Name: Multi-passo fotolitografia Variável Altura para Valved multicamada microfluídicos Devices (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: Aprenda fotolitografia multi-passo para fabricar dispositivos microfluídicos com válvulas integradas e altura variável. Este método permite criar geometrias complexas para controlar fluxo em aplicações biológicas.

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Os autores agradecem a Scott Longwell pelos comentários e edições úteis no manuscrito e a Robert Puccinelli pela fotografia do dispositivo. Os autores reconhecem o apoio generoso de uma bolsa de desenvolvimento de tecnologia do Beckman Institute. KB é apoiado por uma bolsa NSF GFRP e o componente TLI do Stanford Clinical and Translational Science Award to Spectrum (NIH TL1 TR 001084); P.F. reconhece uma bolsa de estudos McCormick e Gabilan.

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</ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Este trabalho demonstra um protocolo de fotolitografia multi-passo completo para um dispositivo microfluídico multicamadas com válvulas e geometria altura variável que pode ser ajustado para qualquer aplicação com simples modificações nos parâmetros de fabricação com base em nossas ferramenta online 26 e fabricante instruções 25. Este protocolo destina-se a desmistificar fotolitografia multicamadas para pesquisadores que desejam construir dispositivos microfluídicos para a...

<html> Durante os últimos 15 anos, como um campo de microfluidos sofreu um crescimento rápido, com uma explosão de novas tecnologias que permitem a manipulação de fluidos em escala micrométrica 1. Sistemas microfluidicos são atraentes para as plataformas funcionalidade laboratório molhado, porque os pequenos volumes tem o potencial para realizar o aumento da velocidade e a sensibilidade ao mesmo tempo, aumentar dramaticamente o rendimento e reduzindo o custo por aproveitar as economias de escala de 2, 3. Sistemas microfluídicos multicamadas fizeram impactos particularmente significativos em aplicações de análise bioquímica de alto rendimento, como a análise única célula 4, 5, 6, análise única molécula (por exemplo, digitais PCR 7), cristalografia de proteínas 8, ensaios de ligação do factor de transcriçãof &quot;&gt; 9, 10, 11 e triagem celular. Um objetivo central da microfluídica tem sido o desenvolvimento de &quot;laboratório em um chip&quot; dispositivos capazes de realizar manipulações de fluidos complexos dentro de um único dispositivo para análise bioquímica total de 12. O desenvolvimento de técnicas de litografia suave multi-camada tem ajudado a realizar este objetivo, permitindo a criação de válvulas on-chip, misturadores e bombas para controlar ativamente fluidos dentro de pequenos volumes 13, 14, 15. Apesar de suas vantagens e aplicações demonstradas, muitas dessas tecnologias microfluídicos permanecem em grande parte unharnessed por utilizadores não especialistas. adopção generalizada tem sido um desafio, em parte devido ao acesso limitado a instalações de microfabricação, mas também devido à comunicação inadequada de técnicas de fabricação. Isto é especialmente verdadeiro for dispositivos microfluídicos multicamadas que caracterizam as estruturas de válvulas ou geometrias complexas: a escassez de informações detalhadas e práticas sobre os parâmetros de design importantes e técnicas de fabricação, muitas vezes desencoraja novos pesquisadores de embarcar em projetos que envolvem a concepção e criação destes dispositivos. Este artigo pretende abordar essa lacuna de conhecimento através da apresentação de um protocolo completo para a fabricação de dispositivos microfluídicos multicamadas com válvulas e características altura variável, a partir de parâmetros de projeto e movendo-se através de todas as etapas de fabricação. Ao concentrar-se nas etapas de fotolitografia iniciais de fabricação, este protocolo complementa outros protocolos microfluidics 16 que descrevem os passos a jusante da fundição dispositivos