Miękka procedura litograficzna do wytwarzania plastikowych urządzeń mikroprzepływowych z otworami widokowymi przezroczystymi dla światła widzialnego i podczerwonego

Nadrzędnym celem tego protokołu mikroprodukcji jest wyprodukowanie plastikowych urządzeń mikroprzepływowych kompatybilnych z mikrospektroskopią w podczerwieni z transformacją Fouriera w prosty i opłacalny sposób. Metody te mogą pomóc w szerokim zrozumieniu biochemii komórkowej. Zapewnia nam uproszczony dostęp do mikrospektroskopii w podczerwieni, wolnej od etykiet, nieszkodliwej techniki obrazowania, która może pobrać mapy biochemiczne żywych komórek.

Główną zaletą tej techniki jest to, że zmniejsza ona potrzebę dostępu do zakładu mikroprodukcyjnego i wykorzystuje plastik jako główny komponent urządzeń końcowych. Procedurę zademonstruje Mona Suryana, asystentka naukowa z naszego laboratorium. Aby rozpocząć tę procedurę, przygotuj pierwotną formę silikonową zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Następnie wymieszaj elastomer PDMS i utwardzacz w stosunku 10 do jednego. Całkowita ilość zmieszanego jest taka, że wynikowy PDMS ma grubość około jednego do 1,5 milimetra. Po dokładnym wymieszaniu przenieś mieszaninę do słoika próżniowego.

Obniż ciśnienie, aż wyniesie od jednego do 10 milibarów. Odczekaj 15 minut lub do momentu, gdy nie będzie widocznych pęcherzyków, aby odgazować mieszaninę. Odgazowany PDMS wlać na przygotowaną formę silikonową.

Przenieś formę do słoika próżniowego i obniż ciśnienie na 15 minut, aby ponownie odgazować mieszaninę. Następnie przenieś formę na płytę grzejną lub piekarnik. Podgrzej formę w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez dwie godziny, aby utwardzić mieszaninę.

Wyjmij utwardzony PDMS z ognia i pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej. Użyj żyletki, aby przeciąć PDMS wzdłuż krawędzi formy silikonowej. Za pomocą pęsety ściśnij jeden róg i ostrożnie oderwij replikę PDMS od silikonowej formy.

Następnie przenieś formę PDMS do myjki plazmowej. Ustaw ciśnienie w komorze w zakresie od jednego do 10 milibarów i potraktuj formę PDMS plazmą tlenową o mocy 60 watów przez 30 sekund przy przepływie tlenu 20 SCCM. Następnie umieść formę w słoiku próżniowym i dodaj około 50 mikrolitrów silanu.

Pozostaw słoik w stanie próżni na dwie godziny. Aby rozpocząć, zaprojektuj lub zdobądź szablony akrylowe, zgodnie z opisem w protokole tekstowym i przygotuj elastomer PDMS i utwardzacz, jak pokazano na początku tej procedury. Wlej odgazowaną mieszaninę PDMS na akrylowe szablony, aż najwyższa powierzchnia zostanie zanurzona, około jednego milimetra poniżej powierzchni cieczy.

Następnie przenieś zanurzone szablony do słoika próżniowego. Odgazowuje PDMS przy użyciu tego samego procesu, co poprzednio. Następnie przenieś zanurzone szablony na gorącą płytę lub piekarnik.

Podgrzewaj w 60 stopniach Celsjusza przez dwie godziny, aby utwardzić mieszaninę. Wyjmij utwardzony PDMS ze źródła ciepła i pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej. Za pomocą żyletki przytnij PDMS wzdłuż krawędzi akrylowych szablonów.

Następnie użyj pęsety, aby uszczypnąć jeden róg i ostrożnie oderwij PDMS. Następnie należy przygotować drugą replikę PDMS zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Aby rozpocząć wytwarzanie wzorzystej połowy urządzenia, potraktuj okienko fluorku wapnia plazmą tlenową o mocy 60 watów przez 30 sekund, przy przepływie tlenu 20 SCCM.

Ostrożnie umieść pierwszy szablon PDMS, ten z małymi słupkami, na płaskiej powierzchni. Następnie umieść okienko z fluorkiem wapnia poddane działaniu fluorku wapnia na środku szablonu. Naciśnij delikatnie, aby upewnić się, że okno jest w pełnym kontakcie z PDMS.

