Zachte lithografische Procedure voor de productie van kunststof Microfluidic apparaten met weergave-poorten transparant voor zichtbaar en infrarood licht
August 17th, 2017
Een protocol voor de fabrikatie van kunststof microfluidic apparaten met transparante weergave-poorten voor zichtbaar en infrarood licht beeldvorming wordt beschreven.
Het overkoepelende doel van dit microfabricageprotocol is om plastic microfluïdische apparaten te produceren die compatibel zijn met Fourier-transformatie-infrarood microspectroscopie op een eenvoudige en kosteneffectieve manier. Deze methoden kunnen helpen bij een grotere begrip van cellulaire biochemie. Het biedt ons vereenvoudigde toegang tot infrarood microspectroscopie, een label-vrije, niet-beschadigende beeldtechniek die biochemische kaarten van levende cellen kan opleveren.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de noodzaak om toegang te krijgen tot een microfabricagefaciliteit vermindert en dat het plastic gebruikt als het hoofdbestanddeel voor de uiteindelijke apparaten. Mona Suryana, een onderzoeksassistent uit ons laboratorium, zal de procedure demonstreren. Om deze procedure te beginnen, bereidt u de silicium primaire mal voor zoals beschreven in het tekstprotocol.
Meng vervolgens het PDMS-elastomeer en het uithardingsmiddel in een verhouding van 10 tot 1. De totale hoeveelheid gemengd is zodanig dat het resulterende PDMS ongeveer één tot 1,5 millimeter dik is. Na grondig mengen, brengt u het mengsel over naar een vacuümpot.
Verlaag de druk tot deze tussen de één en tien millibar ligt. Wacht 15 minuten of tot er geen zichtbare bubbels meer zijn om het mengsel te ontgassen. Giet het ontgaste PDMS op de voorbereide siliconen mal.
Breng de mal over naar de vacuümpot en verlaag de druk gedurende 15 minuten om het mengsel opnieuw te ontgassen. Breng vervolgens de mal over naar een hotplate of oven. Verwarm de mal gedurende twee uur op 70 graden Celsius om het mengsel uit te harden.
Verwijder het uitgeharde PDMS van de hittebron en laat het afkoelen tot kamertemperatuur. Gebruik een scheermes om het PDMS langs de randen van de siliconen mal te snijden. Gebruik een stel pincetten om een hoek vast te nemen en verwijder voorzichtig de PDMS replica van de siliconen mal.
Breng vervolgens de PDMS mal over naar een plasmareiniger. Stel de kamerdruk tussen één en tien millibar in en behandel de PDMS mal met zuurstofplasma bij 60 watt gedurende 30 seconden met een zuurstofstroom van 20 SCCM. Plaats daarna de mal in een vacuümpot en voeg ongeveer 50 microliter silaan toe.
Laat de pot twee uur in de vacuümtoestand. Om te beginnen, ontwerp of verwerf acryl sjablonen, zoals beschreven in het tekstprotocol en bereid PDMS elastomeer en uithardingsmiddel voor zoals aangegeven aan het begin van deze procedure. Giet het ontgaste PDMS mengsel op de acryl sjablonen tot het bovenste oppervlak is ondergedompeld, ongeveer één millimeter onder het vloeistofoppervlak.
Breng vervolgens de ondergedompelde sjablonen over naar een vacuümpot. Ontgas de PDMS met behulp van hetzelfde proces als eerder. Breng vervolgens de ondergedompelde sjablonen over naar een hotplate of een oven.
Verwarm gedurende twee uur op 60 graden Celsius om het mengsel uit te harden. Verwijder het uitgeharde PDMS van de hittebron en laat het afkoelen tot kamertemperatuur. Gebruik een scheermes om het PDMS langs de randen van de acryl sjablonen te snijden.
Gebruik vervolgens een stel pincetten om een hoek vast te nemen en verwijder voorzichtig de PDMS. Bereid vervolgens de tweede PDMS replica voor zoals beschreven in het tekstprotocol. Om te beginnen met het fabriceren van de patroonhelft van het apparaat, behandel een calciumfluoride venster met zuurstofplasma bij 60 watt gedurende 30 seconden, met een zuurstofstroom van 20 SCCM.
Plaats voorzichtig de eerste PDMS sjabloon, degene met de kleine pilaren, op een vlakke ondergrond. Plaats vervolgens het behandelde calciumfluoride venster in het midden van de sjabloon. Druk zachtjes om ervoor te zorgen dat het venster volledig in contact is met de PDMS.
Plaats vervolgens een UV-transparante plaat op de achterkant van de PDMS mal, uitgelijnd met de locatie van de centrale kamer. Druk zachtjes om ervoor te zorgen dat het volledig in contact is met de PDMS. Plaats de mal op de PDMS sjabloon met de vloeistofpatroongevel naar beneden en met de vloeistofkamer uitgelijnd met het midden van het venster.
Vervolgens doseert u geleidelijk druppels NOA bij de ingang van de PDMS sjabloon. Laat de NOA langzaam de holte vullen. Nadat de holte volledig is gevuld, laat u de NOA uitharden door de mal bloot te stellen aan UV-licht.
Verwijder voorzichtig de UV-transparante plaat van de mal. Verwijder voorzichtig de PDMS mal van de bovenkant van de NOA-laag. Verwijder daarna de NOA-laag.
Om te beginnen met het fabriceren van de platte helft van het apparaat, behandel het calciumfluoride venster met zuurstofplasma bij 60 watt gedurende 30 seconden, met een zuurstofstroom van 20 SCCM. Plaats voorzichtig de tweede PDMS sjabloon, degene zonder de kleine pilaren, op een vlakke ondergrond. Plaats het behandelde calciumfluoride venster in het midden van de sjabloon.
