1: 소프트 리소그래피

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.