Мягкие литографических процедура для производства пластиковых Microfluidic устройства с видом портами прозрачно для видимого и инфракрасного света

Конечной целью этого протокола микропроизводства является производство пластиковых микрофлюидных устройств, совместимых с инфракрасной микроспектроскопией с преобразованием Фурье, простым и экономичным способом. Эти методы могут помочь в глубоком понимании клеточной биохимии. Он обеспечивает нам упрощенный доступ к инфракрасной микроспектроскопии, методу визуализации без меток и повреждений, который может получить биохимические карты живых клеток.

Основное преимущество этой технологии заключается в том, что она снижает потребность в доступе к микропроизводству и использует пластик в качестве основного компонента для конечных устройств. Демонстрировать процедуру будет Мона Сурьяна, научный сотрудник нашей лаборатории. Чтобы начать эту процедуру, подготовьте кремниевую первичную форму, как указано в текстовом протоколе.

Затем смешайте эластомер PDMS и отвердитель в соотношении 10 к одному. Общее количество смешиваемого вещества таково, что получаемый PDMS имеет толщину примерно от одного до 1,5 миллиметра. После тщательного перемешивания переложите смесь в вакуумную банку.

Уменьшите давление до тех пор, пока оно не станет от одного до 10 миллибар. Подождите 15 минут или пока не исчезнут видимые пузырьки, чтобы дегазировать смесь. Вылейте дегазированный PDMS на подготовленную силиконовую форму.

Переложите форму в вакуумную банку и снизьте давление на 15 минут, чтобы снова дегазировать смесь. Затем переложите форму на горячую плиту или в духовку. Нагрейте форму при температуре 70 градусов Цельсия в течение двух часов, чтобы смесь застыла.

Снимите отвержденный PDMS с огня и дайте ему остыть до комнатной температуры. С помощью лезвия бритвы разрежьте PDMS по краям силиконовой формы. С помощью пинцета зажмите один уголок и осторожно снимите копию PDMS с силиконовой формы.

Далее перенесите пресс-форму PDMS в плазмочиститель. Установите давление в камере от одного до 10 миллибар и обработайте пресс-форму PDMS кислородной плазмой мощностью 60 Вт в течение 30 секунд с потоком кислорода 20 SCCM. После этого поместите форму в вакуумную банку и добавьте около 50 микролитров силана.

Оставьте банку в вакуумном состоянии на два часа. Для начала разработайте или приобретите акриловые шаблоны, как указано в текстовом протоколе, и приготовьте эластомер PDMS и отвердитель, как показано в начале этой процедуры. Налейте дегазированную смесь PDMS на акриловые шаблоны до тех пор, пока самая верхняя поверхность не будет погружена в воду, примерно на один миллиметр ниже поверхности жидкости.

Затем переложите погруженные шаблоны в вакуумную банку. Дегазация PDMS осуществляется с помощью того же процесса, что и раньше. Затем переложите погруженные шаблоны на горячую плиту или в духовку.

Нагрейте до 60 градусов Цельсия в течение двух часов, чтобы смесь застыла. Снимите отвержденный PDMS с источника тепла и дайте ему остыть до комнатной температуры. С помощью лезвия бритвы разрежьте PDMS по краям акриловых шаблонов.

Затем с помощью пинцета зажмите один уголок и осторожно снимите PDMS. После этого подготовьте вторую реплику PDMS, как указано в текстовом протоколе. Чтобы начать изготовление структурированной половины устройства, обработайте окно фторида кальция кислородной плазмой мощностью 60 Вт в течение 30 секунд с потоком кислорода 20 SCCM.

Осторожно положите первый шаблон PDMS, с маленькими столбиками, на плоскую поверхность. Затем поместите обработанное фторидом кальция окошко в центр шаблона. Осторожно нажмите, чтобы убедиться, что окно полностью соприкасается с PDMS.

