Name: Ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-18T16:10:00.000+00:00
Duration: 7 min 1 s
Description: Poznaj ulepszoną technikę podwójnego odlewania PDMS z zastosowaniem oleju silikonowego jako bariery nieprzylegającej. Ta metoda umożliwia niezawodną replikację gęsto upakowanych mikrostruktur o wysokim współczynniku proporcji bez uszkodzeń.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Badania te były wspierane przez program badawczo-rozwojowy Challengeable Future Defense Technology Research and Development za pośrednictwem Agencji Rozwoju Obronności (ADD), finansowany przez Defense Acquisition Program Administration (DAPA) w 2023 r. (nr 915067201)

1. Wytwarzanie formy PDMS (M2) z formy silikonowej (M1) (Rysunek 1)
UWAGA: Wszystkie procedury związane z heksanem powinny być wykonywane w dygestoriach lub komorze rękawicowej, aby zapobiec wdychaniu lotnych związków organicznych i zapewnić bezpieczeństwo operatora.
<ol>
	<li>Silikonowa powłoka formy (M1)<ol>
		<li>Wymieszać roztwór heksanu i oktadecylotrichlorosilanu (OTS) w stosunku objętościowym 40:1 w czystej szklanej zlewce z mieszadłem.</li>
		<li>Przykryj szklaną zlewkę folią aluminiową, aby zminimalizować parowanie.</li>
		<li>Umieść szczelnie zamkniętą szklaną zlewkę w łaźni ultradźwiękowej o temperaturze pokojowej wypełnionej wodą. Sonikuj przy 40 kHz i 135 W przez 5 minut, aby zapewnić pełne mieszanie.</li>
		<li>Zanurz formę silikonową (wcześniej wytworzoną metodą głębokiego reaktywnego trawienia jonowego w celu uzyskania układu otworów) w przygotowanej mieszaninie heksanu-OTS na 30 minut w temperaturze pokojowej (RT) (rysunek 1A). UWAGA: W pracy wykorzystano formę silikonową o wymiarach 5 cm × 0,5 cm × 725 μm.</li>
		<li>Za pomocą czystej pęsety delikatnie wyjmij całą silikonową formę pionowo z roztworu heksan-OTS. Natychmiast przenieś formę do zlewki zawierającej czysty heksan. Opłucz formę, delikatnie mieszając ją w przód iw tył 5-10 razy w heksanie.</li>
		<li>Delikatnie osusz formę za pomocą dmuchawy N2 z odległości ~3 cm przez 6-10 s. Upewnij się, że na powierzchni nie pozostała widoczna wilgoć.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Produkcja form PDMS (M2)<ol>
		<li>Wymieszaj bazę PDMS i utwardzacz w proporcji 10:1 (w/w) na czystej plastikowej szalce Petriego przez 15 minut.</li>
		<li>Umieść zmieszany PDMS w komorze i odgazowuj przy 160 torach przez około 30 minut lub dłużej, jeśli to konieczne, aż na powierzchni nie pozostaną żadne widoczne pęcherzyki powietrza.</li>
		<li>Delikatnie pokryj czystą plastikową szalkę Petriego (np. o średnicy 90 mm) SO-100cSt (olej silikonowy o lepkości 100 cSt) za pomocą niestrzępiącej się wycieraczki wstępnie nasączonej SO-100cSt.</li>
		<li>Umieść silikonową formę pokrytą OTS stroną zadrukowaną do góry na środku powlekanej szalki Petriego. Powoli wylej odgazowaną mieszaninę PDMS na formę, aż zostanie całkowicie pokryta (Rysunek 1B).</li>
		<li>Ponownie odgazuj formę w próżniowym urządzeniu do usuwania pęcherzyków powietrza, aż nie pozostaną żadne widoczne pęcherzyki.</li>
		<li>Umieścić szalkę Petriego na rozgrzanej płycie grzejnej ustawionej na 90 °C i utwardzać PDMS przez 50 minut. Po utwardzeniu pozwól formie ostygnąć do temperatury RT przed wyjęciem z formy (Rysunek 1C).</li>
		<li>Po utwardzeniu delikatnie oderwij formę PDMS od formy silikonowej, zwracając uwagę na zachowanie mikrostruktury (rysunek 1D).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Wytwarzanie końcowego produktu PDMS przy użyciu formy PDMS (M2) (Rysunek 2)
<ol>
	<li>Obróbka powierzchni formy PDMS (M2)<ol>
		<li>Umieść wyprodukowaną formę PDMS na płycie grzejnej ustawionej na 150 °C i starzej ją termicznie przez 3 dni w otaczającym powietrzu (Rysunek 2A).</li>
		<li>Po starzeniu termicznym zanurz formę w SO-100cSt.</li>
		<li>Odgazuj formę pod próżnią 160 torr przez 10-15 minut lub do momentu, gdy nie pozostaną żadne widoczne pęcherzyki.</li>
		<li>Usuń formę za pomocą pęsety i delikatnie przetrzyj powierzchnię 3-5 razy czystą, niestrzępiącą się wycieraczką, aby usunąć nadmiar oleju, pozostawiając jednolitą cienką warstwę (Rysunek 2B).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Minimalizacja grubości warstwy oleju między filarami PDMS UWAGA: Ten krok ma kluczowe znaczenie, ponieważ zbyt gruba warstwa oleju może prowadzić do niedokładnej replikacji. Średnicę gwintu należy określić w zależności od geometrii mikrostruktury.<ol>
		<li>Przygotować mieszaninę PDMS (10:1 w/w base do utwardzacza), postępując zgodnie z tymi samymi etapami mieszania i odgazowywania, co w kroku 1.2.</li>
