1: Мягкая литография

Мягкая литография — это набор быстрых, простых и недорогих производственных процессов, которые успешно используются для моделирования сложных каналов микрофлюидных систем. В электронной промышленности литография относится к процессу микропроизводства с использованием легких и светочувствительных полимеров для моделирования частей тонкой пленки или основной массы подложки. Термин «мягкая литография» относится к использованию мягких эластомерных материалов, таких как полидиметилсилоксан или PDMS, для выполнения этих методов. В этом видео мы проиллюстрируем различные типы методов мягкой литографии, за которыми последует протокол, демонстрирующий изготовление микрофлюидного устройства. Наконец, мы увидим, как исследователи в разных областях используют мягкую литографию в своих интересах.

Для начала рассмотрим наиболее распространенные техники мягкой литографии. Первым шагом во всех этих методах является изготовление мастер-формы. Это делается с помощью традиционной фотолитографии, которая использует свет и светочувствительный материал, называемый фоторезистом, для создания желаемого рисунка на подложке, такой как кремний. Чтобы узнать больше о фотолитографии, посмотрите предыдущее видео из этой коллекции Юпитера. Второй шаг — заливка эластомера на эту мастер-форму и последующее ее отверждение. В результате получается гибкий эластомерный штамп с рельефными свойствами, который по-разному используется в различных техниках мягкой литографии. Основными режимами переноса с помощью литого штампа являются печать, формование, оптическая литография с фазовым сдвигом, механическая резка и литье. При печати штамп сначала покрывается переносными чернилами, такими как октадекантиол или ОДТ, которые затем помещаются на подложку, как золото. Когда штамп удаляется, на поверхность подложки отпечатываются только чернила с рельефной поверхности штампа. Таким образом, печать напрямую воспроизводит наноразмерные элементы на подложке. В другой технике, называемой формованием, в качестве формы используется сам штамп. Здесь штамп вдавливается в неотвержденный полимер, а затем отверждается. Затем форму снимают, чтобы показать узор со штампа. Как и печать, формование также приводит к прямому воспроизведению наноразмерных элементов на подложке. В третьем методе, называемом литографией с фазовым сдвигом и краем, подложка сначала покрывается материалом фоторезиста. Затем штамп помещается на подложку с покрытием и через него пропускается свет. Это приводит к тому, что края элементов переносятся на пленку фоторезиста, как это наблюдается в традиционных методах литографии. При механической резке, также известной как наношлифовка, штамп используется для формования неотвержденного эпоксидного преполимера, как и при литье. Этот формованный преполимер отверждается, после чего на него наносится тонкая пленка из материала по выбору, например, золота. Затем эта пленка погружается в эпоксидную смолу и отверждается, после чего ее разрезают с помощью ультрамикротома, чтобы сформировать пластину эпоксидной смолы с рисунком. Наконец, при литье полимер заливается в мастер-форму для изготовления штампа. Затем его можно пробить для входных и выходных отверстий и приклеить к подложке. В следующем разделе мы рассмотрим протокол изготовления простого микрофлюидного устройства.

Во-первых, подготовьте мастер-форму с помощью традиционных техник литографии. Для получения подробной информации о протоколе обратитесь к предыдущему видео из этой коллекции. Мастер-форма обычно изготавливается на кремниевой подложке. Для изготовления штампа сначала приготовьте смесь примерно из 25 граммов PDMS и отвердителя в соотношении 10:1. Затем дегазируйте смесь, чтобы удалить пузырьки воздуха. Далее поместите мастер-форму в емкость с плоским дном и залейте ее дегазированной смесью PDMS. Теперь выпекайте PDMS при температуре 60 градусов Цельсия в течение примерно одного часа, после чего следует естественное охлаждение духовки до комнатной температуры еще на час. Затем отрежьте PDMS от формы и поместите ее в нее моделью вверх, чтобы избежать загрязнения. Затем вырежьте отдельные выкройки. Пробейте все входные и выходные отверстия с помощью дерматологического дырокола подходящего размера, чтобы жидкость могла поступать внутрь устройства и выходить из него. Затем поместите устройство PDMS в кислородный плазменный очиститель и обрабатывайте его в течение одной минуты. Склейте два слоя устройства вместе и совместите рисунок под микроскопом. Наконец, приклейте готовое устройство к подложке с помощью PDMS и запекайте его для отверждения. Перед использованием проверьте наличие утечек, пропустив воду через микрофлюидные каналы.

Мягкая литография нашла применение в самых разных областях, от молекулярного анализа до клинической диагностики и разработки лекарств. Давайте рассмотрим некоторые из этих примеров. Этот метод может быть использован для создания нетрадиционных структур, таких как гибкие микростолбы для механического профилирования отдельных клеток. Механопрофилирование относится к изучению механических параметров, таких как силы, приложенные микроорганизмами к окружающей среде. После того, как микропосты изготовлены, на них позволяют расти культивируемым клеткам. Это приводит к изгибу небольших гибких столбов, которые затем можно измерить, чтобы рассчитать силы, действующие различными типами ячеек. Многослойные, многофлюидные системы могут быть использованы для изучения и понимания влияния различных микросред на клетки млекопитающих. Эти системы изготавливаются путем изготовления каждого отдельного слоя PDMS с использованием различных мастер-форм. Затем различные слепки PDMS очищаются, выравниваются, накладываются друг на друга слоями и запекаются. Многослойность устройства PDMS обеспечивает эффективное отделение жидкости от ячеек с помощью полупроницаемой мембраны PDMS. Эта установка позволяет исследователям изучать и характеризовать влияние новых микросред на клетки, позволяя контролируемым количествам жидкостей, таких как кислород или новая среда, диффундировать из верхнего слоя тестовой жидкости в клетки млекопитающих в нижнем микрофлюидном канале.

Вы только что посмотрели видео Юпитера о мягкой литографии. В этой статье мы рассмотрели основные методы мягкой литографии, а также подробный протокол изготовления микрофлюидного устройства PDMS в качестве примера. Спасибо за просмотр.