Następnie umieść przezroczystą płytkę UV z tyłu formy PDMS, wyrównaną z położeniem centralnej komory. Naciśnij delikatnie, aby upewnić się, że jest w pełnym kontakcie z PDMS. Umieść formę na szablonie PDMS wzorem płynu skierowanym w dół i z komorą fluidyczną wyrównaną do środka okna.

Następnie stopniowo dozuj krople NOA na wlocie matrycy PDMS. Pozwól NOA powoli wypełnić wnękę. Po całkowitym wypełnieniu ubytku utwardź NOA, wystawiając formę na działanie światła UV.

Ostrożnie wyjmij przezroczystą płytkę UV z formy. Delikatnie oderwij formę PDMS od górnej części warstwy NOA. Następnie usuń warstwę NOA.

Aby rozpocząć wytwarzanie płaskiej połowy urządzenia, należy potraktować okienko fluorku wapnia plazmą tlenową o mocy 60 watów przez 30 sekund przy przepływie tlenu o natężeniu 20 SCCM. Ostrożnie umieść drugi szablon PDMS, ten bez małych słupków, na płaskiej powierzchni. Umieść okienko z fluorkiem wapnia poddane działaniu fluorku wapnia na środku szablonu.

Naciśnij delikatnie, aby upewnić się, że okno jest w pełnym kontakcie z PDMS. Następnie zdobądź arkusz PDMS o grubości jednego milimetra o wymiarach pięć centymetrów na 3,5 centymetra. Umieść ten arkusz na górze okienka fluorku wapnia, wyrównany ze środkiem szablonu.

Delikatnie dociśnij, aby upewnić się, że arkusz w pełni styka się z oknem. Stopniowo dozuj krople NOA na wlocie matrycy PDMS. Pozwól NOA powoli wypełnić wnękę.

Po całkowitym wypełnieniu ubytku utwardź NOA, wystawiając formę na działanie światła UV. Zdejmij warstwę PDMS. Następnie ostrożnie usuń utwardzoną warstwę NOA z szablonu PDMS.

Umieść jedną połowę urządzenia na drugiej, tak aby okienka z fluorkiem wapnia były wyrównane. Delikatnie dociśnij rogi warstw NOA, ustalając położenie dwóch połówek. Następnie należy pobrać dyski i prostokąty PDMS zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Umieść dyski PDMS w odpowiednich otworach urządzenia. Następnie umieść prostokąty PDMS z wstępnie wyciętymi otworami z każdej strony. Przenieś cały zespół do prasy próżniowej, umieszczając go między dwiema płytami.

Następnie zamknij plastikową torbę. Włącz pompę próżniową, aby opróżnić zespół i pozwól mu pracować przez co najmniej 10 minut. Używając szerokopasmowej lampy rtęciowej o mocy 270 watów, wystawiaj opróżniony zespół na działanie światła UV przez 15 minut.

Następnie wyłącz pompę próżniową i pozwól zespołowi powoli odpowietrzyć się do ciśnienia atmosferycznego przed wyjęciem końcowego urządzenia z zespołu. W tej procedurze wytwarzane jest plastikowe urządzenie mikroprzepływowe z otworami przezroczystymi dla światła widzialnego i podczerwonego. Następnie pobierane są widma transmitancji w celu porównania zupełnie nowego okienka fluorku wapnia, połowy wyprodukowanego urządzenia i całego urządzenia.

Jak widać, wszystkie trzy wykazują przepuszczalność ponad 80% do średniej podczerwieni, co wskazuje na wysoki stopień przezroczystości w tym zakresie. Podczas gdy widmo dla całego urządzenia wykazuje wzór interferencyjny spowodowany szczeliną powietrzną między dwoma oknami, widma te pokazują, że proces wytwarzania nie zmienia przezroczystości okien z fluorku wapnia w zakresie średniej podczerwieni. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu godziny, jeśli zostanie wykonana prawidłowo, a wymagane szablony i formy są gotowe.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wytwarzać plastikowe urządzenia mikroprzepływowe kompatybilne ze spektroskopią w podczerwieni z transformacją Fouriera przy użyciu formowania replik z PDMS i procesu wypełniania kapilarnego żywicami utwardzanymi promieniami UV. Nie zapominaj, że praca z silanem i światłem UV może być bardzo niebezpieczna i zawsze przeprowadzaj ocenę ryzyka opartą na procedurach i noś odpowiedni sprzęt ochronny podczas wykonywania tej procedury.