		<li>Delikatnie wlej odgazowaną mieszaninę PDMS na formę PDMS potraktowaną SO-100cSt, pozwalając jej rozprowadzić się po powierzchni (rysunek 2C). Nałóż wystarczającą objętość, aby wylany PDMS sięgał co najmniej połowy wysokości mikrofilarów.</li>
		<li>Zabezpiecz nylonową nić 0,5 μm pod delikatnym napięciem. Przesuń go raz lub dwa razy po powierzchni PDMS w jednym kierunku, aby rozrzedzić nadmiar oleju między mikrofilarami i zapewnić jednolitą powłokę (rysunek 2D).</li>
		<li>Odgazuj formę PDMS cienką warstwą PDMS w komorze próżniowej, aż nie pozostaną żadne widoczne pęcherzyki powietrza.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie PDMS z wzorem tablicy otworów<ol>
		<li>Delikatnie pokryj czystą plastikową szalkę Petriego SO-100cSt, jak opisano w kroku 1.2.3.</li>
		<li>Umieść formę PDMS na powlekanej plastikowej szalce Petriego, a następnie wlej odgazowaną mieszaninę PDMS na formę, aż PDMS osiągnie żądaną wysokość (rysunek 2E). UWAGA: W tym badaniu mieszanina została wypełniona do poziomu 0,5 cm powyżej końcówek mikrofilarów.</li>
		<li>Ponownie odgazuj zmontowaną formę, aby usunąć wszelkie pęcherzyki powietrza, które mogły powstać podczas etapu nalewania.</li>
		<li>Utwardzać PDMS na rozgrzanej płycie grzejnej w temperaturze 110 °C przez 10 minut lub dłużej, jeśli to konieczne, aż do całkowitego zestalenia. UWAGA: Temperatura utwardzania musi być wystarczająco wysoka, aby uniknąć wydłużenia czasu utwardzania. Przedłużone utwardzanie w niższych temperaturach może prowadzić do dyfuzji oleju silikonowego do PDMS, zwiększając w ten sposób przyczepność między formą a replikowaną strukturą. W tym badaniu temperaturę utwardzania ustawiono na 110 °C, co pozwoliło na całkowite utwardzenie w ciągu 10 minut.</li>
		<li>Po utwardzeniu delikatnie włóż czystą pęsetę między formę a replikę i ostrożnie wyjmij produkt końcowy z formy (Rysunek 2F).</li>
		<li>Delikatnie przetrzyj końcowy produkt PDMS za pomocą wycieraczki nasączonej alkoholem izopropylowym, aby usunąć wszelkie pozostałości SO-100cSt lub kurz.</li>
		<li>Osusz powierzchnię za pomocą dmuchawyN2 .</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Morbioli, G. G., Speller, N. C., Stockton, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+guide+to+rapid-prototyping+of+PDMS-based+microfluidic+devices%3A+A+tutorial%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chim+Acta%22%5BJournal%5D)">A practical guide to rapid-prototyping of PDMS-based microfluidic devices: A tutorial.</a> Anal Chim Acta. 1135, 150-174 (2020).</li>
<li>Olmos, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cost-effective+fabrication+of+photopolymer+molds+with+multi-level+microstructures+for+PDMS+microfluidic+device+manufacture%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Cost-effective fabrication of photopolymer molds with multi-level microstructures for PDMS microfluidic device manufacture.</a> RSC Adv. 10 (7), 4071-4079 (2020).</li>
<li>Wang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+highly+sensitive+tapered+fiber+biosensor+modified+by+PDMS+combustion+product+and+graphene+oxide+for+MUC1+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+Rep%22%5BJournal%5D)">A highly sensitive tapered fiber biosensor modified by PDMS combustion product and graphene oxide for MUC1 detection.</a> Sens Actuators Rep. 9, 100287(2025).</li>
<li>Staicu, C. E., Jipa, F., Axente, E., Radu, M., Radu, B. M., Sima, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab-on-a-chip+platforms+as+tools+for+drug+screening+in+neuropathologies+associated+with+blood-brain+barrier+alterations%5BTitle%5D)+AND+%22Biomolecules%22%5BJournal%5D)">Lab-on-a-chip platforms as tools for drug screening in neuropathologies associated with blood-brain barrier alterations.</a> Biomolecules. 11 (6), 916(2021).</li>
<li>Chudy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniaturized+tools+and+devices+for+bioanalytical+applications%3A+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Bioanal+Chem%22%5BJournal%5D)">Miniaturized tools and devices for bioanalytical applications: an overview.</a> Anal Bioanal Chem. 395 (3), 647-668 (2009).</li>
<li>Aghvami, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+cyclic+olefin+copolymer+%28COC%29+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+B+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of cyclic olefin copolymer (COC) microfluidic devices.</a> Sens Actuators B Chem. 247, 940-949 (2017).</li>