a partir de moldes e funcionando experimentos específicos. microcanais com válvulas monolítico on-chip são compostas de duas camadas: um &quot;fluxo&quot; camada, onde o fluido de interesse é manipulado em microcanais, e um &quot;controlo&quot; da camada, onde microcanais contendo ar ou água são capazes de modular selectivamente o fluxo de fluido na camada de escoamento 14. Estas duas camadas são fabricados sobre cada um mestre de moldagem de silicone separada, que é subsequentemente utilizado para polidimetilsiloxano (PDMS) de moldagem réplica num processo chamado &quot;litografia macia 17.&quot; Para formar um dispositivo de camadas múltiplas, cada uma das camadas de PDMS são expressos sobre as suas respectivas mestres de moldagem e, em seguida, alinhados um ao outro, formando assim um dispositivo de PDMS compósito com canais em cada camada. As válvulas são formadas em locais em que os canais de fluxo e de controlo cruzam um ao outro e estão separados apenas por uma fina membrana; pressurização do canal de controlo desvia desta membrana para ocluir o canal de fluxo e localmente deslocar o fluido (Figura 1). Activo válvulas on-chip pode ser fabricado de várias maneiras, dependendo da aplicação final desejada. válvulaspode ser configurado em qualquer uma &quot;empurrar para baixo&quot; ou de &quot;empurrar para cima&quot; geometria, dependendo se a camada de controlo está acima ou abaixo da camada de escoamento (Figura 1) 15. &quot;Push up&quot; geometrias permitem menores pressões de fechamento e estabilidade dispositivo maior contra delaminação, enquanto &quot;empurrar para baixo&quot; geometrias permitir que os canais de fluxo de estar em contacto directo com o substrato aderido, conferindo a vantagem de funcionalização seletiva ou padronização da superfície do substrato para a funcionalidade mais tarde, 18, 19. Válvulas também pode ser intencionalmente leaky válvulas &quot;peneira&quot; ou totalmente selável, dependendo do perfil da secção transversal do canal de fluxo. Sieve válvulas são úteis para a captura de células de grânulos, ou outros macroanalytes 1, e são fabricados por meio da utilização de substâncias fotoquímicas reactivas típicas negativos (isto é, SU-8 Série), que have perfis rectangulares. Quando um canal de controlo está pressurizada ao longo destas regiões da válvula, a membrana de PDMS entre o controlo e a camada de escoamento desvia isotropicamente no perfil rectangular da válvula sem selar os cantos, que permite o escoamento de fluido mas prendendo partículas em escala macro (Figura 1). Por outro lado, válvulas microfluídicos totalmente selï¿½eis são fabricados pela inclusão de um pequeno pedaço de fotorresiste arredondada em locais de válvulas. Com esta geometria, a pressurização do canal de controlo desvia da membrana contra a camada de fluxo de arredondado para selar completamente o canal, interrompendo o fluxo de fluido. Perfis arredondados na camada de fluxo são gerados através da fusão e refusão de fotorresiste positivo (por exemplo, AZ50 XT ou SPR 220), após as etapas de fotolitografia típicos. Temos anteriormente demonstrado que as alturas pós-refluxo das regiões válvula depender de dimensões de recursos escolhidos 21. Este protocolo demonstra a fabricação de ambas as geometrias de válvulas comem um dispositivo de síntese de grânulo. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55276/55276fig1.jpg" /> Figura 1: Multilayer Microfluidic Válvula Geometrias. &quot;push up&quot; arquiteturas de dispositivos típicos para peneira e válvulas totalmente selï¿½eis antes (superior) e depois (inferior) pressurização. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55276/55276fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Os dispositivos também podem incluir características passivas complexos, tais como misturadores caóticos 13 e on-chip resistências 20 que requerem características de várias alturas diferentes dentro de uma camada de fluxo único. Para atingir uma camada de fluxo de altura variável, diferentes grupos têm utilizado vários métodos, incluindo placa de circuito impresso gravura 22, multicamadas alinhamento alívio PDMS 23, ou multi-passo photolithography 24. O nosso grupo encontrou multi-passo fotolitografia num único mestre de moldagem ser um método eficaz e reprodutível. Para fazer isso, é empregue uma técnica de construção de fotolitografia simples grossos canais de fotorresistente negativo (por exemplo, SU-8 fotorresistentes Series) em camadas, sem desenvolvimento em entre a aplicação de cada camada. Cada camada é girada em fotorresiste negativo de acordo com a sua espessura usando as instruções do fabricante 25 sobre o mestre de silício. As características desta altura são então modelado sobre a camada usando uma máscara de transparência específica (Figura 2), afixada uma placa de máscara de vidro e alinhadas com a camada previamente fiado antes da exposição. Em multi-etapa de fotolitografia, o alinhamento preciso entre as camadas é fundamental na formação de um canal completo fluxo de altura variável. Após o alinhamento, cada camada é submetida a um cozimento pós-exposição dependente da espessura. Sem o desenvolvimento, a próxima camada é similarly modelado. Desta forma, as características de altura pode ser construída com uma única bolacha de escoamento da camada-por-camada através da utilização de várias máscaras. Ao pular desenvolvimento entre cada passo, as camadas de resina fotossensível anteriores pode ser usado para gerar características compostas altura (ou seja, duas camadas 25 um pode fazer uma característica 50 uM) 24. Além disso, as características do canal de chão tal como um misturador caótico sulcos em ziguezague 13 pode ser feita usando camadas com características anteriormente expostos. Um passo final de desenvolvimento conclui o processo, criando uma única bolacha de fluxo com características de altura variável (Figura 3). Aqui, um protocolo completo para multi-etapa de fotolitografia, que inclui exemplos de todos os procedimentos necessários para fabricar válvulas on-chip e canais de fluxo com várias alturas é fornecido. Este protocolo de fabricação é apresentada no contexto de um sistema multi-camada sintetizador talão de microfluidos que requer válvulas e variable-height caracteriza pela sua funcionalidade. Este dispositivo inclui t-cruzamentos para gerar gotículas de água em uma bainha de petróleo, resistores on-chip para modular as taxas de fluxo através do controle da resistência Poiseuille, um misturador caótica para homogeneizar componentes de gotículas, e ambas as válvulas totalmente vedação e peneira para permitir fluxos de trabalho automatizados que envolvem reagente múltipla insumos. Usando multi-etapa de fotolitografia, esses recursos são cada fabricada em uma camada diferente de acordo com a altura ou fotossensíveis; as seguintes camadas são construídas neste protocolo: (1) Camada de Fluxo redondo válvula (55 uM, AZ50 XT) (2) de escoamento da camada de baixo (55 pM, SU-2050 8) (3) alto fluxo de camada (85 uM, SU- 8 2025, 30 um aditivo de altura), e (4) Herringbone ranhuras (125 uM, SU-8 2025, 40 uM altura aditivo) (Figura 3). As pérolas de hidrogel podem ser utilizadas para uma variedade de aplicações, incluindo a funcionalização selectiva de superfície para ensaios a jusante, o encapsulamento de drogas, radiotracing e de imagem ensaios e incorporação celular; que anteriormente usado uma versão mais complexa desses dispositivos para produzir pérolas de PEG hidrogel espectralmente codificados contendo nanophosphors lantanídeos 20. Os projetos discutidos aqui são incluídos em Recursos adicionais para qualquer laboratório para usar em seus esforços de pesquisa se desejar. Prevemos que este protocolo irá fornecer um recurso aberto para especialistas e não-especialistas da mesma forma interessados ​​na fabricação de dispositivos microfluídicos multicamadas com válvulas ou geometrias complexas para diminuir a barreira de entrada em microfluídica e aumentar as chances de sucesso de fabricação.

