Method Article

Wieloetapowa fotolitografia o zmiennej wysokości dla wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych z zaworami

DOI:

10.3791/55276

⸱

January 27th, 2017

 ,  , 
1Department of Bioengineering, Stanford University, 2Microfluidic Foundry, Stanford University, 3Department of Genetics, Stanford University, 4Chem-H Institute, Stanford University

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe często wiążą się z wytwarzaniem form wzorcowych o skomplikowanej geometrii dla funkcjonalności. W tym artykule przedstawiono kompletny protokół wieloetapowej fotolitografii z zaworami i funkcjami o zmiennej wysokości, które można dostosować do dowolnego zastosowania. W ramach demonstracji wytwarzamy mikroprzepływowy generator kropel zdolny do wytwarzania kulek hydrożelowych.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Systemy mikroprzepływowe umożliwiły nowe, potężne podejścia do wysokoprzepustowej analizy biochemicznej i biologicznej. Nadal jednak istnieje bariera wejścia dla osób niebędących specjalistami, które odniosłyby ogromne korzyści z możliwości opracowania własnych urządzeń mikroprzepływowych w celu odpowiedzi na pytania badawcze. Szczególnie brakowało otwartego rozpowszechniania protokołów związanych z fotolitografią, która jest kluczowym krokiem w rozwoju formy repliki do produkcji urządzeń z polidimetylosiloksanu (PDMS). Podczas gdy wytwarzanie wzorców krzemowych o pojedynczej wysokości było szeroko badane w literaturze, etapy produkcji bardziej skomplikowanych funkcji fotolitografii niezbędnych dla wielu interesujących funkcji urządzeń (takich jak zaokrąglanie funkcji w celu tworzenia struktur zaworów, wzór pojedynczej formy o wielu wysokościach lub definicja wysokiego współczynnika proporcji) często nie są wyraźnie nakreślone.

Tutaj udostępniamy kompletny protokół do tworzenia wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych z zaworami i skomplikowanymi geometriami o różnych wysokościach, dostosowanych do każdego zastosowania. Te procedury produkcyjne są przedstawione w kontekście mikroprzepływowego syntezatora kulek hydrożelowych i demonstrują wytwarzanie kropelek zawierających glikol polietylenowy (diakrylan PEG) i fotoinicjatora, który można polimeryzować w stałe kulki. Protokół ten i towarzysząca mu dyskusja stanowią podstawę zasad projektowania i metod wytwarzania, które umożliwiają rozwój szerokiej gamy urządzeń mikroprzepływowych. Zawarte tu szczegóły powinny pozwolić osobom niebędącym specjalistami na projektowanie i wytwarzanie nowatorskich urządzeń, a tym samym na wprowadzenie wielu niedawno opracowanych technologii do ich najbardziej ekscytujących zastosowań w laboratoriach biologicznych.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przez ostatnie 15 lat, mikrofluidyka jako dziedzina szybko się rozwijała, z eksplozją nowych technologii umożliwiających manipulowanie płynami w skali mikrometrowej1. Systemy mikroprzepływowe są atrakcyjnymi platformami do pracy w mokrych laboratoriach, ponieważ małe objętości mają potencjał do osiągnięcia zwiększonej prędkości i czułości, a jednocześnie radykalnie zwiększają przepustowość i obniżają koszty dzięki wykorzystaniu ekonomii skali2,3. Wielowarstwowe systemy mikroprzepływowe wywarły szczególnie znaczący wpływ na wysokoprzepustowe zastosowania analizy biochemicznej, takie jak ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Wielowarstwowa konstrukcja urządzenia

UWAGA: Cechy o różnych wysokościach i/lub fotorezystorach muszą być dodawane sekwencyjnie do płytki podczas różnych etapów produkcji, aby stworzyć ostateczne cechy kompozytu. W związku z tym projekty dla każdej oddzielnej wysokości i fotorezystu, które mają być zawarte na płytce, muszą być wydrukowane na osobnej masce (Rysunek 4).