<li>Amadeo, F., Mukherjee, P., Gao, H., Zhou, J., Papautsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polycarbonate+masters+for+soft+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Polycarbonate masters for soft lithography.</a> Micromachines. 12 (11), 1392(2021).</li>
<li>Lim, W. -B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+UV-curable+acryl-polyurethane+for+flexural+3D+printing+architectures%5BTitle%5D)+AND+%22Addit+Manuf%22%5BJournal%5D)">A novel UV-curable acryl-polyurethane for flexural 3D printing architectures.</a> Addit Manuf. 51, 102625(2022).</li>
<li>Asad, A., Sadrzadeh, M., Sameoto, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+micropatterning+of+phase+separation+membranes+using+hydrogel+soft+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater+Technol%22%5BJournal%5D)">Direct micropatterning of phase separation membranes using hydrogel soft lithography.</a> Adv Mater Technol. 4 (7), 1800384(2019).</li>
<li>Soffe, R., Bernach, M., Remus-Emsermann, M. N. P., Nock, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Replicating+Arabidopsis+model+leaf+surfaces+for+phyllosphere+microbiology%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Replicating Arabidopsis model leaf surfaces for phyllosphere microbiology.</a> Sci Rep. 9 (1), 14420(2019).</li>
<li>Li, S., Van Nguyen, S., Lee, B. -K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+heat+treatment+in+improving+replication+quality+of+PDMS+double-casting%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Role of heat treatment in improving replication quality of PDMS double-casting.</a> Soft Matter. 18 (18), 3473-3478 (2022).</li>
<li>Gitlin, L., Schulze, P., Belder, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+replication+of+master+structures+by+double+casting+with+PDMS%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Rapid replication of master structures by double casting with PDMS.</a> Lab Chip. 9 (20), 3000-3002 (2009).</li>
<li>Zhuang, G., Kutter, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anti-stiction+coating+of+PDMS+moulds+for+rapid+microchannel+fabrication+by+double+replica+moulding%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromech+Microeng%22%5BJournal%5D)">Anti-stiction coating of PDMS moulds for rapid microchannel fabrication by double replica moulding.</a> J Micromech Microeng. 21 (10), 105020(2011).</li>
<li>Sung, J., So, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+and+cost-effective+PDMS+double-casting+method+based+on+curing+temperature+and+ratio+for+solvent+detecting+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+B+Chem%22%5BJournal%5D)">Facile and cost-effective PDMS double-casting method based on curing temperature and ratio for solvent detecting applications.</a> Sens Actuators B Chem. 387, 133834(2023).</li>
<li>Shao, G., Wu, J., Cai, Z., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+elastomeric+high-aspect-ratio+microstructures+using+polydimethylsiloxane+%28PDMS%29+double+casting+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+A+Phys%22%5BJournal%5D)">Fabrication of elastomeric high-aspect-ratio microstructures using polydimethylsiloxane (PDMS) double casting technique.</a> Sens Actuators A Phys. 178, 230-236 (2012).</li>
<li>Kim, S. -H., Lee, S., Ahn, D., Park, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PDMS+double+casting+method+enabled+by+plasma+treatment+and+alcohol+passivation%5BTitle%5D)+AND+%22Sens+Actuators+B+Chem%22%5BJournal%5D)">PDMS double casting method enabled by plasma treatment and alcohol passivation.</a> Sens Actuators B Chem. 293, 115-121 (2019).</li>
<li>Kwapiszewska, K., Żukowski, K., Kwapiszewski, R., Brzózka, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double+casting+prototyping+with+a+thermal+aging+step+for+fabrication+of+3D+microstructures+in+poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22AIMS+Biophys%22%5BJournal%5D)">Double casting prototyping with a thermal aging step for fabrication of 3D microstructures in poly(dimethylsiloxane).</a> AIMS Biophys. 3 (4), 553-562 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Protokół ten przedstawia opłacalne i powtarzalne podejście do podwójnego odlewania PDMS, które łączy starzenie termiczne z obróbką powierzchni oleju silikonowego w celu przezwyciężenia wyzwań związanych z wyjmowaniem z formy w mikrowytwarzaniu. Konwencjonalne techniki, takie jak chemiczna obróbka powierzchni lub samo starzenie termiczne, często wymagają specjalistycznego sprzętu lub zapewniają niespójne wyniki, zwłaszcza w przypadku replikowania gęstych cech o wysokim współczynniku proporcji. Integrując starzenie termicz...