<table><tbody><tr><td><forte>Materiais</forte>Máscaras de</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Transparência Mylar, 5"</td><td>FineLine Plotting</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5" Placas de Quartzo</td><td>Sílica Unida&nbsp;</td>Wafers <td>de Silício Personalizados</td><td></td></tr><tr><td>de 4", Wafer Universitário de Grau de Teste</td><td></td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>SU8 2005, 2025, 2050</td><td>fotorresistente Microchem</td><td>Y111045, Y111069, Y111072</td><td></td></tr><tr><td>Az50XT&nbsp;</td><td>Revelador SU8 Integrated Micromaterials</td><td>AZ50XT-Q</td><td></td></tr><tr><td>SU8</td><td></td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>AZ400K Revelador 1:3 Prato</td> de vidro Pyrex de 150 mm <td>Integrated Micromaterials</td><td>AZ400K1:3-CS</td><td></td></tr><tr><td>Placas de Petri</td> para Wafer <td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS3140150-1EA</td><td></td></tr><tr><td>, 150 mm</td><td>Pinça para</td> Wafer <td>VWR 25384-326</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Microscopia Eletrônica Sciences (EMS)</td><td>78410-2W</td><td></td></tr><tr><td>Tricloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctil)silano (PFOTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448931-10G</td><td></td></tr><tr><td>2" x 3" lâminas de vidro</td><td>Thomas Scientific&nbsp;</td><td>6686K20</td><td></td></tr><tr><td>RTV 615 base elastomérica e agente de cura PDMS conjunto</td><td>Momentive&nbsp;</td><td>Tubulação RTV615-1P</td><td></td></tr><tr><td>Tygon, 0.02" O.D.&nbsp;</td><td>Fischer Scientific&nbsp;</td><td>14-171-284</td><td></td></tr><tr><td>Tubo capilar PEEK, 510 &#956; m OD, 125 &#956; m ID</td><td>Zeus</td><td>Custom</td><td>360 &#956; m PEEK está prontamente disponível pela Idex (número de catálogo: 1571)</td></tr><tr><td>Cyro tubo de 4 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>127279</td><td></td></tr><tr><td>Epóxi, 30 min</td><td>Permatex</td><td>84107</td><td></td></tr><tr><td>Pinos de metal, 0,025" OD, .013" ID</td><td>New England Small Tube</td><td>NE-1310-02</td><td></td></tr><tr><td>Poli(etilenoglicol) diacrilato, Mn 700</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>455008-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Fotoinitador de fenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfinato de lítio&nbsp;</td><td>Tokyo Chemical Industry Co.</td><td>L0290</td><td>Normalmente sintetizamos LAP internamente.&nbsp;</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H4034-25G</td><td></td></tr><tr><td>Óleo mineral leve</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>330779-1L</td><td></td></tr><tr><td>Span-80</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85548</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>UPI Chem</td><td>420095</td><td>&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Nome&nbsp;</td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentários</td></tr><tr><td>Equipamento</td><td>Equipamento equivalente ou configurações caseiras funcionarão igualmente bem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alinhador de máscara</td><td>Karl Suss</td><td>MA6</td><td></td></tr><tr><td>Profilometer</td><td>KLA-Tencor</td><td>Alpha-Step D500</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell Technologies</td><td>WS-650-23</td><td>Qualquer spincoater pode ser usado que aceite wafers de 100 mm</td></tr><tr><td>Dessecador a vácuo, estilo Bell-Jar</td><td>Bel-Art</td><td>420100000</td><td></td></tr><tr><td>Forno</td><td>Cole-Palmer</td><td>WU-52120-02</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de cura UV a ponto com opção LLG de 3 mm</td><td>LEDs UV Dymax</td><td>41015</td>, <td>lâmpadas de arco de xenônio ou outras fontes UV da mesma intensidade funcionam igualmente bem</td></tr><tr><td>Sistema de Controle de Fluidos Microfluídicos MFCS</td><td>Fluidgent</td><td>MFCS-EZ</td><td>Bombas de seringa, pneumática personalizada ou outros sistemas de controle também podem ser usados</td></tr><tr><td>Scripts de controle automatizado</td><td>MATLAB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Placa de aquecimento</td><td>Tory Pines Scientific</td><td>HP30</td><td>Qualquer placa de aquecimento com aquecimento uniforme (ou seja, placas de alumínio ou cerâmica) será suficiente.</td></tr></tbody></table>

