anaheim, CA</td><td>35.10001.01</td><td></td></tr><tr><td>플루오레세인 나트륨 염수</td><td>Sigma-Aldrich Co., St Louis, MO</td><td>F6300</td><td></td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>National Institutes of Health, Bethesda, MD</td><td>Ver. 1.51</td><td>이미징 처리 프로그램&nbsp;</td></tr><tr><td>도립 형광 현미경&nbsp;</td><td>Leica Microsystems, Wetzlar, Germany</td><td>DMI 6000 B</td><td></td></tr><tr><td>이소프로필 알코올(IPA)</td><td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td><td>CMOS112-00000-72EC</td><td></td></tr><tr><td>Leica Application Suite&nbsp;</td><td>Leica Microsystems GmbH</td><td>LAS X</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks, Natick, MA</td><td>R2015b</td><td>MR 평가를 위한 프로그래밍</td></tr><tr><td>기계 컨벤션 오븐</td><td>ThermoFisher Scientific, Waltham, MA</td><td>Lindberg Blue M MO1450C</td><td></td></tr><tr><td>플라즈마 트레트먼트 시스템</td><td>Nordson MARCH, Concord CA</td><td>PX-250</td><td>산소 플라즈마 표면 처리</td></tr><tr><td>폴리디메틸실록산 (PDMS)&nbsp;</td><td>Dow Corning, Midland, MI</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>폴리에틸렌 튜빙</td><td>Becton-Dickinson and Company, Sparks, MD</td><td>427446</td><td>PE 205, 10'Spin</td></tr> <tr><td>Coater</td><td>ELS Technology, Hsinchu, Taiwan</td><td>ELS 306MA</td><td></td></tr><tr><td>네거티브 톤 포토레지스트&nbsp;</td><td>MicroChem, Westborough, MA</td><td>SU-8 2050</td><td></td></tr><tr><td>네거티브 톤 포토레지스트 개발자</td><td>MicroChem, Westborough, MA</td><td>Y020100</td><td>SU-8 개발자</td></tr><tr><td>외과 블레이드</td><td>페더, 오사카, 일본</td><td>5005093</td><td>PDMS 절단</td></tr><tr><td>주사기 펌프</td><td>Chemyx, Houston, TX</td><td>Fusion 400</td><td></td></tr><tr><td>Tetra-n-butylammonium Fluoride (TBAF)</td><td>Alfa Aesar, Ward Hill, MA</td><td>A10588</td><td></td></tr></tbody></table>

1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

입니다 (PDMS) 자료는 실질적으로 소프트 리소 그래피 복제 성형 기술을 사용 하 여 미세 장치 조작에 악용 됩니다. 사용자 지정된 채널 레이아웃 디자인은 특정 기능과 수많은 생물 및 화학 응용 프로그램 (예를 들어, 세포 배양, 바이오 센 싱, 화학 종합, 및 액체 처리)에서 미세 장치 통합된 성능 필요 합니다. 감광 레이어 마스터 금형으로 사진 평판에 의해 꽃무늬 실리콘 웨이퍼를 사용 하 여 접근을 성형의 자연 때문 미세 채널 일반적으로 사각형 모양 동일한 높이 일반 크로스 단면도 있다. 일반적으로 채널 여러 높이 또는 다른 기하학적 섹션을 특정 기능을 보유 하 고 다양 한 미세 응용 프로그램에서 수행할 수 설계 되었습니다 (예를 들어, hydrophoresis은 입자를 정렬 및 사용에 대 한 지속적인 흐름에 분리 혈6,7,,89). 따라서, 많은 노력 사진 평판 여러 감광 레이어 및 다른 PDMS 사용 하 여 얇은 시트 처럼 채널 다중 단계 접근법을 통해 다양 한 섹션을 생성 했다. 그럼에도 불구 하 고, 이러한 여러 단계 접근 일반적으로 지루한 절차 및 광범위 한 계측을 포함 한다. 또한, 조작된 장치를 지속적으로 수행 하지 않을 수 있습니다 및 결과 실험 데이터를 예측할 수 있습니다. 여기, 한 단계 접근 계획된 단일 레이어 레이아웃의 채널로 현상 소개 PDMS 순차적 습식된 에칭 프로세스를 통해 다른 기하학적 횡단면 미세 채널의 간단 제작 개발 PDMS 자료에 포함 된. 다른 형상의 PDMS 미세 채널 제조를 위한 기존의 방법에 비해, 개발된 단계 접근 채널 비 직사각형 섹션 또는 다양 한 높이 조작 하는 프로세스를 크게 단순화할 수 있습니다. 따라서, 기술 혁신적인 미세 시스템의 발전을 위한 제작 솔루션을 제공 하는 복잡 한 미세 채널 구축의 방법입니다.

