Jednoetapowe podejście do wytwarzania kanałów mikroprzepływowych z polidimetylosiloksanu o różnych przekrojach geometrycznych za pomocą sekwencyjnych procesów trawienia na mokro

Metoda ta może pomóc w dostarczeniu kluczowych technik wytwarzania w dziedzinie mikrofluidyki, takich jak wytwarzanie kanałów o różnych przekrojach geometrycznych w urządzeniu mikroprzepływowym z polidimetylosiloksanu. Główną zaletą tej techniki jest to, że kanały mikroprzepływowe można wytwarzać w jednym kroku poprzez sekwencyjne procesy trawienia na mokro bez żmudnych procedur i rozległych wyrównań. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku rozwoju złożonych układów mikroprzepływowych, ponieważ procesy wytwarzania kanałów o przekrojach innych niż prostokątne lub różnych wysokich tonach mogą być znacznie uproszczone przy użyciu tej metody.

Chociaż metoda ta może dostarczyć informacji na temat wytwarzania urządzeń mikroprzepływowych, można ją również zastosować do innych pożądanych warunków mikrośrodowiska, takich jak rozkład strumienia lub mieszanina substancji w kanałach. Rozpocznij procedurę od przygotowanej formy wzorcowej. W tym przypadku forma negatywowa utworzona za pomocą fotorezystu znajduje się na czterocalowej płytce krzemowej.

Poniżej znajduje się wspomagany komputerowo obraz projektowy odwróconej topologii dla układów kanałów. Kontynuuj, łącząc PDMS i jego katalizator w czystym plastikowym kubku i mieszając je w mieszadle mocy. Gdy mieszanina jest jednorodna, umieścić kubek w eksykatorze podłączonym do pompy próżniowej na 60 minut.

Po pobraniu mieszaniny PDMS zanieś ją do formy wzorcowej. Wlej 20 gramów mieszanki na wierzch formy. Staraj się nie wprowadzać żadnych bąbelków.

Następnie weź szalkę Petriego i wlej do niej 30 gramów mieszaniny PDMS. Umieść przykrytą formę i szalkę Petriego w eksykatorze, aby wyeliminować pęcherzyki. Po 60 minutach przenieś przykrytą formę i szalkę Petriego do piekarnika o temperaturze 60 stopni Celsjusza, aby utwardzały się przez cztery godziny.

Po zakończeniu utwardzania pozwól PDMS ostygnąć do temperatury pokojowej. Następnie za pomocą skalpela i pęsety odłącz utwardzony PDMS od formy. Kontynuuj przesuwanie warstwy PDMS skalpelem, tak aby zakryła układ kanałów.

Użyj stempla do biopsji, aby otworzyć porty dostępu do kanału. Teraz pracuj z PDMS na szalce Petriego. Użyj skalpela i pęsety, aby usunąć go z naczynia.

Następnie przytnij warstwę PDMS do tych samych wymiarów, co warstwa formowana. Przenieś warstwy PDMS do maszyny do obróbki powierzchni. Zorientuj warstwy tak, aby uwidocznić zaprojektowane kanały jednej warstwy PDMS i pozbawioną cech powierzchnię drugiej.

Wystaw warstwy na działanie plazmy tlenowej przez 40 sekund. Po zakończeniu obie powierzchnie muszą zostać połączone. Połącz dwie warstwy, umieszczając ich obrabiane powierzchnie w kontakcie.

Następnie umieść połączone warstwy PDMS w piekarniku o temperaturze 60 stopni Celsjusza na co najmniej 30 minut. Przygotuj urządzenie mikroprzepływowe do charakteryzowania trawienia na mokro PDMS. Użyj prostej konstrukcji z pojedynczą warstwą i prostym prostokątnym kanałem.

W tym urządzeniu jest jeden odpływ i jeden wlot. Należy pamiętać, że górna i dolna warstwa PDMS są przedstawione na tym obrazie jako rozdzielone. Ustaw urządzenie tak, aby można je było obserwować i fotografować pod mikroskopem.

Do roztworu wytrawiającego użyj TBAF i NMP w stosunku objętości od jednego do 10. Pobrać wytrawiacz do 10-mililitrowej strzykawki za pomocą igły ze stali nierdzewnej. Umieścić strzykawkę na pompie strzykawkowej w pobliżu mikroskopu.

Następnie podłącz go do gniazda urządzenia. Skieruj wyjście z wylotu do pojemnika na odpady. Uruchomić pompę strzykawkową z wytrawiaczem przy natężeniu przepływu 150 mikrolitrów na minutę.