multi-passo fotolitografia variável altura para valved multicamada microfluídicos devices

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Os sistemas microfluídicos permitiram novas abordagens poderosas para análises bioquímicas e biológicas de alto rendimento. No entanto, permanece uma barreira à entrada de não especialistas que se beneficiariam muito com a capacidade de desenvolver seus próprios dispositivos microfluídicos para abordar questões de pesquisa. Particularmente ausente tem sido a disseminação aberta de protocolos relacionados à fotolitografia, um passo fundamental no desenvolvimento de um molde de réplica para a fabricação de dispositivos de polidimetilsiloxano (PDMS). Embora a fabricação de mestres de silício de altura única tenha sido explorada extensivamente na literatura, as etapas de fabricação para recursos de fotolitografia mais complicados necessários para muitas funcionalidades interessantes do dispositivo (como arredondamento de recursos para fazer estruturas de válvulas, padrões de molde único de várias alturas ou definição de alta proporção) muitas vezes não são explicitamente descritas. 
Aqui, fornecemos um protocolo completo para a fabricação de dispositivos microfluídicos multicamadas com válvulas e geometrias complexas de várias alturas, ajustáveis para qualquer aplicação. Esses procedimentos de fabricação são apresentados no contexto de um sintetizador de esferas de hidrogel microfluídico e demonstram a produção de gotículas contendo polietilenoglicol (diacrilato de PEG) e um fotoiniciador que pode ser polimerizado em esferas sólidas. Este protocolo e a discussão que o acompanha fornecem uma base de princípios de design e métodos de fabricação que permitem o desenvolvimento de uma ampla variedade de dispositivos microfluídicos. Os detalhes incluídos aqui devem permitir que não especialistas projetem e fabriquem novos dispositivos, trazendo assim uma série de tecnologias desenvolvidas recentemente para suas aplicações mais interessantes em laboratórios biológicos.