최근, 연구의 많은 만들어진 다른 섹션의 채널 미세 소자의 제조에 리소 그래피 복제 성형13,,1415 및 PDMS 에칭 기술17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 그러나 22., 여전히 존재 하는 모양 패턴의 상당한 한계 및 어려움 제조 작업16,23</s...

여러 가지 방법입니다 미세 장치에 포함 된 비 직사각형 섹션의 채널의 제조에 사용할 수 있습니다. 그들의 대부분을 다단계 제조 하 고 광범위 한 맞춤 포함. 이 문서에서 한 단계 접근입니다 순차적 습식된 에칭에 의해 다른 기하학적 횡단면의 미세 채널 제조에 대 한 보고 됩니다.

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...

이 방법은 폴리디메틸실록산 폴리카보네이트 미세유체 장치에서 기하학적 단면이 다른 채널 제조와 같은 미세유체 분야에서 핵심 제조 기술을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 이점은 microfluidic 수로가 지루한 절차 및 광대한 줄맞춤 없이 연속적인 젖은 식각 과정에 의해 1개 단계 접근을 통해 날조될 수 있다 입니다. 이 기술의 의미는 복잡한 microfluidic 체계의 발달로 non-rectangular 단면도 각종 고점을 가진 수로를 위한 제작 과정이 이 방법을 사용하여 현저하게 간단하게 할 수 있기 때문에 확장됩니다.이 방법은 미세유체 장치 제조에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 플럭스 분포 또는 채널 내 물질 혼합과 같은 다른 원하는 미세환경 조건에도 적용할 수 있습니다. 준비된 마스터 몰드로 절차를 시작합니다. 이 경우, 포토레지스트로 생성된 네거티브 몰드는 4인치 실리콘 웨이퍼에 있습니다.다음은 채널 레이아웃에 대한 반전된 토폴로지의 컴퓨터 지원 설계 이미지입니다. 깨끗한 플라스틱 컵에 PDMS와 그 촉매를 결합하고 파워 교반기에서 혼합하여 진행합니다. 혼합물이 균질해지면 진공 펌프에 연결된 건조제에 컵을 60분 동안 넣습니다.PDMS 혼합물을 회수한 후 마스터 몰드로 가져갑니다. 틀 위에 혼합물 20g을 붓습니다. 거품을 도입하지 마십시오.다음으로, 페트리 접시를 가져와 PDMS 혼합물 30g을 붓습니다. 덮인 곰팡이와 페트리 접시를 건조기에 넣어 거품을 제거합니다. 60분 후 뚜껑을 덮은 곰팡이와 페트리 접시를 섭씨 60도의 오븐으로 옮겨 4시간 동안 경화시킵니다.경화 단계에 따라 PDMS를 실온으로 냉각시킵니다. 그런 다음 메스와 핀셋을 사용하여 경화된 PDMS를 금형에서 분리합니다. 채널 레이아웃을 덮도록 메스로 PDMS 레이어를 계속 테일러링합니다.바이옵시 펀치를 사용하여 채널 액세스 포트를 엽니다. 이제 페트리 접시에서 PDMS와 함께 작업하십시오. 메스와 핀셋을 사용하여 접시에서 제거합니다.그런 다음 PDMS 레이어를 성형 레이어와 동일한 치수로 절단합니다. PDMS 레이어를 표면 처리 기계로 가져옵니다. 한 PDMS 레이어의 설계된 채널과 다른 PDMS 레이어의 특징이 없는 표면을 노출하도록 레이어 방향을 지정합니다.층을 산소 플라즈마에 40초 동안 노출시킵니다. 완료되면 두 표면을 접착해야 합니다. 처리된 표면을 접촉시켜 두 층을 접착합니다.그런 다음 접착된 PDMS 층을 섭씨 60도 오븐에 최소 30분 동안 놓습니다. PDMS 습식 에칭을 특성화하기 위한 미세유체 장치를 준비합니다. 단일 레이어와 직선 직사각형 채널이 있는 단순한 디자인을 사용합니다.이 장치에는 하나의 폐기물 배출구와 하나의 입구가 있습니다. 이 이미지에서는 상단 및 하단 PDMS 레이어가 분리된 것으로 표시됩니다. 현미경으로 관찰하고 사진을 찍을 수 있도록 장치를 설정합니다.에칭 용액의 경우 TBAF 및 NMP를 1:10의 부피 대 부피 비율로 사용합니다. 스테인리스강의 뭉툭한 바늘을 사용하여 10ml 주사기에 에칭액을 넣습니다. 