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

O objetivo deste protocolo de microfabricação é produzir dispositivos microfluídicos plásticos compatíveis com a microespectroscopia infravermelha com transformada de Fourier de maneira simples e econômica. Esses métodos podem ajudar na vasta compreensão da bioquímica celular. Ele nos fornece acesso simplificado à microespectroscopia infravermelha, uma técnica de imagem sem rótulo e sem danos que pode recuperar mapas bioquímicos de células vivas.

A principal vantagem desta técnica é que ela reduz a necessidade de acesso à instalação de microfabricação e usa o plástico como componente principal para os dispositivos finais. Demonstrando o procedimento estará Mona Suryana, assistente de pesquisa de nosso laboratório. Para iniciar este procedimento, prepare o molde primário de silício conforme descrito no protocolo de texto.

Em seguida, misture o elastômero PDMS e o agente de cura na proporção de 10 para um. A quantidade total misturada é tal que o PDMS resultante tem aproximadamente um a 1,5 milímetros de espessura. Após uma mistura completa, transfira a mistura para um frasco a vácuo.

Abaixe a pressão até que esteja entre um e 10 milibar. Aguarde 15 minutos ou até que não haja bolhas visíveis para desgaseificar a mistura. Despeje o PDMS desgaseificado no molde de silicone preparado.

Transfira o molde para o frasco a vácuo e abaixe a pressão por 15 minutos para desgaseificar a mistura novamente. Em seguida, transfira o molde para uma chapa quente ou forno. Aqueça o molde a 70 graus Celsius por duas horas para curar a mistura.

Retire o PDMS curado do fogo e deixe esfriar até a temperatura ambiente. Use uma lâmina de barbear para cortar o PDMS ao longo das bordas do molde de silicone. Usando uma pinça, aperte um canto e retire cuidadosamente a réplica do PDMS do molde de silicone.

Em seguida, transfira o molde PDMS para um limpador de plasma. Ajuste a pressão da câmara entre um e 10 milibar e trate o molde PDMS com plasma de oxigênio a 60 watts por 30 segundos com 20 SCCM de fluxo de oxigênio. Depois disso, coloque o molde em um frasco a vácuo e adicione cerca de 50 microlitros de silano.

Deixe o frasco no estado de vácuo por duas horas. Para começar, projete ou adquira modelos de acrílico, conforme descrito no protocolo de texto e prepare o elastômero PDMS e o agente de cura conforme mostrado no início deste procedimento. Despeje a mistura PDMS desgaseificada nos moldes de acrílico até que a superfície superior esteja submersa, cerca de um milímetro abaixo da superfície do líquido.

Em seguida, transfira os modelos submersos para um frasco a vácuo. Desgaseifique o PDMS usando o mesmo processo de antes. Em seguida, transfira os modelos submersos para uma placa quente ou um forno.

Aqueça a 60 graus Celsius por duas horas para curar a mistura. Remova o PDMS curado da fonte de calor e deixe esfriar até a temperatura ambiente. Usando uma lâmina de barbear, corte o PDMS ao longo das bordas dos modelos de acrílico.

Em seguida, use uma pinça para apertar um canto e retire cuidadosamente o PDMS. Depois disso, prepare a segunda réplica do PDMS conforme descrito no protocolo de texto. Para começar a fabricar a metade padronizada do dispositivo, trate uma janela de fluoreto de cálcio com plasma de oxigênio, a 60 watts por 30 segundos, com 20 SCCM de fluxo de oxigênio.

Coloque cuidadosamente o primeiro gabarito PDMS, aquele com os pequenos pilares, em uma superfície plana. Em seguida, coloque a janela de fluoreto de cálcio tratado no centro do modelo. Pressione suavemente para garantir que a janela esteja totalmente em contato com o PDMS.