Druk zachtjes om ervoor te zorgen dat het venster volledig in contact is met de PDMS. Verkrijg vervolgens een 1 millimeter dikke laag PDMS van vijf centimeter bij 3,5 centimeter. Plaats deze laag bovenop het calciumfluoride venster, uitgelijnd met het midden van de sjabloon.
Druk zachtjes om ervoor te zorgen dat de laag volledig in contact is met het venster. Doseert u geleidelijk druppels NOA bij de ingang van de PDMS sjabloon. Laat de NOA langzaam de holte vullen.
Nadat de holte volledig is gevuld, laat u de NOA uitharden door de mal bloot te stellen aan UV-licht. Verwijder de PDMS laag. Verwijder vervolgens voorzichtig de uitgeharde NOA laag van de PDMS sjabloon.
Plaats de ene helft van het apparaat op de andere, met de calciumfluoride vensters uitgelijnd. Druk zachtjes op de hoeken van de NOA lagen om de positie van de twee helften te fixeren. Verkrijg vervolgens PDMS schijven en rechthoeken zoals beschreven in het tek
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel beschrijft een protocol voor het fabriceren van plastic microfluïdische apparaten die compatibel zijn met Fourier-transform infrarood microspectroscopie. De methode heeft tot doel de toegang tot infrarood beeldtechnieken te vereenvoudigen voor het bestuderen van cellulaire biochemie.
Belangrijkste onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Microfabricage
- Biochemie
- Beeldtechnieken
Achtergrond
- Microfluïdische apparaten zijn essentieel voor verschillende biochemische toepassingen.
- Infrarood microspectroscopie is een label-vrije beeldtechniek.
- Deze techniek maakt het mogelijk biochemische kaarten van levende cellen te verkrijgen.
- Het gebruik van plastic vermindert de behoefte aan gespecialiseerde micro-fabricagefaciliteiten.
Doel van het onderzoek
- Om een kosteneffectieve methode te bieden voor het produceren van microfluïdische apparaten.
- Om de begrip van cellulaire biochemie te verbeteren.
- Om een vereenvoudigde aanpak van infrarood microspectroscopie te demonstreren.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van een siliconen primaire mal.
- Fabricage van plastic microfluïdische apparaten.
- Implementatie van Fourier-transform infrarood microspectroscopie.
- Demonstratie door een onderzoeksassistent.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle fabricage van apparaten compatibel met infrarood beeldvorming.
- Gedaan is met de gemakkelijke toegang tot geavanceerde beeldtechnieken.
- De voordelen van het gebruik van plastic in de fabricage van apparaten zijn benadrukt.
- Er is een protocol geboden dat op grote schaal in het onderzoek kan worden toegepast.
Conclusies
- Het protocol biedt een praktische oplossing voor onderzoekers.
- Het vergemakkelijkt de studie van levende cel biochemie zonder schade aan monsters.
- Deze methode kan de toepassing van infrarood microspectroscopie in biologisch onderzoek vergroten.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Enabling high-transparency microfluidic devices with CaF2 view-ports addresses a critical bottleneck in live-cell IR spectro-microscopy, supporting non-destructive biochemical mapping. This fabrication protocol reduces reliance on cleanroom infrastructure, accelerating early discovery and assay development workflows. The approach enhances predictive confidence in cellular biochemistry studies and expands platform accessibility across R&D portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Facilitates direct biochemical interrogation of live cells using IR and visible light.
- Enables mechanistic de-risking by supporting label-free, non-destructive imaging.
- Improves target validation through high-fidelity spectral data acquisition.
Screening & Assay Development
- Supports preparation of microfluidic platforms with reproducible optical properties.
- Enables standardized, quantitative readouts for compound or condition screening.
- Allows flexible device design for open or closed channel configurations.
Translational & Preclinical Research
- Provides continuity from discovery to preclinical validation via robust biochemical mapping.
- Aligns with translational biomarker strategies by enabling live-cell spectral analysis.
- Reduces risk of artifactual data by preserving sample integrity during analysis.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates from early discovery through assay development, supporting workflows that require high-transparency, IR-compatible microfluidic devices for live-cell analysis.
- Discovery Biology: Advances hypothesis testing and pathway clarification using live-cell IR spectro-microscopy.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative spectral outputs for comparative analysis.
- Analytics: Provides high-transmittance windows for accurate measurement of biochemical changes.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling non-destructive biomarker assessment.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, adaptable platform for diverse R&D applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in live-cell studies.
- Operational Value: Streamlines device fabrication, minimizing cleanroom dependency and turnaround time.
- Strategic Value: Supports efficient go/no-go decisions by enabling rapid, high-quality data acquisition.
- Portfolio Impact: Enhances risk-adjusted prioritization through robust, reproducible biochemical insights.
Implementation Considerations
- Requires expertise in soft lithography and microfluidic assembly.
- Needs access to PDMS molding, plasma cleaning, and UV curing infrastructure.
- Demands cross-team standardization for device design and fabrication protocols.
- Adaptable to various channel configurations and integration of advanced features.
- Safety protocols are essential when handling silane and UV light, as noted in the procedure.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:51
Preparation of Polydimethylsiloxane Secondary Mold
9:35
Conclusion
8:44
Results: Transparency of the Completed Plastic Microfluidic Device
2:59
Preparation of PDMS Templates
4:17
Fabrication of the Patterned Half of the Microfluidic Device
6:00
Fabrication of the Flat Half of the Microfluidic Device
7:28
Bonding the Two Halves to Fabricate the Microfluidic Device
