Fundição dupla aprimorada de polidimetilsiloxano (PDMS) via tratamento com óleo de silicone para replicação de microestrutura densamente compactada

Para enfrentar os desafios de desmoldagem em microestruturas densas e de alta proporção, modificamos o processo de fundição dupla PDMS adicionando um tratamento de óleo de silicone aplicado com uma rosca de tensão. Nosso protocolo oferece uma solução simples e econômica que evita a necessidade de equipamentos caros ou materiais especializados, permitindo a replicação confiável de microestruturas avançadas sem danos.

Nosso laboratório se concentrará em automatizar o processo de aplicação de óleo e desenvolver óleos de silicone personalizados para identificar as condições ideais para melhorar a reprodutibilidade e a precisão.

[Narrador] Para começar, misture uma solução de hexano e OTS em uma proporção de volume de 40:1 usando um copo de vidro limpo e uma vareta de agitação. Cubra o copo com papel alumínio para minimizar a evaporação. Sonicate o copo de vidro selado em um banho ultrassônico à temperatura ambiente cheio de água. Em seguida, mergulhe o molde de silício pré-gravado com uma matriz de orifícios na solução OTS de hexano preparada. Agora, use uma pinça limpa para levantar suavemente todo o molde de silicone verticalmente para fora da solução. Transfira-o imediatamente para um béquer fresco contendo hexano puro e enxágue agitando-o suavemente para frente e para trás cinco a 10 vezes. Seque suavemente o molde usando um soprador de nitrogênio mantido a aproximadamente três centímetros de distância por seis a 10 segundos até que não haja umidade visível. Em seguida, misture a base PDMS e o agente de cura em uma proporção de peso de 10:1 em uma placa de Petri de plástico limpa por 15 minutos. Coloque a mistura em uma câmara e desgaseifique a 160 torr até que não haja bolhas de ar visíveis. Cubra levemente uma placa de Petri de plástico limpa com óleo de silicone de viscosidade de 100 centistokes usando um limpador sem fiapos pré-embebido no óleo. Em seguida, coloque o molde de silicone revestido com OTS voltado para cima no centro da placa de Petri revestida. Despeje lentamente a mistura PDMS desgaseificada sobre o molde até que esteja totalmente coberto. Desgaseifique o molde cheio novamente no removedor de bolhas a vácuo até que não haja bolhas visíveis. Agora, coloque a placa de Petri em uma placa quente pré-aquecida ajustada a 90 graus Celsius para curar o PDMS. Uma vez curado, retire suavemente o molde PDMS do molde de silicone, garantindo que a microestrutura permaneça intacta. Coloque o molde PDMS fabricado em uma placa quente ajustada para 150 graus Celsius. Após três dias de envelhecimento térmico, mergulhe o molde em óleo de silicone de viscosidade de 100 centistokes. Desgaseifique o molde imerso em óleo sob vácuo a 160 torr por 10 a 15 minutos. Em seguida, remova o molde usando uma pinça e limpe suavemente a superfície de três a cinco vezes com um limpador limpo e sem fiapos para deixar uma fina película uniforme de óleo. Em seguida, prepare uma mistura PDMS em uma base de 10:1 para a relação peso do agente de cura usando o mesmo método de mistura e desgaseificação de antes. Despeje delicadamente a mistura desgaseificada no molde tratado, permitindo que ela se espalhe e atinja pelo menos a metade dos micropilares. Prenda uma linha de náilon de 0.5 micrômetro sob tensão suave. Passe a linha uma ou duas vezes pela superfície do PDMS em uma direção para reduzir o excesso de óleo entre os micropilares. Em seguida, desgaseifique o molde com a fina camada de PDMS em uma câmara de vácuo até que não haja bolhas de ar. Para fabricar um produto PDMS com padrão de matriz de furos, cubra levemente uma placa de Petri de plástico limpa com óleo de silicone. Coloque o molde PDMS na placa de Petri revestida e despeje a mistura PDMS desgaseificada sobre ela até atingir a altura desejada. Desgaseifique o conjunto do molde mais uma vez para eliminar quaisquer bolhas de ar presas. Em seguida, coloque a placa de Petri em uma placa quente pré-aquecida ajustada para 110 graus Celsius e catalise até solidificar totalmente. Após a cura, insira suavemente uma pinça limpa entre o molde e a réplica e molde cuidadosamente o produto final do molde. O molde de silício apresentava uma densa matriz de orifícios circulares medindo 143 micrômetros de diâmetro com espaçamento de 150 micrômetros e uma profundidade de 284 micrômetros, produzindo uma proporção de 2:1. O molde PDMS replicado a partir do modelo de silício produziu micropilares medindo 142 micrômetros de diâmetro e 283 micrômetros de altura, correspondendo às dimensões originais. A réplica PDMS envelhecida termicamente um dia e posteriormente tratada com óleo de silicone 100 centistokes apresentou rasgos e desintegração severas das estruturas das paredes durante a desmoldagem. Após dois dias de envelhecimento térmico seguido de tratamento com óleo de silicone 100 centistoke, contornos distintos dos pilares tornaram-se visíveis, mas as paredes permaneceram fortemente danificadas devido à liberação insuficiente. Com três dias de envelhecimento térmico e sem camada de óleo, a reticulação entre PDMS curados e não curados resultou em estruturas recombinadas. O uso de óleo MR-100 de baixa viscosidade após três dias de envelhecimento térmico levou a uma cobertura ruim e rasgos à medida que o óleo era drenado das paredes laterais verticais. O óleo de alta viscosidade formou um revestimento espesso, impedindo o enchimento do molde e fazendo com que o produto final parecesse ondulado e malformado. Sob condições otimizadas de três dias de envelhecimento térmico e revestimento de óleo de silicone de 100 centistoke, a réplica final preservou microestruturas padronizadas com 148 micrômetros de diâmetro e 280 micrômetros de altura, mostrando menor variação dimensional, mas estrutura intacta.