Użyj widoków mikroskopu w jasnym polu, aby upewnić się, że wytrawiony kanał wzdłuż kierunku przepływu ma jednolitą szerokość i pomóc potwierdzić szybkość przepływu i skład wytrawiacza. Przechwytuj obrazy szeregów czasowych przekroju poprzecznego kanału z czterokrotnym powiększeniem podczas procesu trawienia w celu analizy. Ustaw mikroskop, aby wyświetlić i sfotografować urządzenie mikroprzepływowe.

W takim przypadku należy zaprojektować urządzenie tak, aby wloty wytrawiacza i bufora przepływały do różnych obszarów. Oto schemat wlotów i kanałów urządzenia od góry i w przekroju. Z biegiem czasu odmienne działanie wytrawiacza w porównaniu z buforem stworzy nowy przekrój poprzeczny, pokazany na tym schemacie końcowego przekroju poprzecznego i zdjęciu widoku z góry.

Umieść urządzenie na stoliku mikroskopu. Przygotować roztwór wytrawiający TBAF i NMP oraz roztwór buforowy NMP. Napełnij dwie 10-mililitrowe strzykawki roztworem buforowym, a jedną wytrawiaczem.

Umieścić strzykawki na pompie strzykawkowej w pobliżu urządzenia. Wykonaj odpowiednie połączenia dla urządzenia, w tym te do usuwania odpadów. Uruchomić pompę strzykawkową z wytrawiaczem przy natężeniu przepływu 50 mikrolitrów na minutę.

W tym filmie początkowa geometria kanału jest ujawniona za pomocą czerwonego barwnika. Z biegiem czasu wytrawiacz powoduje zmianę grubości ścianki kanału. Zaplanuj proces trawienia na mokro, aby upewnić się, że proces daje odpowiednią geometrię kanału.

Przygotuj mikroskop z pompą strzykawkową w pobliżu. Jest to konstrukcja używana do tworzenia kanałów PDMS dla mieszalnika mikroprzepływowego o różnych sekcjach. Ma naprzemienną lustrzaną geometrię przekroju poprzecznego, która byłaby trudna do osiągnięcia przy użyciu standardowych procesów.

Ustaw urządzenie na mikroskopie i podłącz je do pompy strzykawkowej. Wprowadzić roztwór wytrawiacza TBAF NFP na wylocie oznaczonym portem. Obserwuj kanał mikroprzepływowy, gdy komora ewoluuje w czasie, jak na tych zdjęciach z góry zarejestrowanych w ciągu dwóch godzin.

Zmierz czas procesu trawienia na mokro, aby zapewnić odpowiednią geometrię kanału. Po zakończeniu scharakteryzuj urządzenie. Przygotować strzykawkę z wodą destylowaną i drugą z roztworem soli sodowej fluoresceiny do umieszczenia w pompie strzykawkowej.

Umieść urządzenie mikroprzepływowe na mikroskopie i podłącz do każdej strzykawki do wlotu o natężeniu przepływu 20 mikrolitrów na minutę. Pobieraj odpady z wylotu. Wykonaj zdjęcia kanału z mikroskopu fluorescencyjnego od góry w określonych pozycjach.

Dla porównania, rejestruj obrazy w tych samych warunkach za pomocą niesieciowej wersji urządzenia mikroprzepływowego. Możliwe jest wytwarzanie kanałów mikroprzepływowych o różnych przekrojach geometrycznych z sekwencyjnym trawieniem na mokro. Ten panel podsumowuje rozmieszczenie wlotów wytrawiacza w jednowarstwowych kanałach PDMS w celu uzyskania przekroju poprzecznego pokazanego w tym filmie.

Zwróć uwagę, że wytrawiacz trafia do kanału centralnego, a bufor do kanałów bocznych. Ten sam układ kanałów, wraz z przełączaniem kanałów, które przenoszą wytrawiacz i bufor, tworzy przekrój w kształcie hantli. Inny układ kanałów, podobny do mieszalnika mikroprzepływowego, wytwarza przekrój w kształcie dzwonu przy użyciu tylko wytrawiacza.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o wlotach urządzeń, aby uniknąć wycieku wytrawiacza i dodatkowo wywołać wyciek PDMS na wlotach. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykonać jednoetapowe podejście, aby z powodzeniem wytworzyć urządzenia mikroprzepływowe PDMS o różnym przekroju geometrycznym kanałów z sekwencyjnymi procesami trawienia na mokro.