현미경 근처의 주사기 펌프에 주사기를 놓습니다.그런 다음 장치의 입구에 연결합니다. 배출구의 출력을 폐기물 용기로 안내합니다. 에칭액이 있는 실린지 펌프를 분당 150마이크로리터의 유속으로 가동합니다.명시야 현미경 보기를 사용하여 흐름 방향을 따라 에칭된 채널의 너비가 균일한지 확인하고 유속과 에칭액 조성을 확인할 수 있습니다. 분석을 위한 에칭 공정 중에 4배 배율로 채널 단면의 시계열 이미지를 캡처합니다. 현미경을 설정하여 view 미세유체 장치를 촬영합니다.이 경우 에칭액과 버퍼 유입구가 다른 영역으로 흐르도록 장치를 설계합니다. 다음은 위와 단면에서 장치의 입구와 채널에 대한 개략도입니다. 시간이 지남에 따라 에칭액과 버퍼의 다른 작용으로 인해 새로운 단면이 생성되며, 이는 최종 단면 및 평면도 사진의 이 회로도에 나와 있습니다.현미경 스테이지에 장치를 놓습니다. TBAF 및 NMP의 에칭 용액과 NMP 버퍼 용액을 준비합니다. 10ml 주사기 2개에 완충 용액을 채우고 1개에 에칭제를 채웁니다.장치 근처의 주사기 펌프에 주사기를 놓습니다. 폐기물 제거를 포함하여 장치에 대한 적절한 연결을 만드십시오. 에칭액과 함께 주사기 펌프를 분당 50마이크로리터의 유속으로 가동합니다.이 비디오에서는 초기 채널 형상이 빨간색 염료로 드러납니다. 시간이 지남에 따라 에칭액으로 인해 채널 벽 두께가 변합니다. 습식 에칭 공정의 시간을 정하여 공정이 적절한 채널 형상을 산출할 수 있도록 합니다.근처에 주사기 펌프가 있는 현미경을 준비합니다. 이것은 섹션이 다른 미세유체 믹서용 PDMS 채널을 만드는 데 사용되는 설계입니다. 그것은 표준 프로세스로는 달성하기 어려운 교대 거울 단면 형상을 가지고 있습니다.현미경에 장치를 설정하고 주사기 펌프와 연결합니다. 배출구로 표시된 포트에 TBAF NFP 에칭 용액을 소개합니다. 2시간에 걸쳐 기록된 이 평면도 사진에서와 같이 챔버가 시간이 지남에 따라 진화함에 따라 미세유체 채널을 관찰하십시오.적절한 채널 형상을 보장하기 위해 습식 에칭 공정의 시간을 정하십시오. 완료되면 장치의 특성을 파악합니다. 증류수가 담긴 주사기와 플루오레세인 나트륨 염 용액이 담긴 주사기를 준비하여 주사기 펌프에 넣습니다.미세유체 장치를 현미경에 놓고 각 주사기를 분당 20마이크로리터의 유속으로 흡입구에 연결합니다. 배출구에서 쓰레기를 뽑습니다. 미리 결정된 위치에서 위에서 채널의 형광 현미경 이미지를 촬영합니다.비교를 위해, 미세유체 장치의 에칭되지 않은 버전과 동일한 상황에서 이미지를 기록하십시오. 순차적인 습식 에칭으로 다양한 기하학적 단면을 가진 미세유체 채널을 제작할 수 있습니다. 이 패널은 이 비디오에서 보여준 십자형 단면을 생성하기 위해 단층 PDMS 채널의 에칭 주입구 배열을 요약합니다.에칭액은 중앙 채널로 들어가고 버퍼는 측면 채널로 들어갑니다. 에칭액과 버퍼를 전달하는 채널을 전환하는 것과 함께 동일한 채널 배열은 덤벨 모양의 단면을 생성합니다. 미세유체 혼합기와 유사한 다른 채널 배열은 에칭액만 사용하여 종 모양의 단면을 생성합니다.이 절차를 시도하는 동안 에칭액 누출을 방지하고 입구에서 PDMS 누출을 추가로 유도하기 위해 장치의 입구를 기억하는 것이 중요합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 순차적 습식 에칭 공정으로 채널의 다양한 기하학적 단면을 가진 PDMS 미세유체 장치를 성공적으로 제작하기 위한 단일 단계 접근 방식을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

one-step-approach-to-fabricating-polydimethylsiloxane-microfluidic

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작

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