Aqui, demonstramos a fabricação de válvulas, de altura variável moldes de microfluidos multicamadas, fazendo dispositivos capazes de gerar poli etileno glicol (PEG) a partir de pérolas de hidrogel gotículas (Figura 2). Uma visão geral do processo de fabricação completa está incluído na Figura 3. Usando elementos de design do trabalho anterior, o sintetizador talão emprega 4 alturas em sua camada de fluxo, incluindo (1) arredondado válv...

Dispositivos microfluídicos multicamadas geralmente envolvem a fabricação de moldes mestres com geometrias complexas para funcionalidade. Este artigo apresenta um protocolo completo para fotolitografia em várias etapas com válvulas e recursos de altura variável ajustáveis a qualquer aplicação. Como demonstração, fabricamos um gerador de gotículas microfluídicas capaz de produzir esferas de hidrogel.

Multi-passo fotolitografia Variável Altura para Valved multicamada microfluídicos Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

O objetivo geral deste protocolo em vídeo é demonstrar a fotolitografia completa, em múltiplas etapas, de moldes mestres microfluídicos com válvulas integradas em chip e características de altura múltipla ajustáveis para qualquer aplicação. Este método fornece uma visão geral completa sobre como fabricar moldes mestres com geometrias complexas, incluindo válvulas de membrana integradas em chip, para dispositivos microfluídicos. A principal vantagem desta técnica é que ela torna possível controlar facilmente o fluxo em dispositivos microfluídicos, superando uma barreira importante para a entrada em microfluídica em aplicações biológicas.A demonstração visual desta técnica é essencial, pois os passos da fotolitografia muitas vezes são difíceis de dominar para iniciantes. O alinhamento adequado, desenvolvimento e exposição dependem de sinais visuais e da experiência em sala limpa. Para começar, projete seu dispositivo e prepare as máscaras fotográficas individuais para as geometrias de múltiplas camadas.Adicionalmente, prepare cerca de quatro pastilhas com uma camada de cinco mícrons de fotorresina negativa SU-8 2050 e exponha uniformemente conforme descrito no protocolo de texto complementar. Coloque a pastilha revestida em um espalhador por centrifugação e ligue o vácuo para fixá-la no porta-amostras. Use nitrogênio ou ar comprimido para remover qualquer poeira da superfície.Em seguida, aplique dois a três mililitros do fotoresiste positivo AZ 50XT no centro da pastilha. Faça o revestimento por centrifugação para criar uma camada de 55 micrômetros. Após o revestimento, coloque cuidadosamente a pastilha em uma placa de Petri de cinco polegadas e deixe repousar por 20 minutos.Em seguida, faça a pré-secagem suave da pastilha em uma placa aquecedora por 22 minutos, elevando a temperatura de 65 graus Celsius a 112 graus Celsius a uma taxa de 450 graus Celsius por hora. Depois, remova a pastilha e deixe-a repousar durante a noite à temperatura ambiente em uma placa de Petri para reidratação ambiental. Fixe com fita adesiva a máscara de transparência do fluxo circular à placa de vidro de cinco polegadas, de modo que o lado impresso fique mais próximo da pastilha, e carregue-a no posicionador de máscara do alinhador UV.Exponha o wafer a 930 milijoules de UV em seis ciclos. Revele imediatamente o wafer mergulhando-o em um banho agitado de revelador por três a cinco minutos, ou até que o banho fique roxo e os padrões apareçam. Após a revelação, remova o wafer e enxágue-o bem com água desionizada.Em seguida, faça a calcinação final da pastilha para derreter e arredondar as características da válvula. Aumente a temperatura de 65 a 190 graus Celsius ao longo de 15 horas, a uma taxa de 10 graus Celsius por hora. Após a conclusão, desligue a placa aquecedora e deixe a pastilha esfriar até a temperatura ambiente.As características na pastilha agora estão arredondadas. Esse cozimento rigoroso é essencial para refratar adequadamente características retangulares da válvula em perfis de válvula arredondados. Tempos mais curtos podem resultar em rachaduras ou instabilidade.Para fabricar um dispositivo com características de altura variável, coloque a pastilha limpa sobre um espalhador por centrifugação conforme mostrado anteriormente. Aplique um a dois mililitros do fotoresiste negativo SU-8 2050 ao centro da pastilha e espalhe o fotoresiste sobre as características da válvula desenvolvidas. Em seguida, coloque cuidadosamente a pastilha espalhada em uma placa de Petri de cinco polegadas e deixe repousar por 20 minutos sobre uma superfície plana, ou até que quaisquer padrões de estrias desapareçam.Em seguida, aqueça previamente duas placas de aquecimento a 65 graus Celsius e 95 graus Celsius, e coloque a pastilha na placa de 65 graus Celsius por dois minutos, na placa de 95 graus Celsius por oito minutos, e novamente na placa de 65 graus Celsius por mais dois minutos para realizar a pré-assadura da pastilha. Após a pastilha retornar à temperatura ambiente, fixe a máscara de baixa transparência com fita adesiva em uma placa de vidro de quartzo de cinco polegadas, de modo que o lado impresso fique mais próximo da pastilha, e carregue-a no posicionador de máscara do alinhador de máscara UV. Em seguida, coloque a pastilha na porta-pastilhas do alinhador de máscara UV e, utilizando a ocular do microscópio ou a câmera, alinhe cuidadosamente os novos elementos da camada de baixo fluxo com os elementos da camada da válvula de fluxo circular.Inicie alinhando os eixos horizontal, vertical e de inclinação das bordas do dispositivo com as características das bordas do dispositivo na máscara. Em seguida, alinhe