Одноэтапный подход к фабрикации полидиметилсилоксан Microfluidic каналы различных геометрических секций путем последовательных мокрой офорт процессов

Этот метод может помочь в разработке ключевых технологий изготовления в области микрофлюидики, таких как изготовление каналов с различными геометрическими поперечными сечениями в микрофлюидном устройстве на основе полидиметилсилоксанового поликарбоната. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что микрофлюидные каналы могут быть изготовлены с помощью одноэтапного подхода с помощью последовательных процессов мокрого травления без утомительных процедур и обширных выравниваний. Применение этого метода распространяется на разработку сложных микрофлюидных систем, поскольку процессы изготовления каналов с непрямоугольными сечениями или различными высокими сечениями могут быть значительно упрощены с помощью этого метода.

Хотя этот метод может дать представление о производстве микрофлюидных устройств, он также может быть применен к другим желаемым условиям микросреды, таким как распределение потока или смешивание веществ в каналах. Начните процедуру с подготовленной мастер-формы. В этом случае негативная форма, созданная с помощью фоторезиста, находится на четырехдюймовой кремниевой пластине.

Ниже приведено изображение инвертированной топологии для схем каналов, созданное системой автоматизированного проектирования. Соедините PDMS и его катализатор в чистом пластиковом стаканчике и перемешайте его в механической мешалке. Когда смесь станет однородной, поместите чашку в эксикатор, подключенный к вакуумному насосу, на 60 минут.

После извлечения смеси PDMS отнесите ее в мастер-форму. Вылейте 20 грамм смеси поверх формы. Старайтесь не вводить пузыри.

Далее приобретаем чашку Петри и высыпаем в нее 30 грамм смеси PDMS. Поместите закрытую форму и чашку Петри в влагопоглотитель, чтобы удалить пузырьки. Через 60 минут перенесите закрытую форму и чашку Петри в духовку при температуре 60 градусов Цельсия для затвердевания в течение четырех часов.

После этапа отверждения дайте PDMS остыть до комнатной температуры. Затем с помощью скальпеля и пинцета отсоедините отвержденный PDMS от формы. Продолжайте наносить слой PDMS скальпелем так, чтобы он охватывал схему канала.

Используйте биопсийный перфоратор, чтобы открыть порты доступа к каналам. Теперь поработаем с PDMS в чашке Петри. Используйте скальпель и пинцет, чтобы извлечь его из посуды.

Затем разрежьте слой PDMS до тех же размеров, что и формованный слой. Отнесите слои PDMS к машине для обработки поверхности. Ориентируйте слои так, чтобы показать спроектированные каналы одного слоя PDMS и безликую поверхность другого.

Подвергните слои воздействию кислородной плазмы в течение 40 секунд. Когда это будет сделано, две поверхности должны быть соединены. Соедините два слоя, поместив их обработанные поверхности в соприкосновение.

Затем поместите склеенные слои PDMS в духовку при температуре 60 градусов Цельсия не менее чем на 30 минут. Подготовьте микрофлюидное устройство для определения характеристик мокрого травления PDMS. Используйте простую конструкцию с одним слоем и прямым прямоугольным каналом.

В этом устройстве есть один выход для слива и один вход. Обратите внимание, что верхний и нижний слои PDMS изображены на этом изображении как разделенные. Настройте устройство так, чтобы его можно было наблюдать и фотографировать с помощью микроскопа.

Для решения для травления используйте TBAF и NMP в соотношении объема к объему один к 10. Наберите травитель в 10-миллилитровый шприц тупой иглой из нержавеющей стали. Наденьте шприц на шприцевую помпу рядом с микроскопом.

Затем подключите его к входному отверстию устройства. Направьте выход из выпускного отверстия в контейнер для отходов. Запустите шприцевой насос с травлением со скоростью потока 150 микролитров в минуту.

Используйте изображения с помощью микроскопа со светлым полем, чтобы убедиться, что травленый канал вдоль направления потока имеет одинаковую ширину, а также помочь подтвердить скорость потока и состав травления. Получение изображений временных рядов поперечного сечения канала с четырехкратным увеличением в процессе травления для анализа. Настройте микроскоп для просмотра и фотографирования микрофлюидного устройства.

В этом случае спроектируйте устройство таким образом, чтобы входные отверстия травителя и буфера поступали в разные области. Вот схема входов и каналов устройства сверху и в разрезе. Со временем, различное действие травителя по сравнению с буфером приведет к созданию нового поперечного сечения, что показано на этой схеме конечного сечения и фотографии вида сверху.

Поместите прибор на предметный столик микроскопа. Приготовьте протравливающий раствор TBAF и NMP и буферный раствор NMP. Наполните два шприца по 10 миллилитров буферным раствором и один протравителем.

Положите шприцы на шприцевой насос рядом с устройством. Сделайте соответствующие соединения для устройства, в том числе для удаления отходов. Запустите шприцевой насос с травлением со скоростью потока 50 микролитров в минуту.

В этом видео исходная геометрия канала раскрывается красным красителем. Со временем травление приводит к изменению толщины стенки канала. Засекайте время процесса мокрого травления, чтобы убедиться, что процесс дает правильную геометрию канала.

Подготовьте микроскоп со шприцевым насосом поблизости. Именно такая конструкция используется для создания каналов PDMS для микрофлюидного смесителя с различными секциями. Он имеет чередующуюся зеркальную геометрию поперечного сечения, которую было бы трудно достичь с помощью стандартных процессов.

Установите прибор на микроскоп и подключите его к шприцевому насосу. Установите решение для травления TBAF NFP на отмеченном порту выходе. Наблюдайте за микрофлюидным каналом по мере того, как камера развивается с течением времени, как на этих фотографиях сверху, записанных в течение двух часов.

Засекайте время процесса мокрого травления, чтобы обеспечить правильную геометрию канала. Когда закончите, определите характеристику устройства. Приготовьте шприц с дистиллированной водой и другой с раствором флуоресцеина натриевой соли для установки в шприцевой насос.

Поместите микрофлюидное устройство на микроскоп и подсоедините каждый шприц к входному отверстию со скоростью потока 20 микролитров в минуту. Черпаем отходы из розетки. Сделайте снимки канала с флуоресцентным микроскопом сверху в заданных положениях.

Для сравнения запишите изображения при тех же обстоятельствах с помощью нетравленной версии микрофлюидного устройства. Возможно изготовление микрофлюидных каналов с различным геометрическим сечением с последовательным мокрым травлением. На этой панели обобщено расположение впускных отверстий травления в однослойных каналах PDMS для получения поперечного сечения, продемонстрированного в этом видео.

Обратите внимание, что травитель идет в центральный канал, а буфер — в боковые каналы. Такое же расположение каналов, наряду с переключением каналов, несущих травление и буфер, дает сечение в форме гантели. Другое расположение каналов, аналогичное микрофлюидному смесителю, создает колоколообразное поперечное сечение с использованием только травителя.

Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о том, что с входными отверстиями устройств следует избегать утечки травления и дальнейшего вызова утечки PDMS на входных отверстиях. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как выполнить одноэтапный подход для успешного изготовления микрофлюидных устройств PDMS с различным геометрическим сечением каналов с последовательными процессами мокрого травления.