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

Protokół ten jest istotny, ponieważ pozwala na wygenerowanie opłacalnej i łatwej w użyciu platformy, która pomaga w produkcji precyzyjnych wielowarstwowych mikroprzepływowych form wzorcowych. Główną zaletą tej techniki jest to, że wymaga ona jedynie użycia platformy drukowanej w 3D i standardowego sprzętu laboratoryjnego powszechnie spotykanego w laboratoriach produkujących urządzenia mikroprzepływowe. Wizualna demonstracja tego protokołu ma kluczowe znaczenie dla zademonstrowania, jak dostosować i używać wydrukowanego w 3D adaptera do wyrównywania maski mikroskopowej.

Uzyskać wymiary tacki dostępnego systemu emisji światła UV jako górną granicę wymiarów uchwytu płytki. Zmierz średnicę wewnętrznej okrągłej krawędzi, wewnętrzną wysokość tacki systemów emisji światła UV, całkowitą szerokość i długość tacy. Korzystając z aplikacji do projektowania komputerowego, zastosuj te wymiary, aby dostosować uchwyt wafla tak, aby pasował do tacy systemów emisji światła UV.

Zmierz długość między i szerokość na dostępnym pionowym stoliku mikroskopu, które utrzymują uchwyt szkiełka na miejscu. Korzystając z aplikacji do projektowania komputerowego, zastosuj te wymiary, aby dostosować uchwyt magnetyczny do dostępnego mikroskopu, aby umożliwić łatwe i precyzyjne mocowanie MMAA do mikroskopu. Użyj czterocalowej płytki krzemowej z odpowiednim fotorezysłem, aby utworzyć pierwszą warstwę formy wzorcowej, upewniając się, że grubość jest większa niż kolejne warstwy, aby ułatwić identyfikację znaczników wyrównania.

Użyj jasnego markera, aby pokolorować znaczniki wyrównania pierwszej warstwy ze wszystkich czterech stron. Korzystając z instrukcji producenta fotorezystu, zainicjuj drugą warstwę formy wzorcowej, obracając powłokę fotorezystu na wafel i wykonując miękkie pieczenie. Włóż powlekaną płytkę do uchwytu wafla MMAA i przymocuj powlekaną płytkę do MMAA za pomocą taśmy.

Przymocuj uchwyt wafla do dostępnego mikroskopu pionowego za pomocą łącznika mikroskopu magnetycznego. Przesuń pozycję MMAA za pomocą pokręteł kierunkowych X i Y stolika mikroskopu, aż jeden z kolorowych znaczników wyrównania na płytce znajdzie się w polu widzenia przez soczewkę mikroskopu. Wyjmij uchwyt wafla ze stolika mikroskopowego i włóż drugą warstwę fotomaski do uchwytu wafla na wierzchu powlekanej płytki.

Upewnij się, że kolorowe znaczniki wyrównania pierwszej warstwy są częściowo widoczne przez znaczniki wyrównania na masce fotograficznej i że prosta krawędź maski fotograficznej jest nałożona na prostą krawędź płytki krzemowej. Przymocuj uchwyt na wafel z powrotem do stolika mikroskopu i przymocuj fotomaskę do podnośnika nożycowego przez jedno z bocznych wycięć z taśmą. Użyj podnośnika nożycowego, aby wyregulować pozycję maski fotograficznej w kierunku Z, aż znajdzie się tuż nad powlekaną płytką.

Trzymając maskę fotograficzną nieruchomo, spójrz przez obiektyw mikroskopu i zidentyfikuj kolorowe znaczniki wyrównania pierwszej warstwy pod znacznikami wyrównania maski fotograficznej za pomocą pokręteł kierunku X i Y stolika mikroskopu, aby przesunąć pozycję MMAA. Dostosuj położenie MMAA, aż znacznik wyrównania na masce fotograficznej zostanie nałożony na kolorowy znacznik wyrównania na pierwszej warstwie. Ostrożnie przyłóż lekką siłę do maski fotograficznej i użyj taśmy, aby przymocować maskę fotograficzną na miejscu na powlekanej płytce.

Odłącz maskę fotograficzną od podnośnika nożycowego i upewnij się, że wszystkie cztery znaczniki wyrównania na masce fotograficznej są wyrównane z czterema znacznikami wyrównania na pierwszej warstwie. Po wyrównaniu ostrożnie odłącz uchwyt wafla od stolika mikroskopu. Włóż szklaną płytkę górną na wierzch wafla i maski fotograficznej, aby zmniejszyć odstęp między dwoma kawałkami.

Umieść cały uchwyt wafla w dostępnym systemie naświetlania światłem UV i wykonaj naświetlanie drugiej warstwy. Wyjmij uchwyt wafla z systemu naświetlania światłem UV, a następnie wyjmij powlekaną płytkę z uchwytu wafla i odłącz maskę fotograficzną od płytki. Zakończ pieczenie po pieczeniu i wywoływanie drugiej warstwy zgodnie z instrukcjami producenta fotorezystu.

Wyjmij formę wzorcową i umieść ją na stoliku mikroskopu pionowego, aby określić odległość przerwy między pierwszą warstwą a drugą warstwą. Zmierz odległość, o jaką druga warstwa jest przesunięta i niewspółosiowa od pierwszej warstwy na strukturach mikrokanałów. Użyj mikroskopu pionowego, aby określić, czy układ PDMS zawiera proste ścianki kanałów z wyraźnymi krawędziami urządzenia.

Dodatkowo sprawdź chip PDMS pod kątem ewentualnych usterek, które mogą utrudniać działanie urządzenia. Dzięki optymalizacji i zastosowaniu MMAA wyprodukowano wielowarstwowe formy wzorcowe z minimalnym błędem wyrównania. System ten oraz opisany protokół zostały wykorzystane do wyrównania markerów na masce fotograficznej z markerami na początkowej warstwie formy wzorcowej.

Wyprodukowano dwuwarstwową formę wzorcową SU-8 do urządzenia mikroprzepływowego z wzorem w jodełkę, w której wykazano, że odstęp między dwiema warstwami jest mniejszy niż pięć mikrometrów. Dwuwarstwowa forma wzorcowa została następnie wykorzystana do produkcji mikrochipów PDMS. Obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego pokazują, że urządzenie mikroprzepływowe ze wzorem w jodełkę ma wyraźne krawędzie, proste ścianki kanałów i dobrze wyrównane warstwy, które są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania urządzenia.

Ponadto przy użyciu MMAA stworzono czterowarstwową formę wzorcową z prostymi okrągłymi elementami, aby pokazać pomyślne wyrównanie wielowarstwowej formy wzorcowej. Dane z profilometru potwierdzają istnienie czterech odrębnych warstw formy wzorcowej. Ważne jest, aby uzbroić się w cierpliwość i pracować powoli podczas wyrównywania znaczników wyrównania pierwszej i drugiej warstwy oraz podczas mocowania fotomaski do powlekanej płytki.

Procedura ta może być stosowana do produkcji wielu różnych wielowarstwowych form wzorcowych, umożliwiając naukowcom z mniejszych laboratoriów badanie bardziej złożonych projektów urządzeń mikroprzepływowych.