Één stap aanpak te fabriceren Polydimethylsiloxaan Microfluidic kanalen van verschillende geometrische secties door sequentiële nat etsen processen

Deze methode kan helpen bij het bieden van belangrijke fabricagetechnieken op het gebied van microfluidica, zoals voor de productie van kanalen met verschillende geometrische dwarsdoorsneden in een polydimethylsiloxaan polycarbonaat microfluïdisch apparaat. Het grote voordeel van deze techniek is dat de microfluïdische kanalen kunnen worden gefabriceerd door middel van een eenstapsbenadering door sequentiële natte etchprocessen zonder omslachtige procedures en uitgebreide uitlijningen. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de ontwikkeling van complexe microfluïdische systemen, omdat fabricageprocessen voor kanalen met niet-rechthoekige secties of verschillende hoogtes aanzienlijk kunnen worden vereenvoudigd met behulp van deze methode.

Hoewel deze methode inzicht kan geven in de fabricage van microfluïdische apparaten, kan deze ook worden toegepast op andere gewenste micro-omgevingsomstandigheden, zoals fluxverdeling of mengsel van stoffen in kanalen. Begin de procedure met een voorbereide mastermal. In dit geval is de negatieve mal gemaakt met fotoresist op een vier-inch siliciumwafer.

Hier is een computer-aided design afbeelding van de omgekeerde topologie voor de kanaallay-outs. Ga verder door PDMS en zijn katalysator in een schone plastic beker te combineren en te mengen in een power stirrer. Wanneer de mix homogeen is, plaats de beker gedurende 60 minuten in een exsiccator verbonden met een vacuümpomp.

Na het ophalen van de PDMS-mix, breng deze naar de mastermal. Giet 20 gram van de mix op de mal. Probeer geen bubbels te introduceren.

Vervolgens verkrijgt u een petrischaal en giet 30 gram van de PDMS-mix erin. Plaats de bedekt mal en de petrischaal in een exsiccator om luchtbellen te elimineren. Na 60 minuten, breng de bedekt mal en de petrischaal over naar een oven van 60 graden Celsius om vier uur te drogen.

Na de stap van het drogen, laat de PDMS afkoelen tot kamertemperatuur. Gebruik vervolgens een scalpel en pincet om de gedroogde PDMS los te maken van de mal. Ga door met het aanpassen van de PDMS-laag met de scalpel zodat deze de kanaallay-out bedekt.

Gebruik een biopsiepons om de toegangspoorten van het kanaal te openen. Werk nu met de PDMS in de petrischaal. Gebruik een scalpel en pincet om het uit de schaal te verwijderen.

Snijd vervolgens de PDMS-laag tot dezelfde afmetingen als de gegoten laag. Neem de PDMS-lagen naar een oppervlaktebehandelingsmachine. Richt de lagen zo dat ze de ontworpen kanalen van de ene PDMS-laag en het oppervlak zonder kenmerken van de andere ontsluiten.

Stel de lagen bloot aan zuurstofplasma gedurende 40 seconden. Wanneer dit klaar is, moeten de twee oppervlakken worden gebonden. Bind de twee lagen door hun behandelde oppervlakken in contact te brengen.

Plaats vervolgens de gebonden PDMS-lagen gedurende ten minste 30 minuten in een oven van 60 graden Celsius. Bereid een microfluïdisch apparaat voor om PDMS natte etch te karakteriseren. Gebruik een eenvoudig ontwerp met een enkele laag en een rechthoekig kanaal.

In dit apparaat is er één afvoer en één ingang. Merk op dat de bovenste en onderste PDMS-lagen in dit beeld gescheiden zijn afgebeeld. Stel het apparaat zo in dat het kan worden waargenomen en gefotografeerd met een microscoop.

Voor de etchoplossing, gebruik TBAF en NMP in een volume-naar-volumeverhouding van een tot 10. Trek de etch in een spuit van 10 milliliter met een roestvrijstalen stompe naald. Plaats de spuit op een spuitpomp bij de microscoop.

Verbind deze vervolgens met de ingang van het apparaat. Leid de uitvoer van de uitlaat naar een afvalcontainer. Laat de spuitpomp met de etch lopen met een stroomsnelheid van 150 microliter per minuut.

Gebruik helderveld microscoopbeelden om ervoor te zorgen dat het geëtste kanaal langs de stroomrichting een uniforme breedte heeft en om de stroomsnelheid en etchsamenstelling te bevestigen. Maak tijdreeksenbeelden van de kanaaldwarsdoorsnede met viervoudige vergroting tijdens het etchproces voor analyse. Stel een microscoop in om een microfluïdisch apparaat te bekijken en te fotograferen.

Ontwerp in dit geval het apparaat zodat de etch en bufferinlaten in verschillende gebieden stromen. Hier is een schematische weergave van de inlaten en kanalen van het apparaat van bovenaf en in dwarsdoorsnede. Na verloop van tijd zal de verschillende actie van de etch ten opzichte van de buffer een nieuwe dwarsdoorsnede creëren, gedemonstreerd in dit schema van de uiteindelijke dwarsdoorsnede en de bovenaan gefotografeerde foto.

Plaats het apparaat op de microscoopstandaard. Bereid een etchoplossing van TBAF en NMP en een NMP-bufferoplossing voor. Vul twee 10-milliliter spuiten met bufferoplossing en één met etch.

Plaats de spuiten in positie op een spuitpomp bij het apparaat. Maak de juiste verbindingen voor het apparaat, inclusief die voor afvalverwijdering. Laat de spuitpomp met de etch lopen met een stroomsnelheid van 50 microliter per minuut.

In deze video wordt de aanvankelijke kanaalgeometrie onthuld met rode kleurstof. Na verloop van tijd veroorzaakt de etch dat de wanddikte van het kanaal varieert. Time de natte etchprocessen om ervoor te zorgen dat het proces de juiste kanaalgeometrie oplevert.

Bereid de microscoop voor met de spuitpomp in de buurt. Dit is het ontwerp dat wordt gebruikt om PDMS-kanalen te maken voor een microfluïdische mixer met verschillende secties. Het heeft een afwisselende gespiegelde dwarsdoorsnede die moeilijk zou zijn te bereiken met standaardprocessen.

Stel het apparaat op de microscoop in en verbind het met de spuitpomp. Breng de TBAF NFP etchoplossing in op de poort gemarkeerd als uitlaat. Observeer het microfluïdische kanaal terwijl de kamer zich ontwikkelt in de tijd, zoals in deze bovenaan genomen foto's gedurende twee uur.

Time de natte etchprocessen om ervoor te zorgen dat de juiste kanaalgeometrieën worden verkregen. Wanneer dit