Miękka litografia to zestaw szybkich, prostych i niedrogich procesów produkcyjnych, które są z powodzeniem stosowane do modelowania złożonych kanałów układów mikroprzepływowych. W przemyśle elektronicznym litografia odnosi się do procesu mikrowytwarzania przy użyciu lekkich i wrażliwych na światło polimerów do modelowania części cienkiej warstwy lub masy podłoża. Termin miękka litografia odnosi się do użycia miękkich materiałów elastomerowych, takich jak polidimetylosiloksan lub PDMS do wykonywania tych technik. W tym filmie zilustrujemy różne rodzaje technik miękkiej litografii, a następnie protokół demonstrujący wytwarzanie urządzenia mikroprzepływowego. Na koniec zobaczymy, w jaki sposób naukowcy z różnych dziedzin wykorzystują miękką litografię na swoją korzyść.
Najpierw przyjrzyjmy się najpopularniejszym technikom miękkiej litografii. Pierwszym krokiem we wszystkich tych technikach jest wytworzenie formy wzorcowej. Odbywa się to za pomocą tradycyjnej fotolitografii, która wykorzystuje światło i światłoczuły materiał zwany fotorezystem do stworzenia pożądanego wzoru na podłożu takim jak krzem. Aby dowiedzieć się więcej o fotolitografii, zobacz poprzedni film z tej kolekcji Jove. Drugim krokiem jest nalanie elastomeru na tę główną formę, a następnie jej utwardzenie. W ten sposób powstaje elastyczny stempel elastomerowy o cechach reliefowych, który jest wykorzystywany na różne sposoby w różnych technikach miękkiej litografii. Głównymi sposobami transferu za pomocą stempla odlewanego są drukowanie, formowanie, litografia optyczna z przesunięciem fazowym, cięcie mechaniczne i odlewanie. Podczas drukowania stempel jest najpierw powlekany farbą przenoszalną, taką jak oktadekanotiol lub ODT, która jest następnie umieszczana na podłożu, takim jak złoto. Po usunięciu stempla na powierzchni podłoża odciskany jest tylko tusz z wypukłej powierzchni stempla. W ten sposób drukowanie bezpośrednio replikuje cechy w skali nano na podłożu. W innej technice zwanej formowaniem sama pieczęć jest używana jako forma. W tym przypadku stempel jest wciskany w nieutwardzony polimer, a następnie utwardzany. Następnie forma jest odklejana, aby odsłonić wzór ze stempla. Podobnie jak drukowanie, formowanie również powoduje bezpośrednią replikację cech w skali nano na podłożu. W trzeciej technice, zwanej litografią krawędziową z przesunięciem fazowym, najpierw podłoże jest pokrywane materiałem fotorezystu. Następnie stempel umieszcza się na powlekanym podłożu i przez stempel przepuszczane jest światło. Powoduje to, że krawędzie cech są przenoszone na film fotorezystu, jak obserwuje się w tradycyjnych technikach litografii. W przekroju mechanicznym, czyli nanoskivingu, stempel służy do formowania nieutwardzonego prepolimeru epoksydowego, podobnie jak w formowaniu. Ten uformowany prepolimer jest utwardzany, a następnie powlekany cienką warstwą wybranego materiału, na przykład złota. Folia ta jest następnie zatapiana w większej ilości żywicy epoksydowej i utwardzana, po czym jest cięta za pomocą ultramikrotomu w celu utworzenia płyty epoksydowej z wzorem. Wreszcie podczas odlewania polimer wlewa się do formy wzorcowej w celu wykonania stempla. Następnie można go przedziurkować na wlotach i wylotach i przykleić do podłoża. W poniższej sekcji zapoznamy się z protokołem wytwarzania prostego urządzenia mikroprzepływowego.
Najpierw przygotuj formę wzorcową przy użyciu tradycyjnych technik litografii. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat protokołu, zapoznaj się z poprzednim filmem z tej kolekcji. Forma wzorcowa jest zwykle wytwarzana na podłożu silikonowym. Aby wyprodukować stempel, najpierw przygotuj mieszaninę około 25 gramów PDMS i utwardzacza w stosunku 10:1. Następnie odgazuj mieszaninę, aby usunąć wszelkie pęcherzyki powietrza. Następnie umieść formę wzorcową w pojemniku o płaskim dnie i wlej na nią odgazowaną mieszaninę PDMS. Teraz piecz PDMS w temperaturze 60 stopni Celsjusza przez około godzinę, a następnie naturalnie schładzaj piekarnik do temperatury pokojowej przez kolejną godzinę. Następnie odetnij PDMS od formy i umieść go stroną z wzorem do góry, aby uniknąć zanieczyszczenia. Następnie wytnij poszczególne wzory. Przebij wszelkie wloty i wyloty za pomocą dermatologicznego dziurkacza o odpowiednim rozmiarze, aby umożliwić przepływ płynu do i z urządzenia. Następnie umieść urządzenie PDMS w tlenowym urządzeniu do czyszczenia plazmą i traktuj je przez około minutę. Sklej ze sobą dwie warstwy urządzenia i wyrównaj wzór pod mikroskopem. Na koniec przyklej gotowe urządzenie do podłoża za pomocą PDMS i upiecz je do utwardzenia. Przed użyciem sprawdź, czy nie ma wycieków, przepływając wodę przez kanały mikroprzepływowe.
Miękka litografia znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach, od analizy molekularnej po diagnostykę kliniczną i opracowywanie leków. Rzućmy okiem na niektóre z tych przykładów. Technika ta może być wykorzystana do tworzenia niekonwencjonalnych struktur, takich jak elastyczne mikrosłupki, do mechanicznego profilowania pojedynczych komórek. Profilowanie mechaniczne odnosi się do badania parametrów mechanicznych, takich jak siły wywierane przez mikroorganizmy na ich środowisko. Po wytworzeniu mikropostów hodowane komórki mogą na nich rosnąć. Powoduje to wygięcie małych elastycznych słupków, które można następnie zmierzyć w celu obliczenia sił wywieranych przez różne typy komórek. Wielowarstwowe, wieloprzepływowe systemy mogą być wykorzystywane do badania i zrozumienia wpływu różnych mikrośrodowisk na komórki ssaków. Systemy te są wytwarzane poprzez wykonanie każdej pojedynczej warstwy PDMS przy użyciu różnych form głównych. Następnie różne odlewy PDMS są czyszczone, wyrównywane, układane warstwami jeden na drugim i pieczone. Wielowarstwowość urządzenia PDMS pozwala na skuteczne oddzielenie płynu od komórek za pomocą półprzepuszczalnej membrany PDMS. Taka konfiguracja pozwala naukowcom badać i charakteryzować wpływ nowych mikrośrodowisk na komórki, umożliwiając kontrolowaną ilość płynów, takich jak tlen lub nowe media, dyfundować z górnej warstwy płynu testowego do komórek ssaków w dolnym kanale mikroprzepływowym.
Właśnie obejrzałeś film Jowisza na temat miękkiej litografii. W tym miejscu omówiliśmy podstawowe techniki miękkiej litografii wraz ze szczegółowym protokołem wytwarzania urządzenia mikroprzepływowego PDMS jako przykład. Dzięki za oglądanie.
Wiele urządzeń BioMEM, takich jak kanały mikroprzepływowe, jest wytwarzanych przy użyciu techniki miękkiej litografii. W tym przypadku wzór w mikroska…
Rozdziały w tym filmie
0:06
Overview
1:03
Soft Lithography Techniques
4:02
Fabrication of a Microfluidic Device
5:49
Applications
7:32
Summary
Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.