Затем поместите УФ-прозрачную пластину на заднюю сторону формы PDMS, выровненную по расположению центральной камеры. Осторожно нажмите, чтобы убедиться, что он полностью соприкасается с PDMS. Поместите форму на шаблон PDMS жидкостной моделью вниз и выровняйте жидкостную камеру по центру окна.

Затем постепенно дозируйте капли NOA на входе шаблона PDMS. Дайте NOA медленно заполнить полость. После того, как полость будет полностью заполнена, отверждайте NOA, подвергнув форму воздействию ультрафиолетового света.

Осторожно выньте УФ-прозрачную пластину из формы. Аккуратно снимите форму PDMS с верхней части слоя NOA. После этого снимите слой NOA.

Чтобы начать изготовление плоской половины устройства, обработайте окно фторида кальция кислородной плазмой мощностью 60 Вт в течение 30 секунд с потоком кислорода 20 SCCM. Аккуратно положите второй шаблон PDMS, без маленьких столбиков, на плоскую поверхность. Поместите обработанное фторидом кальция окошко в центр шаблона.

Осторожно нажмите, чтобы убедиться, что окно полностью соприкасается с PDMS. Далее приобретается лист PDMS толщиной в один миллиметр, то есть пять сантиметров на 3,5 сантиметра. Поместите этот лист поверх окошка с фторидом кальция, выровненного по центру шаблона.

Осторожно нажмите, чтобы лист полностью соприкасался с окном. Постепенно выдавайте капли NOA на входе шаблона PDMS. Дайте NOA медленно заполнить полость.

После того, как полость будет полностью заполнена, отверждайте NOA, подвергнув форму воздействию ультрафиолетового света. Снимите слой PDMS. Затем аккуратно удалите отвержденный слой NOA из шаблона PDMS.

Поместите одну половину устройства на другую, выровняв окна фторида кальция. Аккуратно надавите на углы слоев NOA, фиксируя положение двух половинок. Затем получите диски и прямоугольники PDMS, как указано в текстовом протоколе.

Поместите диски PDMS в соответствующие отверстия устройства. Затем поместите прямоугольники PDMS с предварительно вырезанными отверстиями с каждой стороны. Перенесите всю сборку в вакуумный пресс, зажав ее между двумя пластинами.

Затем закройте полиэтиленовый пакет. Включите вакуумный насос для вакуумирования узла и дайте ему поработать не менее 10 минут. Используя широкополосную ртутную лампу мощностью 270 Вт, подвергните вакуумируемую сборку воздействию ультрафиолетового света в течение 15 минут.

После этого выключите вакуумный насос и дайте узлу медленно прокачаться до атмосферного давления, прежде чем извлекать окончательное устройство из сборки. В ходе этой процедуры изготавливается пластиковое микрофлюидное устройство с прозрачными для видимого и инфракрасного света видовыми окнами. Затем собираются спектры пропускания для сравнения совершенно нового окна фторида кальция, половины изготовленного устройства и всего устройства.

Как видно, все три имеют коэффициент пропускания более 80% в среднем инфракрасном диапазоне, что указывает на высокую степень прозрачности в этом диапазоне. В то время как спектр всего устройства демонстрирует интерференционную картину, вызванную воздушным зазором между двумя окнами, эти спектры демонстрируют, что процесс изготовления не изменяет прозрачность окон из фторида кальция вплоть до среднего инфракрасного диапазона. После освоения этой техники ее можно сделать за один час, если она выполнена правильно и необходимые шаблоны и формы уже готовы.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как производить пластиковые микрофлюидные устройства, совместимые с инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье, с использованием литья реплик с помощью PDMS и процесс заполнения капилляров УФ-отверждаемыми смолами. Не забывайте, что работа с силаном и ультрафиолетовым излучением может быть чрезвычайно опасной, поэтому всегда проводите оценку рисков на основе процедуры и надевайте соответствующие средства индивидуальной защиты во время выполнения этой процедуры.