Odlewanie miękko-litograficzne stanowi podstawę mikrofluidyki 1,2, biodetekcji 3,4 i diagnostyki analitycznej5, umożliwiając szybki transfer wzorców o wysokiej wierności. W tym celu zbadano różne materiały polimerowe, w tym tworzywa termoplastyczne 6,7, polimery utwardzane promieniami UV8 i hydrożele9. Jednak materiały te często wiążą się z kompromisami: materiały termoplastyczne są na ogół sztywne i wymagają obróbki w wysokiej temperaturze, co ogranicza ich zdolność do dostosowywania się do miękkich lub elastycznych cech; Polimery utwardzane promieniami UV wymagają specjalistycznego sprzętu i mogą mieć ograniczoną elastyczność; a hydrożele są kruche mechanicznie i niestabilne w suchych warunkach. Wśród nich polidimetylosiloksan (PDMS) stał się najczęściej stosowanym materiałem odlewniczym ze względu na jego elastyczność mechaniczną, łatwość formowania, biokompatybilność i przepuszczalność gazów. W szczególności podwójne odlewanie PDMS jest często używane do replikacji delikatnych lub drogich form krzemowych i SU-8 lub do powielania nieodwróconych geometrii, takich jak topografie biomimetyczne10. Niemniej jednak stałym wyzwaniem w tej metodzie jest silna adhezja między utwardzonymi i nieutwardzonymi warstwami PDMS podczas etapu odlewania wtórnego, napędzana przez splątanie łańcucha międzyfazowego. Często prowadzi to do niepełnego rozformowania lub uszkodzenia strukturalnego, co ogranicza jego szersze zastosowanie11.
Aby rozwiązać ten problem, opracowano różne strategie obróbki powierzchni w celu zmniejszenia przyczepności między warstwami PDMS. Należą do nich powłoki powierzchniowe12,13, zmienne warunki utwardzania14 i obróbka plazmowa15,16. Jednak podejścia te zazwyczaj wymagają drogiego sprzętu i obejmują delikatne procesy modyfikacji powierzchni. Jako prostszą alternatywę zaproponowano starzenie termiczne11,17. Technika ta polega na obróbce cieplnej formy PDMS w celu zmniejszenia obecności na powierzchni łańcuchów nieusieciowanych lub o niskiej masie cząsteczkowej. Badania Kwapiszewskiej i wsp.17 oraz Li i wsp.11 wykazały, że formy PDMS starzene termicznie znacznie poprawiają wierność replikacji bez konieczności dodatkowej modyfikacji chemicznej. Jednak nawet w przypadku starzenia termicznego utrzymują się problemy, takie jak rozdarcie wywołane adhezją i zniekształcenia cech, szczególnie w konstrukcjach o dużej gęstości i złożonej geometrii.
Niniejsze badanie przedstawia ulepszoną metodę podwójnego odlewania PDMS, która łączy starzenie termiczne z dodatkową obróbką powierzchni przy użyciu oleju silikonowego. Po poddaniu formy PDMS starzeniu termicznemu, cienka warstwa oleju silikonowego jest powlekana na powierzchni formy, tworząc nieadhezyjną barierę, która zmniejsza przyczepność międzyfazową. Ta prosta modyfikacja znacznie poprawia wydajność uwalniania formy, nawet w przypadku gęsto upakowanych mikroelementów o wysokim współczynniku kształtu, a także eliminuje potrzebę obróbki plazmowej lub specjalistycznego sprzętu. Protokół został zaprojektowany tak, aby był powtarzalny i łatwy do przyjęcia przez użytkowników z ograniczonym dostępem do infrastruktury modyfikacji powierzchni. Rysunek 1 i rysunek 2 zawierają szczegółowy opis procedury wytwarzania i obróbki powierzchni krok po kroku. Z kolei rysunek 6 przedstawia udaną replikację struktur o dużej gęstości otworów, potwierdzając skuteczność metody w trudnych warunkach geometrycznych.