as características de mira entre as camadas. Por fim, confirme que as características da válvula cruzam as características de fluxo onde desejado.Em seguida, exponha a pastilha à deposição UV de 170 milijoules. Ao finalizar, remova a pastilha e faça a cocção pós-exposição alternando entre as duas chapas quentes ajustadas em 65 graus Celsius e 95 graus Celsius. Sem revelar a pastilha, deixe esfriar até a temperatura ambiente e, em seguida, adicione sequencialmente a camada de fluxo alto e depois a camada de misturador caótico em espinha de peixe, utilizando SU-8 2025 conforme descrito no protocolo de texto complementar.Após a conclusão de todas as camadas, desenvolva as estruturas imergindo a pastilha em um banho agitado contendo 25 mililitros de revelador SU-8 por 3,5 minutos, ou até que as estruturas apareçam claramente. Utilize um estereoscópio para verificar se as estruturas apresentam bordas nítidas e bem definidas. Durante o desenvolvimento, verifique a cada 20 segundos se as estruturas estão completamente definidas e se a resistência foi removida.O superdesenvolvimento pode resultar em danos às estruturas, especialmente em projetos de moldes complexos. Em seguida, faça a cura térmica da pastilha para estabilizar todas as estruturas de fotoresina. Posteriormente, fabrique a camada de controle conforme descrito no protocolo textual complementar.Construa dispositivos microfluídicos multilaminares em uma geometria do tipo push-up sobre vidro, seguindo protocolos de acesso aberto existentes, e utilize inspeção visual para garantir que todas as válvulas estejam corretamente alinhadas às linhas de controle e que todas as entradas tenham sido perfuradas completamente antes de prosseguir. Conecte tubos de Tygon carregados com água a um sistema de controle de fluxo, como uma bomba de seringa, controladores fluídicos ou uma matriz de válvulas solenoides de código aberto com reservatórios. Em seguida, conecte pinos metálicos aos tubos e esses pinos metálicos às portas do dispositivo nas entradas das linhas de controle.Em seguida, ajuste o sistema de controle de fluxo para 25 PSI em cada linha para pressurizar as linhas de controle do dispositivo. Certifique-se de que as válvulas fechem e reabram mediante inspeção ao microscópio. Em um tubo de microcentrífuga, suspenda 3,9 miligramas de fotoiniciador em 100 microlitros de água desionizada para preparar a solução de fotoiniciador utilizada na polimerização das gotas em microesferas de hidrogel.Cubra a solução para protegê-la da luz. Em um segundo tubo de microcentrifugação, adicione 132 microlitros de água desionizada, 172 microlitros de PEG diacrilato, 12 microlitros da solução de fotoiniciador e 85 microlitros de tampão HEPES para preparar a solução de gotas de hidrogel. Transfira a solução de gotas de hidrogel para um tubo criogênico personalizado.Em seguida, conecte a tubulação do recipiente de tubo criogênico a uma fonte de pressão controlável e conecte a tubulação de PEEK à entrada de reagentes do dispositivo. Depois, insira a tubulação de PEEK na saída do dispositivo para coletar as gotas. Remova as bolhas de ar do dispositivo, reajuste a pressão do sistema, depois despressurize a válvula de óleo RO1 e ajuste a pressão do óleo para 10 PSI.Em seguida, ajuste a pressão da mistura de PEG para nove PSI, despresurize as válvulas de montante e ajuste a pressão conforme necessário para produzir gotículas do tamanho desejado. Determine o tamanho das gotículas por microscopia, utilizando uma câmera com 50 FPS ou superior. Quando as gotículas estiverem estáveis, posicione uma fonte de luz UV sobre a região de polimerização do dispositivo e aplique 100 miliwatts por centímetro quadrado de luz de 365 nanômetros da fonte sobre uma área de cinco milímetros de diâmetro.Pressurize a válvula de peneira de esferas para observar a coleta das esferas polimerizadas e garantir que as gotículas tenham endurecido em esferas. Por fim, despressurize a válvula de peneira de esferas e colete as esferas em um tubo através da tubulação de saída de PEEK. Este protocolo começa demonstrando um método para regular as válvulas de fluxo.Aqui, um perfilômetro foi utilizado para determinar o perfil típico de arredondamento da válvula após a solda, resultante deste método, mostrando uma altura de aproximadamente 55 mícrons. Na imagem à esquerda, a válvula está desativada e o líquido pode passar através dos canais. Após a ativação mediante pressurização das válvulas, o fluxo através dessas válvulas é interrompido.Aqui, pode-se observar o dispositivo sintetizador de microesferas em operação, produzindo gotículas de hidrogel em uma emulsão oleosa no gerador de gotas com junção em T. Ao fechar parcialmente um fluxo a jusante utilizando uma válvula peneira, o fluido pode continuar fluindo, mas as microesferas ficam retidas atrás da válvula. As microesferas resultantes produzidas por este processo tiveram diâmetro médio de 52,6 µm, com desvio padrão de apenas 1,6 µm.De cerca de 3.000 microesferas, menos de 1% apresentou desvio superior a três desvios-padrão. Após dominada, esta técnica pode ser concluída em três dias, do projeto ao teste. Isso permite iterações rápidas no design.Após seguir este procedimento, mesmo pesquisadores com pouca experiência em fabricação podem construir seus próprios dispositivos microfluídicos complexos e aplicá-los a seus próprios problemas biológicos. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar os passos de fotolitografia necessários para fabricar dispositivos microfluídicos de qualquer nível de complexidade, incluindo dispositivos com características de altura variável complexas ou válvulas.

