Ontwerp en ontwikkeling van een driedimensionaal gedrukte microscoopmaskeruitlijnadapter voor de fabricage van meerlaagse microfluïdische apparaten

Dit protocol is belangrijk omdat het het mogelijk maakt om een kosteneffectief en eenvoudig te gebruiken platform te genereren dat helpt bij de productie van nauwkeurige meerlaagse microfluïdische mastermallen. Het belangrijkste voordeel van de techniek is dat het alleen het gebruik vereist van het 3D-geprinte platform en standaard laboratoriumapparatuur die vaak worden aangetroffen in laboratoria die microfluïdische apparaten produceren. Visuele demonstratie van dit protocol is van cruciaal belang om te demonstreren hoe u de 3D-geprinte microscoopmaskeruitlijnadapter kunt aanpassen en gebruiken.

Verkrijg de afmetingen van de lade van het beschikbare UV-lichtemissiesysteem als bovengrens voor de afmetingen van de waferhouder. Meet de diameter van de binnenste cirkelrand, de binnenhoogte van de lade met UV-lichtemissiesystemen, de totale breedte en lengte van de lade. Pas deze afmetingen toe met behulp van een computerontwerptoepassing om de waferhouder aan te passen aan de lade voor UV-lichtemissiesystemen.

Meet de lengte tussen de schroeven en de breedte van de schroeven op het beschikbare staande microscoopstadium dat de schuifhouder op zijn plaats houdt. Gebruik een computerontwerptoepassing en pas deze afmetingen toe om de magnetische houder aan te passen aan de beschikbare microscoop om een eenvoudige en nauwkeurige bevestiging van de MMAA op de microscoop mogelijk te maken. Gebruik een vier inch siliconen wafer met de juiste fotoweerstand om de eerste laag van de hoofdmal te maken, zodat de dikte groter is dan de volgende lagen voor eenvoudige identificatie van de uitlijningsmarkeringen.

Gebruik een lichtgekleurde markeerstift om de uitlijningsmarkeringen van de eerste laag aan alle vier de zijden in te kleuren. Gebruik de instructies van de fabrikant om de foto te weerstaan, start de tweede laag van de hoofdvorm door de foto op de wafer te laten coaten en de zachte bakbewerking uit te voeren. Steek de gecoate wafer in de waferhouder van de MMAA en bevestig de gecoate wafer met tape aan de MMAA.

Bevestig de waferhouder met behulp van de magnetische microscoopsluiting aan de beschikbare rechtopstaande microscoop. Verplaats de positie van de MMAA met behulp van de X- en Y-richtingsknoppen van het microscoopstadium totdat een van de gekleurde uitlijningsmarkeringen op de wafer zichtbaar is door de microscooplens. Verwijder de waferhouder uit het microscoopstadium en steek het fotomasker van de tweede laag in de waferhouder bovenop de gecoate wafer.

Zorg ervoor dat de gekleurde uitlijningsmarkeringen van de eerste laag gedeeltelijk zichtbaar zijn via de uitlijningsmarkeringen op het fotomasker en dat de rechte rand van het fotomasker wordt over elkaar heengeimposeerd met de rechte rand van de siliconen wafer. Bevestig de waferhouder terug op het microscoopstadium en bevestig het fotomasker aan een schaarlift door een van de zijuitsparingen met tape. Gebruik de schaarlift om de Z-richtingspositie van het fotomasker aan te passen totdat deze recht boven de gecoate wafer ligt.

Terwijl u het fotomasker stil houdt, kijkt u door de microscooplens en identificeert u de gekleurde uitlijningsmarkeringen van de eerste laag onder de uitlijningsmarkeringen van het fotomasker met behulp van de X- en Y-richtingsknoppen van het microscoopstadium om de positie van de MMAA te verplaatsen. Pas de positie van de MMAA aan totdat de uitlijningsmarkering op het fotomasker wordt overlappen met de gekleurde uitlijningsmarkering op de eerste laag. Breng voorzichtig een lichte kracht aan op het fotomasker en gebruik tape om het fotomasker op zijn plaats te zetten bovenop de gecoate wafer.

Maak het fotomasker los van de schaarlift en zorg ervoor dat alle vier de uitlijningsmarkeringen op het fotomasker in lijn zijn met de vier uitlijningsmarkeringen op de eerste laag. Plaats de uitlijning en maak de waferhouder voorzichtig los van het microscoopstadium. Plaats de glazen bovenplaat bovenop de wafer en het fotomasker om de opening tussen de twee stukken te verkleinen.

Plaats de hele waferhouder in het beschikbare UV-lichtblootstellingssysteem en voer de belichting van de tweede laag uit. Verwijder de waferhouder uit het UV-lichtblootstellingssysteem, verwijder vervolgens de gecoate wafer uit de waferhouder en maak het fotomasker los van de wafer. Voltooi de na-bakken en ontwikkeling van de tweede laag volgens de instructies van de foto weerstaan fabrikant.

Haal de hoofdmal op en plaats deze op het podium van de rechtopstaande microscoop om de afstand tussen de eerste en tweede laag te bepalen. Meet de afstand waarmee de tweede laag wordt verschoven en verkeerd uitgelijnd vanaf de eerste laag op de microkanaalstructuren. Gebruik de rechtopstaande microscoop om te bepalen of de PDMS-chip kanaalwanden bevat die recht zijn met duidelijke apparaatranden.

Controleer bovendien de PDMS-chip op mogelijke defecten die de functionaliteit van het apparaat kunnen belemmeren. Door de optimalisatie en het gebruik van de MMAA werden meerlaagse mastermallen met minimale uitlijningsfout vervaardigd. Dit systeem en het beschreven protocol werden gebruikt voor het uitlijnen van de markeringen op het fotomasker met de markeringen op de beginlaag van de hoofdmal.

De dubbellaagse SU-8 master mold voor een microfluïdisch apparaat met een visgraatpatroon is gefabriceerd en heeft een tussenruimte van minder dan vijf micrometer tussen de twee lagen. De tweelaagse master mold werd vervolgens gebruikt om PDMS-microchips te fabriceren. Scanning elektronenmicroscoopbeelden tonen aan dat het microfluïdische apparaat met het visgraatpatroon duidelijke randen, rechte kanaalwanden en goed uitgelijnde lagen bevat, die essentieel zijn voor de juiste apparaatfunctionaliteit.

Bovendien is een vierlaagse master mold met eenvoudige cirkelvormige functies gemaakt met behulp van de MMAA om een succesvolle uitlijning van een meerlaagse master mold te laten zien. Profilometergegevens bevestigen de vier verschillende lagen van de hoofdmal. Het is belangrijk om geduld te hebben en langzaam te werken bij het uitlijnen van de uitlijningsmarkeringen van de eerste en tweede laag en bij het bevestigen van het fotomasker aan de gecoate wafer.

Deze procedure kan worden gebruikt voor de productie van veel verschillende meerlaagse mastermallen, waardoor onderzoekers uit kleinere laboratoria complexere microfluïdische apparaatontwerpen kunnen verkennen.