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

Este protocolo é significativo, pois permite a geração de uma plataforma econômica e fácil de usar que auxilia na produção de moldes mestres microfluidos multicamadas precisos. A principal vantagem da técnica é que ela requer apenas o uso da plataforma impressa 3D e equipamentos de laboratório padrão comumente encontrados em laboratórios que produzem dispositivos microfluidos. A demonstração visual deste protocolo é fundamental para demonstrar como personalizar e usar o adaptador de alinhamento da máscara de microscópio impresso em 3D.

Obtenha as dimensões da bandeja do sistema de emissão de luz UV disponível para ser o limite superior para as dimensões do suporte de wafer. Meça o diâmetro da borda circular interna, a altura interna da bandeja dos sistemas de emissão de luz UV, a largura total e o comprimento da bandeja. Usando um aplicativo de design de computador, aplique essas dimensões para personalizar o porta-wafer para caber na bandeja de sistemas de emissão de luz UV.

Meça o comprimento entre os parafusos e a largura dos parafusos no estágio de microscópio vertical disponível que mantém o porta-lâminas no lugar. Usando um aplicativo de design de computador, aplique essas dimensões para personalizar o suporte magnético para se encaixar no microscópio disponível para permitir uma fixação fácil e precisa do MMAA ao microscópio. Use um wafer de silício de quatro polegadas com você foto apropriada resista para criar a primeira camada do molde mestre, garantindo que a espessura seja maior do que as camadas subsequentes para fácil identificação dos marcadores de alinhamento.

Use uma caneta marcadora de cor clara para colorir os marcadores de alinhamento da primeira camada nos quatro lados. Usando as instruções do fabricante, resista às instruções do fabricante, inicie a segunda camada do molde mestre, girando a foto resista no wafer e realizando o cozimento macio. Insira o wafer revestido no porta-wafer do MMAA e fixe o wafer revestido no MMAA usando fita adesiva.

Conecte o suporte do wafer ao microscópio vertical disponível usando o fixador de microscópio magnético. Mova a posição do MMAA usando os botões de direção X e Y do estágio do microscópio até que um dos marcadores de alinhamento coloridos no wafer esteja à vista através da lente do microscópio. Remova o suporte do wafer do estágio do microscópio e insira a máscara fotográfica da segunda camada no porta-wafer em cima do wafer revestido.

Certifique-se de que os marcadores de alinhamento coloridos da primeira camada podem ser parcialmente vistos através dos marcadores de alinhamento na máscara de foto e que a borda reta da máscara fotográfica seja sobreposta com a borda reta do wafer de silício. Coloque o porta-wafer de volta no estágio do microscópio e conecte a máscara de foto a um elevador de tesoura através de um dos recortes laterais com fita. Use o elevador da tesoura para ajustar a posição de direção Z da máscara fotográfica até que ela esteja bem acima do wafer revestido.

Mantendo a máscara fotográfica parada, olhe através da lente do microscópio e identifique os marcadores de alinhamento coloridos da primeira camada sob os marcadores de alinhamento da máscara fotográfica usando os botões de direção X e Y do estágio microscópio para mover a posição do MMAA. Ajuste a posição do MMAA até que o marcador de alinhamento na máscara fotográfica seja sobreposto com o marcador de alinhamento colorido na primeira camada. Aplique cuidadosamente uma ligeira força na máscara de foto e use fita adesiva para fixar a máscara fotográfica no lugar em cima do wafer revestido.

Retire a máscara fotográfica do elevador da tesoura e certifique-se de que todos os quatro marcadores de alinhamento na máscara fotográfica estejam alinhados com os quatro marcadores de alinhamento na primeira camada. Pós alinhamento, desprende cuidadosamente o suporte do wafer do estágio do microscópio. Insira a placa superior de vidro em cima do wafer e máscara fotográfica para diminuir a distância entre as duas peças.

Coloque todo o suporte do wafer no sistema de exposição à luz UV disponível e realize a exposição da segunda camada. Remova o suporte do wafer do sistema de exposição à luz UV e, em seguida, remova o wafer revestido do porta-wafer e retire a máscara fotográfica do wafer. Complete o pós-cozimento e o desenvolvimento da segunda camada após a foto resistir às instruções do fabricante.

Recupere o molde mestre e coloque-o no estágio do microscópio vertical para determinar a distância entre a primeira camada e a segunda camada. Meça a distância pela qual a segunda camada é deslocada e desalinhada da primeira camada nas estruturas do microcanal. Use o microscópio vertical para determinar se o chip PDMS contém paredes de canal retas com bordas claras do dispositivo.

Além disso, verifique o chip PDMS para obter possíveis defeitos que possam dificultar a funcionalidade do dispositivo. Através da otimização e uso do MMAA, foram fabricados moldes mestres multicamadas com erro mínimo de alinhamento. Este sistema e o protocolo descrito foram utilizados para o alinhamento dos marcadores na máscara fotográfica com os marcadores na camada inicial do molde mestre.

O molde mestre SU-8 de camada dupla para um dispositivo microfluido com um padrão herringbone foi fabricado e mostrou ter uma distância de lacuna de menos de cinco micrômetros entre as duas camadas. O molde mestre de duas camadas foi então usado para fabricar microchips PDMS. Imagens de microscópio eletrônico de varredura mostram que o dispositivo microfluido com o padrão herringbone contém bordas claras, paredes de canais retas e camadas bem alinhadas, que são essenciais para a funcionalidade adequada do dispositivo.

Além disso, um molde mestre de quatro camadas com características circulares simples foi criado usando o MMAA para mostrar o alinhamento bem sucedido de um molde mestre multicamadas. Os dados do profilômetro confirmam as quatro camadas distintas do molde mestre. É importante ter paciência e trabalhar lentamente ao alinhar os marcadores de alinhamento da primeira e segunda camadas e ao fixar a máscara fotográfica no wafer revestido.

Este procedimento pode ser usado para a produção de muitos moldes mestres multicamadas diferentes, permitindo que pesquisadores de laboratórios menores explorem projetos de dispositivos microfluidos mais complexos.