<table><tbody><tr><td>Aparatura do pomiaru kąta zwilżania</td><td>Optyka Surface Elecrto (SEO)</td><td>Feniks 300</td><td></td></tr><tr><td>Utwardzacz</td><td>Dow</td><td>ul. Sylgard 184b</td><td></td></tr><tr><td>Aparat cyfrowy</td><td>SONY</td><td>E3ISPM06300KPB</td><td></td></tr><tr><td>Heksan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>32293</td><td>&ge; 99% (GC), odczynnik ACS</td></tr><tr><td>Płyta grzejna</td><td>Protokół MTOPS</td><td>Zobacz materiał HSD180</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy (IPA)</td><td>Raontech</td><td>PS2032-001</td><td></td></tr><tr><td>MR-100 (olej do pomp próżniowych)</td><td>Moresco</td><td>1802-00005-02</td><td>44,6 cSt</td></tr><tr><td>Mikroskop optyczny</td><td>OLYMPUS</td><td>Zobacz materiał BX51</td><td></td></tr><tr><td>Baza PDMS</td><td>Dow&nbsp;</td><td>ul. Sylgard 184a</td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>Thermo Fisher Naukowy</td><td>Verios 5 UC</td><td></td></tr><tr><td>Olej silikonowy</td><td>ShinEtsu&nbsp;</td><td>KF-96-100CS</td><td>100 cSt</td></tr><tr><td>Olej silikonowy</td><td>ShinEtsu&nbsp;</td><td>KF-96-1000CS</td><td>1000 cSt</td></tr><tr><td>Powlekarka wirowa</td><td>KORPORACJA HANDLOWA DONG AH</td><td>ACE-200</td><td></td></tr><tr><td>Trichloro(oktadecylo)silan (OTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>104817</td><td></td></tr><tr><td>Ultradźwiękowa</td><td>Branson</td><td>5510E-DTH</td><td></td></tr><tr><td>Pompa próżniowa</td><td>GAST</td><td>DOL-701-AA</td><td></td></tr></tbody></table>

ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (pdms) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury

Improved Polydimethylsiloxane (PDMS) Double Casting via Silicone Oil Treatment for Densely Packed Microstructure Replication

Podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) jest szeroko stosowane do replikacji struktur w mikroskali, w tym kanałów mikroprzepływowych i mikrourządzeń biomedycznych, takich jak Bio-MEMS. Pomimo swojej wszechstronności, silna adhezja międzyfazowa między warstwami PDMS często powoduje niepełną replikację lub uszkodzenie strukturalne, szczególnie w gęsto upakowanych mikrostrukturach. Konwencjonalne podejścia do zmniejszania przyczepności, takie jak plazmowa lub chemiczna modyfikacja powierzchni, wymagają specjalistycznego sprzętu i mogą być czasochłonne i kosztowne. Aby zaradzić tym ograniczeniom, przedstawiamy ulepszoną strategię wyjmowania z formy, która łączy starzenie termiczne z nałożeniem cienkiej warstwy oleju silikonowego jako nieprzywierającej bariery antyadhezyjnej. Krytyczny krok w protokole polega na przeciągnięciu napiętej nici po powierzchni w celu rozprowadzenia oleju i ułatwienia równomiernej penetracji PDMS między mikrofilarami. Ułatwia to uwalnianie pleśni i zachowuje integralność strukturalną bez naruszania delikatnych mikrostruktur. Metodę demonstruje się przy użyciu gęsto upakowanych wzorów układów otworów, uzyskując czystą replikację przy minimalnym odchyleniu wymiarów. To proste, powtarzalne i ekonomiczne podejście doskonale nadaje się do wytwarzania mikrosystemów opartych na PDMS, w tym urządzeń wielowarstwowych i geometrycznie złożonych cech w zastosowaniach miękkiej litografii.

