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

Este método pode ajudar a fornecer técnicas de fabricação importantes no campo da microfluídica, como para a fabricação de canais com diferentes seções transversais geométricas em um dispositivo microfluídico de policarbonato de polidimetilsiloxano. A principal vantagem dessa técnica é que os canais microfluídicos podem ser fabricados por meio de uma abordagem de uma etapa por processos sequenciais de corrosão úmida sem procedimentos tediosos e alinhamentos extensos. As implicações desta técnica se estendem ao desenvolvimento de sistemas microfluídicos complexos porque os processos de fabricação de canais com seções não retangulares ou vários altos podem ser significativamente simplificados usando este método.

Embora esse método possa fornecer informações sobre a fabricação de dispositivos microfluídicos, ele também pode ser aplicado a outras condições de microambiente desejadas, como distribuição de fluxo ou mistura de substância em canais. Comece o procedimento com um molde mestre preparado. Nesse caso, o molde negativo criado com fotorresistente está em um wafer de silício de quatro polegadas.

Aqui está uma imagem de design auxiliado por computador da topologia invertida para os layouts de canal. Proceda combinando o PDMS e seu catalisador em um copo de plástico limpo e misturando-o em um agitador de energia. Quando a mistura estiver homogênea, coloque o copo em um dessecador conectado a uma bomba de vácuo por 60 minutos.

Depois de recuperar a mistura PDMS, leve-a ao molde mestre. Despeje 20 gramas da mistura em cima do molde. Tente não introduzir bolhas.

Em seguida, obtenha uma placa de Petri e despeje 30 gramas da mistura PDMS nela. Coloque o molde coberto e a placa de Petri em um dessecador para eliminar bolhas. Após 60 minutos, transfira o molde coberto e a placa de Petri para um forno a 60 graus Celsius para curar por quatro horas.

Após a etapa de cura, deixe o PDMS esfriar até a temperatura ambiente. Em seguida, use um bisturi e uma pinça para separar o PDMS curado do molde. Continue a taylor a camada PDMS com o bisturi para que cubra o layout do canal.

Use um punção de biópsia para abrir as portas de acesso ao canal. Agora, trabalhe com o PDMS na placa de Petri. Use um bisturi e uma pinça para removê-lo do prato.

Em seguida, corte a camada PDMS nas mesmas dimensões da camada moldada. Leve as camadas PDMS para uma máquina de tratamento de superfície. Oriente as camadas para expor os canais projetados de uma camada PDMS e a superfície sem características da outra.

Exponha as camadas ao plasma de oxigênio por 40 segundos. Quando terminar, as duas superfícies devem ser coladas. Cole as duas camadas colocando suas superfícies tratadas em contato.

Em seguida, coloque as camadas de PDMS coladas em um forno a 60 graus Celsius por pelo menos 30 minutos. Prepare um dispositivo microfluídico para caracterizar a corrosão úmida do PDMS. Use um design simples com uma única camada e um canal retangular reto.

Neste dispositivo, há uma saída de resíduos e uma entrada. Observe que as camadas superior e inferior do PDMS são representadas como separadas nesta imagem. Configure o dispositivo para que possa ser observado e fotografado com um microscópio.

Para a solução de condicionamento, use TBAF e NMP em uma proporção de volume para volume de um para 10. Puxe o ácido para uma seringa de 10 mililitros com uma agulha romba de aço inoxidável. Coloque a seringa em uma bomba de seringa perto do microscópio.

Em seguida, conecte-o à entrada do dispositivo. Guie a saída da saída para um recipiente de resíduos. Opere a bomba de seringa com o ácido a uma taxa de fluxo de 150 microlitros por minuto.

Use visualizações de microscópio de campo claro para garantir que o canal gravado ao longo da direção do fluxo tenha largura uniforme e para ajudar a confirmar a taxa de fluxo e a composição do condicionante. Capture imagens de séries temporais da seção transversal do canal com ampliação de quatro vezes durante o processo de gravação para análise. Configure um microscópio para visualizar e fotografar um dispositivo microfluídico.

Nesse caso, projete o dispositivo para que as entradas de gravação e buffer fluam para diferentes regiões. Aqui está um esquema das entradas e canais do dispositivo de cima e em seção transversal. Com o tempo, a ação diferente do gravante versus o buffer criará uma nova seção transversal, demonstrada neste esquema da seção transversal final e na fotografia da vista superior.

Coloque o dispositivo no microscópio stage. Prepare uma solução de condicionamento de TBAF e NMP e uma solução tampão NMP. Encha duas seringas de 10 mililitros com solução tampão e uma com condicionante.

Coloque as seringas em posição em uma bomba de seringa perto do dispositivo. Faça as conexões apropriadas para o dispositivo, incluindo aquelas para remoção de resíduos. Opere a bomba de seringa com o condicionante a uma taxa de fluxo de 50 microlitros por minuto.

Neste vídeo, a geometria inicial do canal é revelada com corante vermelho. Com o tempo, o corrosivo faz com que a espessura da parede do canal varie. Cronometre o processo de gravação úmida para garantir que o processo produza a geometria adequada do canal.

Prepare o microscópio com a bomba de seringa próxima. Este é o design usado para criar canais PDMS para um misturador microfluídico com diferentes seções. Possui geometria de seção transversal espelhada alternada que seria difícil de alcançar com processos padrão.

Configure o dispositivo no microscópio e conecte-o à bomba de seringa. Apresente a solução de gravação TBAF NFP na saída marcada pela porta. Observe o canal microfluídico à medida que a câmara evolui ao longo do tempo, como nessas fotos da vista superior gravadas ao longo de duas horas.

Cronometre o processo de gravação úmida para garantir as geometrias adequadas do canal. Quando terminar, caracterize o dispositivo. Prepare uma seringa com água destilada e outra com solução de sal de sódio fluoresceína para colocar na bomba da seringa.

Coloque o dispositivo microfluídico no microscópio e conecte a cada seringa a uma entrada com uma taxa de fluxo de 20 microlitros por minuto. Retire os resíduos da tomada. Tire imagens de microscópio de fluorescência do canal de cima em posições predeterminadas.

Para comparação, grave imagens nas mesmas circunstâncias com uma versão não gravada do dispositivo microfluídico. É possível fabricar canais microfluídicos com várias seções transversais geométricas com corrosão úmida sequencial. Este painel resume o arranjo das entradas de corrosão em canais PDMS de camada única para produzir a seção transversal em forma de cruz demonstrada neste vídeo.

Observe que o ácido vai para o canal central e o buffer para os canais laterais. O mesmo arranjo de canais, juntamente com a troca dos canais que transportam o ácido e o buffer, produz uma seção transversal em forma de haltere. Um arranjo de canal diferente, semelhante ao misturador microfluídico, produz uma seção transversal em forma de sino usando apenas corrosão.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar com as entradas dos dispositivos para evitar vazamento de corrosão e induzir ainda mais o vazamento de PDMS nas entradas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como realizar uma abordagem de etapa única para fabricar com sucesso dispositivos microfluídicos PDMS com diferentes seções transversais geométricas de canais com processos sequenciais de gravação úmida.