1: Litografia Suave

A litografia suave é um conjunto de processos de fabricação rápidos, simples e baratos que têm sido usados com sucesso para padronizar os canais complexos de sistemas microfluídicos. Na indústria eletrônica, a litografia refere-se ao processo de microfabricação usando polímeros leves e sensíveis à luz para padronizar partes de um filme fino ou a maior parte de um substrato. O termo litografia suave refere-se ao uso de materiais elastoméricos macios como polidimetilsiloxano ou PDMS para realizar essas técnicas. Neste vídeo, ilustraremos os diferentes tipos de técnicas de litografia suave seguidas por um protocolo demonstrando a fabricação de um dispositivo microfluídico. Por fim, veremos como pesquisadores de diferentes áreas estão usando a litografia suave a seu favor.

Primeiro, vamos revisar as técnicas de litografia suave mais comuns. O primeiro passo em todas essas técnicas é a fabricação do molde mestre. Isso é feito usando fotolitografia tradicional, que usa luz e um material sensível à luz chamado fotorresistente para criar o padrão desejado em um substrato como o silício. Para aprender sobre fotolitografia em detalhes, consulte um vídeo anterior nesta coleção Jove. O segundo passo é derramar um elastômero neste molde mestre e depois curá-lo. Isso cria o selo elastomérico flexível com as características de relevo que é usado de diferentes maneiras nas várias técnicas de litografia suave. Os principais modos de transferência usando o carimbo fundido são impressão, moldagem, litografia óptica de mudança de fase, seccionamento mecânico e fundição. Na impressão, o carimbo é primeiro revestido com uma tinta transferível como octadecanetiol ou ODT, que é então colocada no substrato, como ouro. Quando o carimbo é removido, apenas a tinta da superfície do carimbo em relevo é impressa na superfície do substrato. Assim, a impressão replica diretamente os recursos em nanoescala no substrato. Em outra técnica chamada moldagem, o próprio carimbo é usado como molde. Aqui, o carimbo é prensado em um polímero não curado e depois curado. Em seguida, o molde é retirado para revelar o padrão do carimbo. Assim como a impressão, a moldagem também resulta na replicação direta de recursos em nanoescala no substrato. Na terceira técnica, chamada litografia de borda de mudança de fase, primeiro, o substrato é revestido com o material fotorresistente. Em seguida, o carimbo é colocado no substrato revestido e a luz é mostrada através do selo. Isso resulta na transferência das bordas das características para o filme de fotorresistência, conforme observado nas técnicas tradicionais de litografia. No seccionamento mecânico, também conhecido como nanoskiving, o carimbo é usado para moldar pré-polímeros epóxi não curados, como na moldagem. Este pré-polímero moldado é curado, que é então revestido com uma película fina de um material de sua escolha, por exemplo, ouro. Este filme é então embebido em mais epóxi e curado, após o que é seccionado usando um ultramicrótomo para formar uma placa de epóxi com o padrão. Finalmente, na fundição, um polímero é derramado em um molde mestre para fazer um carimbo. Em seguida, pode ser perfurado para entradas e saídas e colado a um substrato. Na seção a seguir, revisamos o protocolo para fabricar um dispositivo microfluídico simples.

Primeiro, prepare o molde mestre usando técnicas tradicionais de litografia. Para obter detalhes sobre o protocolo, consulte um vídeo anterior nesta coleção. O molde mestre é normalmente fabricado em um substrato de silício. Para fabricar o carimbo, primeiro prepare uma mistura de cerca de 25 gramas de PDMS e agente de cura na proporção de 10:1. Em seguida, desgaseifique a mistura para remover quaisquer bolhas de ar. Em seguida, coloque o molde mestre em um recipiente de base plana e despeje a mistura PDMS desgaseificada sobre ele. Agora asse o PDMS a 60 graus Celsius por cerca de uma hora, seguido de um resfriamento natural do forno à temperatura ambiente por mais uma hora. Em seguida, corte o PDMS do molde e coloque-o com o lado do padrão para cima para evitar contaminação. Em seguida, recorte os padrões individuais. Perfure todas as entradas e saídas usando um furador dermatológico do tamanho certo para permitir o fluxo de fluido para dentro e para fora do dispositivo. Em seguida, coloque o dispositivo PDMS em um limpador de plasma de oxigênio e trate-o por cerca de um minuto. Cole as duas camadas do dispositivo e alinhe o padrão sob um microscópio. Finalmente, cole o dispositivo completo a um substrato usando PDMS e asse-o para curar. Antes de usar, teste se há vazamentos fluindo água através dos canais microfluídicos.

A litografia suave encontrou aplicação em campos que vão desde a análise molecular até o diagnóstico clínico e o desenvolvimento de medicamentos. Vamos dar uma olhada em alguns desses exemplos. Essa técnica pode ser usada para criar estruturas não convencionais, como micropostes flexíveis para perfis mecânicos de células individuais. Mecano-profiling refere-se ao estudo dos parâmetros mecânicos, como forças aplicadas por microrganismos em seu ambiente. Depois que os micropostes são fabricados, as células cultivadas podem crescer neles. Isso resulta na flexão dos pequenos pilares flexíveis, que podem ser medidos para calcular as forças exercidas pelos diferentes tipos de células. Sistemas multicamadas e multifluídicos podem ser usados para estudar e entender os efeitos de diferentes microambientes em células de mamíferos. Esses sistemas são fabricados fazendo cada camada individual de PDMS usando diferentes moldes mestres. Em seguida, os vários moldes PDMS são limpos, alinhados e colocados em camadas uns sobre os outros e cozidos. As múltiplas camadas do dispositivo PDMS permitem a separação eficiente do fluido das células através de uma membrana PDMS semipermeável. Essa configuração permite que os pesquisadores estudem e caracterizem os efeitos de novos microambientes nas células, permitindo que quantidades controladas de fluidos, como oxigênio ou um novo meio, se difundam da camada superior do fluido de teste para as células de mamíferos no canal microfluídico inferior.

Você acabou de assistir ao vídeo de Jove sobre litografia suave. Aqui, discutimos as principais técnicas de litografia suave, juntamente com o protocolo detalhado de fabricação de um dispositivo microfluídico PDMS como exemplo. Obrigado por assistir.