Zachte litografie is een reeks snelle, eenvoudige en goedkope fabricageprocessen die met succes zijn gebruikt om de complexe kanalen van microfluïdische systemen te patroon. In de elektronica-industrie verwijst litografie naar het proces van microfabricage met behulp van licht en lichtgevoelige polymeren om delen van een dunne film of het grootste deel van een substraat te patroon. De term zachte litografie verwijst naar het gebruik van zachte elastomerische materialen zoals polydimethylsiloxaan of PDMS om deze technieken uit te voeren. In deze video zullen we de verschillende soorten zachte litografie-technieken illustreren, gevolgd door een protocol dat de fabricage van een microfluïdisch apparaat demonstreert. Ten slotte zullen we zien hoe onderzoekers in verschillende vakgebieden zachte litografie in hun voordeel gebruiken.
Laten we eerst de meest gebruikelijke technieken van zachte litografie bekijken. De eerste stap in al deze technieken is de fabricage van de master mal. Dit gebeurt met behulp van traditionele fotolitografie, die licht en een lichtgevoelig materiaal genaamd fotoresist gebruikt om het gewenste patroon op een substraat zoals silicium te creëren. Om meer over fotolitografie te leren, zie een eerder video in deze Jove-collectie. De tweede stap is het gieten van een elastomeer op deze master mal en vervolgens het uitharden ervan. Dit creëert de flexibele elastomerische stempel met de reliëffuncties die op verschillende manieren in de verschillende technieken van zachte litografie wordt gebruikt. De belangrijkste overdrachtsmodi met behulp van de gegoten stempel zijn printen, mallen, faseverschuiving optische litografie, mechanisch snijden en gieten. Bij het printen wordt de stempel eerst bedekt met een overdraagbare inkt zoals octadecaandithiol of ODT, die vervolgens op het substraat, zoals goud, wordt geplaatst. Wanneer de stempel wordt verwijderd, wordt alleen de inkt van het verhoogde stempeloppervlak op het substraatoppervlak geïmprint. Het printen repliceert dus direct nano-schaalfuncties op het substraat. In een andere techniek, genaamd mallen, wordt de stempel zelf als mal gebruikt. Hier wordt de stempel in een onverhard polymeer gedrukt en vervolgens uitgehard. Vervolgens wordt de mal verwijderd om het patroon van de stempel te onthullen. Net als bij het printen, resulteert mallen ook in directe replicatie van nano-schaalfuncties op het substraat. In de derde techniek, genaamd faseverschuiving-randlitografie, wordt het substraat eerst bedekt met het fotoresist-materiaal. Vervolgens wordt de stempel op het beklede substraat geplaatst en wordt er licht doorheen getoond. Dit resulteert in het feit dat de randen van de functies worden overgedragen naar de film van fotoresist, zoals waargenomen in traditionele litografietechnieken. Bij mechanisch snijden, ook bekend als nanoskiving, wordt de stempel gebruikt om onverhard epoxy-prepolymeer te mallen, net als bij het mallen. Dit gevormde prepolymeer wordt uitgehard, vervolgens bedekt met een dunne film van een materiaal naar keuze, bijvoorbeeld goud. Deze film wordt vervolgens in meer epoxy ingebed en uitgehard waarna deze wordt gesneden met behulp van een ultramicrotoom om een plak epoxy met het patroon te vormen. Ten slotte wordt bij het gieten een polymeer in een master mal gegoten om een stempel te maken. Deze kan vervolgens worden geplet voor inlaten en uitlaten en aan een substraat worden vastgelijmd. In de volgende sectie bekijken we het protocol voor het fabriceren van een eenvoudig microfluïdisch apparaat.
Bereid eerst de master mal voor met behulp van traditionele litografietechnieken. Raadpleeg een eerder video in deze collectie voor protocoldetails. De master mal wordt meestal gefabriceerd op een siliciumsubstraat. Om de stempel te fabriceren, bereidt u eerst een mengsel van ongeveer 25 gram PDMS en verharder in een verhouding van 10:1. Ontgast vervolgens het mengsel om eventuele luchtbellen te verwijderen. Plaats vervolgens de master mal in een container met een platte basis en giet het ontgaste PDMS-mengsel erop. Bak nu de PDMS gedurende ongeveer een uur op 60 graden Celsius, gevolgd door een natuurlijke afkoeling van de oven naar kamertemperatuur gedurende nog een uur. Snijd vervolgens de PDMS van de mal en plaats deze met de patroonkant omhoog om besmetting te voorkomen. Snijd vervolgens de individuele patronen uit. Boor eventuele inlaten en uitlaten met een dermatologische gaatjespons van de juiste grootte om vloeistofstroming in en uit het apparaat mogelijk te maken. Plaats vervolgens het PDMS-apparaat in een zuurstofplasmareiniger en behandel het ongeveer een minuut. Plak de twee lagen van het apparaat aan elkaar en lijn het patroon uit onder een microscoop. Ten slotte wordt het voltooide apparaat aan een substraat gebonden met behulp van PDMS en gebakken om te uitharden. Test voor gebruik op lekken door water door de microfluïdische kanalen te laten stromen.
Zachte litografie heeft toepassing gevonden op gebieden variërend van moleculaire analyse tot klinische diagnostiek en medicijnontwikkeling. Laten we een aantal van deze voorbeelden bekijken. Deze techniek kan worden gebruikt om onconventionele structuren te maken, zoals flexibele microposts voor mechano-profilering van enkele cellen. Mechano-profilering verwijst naar de studie van de mechanische parameters zoals krachten die door micro-organismen op hun omgeving worden uitgeoefend. Nadat de microposts zijn gemaakt, worden gekweekte cellen toegestaan om erop te groeien. Dit resulteert in het buigen van de kleine flexibele pilaren, die vervolgens kunnen worden gemeten om de krachten die door de verschillende soorten cellen worden uitgeoefend te berekenen. Multilayer, multifluïdische systemen kunnen worden gebruikt om de effecten van verschillende micro-omgevingen op zoogdiercellen te bestuderen en te begrijpen. Deze systemen worden gemaakt door elke individuele PDMS-laag te maken met behulp van verschillende master mallen. Vervolgens worden de verschillende PDMS-afgietsels gereinigd, uitgelijnd en op elkaar gelaagd en gebakken. De meerdere lagen van het PDMS-apparaat maken de efficiënte scheiding van de vloeistof van de cellen mogelijk via een semipermeabele PDMS-membraan. Deze opstelling stelt onderzoekers in staat de effecten van nieuwe micro-omgevingen op de cellen te bestuder
Veel BioMEM apparaten, zoals microfluïdische kanalen, worden gemaakt met behulp van de soft lithography-techniek. Hier wordt een microschaalpatroon ge…
Hoofdstukken in deze video
0:06
Overview
1:03
Soft Lithography Techniques
4:02
Fabrication of a Microfluidic Device
5:49
Applications
7:32
Summary
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.