Do oceny ulepszonej metody podwójnego odlewania wykorzystano silikonową formę (M1) z gęsto upakowanym układem okrągłych otworów. Rysunek 3A ilustruje obraz SEM górnej powierzchni, pokazując jednolity wzór układu otworów o średnicy 143 μm i okresie 150 μm. Zdjęcie w widoku bocznym ujawnia głębokość otworu 284 μm na rysunku 3B, co odpowiada proporcjom około 2:1 i potwierdza ciasno upakowany układ mikrostruktury. Replikacja przy uży...

Protokół ten przedstawia ulepszoną procedurę wyjmowania z formy dla techniki podwójnego odlewania polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez wprowadzenie oleju silikonowego jako nieadhezyjnej bariery między warstwami PDMS. W przeciwieństwie do metod plazmowej lub chemicznej modyfikacji powierzchni, podejście to nie wymaga specjalistycznego ani kosztownego sprzętu, co czyni je bardziej dostępną i opłacalną alternatywą.

Ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury

Polydimethylsiloxane (PDMS) double casting is widely used for replicating microscale structures, including microfluidic channels and biomedical ...

Aby sprostać wyzwaniom związanym z wyjmowaniem z formy w gęstych mikrostrukturach o wysokim współczynniku kształtu, zmodyfikowaliśmy proces podwójnego odlewania PDMS, dodając obróbkę olejem silikonowym, która była nakładana za pomocą gwintu napinającego. Nasz protokół oferuje proste, ekonomiczne rozwiązanie, które pozwala uniknąć konieczności stosowania drogiego sprzętu lub specjalistycznych materiałów, umożliwiając niezawodną replikację zaawansowanych mikrostruktur bez uszkodzeń.Nasze laboratorium skupi się na automatyzacji procesu aplikacji oleju i opracowywaniu niestandardowych olejów silikonowych w celu określenia optymalnych warunków dla poprawy powtarzalności i precyzji.[Narrator] Na początek wymieszaj roztwór heksanu i OTS w stosunku objętościowym 40:1 za pomocą czystej szklanej zlewki i mieszadła. Przykryj zlewkę folią aluminiową, aby zminimalizować parowanie. Zanurzyć zamkniętą szklaną zlewkę w łaźni ultradźwiękowej o temperaturze pokojowej wypełnionej wodą. Następnie zanurz wstępnie wytrawioną formę silikonową z układem otworów w przygotowanym roztworze heksanu OTS. Teraz użyj czystej pęsety, aby delikatnie podnieść całą silikonową formę pionowo z roztworu. Natychmiast przenieś go do świeżej zlewki zawierającej czysty heksan, a następnie spłucz, delikatnie mieszając w przód iw tył od pięciu do 10 razy. Delikatnie wysusz formę za pomocą dmuchawy azotu trzymanej w odległości około trzech centymetrów przez sześć do 10 sekund, aż nie pozostanie widoczna wilgoć. Następnie wymieszaj bazę PDMS i utwardzacz w stosunku wagowym 10:1 na czystej plastikowej szalce Petriego przez 15 minut. Umieść mieszaninę w komorze i odgazuj z prędkością 160 torr, aż nie pozostaną żadne widoczne pęcherzyki powietrza. Delikatnie pokryj czystą plastikową szalkę Petriego olejem silikonowym o lepkości 100 centystokesów za pomocą niestrzępiącej się wycieraczki wstępnie nasączonej olejem. Następnie umieść silikonową formę pokrytą OTS stroną zadrukowaną do góry na środku powlekanej szalki Petriego. Powoli wylej odgazowaną mieszaninę PDMS na formę, aż zostanie całkowicie pokryta. Ponownie odgazuj napełnioną formę w próżniowym usuwaczu pęcherzyków, aż nie pozostaną żadne widoczne pęcherzyki. Teraz umieść szalkę Petriego na rozgrzanej płycie grzejnej ustawionej na 90 stopni Celsjusza, aby utwardzić PDMS. Po utwardzeniu delikatnie oderwij formę PDMS od formy silikonowej, upewniając się, że mikrostruktura pozostaje nienaruszona. Umieść sfabrykowaną formę PDMS na płycie grzejnej ustawionej na 150 stopni Celsjusza. Po trzech dniach leżakowania termicznego zanurz formę w oleju silikonowym o lepkości 100 centystokesów. Odgazuj formę zanurzoną w oleju pod próżnią przy 160 torach przez 10 do 15 minut. Następnie usuń formę za pomocą pęsety i delikatnie przetrzyj powierzchnię trzy do pięciu razy czystą, niestrzępiącą się wycieraczką, aby pozostawić jednolitą cienką warstwę oleju. Następnie należy przygotować mieszaninę PDMS w stosunku wagowym 10:1 do utwardzacza, stosując tę samą metodę mieszania i odgazowywania, co poprzednio. Delikatnie wlej odgazowaną mieszaninę na obrobioną formę, pozwalając jej się rozprowadzić i dotrzeć co najmniej do połowy mikrofilarów. Zabezpiecz nylonową nić o grubości 0,5 mikrometra pod delikatnym napięciem. Przesuń nić raz lub dwa razy po powierzchni PDMS w jednym kierunku, aby zredukować nadmiar oleju między mikrofilarami. Następnie odgazuj formę cienką warstwą PDMS w komorze próżniowej, aż nie pozostaną żadne pęcherzyki powietrza. Aby wytworzyć produkt PDMS z układem otworów, delikatnie pokryj czystą plastikową szalkę Petriego olejem silikonowym. Umieść formę PDMS na pokrytej szalce Petriego i zalej ją odgazowaną mieszaniną PDMS, aż do osiągnięcia żądanej wysokości. Jeszcze raz odgazuj zespół formy, aby wyeliminować wszelkie uwięzione pęcherzyki powietrza. Następnie umieść szalkę Petriego na rozgrzanej płycie grzejnej ustawionej na 110 stopni Celsjusza i utwardź do całkowitego zestalenia. Po utwardzeniu delikatnie włóż czystą pęsetę między formę a replikę i ostrożnie wyjmij produkt końcowy z formy. Silikonowa forma zawierała gęsty układ okrągłych otworów o średnicy 143 mikrometrów z odstępami 150 mikrometrów i głębokością 284 mikrometrów, co dawało proporcje 2:1. Forma PDMS odtworzona z silikonowego szablonu wytworzyła mikrofilary o średnicy 142 mikrometrów i wysokości 283 mikrometrów, ściśle odpowiadające oryginalnym wymiarom. Replika PDMS leżakowana termicznie przez jeden dzień, a następnie potraktowana olejem silikonowym o stężeniu 100 centystoksów, wykazała poważne rozdarcie i rozpad struktur ściennych podczas wyjmowania z formy. Po dwóch dniach starzenia termicznego, po którym nastąpiła obróbka olejem silikonowym o wartości 100 centystoków, widoczne stały się wyraźne kontury filarów, ale ściany pozostały mocno uszkodzone z powodu niewystarczającego uwalniania. Przy trzech dniach starzenia termicznego i braku warstwy oleju, sieciowanie między utwardzonym i nieutwardzonym PDMS spowodowało ponowne połączenie struktur. Stosowanie oleju MR-100 o niskiej lepkości po trzech dniach starzenia termicznego doprowadziło do słabego pokrycia i rozdarcia, gdy olej spływał z pionowych ścian bocznych. Olej o wysokiej lepkości tworzył grubą powłokę, zapobiegając wypełnianiu się pleśni i powodując, że produkt końcowy wyglądał na pofalowany i zniekształcony. W zoptymalizowanych warunkach trzydniowego starzenia termicznego i powłoki z oleju silikonowego o grubości 100 centystoków, ostateczna replika zachowała mikrostruktury z otworami o średnicy 148 mikrometrów i wysokości 280 mikrometrów, wykazujące niewielkie różnice wymiarowe, ale nienaruszoną strukturę.

improved-polydimethylsiloxane-pdms-double-casting-via-silicone-oil

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Łącząc generowanie monodyspersyjnych kropli z inercyjnym porządkowaniem komórek i cząsteczek, opisujemy metodę enkapsulacji pożądanej liczby komórek lub cząsteczek w pojedynczej kropli z częstotliwością rzędu kHz. Wykazujemy wydajność dwukrotnie przekraczającą wydajność enkapsulacji nieuporządkowanej w przypadku kropli z jedną lub dwiema cząsteczkami.

