Projekt i opracowanie trójwymiarowo drukowanego adaptera do wyrównywania maski mikroskopowej do wytwarzania wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych

Summary

Ten projekt pozwala małym laboratoriom na opracowanie łatwej w użyciu platformy do produkcji precyzyjnych wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych. Platforma składa się z wydrukowanego w trzech wymiarach adaptera do ustawiania maski mikroskopowej, za pomocą którego uzyskano wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe z błędami wyrównania <10 μm.

Abstract

Ten projekt ma na celu opracowanie łatwej w użyciu i opłacalnej platformy do produkcji precyzyjnych, wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych, co zazwyczaj można osiągnąć tylko przy użyciu kosztownego sprzętu w pomieszczeniach czystych. Kluczową częścią platformy jest drukowany w trzech wymiarach (3D) adapter do wyrównywania maski mikroskopowej (MMAA) kompatybilny ze zwykłymi mikroskopami optycznymi i systemami naświetlania światłem ultrafioletowym (UV). Cały proces tworzenia urządzenia został znacznie uproszczony ze względu na pracę wykonaną w celu optymalizacji projektu urządzenia. Proces ten polega na znalezieniu odpowiednich wymiarów dla sprzętu dostępnego w laboratorium i wydrukowaniu 3D MMAA ze zoptymalizowanymi specyfikacjami. Wyniki eksperymentów pokazują, że zoptymalizowany MMAA zaprojektowany i wyprodukowany przez druk 3D dobrze radzi sobie ze zwykłym mikroskopem i systemem ekspozycji na światło. Korzystając z formy wzorcowej przygotowanej przez wydrukowane w 3D MMAA, powstałe urządzenia mikroprzepływowe o wielowarstwowych strukturach zawierają błędy wyrównania <10 μm, co jest wystarczające dla zwykłych mikroczipów. Chociaż błąd ludzki spowodowany transportem urządzenia do systemu naświetlania światłem UV może powodować większe błędy produkcyjne, minimalne błędy osiągnięte w tym badaniu są osiągalne przy praktyce i staranności. Co więcej, MMAA można dostosować do każdego mikroskopu i systemu naświetlania UV, wprowadzając zmiany w pliku modelowania w systemie druku 3D. Projekt ten zapewnia mniejszym laboratoriom użyteczne narzędzie badawcze, ponieważ wymaga jedynie użycia sprzętu, który zazwyczaj jest już dostępny dla laboratoriów produkujących i używających urządzeń mikroprzepływowych. Poniższy szczegółowy protokół przedstawia proces projektowania i drukowania 3D dla MMAA. Ponadto opisano w niniejszym dokumencie etapy pozyskiwania wielowarstwowej formy wzorcowej przy użyciu MMAA i produkcji mikroprzepływowych chipów z poli(dimetylosiloksanu) (PDMS).

Introduction

Dobrze rozwiniętą i obiecującą dziedziną badań inżynieryjnych jest mikrofabrykacja ze względu na szeroki zakres zastosowań wykorzystujących platformy mikroprzepływowe. Mikrofabrykacja to proces, w którym konstrukcje są wytwarzane o rozmiarach μm lub mniejszych przy użyciu różnych związków chemicznych. Wraz z rozwojem badań mikroprzepływowych w ciągu ostatnich 30 lat, miękka litografia stała się najpopularniejszą techniką mikrowytwarzania za pomocą mikrochipów wykonanych z poli(dimetylosiloksanu) (PDMS) lub podobnych substancji. Te mikroczipy były szeroko stosowane do miniaturyzacji powszechnych praktyk laboratoryjnych1^,

Protocol

1. Projektowanie MMAA

1. Uzyskaj wymiary tacy dostępnego systemu emisji światła UV jako górną granicę wymiarów uchwytu płytki (lub jednostki naświetlania UV) pokazanej na Rysunek 1. Jak pokazano w Rysunek 2A, zmierz średnicę (d) wewnętrznej okrągłej krawędzi, wewnętrzną wysokość (h) tacki systemu emisji światła UV, całkowitą szerokość (w) i długość (l) tacy.
   UWAGA: Na przykład dostępny system naświetlania światłem UV miał wewnętrzne wymiary tacy 5 cali (") x 5" x 0,25" z okrągłym wycięciem 4". Wymiary MMAA zostały następnie zaprojektowane tak, aby nie były większe niż wewnętrzne wymiary tacy, a....

Results

Dzięki optymalizacji i użyciu MMAA (Rysunek 1), wyprodukowano wielowarstwowe formy wzorcowe z minimalnym błędem wyrównania. Ostateczny MMAA został wyprodukowany przy użyciu procesu drukowania 3D z użyciem topionego filamentu (FFF) (Rysunek 2). Proces FFF zapewnia zwiększoną dokładność dla pożądanych wymiarów urządzenia. MMAA składa się z dwóch głównych części (Rysunek 3): podstawy i niestandardowego zapięcia. Podstawa składa się z jednostki naświetlającej promie.......

Discussion

Wspomniany protokół przedstawia procedurę drukowania 3D MMAA i wykorzystania systemu do stworzenia precyzyjnej, wielowarstwowej, mikroprzepływowej formy wzorcowej urządzenia. Chociaż urządzenie jest łatwe w użyciu, w protokole znajdują się krytyczne kroki, które wymagają praktyki i staranności, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie warstw formy głównej. Pierwszym krytycznym krokiem jest zaprojektowanie MMAA. Istotne przy projektowaniu MMAA jest określenie dokładnych wymiarów urządzenia, które pozwolą na odpowiednie dopasowa.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Akrylonitryl-butadien-styren (ABS), filament			dostarczony przez drukarnię 3D Texas Tech University
BX53, mikroskop pionowy	Olympus
Form 2, stereolitograficzną drukarkę 3D	Formlabs
	VWR	97042-642
Alkohol izoproylowy, 70% (v/v)	VWR	BDH7999-4
magnesy	markerowe Sharpie
, 3 mm x 3 mm	WOTOY		ASIN #: B075PLVW8W
SYLGARD 184 Zestaw elastomerów silikonowych	DOW	4019862
szalka Petriego, 150 mm x 15 mm	VWR	25384-326
Drukowane maski	fotograficzne CAD/Art Services, Inc.
Aluminiowy podnośnik nożycowy - 8" x 8", podnośnik nożycowy	VWR	12620-904
Wafel	krzemowy University Wafer	452
Wodorotlenek sodu	VWR
Kąpiel Sonication	Branson	CPX3800H
Spin Coater	Laurell Technologies Corporation	Model WS-650MZ-23NPPB
STRATASYS SR-30	MakerBot Industries, LLC	SR-30	Rozpuszczalny materiał podporowy do druku 3D
Stratasys uPrint SE Drukarka 3D Technologia	wspomagana komputerowo, LLC
SU-8 50	Kayaku	Y131269 0500L1GL
SU-8 100	Kayaku	Y131273 0500L1GL
SU-8 Developer	Kayaku	Y020100 4000L1PE
Super klej	Gorilla Glue
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctylo)silan	Sigma-Aldrich	448931-10G
Taśma	Scotch
Form Cure, komora utwardzania UV	Formlabs	FH-CU-01
UV-KUB2, Pudełko do ekspozycji światłem UV	Kloe	UV-KUB2