  1. Pobierz program do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) (np. AutoCAD Educational Version).
  2. Zdefiniuj obszar płytki 4", rysując okrąg 4". Projekty płytek półprzewodnikowych (Rysunek 4, Dodatkowe zasoby)....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj demonstrujemy wytwarzanie wielowarstwowych form mikroprzepływowych z zaworami o zmiennej wysokości, tworząc urządzenia zdolne do generowania kulek hydrożelowych z poliglikolu etylenowego (PEG) z kropelek (Rysunek 2). Przegląd całego procesu produkcyjnego znajduje się na rysunku 3. Wykorzystując elementy konstrukcyjne z poprzednich prac, syntezator perełkowy wykorzystuje 4 wysokości w swojej warstwie przepływowej, w tym (1) zaokrąglo.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Praca ta demonstruje kompletny, wieloetapowy protokół fotolitograficzny dla wielowarstwowego urządzenia mikroprzepływowego z zaworami i geometrią o zmiennej wysokości, które można dostroić do dowolnego zastosowania za pomocą prostych modyfikacji parametrów produkcyjnych w oparciu o nasze narzędzie online26 i instrukcje producenta25. Protokół ten ma na celu wyjaśnienie wielowarstwowej fotolitografii dla badaczy chcących konstruować urządzenia mikroprzepływowe poza prostymi, .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują Scottowi Longwellowi za pomocne komentarze i edycje manuskryptu oraz Robertowi Puccinellemu za fotografię urządzenia. Autorzy dziękują za hojne wsparcie ze strony grantu na rozwój technologii Beckman Institute. K.B. jest wspierany przez stypendium NSF GFRP oraz komponent TLI Stanford Clinical and Translational Science Award to Spectrum (NIH TL1 TR 001084); P.F. potwierdza stypendium McCormick and Gabilan Faculty Fellowship.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Materials
Mylar Maski przezroczyste, 5"FineLine Plotting
5" Płytki kwarcoweUnited Silica Niestandardowe
4-calowe wafle krzemowe,wafel uniwersytecki452
SU8 2005, 2025, 2050 fotorezystorMicrochemY111045, Y111069, Y111072
Az50XT Zintegrowane mikromateriałyAZ50XT-Q
SU8 DeveloperMicrochemY020100
AZ400K Developer 1:3Zintegrowane mikromateriałyAZ400K1:3-CS
Szklana miska Pyrex 150 mmSigma-AldrichCLS3140150-1EA
Waflowa szalka Petriego, 150 mmVWR25384-326
Pęseta waflowa Mikroskopia elektronowa Nauki (EMS)78410-2W
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooktylo)silan (PFOTS)Sigma-Aldrich448931-10G
Szkiełka szklane 2" x 3"Thomas Scientific 6686K20
RTV 615 elastomerowa baza i utwardzacz PDMS zestawMomentive RTV615-1P
Rurka Tygon, 0.02" OD Fischer Naukowy 14-171-284
Rurka kapilarna PEEK, 510 μ m OD, 125 μ m IDZeusNiestandardowe360 μ m PEEK jest łatwo dostępny przez Idex (numer katalogowy: 1571)
Cyro 4 ml tubkaGreiner Bio-One127279
Epoxy, 30 minPermatex84107
Metalowe kołki, 0,025 "OD, .013" IDNew England Small TubeNE-1310-02
Diakrylan poli(glikolu etylenowego), Mn 700Sigma-Aldrich455008-100ML
Fotoinicjator fosfinianu fenylo(2,4,6-trimetylobenzoilo)fosfinianu litu Tokijski przemysł chemiczny Co.L0290Zazwyczaj syntetyzujemy LAP we własnym zakresie. 
HEPESSigma-AldrichH4034-25G
Lekki olej mineralnySigma-Aldrich330779-1L
Span-80Sigma-Aldrich85548
ABIL EM 90UPI Chem420095 
 
Nazwa Company<strong>Numer katalogowyKomentarze
EquipmentEquivalent equiptation lub domowe zestawy będą działać równie
Mask AlignerKarl SussMA6
ProfilometrKLA-TencorAlpha-Step D500
Spin PowlekarkaLaurell TechnologiesWS-650-23Można użyć dowolnej powlekarki, która akceptuje wafle 100 mm
Eksykator próżniowy, Bell-Jar StyleBel-Art420100000
PiekarnikCole-PalmerWU-52120-02
System utwardzania punktowego UV z opcją 3 mm LLGDiody LED UV Dymax41015ksenonowe lampy łukowe lub inne źródła UV o tej samej intensywności działają równie dobrze
MFCS Microfluidic Fluid Control SystemMożnaFluidgent MFCS-EZ, niestandardowe pneumatyki lub inne systemy sterowania
Zautomatyzowane skrypty sterująceMATLAB
Płyta grzewczaTory Pines ScientificHP30Wystarczy dowolna płyta grzewcza z równomiernym ogrzewaniem (tj. , płyty aluminiowe lub ceramiczne).
klasy testowej dobrze , również stosować pompy strzykawkowe

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Duncombe, T. A., Tentori, A. M., Herr, A. E. Microfluidics: reframing biological enquiry. Nat. Rev. Mol. Cell Bio. 16 (9), (2015).
  2. Squires, T. M., Quake, S. R. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev.Mod. Phys. 77 (3), (2005).
  3. Whitesides, G. M.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Multi step PhotolithographyVariable Height FeaturesMicrofluidic Master MoldsOn chip ValvesSU 8 PhotoresistUV Mask AlignmentPDMS Device FabricationHydrogel Bead SynthesisFlow Control SystemDevice Alignment

Related Articles