Em seguida, coloque uma placa transparente UV na parte de trás do molde PDMS, alinhada com a localização da câmara central. Pressione suavemente para garantir que esteja totalmente em contato com o PDMS. Coloque o molde no gabarito PDMS com o padrão fluídico voltado para baixo e com a câmara fluídica alinhada ao centro da janela.

Em seguida, dispense gradualmente gotas de NOA na entrada do gabarito PDMS. Permita que o NOA preencha lentamente a cavidade. Depois que a cavidade estiver completamente preenchida, cure o NOA expondo o molde à luz ultravioleta.

Remova cuidadosamente a placa transparente UV do molde. Descasque suavemente o molde PDMS da parte superior da camada de NOA. Depois disso, remova a camada NOA.

Para começar a fabricar a metade plana do dispositivo, trate a janela de fluoreto de cálcio com plasma de oxigênio a 60 watts por 30 segundos com 20 SCCM de fluxo de oxigênio. Coloque cuidadosamente o segundo gabarito PDMS, aquele sem os pequenos pilares, em uma superfície plana. Coloque a janela de fluoreto de cálcio tratado no centro do modelo.

Pressione suavemente para garantir que a janela esteja totalmente em contato com o PDMS. Em seguida, adquira uma folha de PDMS de um milímetro de espessura com cinco centímetros por 3,5 centímetros. Coloque esta folha em cima da janela de fluoreto de cálcio, alinhada com o centro do modelo.

Pressione suavemente para garantir que a folha esteja totalmente em contato com a janela. Dispense gradualmente gotas de NOA na entrada do gabarito PDMS. Permita que o NOA preencha lentamente a cavidade.

Depois que a cavidade estiver completamente preenchida, cure o NOA expondo o molde à luz ultravioleta. Retire a camada PDMS. Em seguida, remova cuidadosamente a camada de NOA curada do modelo PDMS.

Coloque uma metade do dispositivo em cima da outra, com as janelas de fluoreto de cálcio alinhadas. Pressione suavemente os cantos das camadas de NOA, fixando a posição das duas metades. Em seguida, adquira discos e retângulos PDMS conforme descrito no protocolo de texto.

Coloque os discos PDMS nas aberturas correspondentes do dispositivo. Em seguida, coloque os retângulos PDMS com aberturas pré-cortadas em cada lado. Transfira todo o conjunto para a prensa a vácuo, imprensando-o entre duas placas.

Em seguida, feche o saco plástico. Ligue a bomba de vácuo para evacuar o conjunto e deixe-o funcionar por pelo menos 10 minutos. Usando uma lâmpada de vapor de mercúrio de banda larga a 270 watts, exponha o conjunto evacuado à luz ultravioleta por 15 minutos.

Depois disso, desligue a bomba de vácuo e deixe o conjunto ventilar lentamente até a pressão atmosférica antes de remover o dispositivo final do conjunto. Neste procedimento, um dispositivo microfluídico de plástico com portas de visualização transparentes à luz visível e infravermelha é fabricado. Os espectros de transmitância são então adquiridos para comparar uma nova janela de fluoreto de cálcio, metade do dispositivo fabricado e o dispositivo completo.

Como pode ser visto, todos os três exibem uma transmitância acima de 80% até o infravermelho médio, indicando um alto grau de transparência nessa faixa. Embora o espectro para o dispositivo completo exiba um padrão de interferência causado pelo espaço de ar entre as duas janelas, esses espectros demonstram que o processo de fabricação não altera a transparência das janelas de fluoreto de cálcio até a faixa do infravermelho médio. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em uma hora se for executada corretamente e os modelos e moldes necessários estiverem prontos.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como produzir dispositivos microfluídicos de plástico compatíveis com espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier usando moldagem de réplica com PDMS e o processo de enchimento de capilaridade com resinas curáveis por UV. Não se esqueça de que trabalhar com silano e luz ultravioleta pode ser extremamente perigoso e sempre conduza avaliações de risco baseadas em procedimentos e use equipamentos de proteção pessoal adequados ao realizar este procedimento.