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Demonstramos protocolos para a fabricação e automação elastomérico polidimetilsiloxano (PDMS) com base em matrizes de microválvula que não precisam de energia extra para fechar e apresentam photolithographically definido volumes precisos. Um misturador subnanoliter volume paralelo e um sistema de perfusão integrado microfluídicos são apresentados.

Chips microfluídicos controlados com Arrays microválvula elastoméricos

Uma plataforma de microcanais-on-a-chip foi desenvolvido pela combinação da técnica fotolitográfica refluído fotossensível, litografia macia, e microfluidos. A plataforma de microcanais reendotelizados imita a geometria tridimensional (3D) de microvasos in vivo, é executado sob fluxo de perfusão contínua controlada, permite a imagem de alta qualidade e em tempo real, e pode ser aplicado para a pesquisa microvascular.

Procedimento para o Desenvolvimento da Multi-profundidade Circular transversal reendotelizados microcanais-on-a-chip

Aqui, apresentamos um protocolo para isolar e cultivar células únicas com uma plataforma microfluídica, que utiliza um novo conceito de design de micropoços para permitir o isolamento de célula única de alta eficiência e cultura clonal de longo prazo.

Uma plataforma microfluídica para a isolação de alta taxa de transferência de célula única e Cultura

É descrito um protocolo para a fabricação de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes para a imagem latente de luz visível e infravermelho.

Procedimento litográfico macio para a produção de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes à luz visível e infravermelho

Vários métodos estão disponíveis para a fabricação de canais das seções não-retangulares incorporadas em dispositivos microfluídicos de polidimetilsiloxano. A maioria deles envolve várias etapas fabricação e extenso alinhamento. Neste trabalho, uma abordagem de uma etapa é relatada para fabricar microfluidic canais de diferentes geométrica das secções transversais pelo polidimetilsiloxano sequencial gravura molhado.

Abordagem de uma etapa para fabricar polidimetilsiloxano Microfluidic canais de diferentes seções geométricas por processos sequenciais gravura molhado

Descreve-se o processo de fabricação de um dispositivo microfluídico baseado em PDMS, multicamada, que permite a realização de reações in vitro de transcrição e tradução (IVTT) durante períodos prolongados. Além disso, uma visão geral abrangente do hardware e software necessários para automatizar e manter essas reações para durações prolongadas é fornecida.

Uma plataforma Microfluídico multicamada para a condução de expressão gênica sem células prolongada

Apresentamos um sistema microfluido para estudos de alto rendimento em máquinas de vida complexas, que consiste em 1500 unidades culturais, uma matriz de bombas peristálticas aprimoradas e um módulo de mistura no local. O chip microfluido permite a análise das condições microambientais altamente complexas e dinâmicas in vivo.

Geração de Condições Ambientais Dinâmicas usando um dispositivo microfluido de alto rendimento

Este projeto permite que pequenos laboratórios desenvolvam uma plataforma fácil de usar para a fabricação de dispositivos microfluidos multicamadas precisos. A plataforma consiste em um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensionalmente usando o qual dispositivos microfluidos multicamadas com erros de alinhamento de &lt; 10 μm foram alcançados.

Design e desenvolvimento de um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensionalmente para a fabricação de dispositivos microfluidos multicamadas

O presente protocolo descreve o projeto, fabricação e caracterização de um sistema microfluídico capaz de alinhar, imobilizar e comprimir com precisão centenas de embriões de Drosophila melanogaster com intervenção mínima do usuário. Este sistema permite imagens de alta resolução e recuperação de amostras para análise pós-estimulação e pode ser dimensionado para acomodar outros sistemas biológicos multicelulares.

Mecanoestimulação de organismos multicelulares através de um sistema de compressão microfluídica de alto rendimento

A fabricação de um dispositivo de bicamada à base de polidimetilsiloxano (PDMS) para a produção de bibliotecas combinatórias em emulsões de água em óleo (plugs) é apresentada aqui. O hardware e o software necessários para automatizar a produção de plugues são detalhados no protocolo, e a produção de uma biblioteca quantitativa de plugues fluorescentes também é demonstrada.

Dispositivo microfluídico bicamada para produção de plugue combinatório

Este protocolo detalha o projeto e a fabricação de um dispositivo microfluídico adequado para investigar a mecânica do polímero de microtúbulos. A síntese de técnicas de microfabricação, controle de fluxo automatizado e modelagem computacional permite um sistema flexível ideal para sondar o citoesqueleto celular in vitro.

Desenvolvimento de uma abordagem baseada em microfluídica para investigar a mecânica de polímeros de microtúbulos

Aprenda fotolitografia multi-passo para fabricar dispositivos microfluídicos com válvulas integradas e altura variável. Este método permite criar geometrias complexas para controlar fluxo em aplicações biológicas.

Multi-passo fotolitografia Variável Altura para Valved multicamada microfluídicos Devices

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