Wysokoprzepustowa mikroenkapsulacja pojedynczych komórek i wielu komórek

Przedstawiono procedury używane do generowania mikrostrukturalnych wklęsłych koralików polidimetylosiloksanowych. Szczególnie podkreślono wpływ stężenia elektrolitu i tożsamości w fazie wodnej.

Wytwarzanie mikropęcherzyków wklęsłych kulek PDMS o porowatości

Mikroprzepływowe wytwarzanie podwójnych emulsji zazwyczaj obejmuje urządzenia o wzorzystej zwilżalności lub specjalnie wykonane elementy szklane. W tym miejscu opisujemy wytwarzanie i testowanie generatora podwójnej emulsji z polidimetylosiloksanu (PDMS), który nie wymaga obróbki powierzchni ani skomplikowanych procesów produkcyjnych i jest w stanie wytwarzać podwójne emulsje do 14 μm.

Podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (PDMS)

Przedstawiono protokół wytwarzania dużego obszaru nanowzorzystego podłoża z małych form o nanowzorze do badania nanotopograficznej modulacji zachowania komórek.

Ekspandowanie nanowzorzystych substratów przy użyciu techniki ściegu do nanotopograficznej modulacji zachowania komórek

Kontrola gradientów chemicznych i tlenu jest niezbędna dla hodowli komórkowych. W artykule opisano urządzenie mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu i poliwęglanu (PDMS-PC) zdolne do niezawodnego generowania kombinacji gradientów chemicznych i tlenowych do badań migracji komórek, które można praktycznie wykorzystać w laboratoriach biologicznych bez wyrafinowanego oprzyrządowania.

Urządzenia mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu i poliwęglanu do badań migracji komórek w prostopadłych gradientach chemicznych i tlenu

Opisano protokół wytwarzania plastikowych urządzeń mikroprzepływowych z przezroczystymi otworami do obrazowania światłem widzialnym i podczerwonym.

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

Tutaj prezentujemy protokół ilustrujący procesy produkcji i eksperymenty weryfikacyjne pół-trójwymiarowego (pół-3D) mikroprzepływowego chipa skupiającego przepływ do tworzenia kropel.

Wytwarzanie kropelek diakrylanu z poli(glikolu etylenowego) o kontrolowanej wielkości za pomocą pół-3-wymiarowych urządzeń mikroprzepływowych z ogniskowaniem przepływu

To badanie opisuje metody syntezy dla zakończonych aminopropylami polidimetylosiloksanów i kopolimerów blokowych polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanów oraz dla miękkich elastomerów mocznika (PSU) na bazie polisiloksanu. Przedstawiono w nim zastosowanie zasilaczy jako akomodujących soczewkę wewnątrzgałkową. Opisano również metodę oceny cytotoksyczności in vitro.

Synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego

Tutaj prezentujemy protokół produkcji długich włókien silikonu polidimetylosiloksanowego (PDMS) poprzez grawitacyjne przepuszczanie przez piec. Włókna mają średnicę rzędu setek mikrometrów i dziesiątki centymetrów długości i można je hydrofobowo modelować za pomocą sterowanego przez Arduino systemu wyładowań koronowych.

Rysowanie i modelowanie hydrofobowości Długie włókna silikonowe z polidimetylosiloksanu

Protokół ten przedstawia metodę indukowaną światłem do wytwarzania śliskich, trójwymiarowych struktur poprzez sekwencyjne cyfrowe wzorowanie i szczepienie na nanoporowatych powierzchniach pokrytych silanem. To podejście umożliwia kontrolowane przestrzennie tworzenie śliskich obszarów, umożliwiając wzorzystą odstraszaczność cieczy oraz ilościową analizę śliskości między warstwami, z zastosowaniami w manipulacji płynami i inżynierii powierzchni.

Wzorowanie i szczepienie światłem dla śliskich powierzchni na podstawie nanoporowatych struktur powlekanych silanem

Poznaj ulepszoną technikę podwójnego odlewania PDMS z zastosowaniem oleju silikonowego jako bariery nieprzylegającej. Ta metoda umożliwia niezawodną replikację gęsto upakowanych mikrostruktur o wysokim współczynniku proporcji bez uszkodzeń.

Ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury (Wideo) | JoVE Journal

Ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury

Przeglądaj więcej filmów