Улучшенное двойное литье полидиметилсилоксана (PDMS) с помощью обработки силиконовым маслом для репликации плотно упакованной микроструктуры

Для решения проблем извлечения из формы в плотных микроструктурах с высоким соотношением сторон мы модифицировали процесс двойного литья PDMS, добавив в него силиконовое масло, которое наносится с помощью натяжной нити. Наш протокол предлагает простое и экономичное решение, которое позволяет избежать необходимости в дорогостоящем оборудовании или специализированных материалах, обеспечивая надежную репликацию современных микроструктур без повреждений.

Наша лаборатория сосредоточится на автоматизации процесса нанесения масла и разработке силиконовых масел по индивидуальному заказу для определения оптимальных условий для улучшения воспроизводимости и точности.

[Рассказчик] Для начала смешайте раствор гексана и OTS в соотношении 40:1 с помощью чистого стеклянного стакана и стержня для перемешивания. Накройте стакан алюминиевой фольгой, чтобы свести к минимуму испарение. Ультразвуком окуните герметичный стеклянный стакан в ультразвуковую ванну комнатной температуры, наполненную водой. Затем погрузите предварительно протравленную силиконовую форму с массивом отверстий в приготовленный раствор гексана OTS. Теперь с помощью чистого пинцета аккуратно вытащите всю силиконовую форму вертикально из раствора. Немедленно переложите его в свежую мензурку, содержащую чистый гексан, затем промойте, осторожно перемешивая его вперед и назад от пяти до 10 раз. Аккуратно высушите форму с помощью азотной воздуходувки, которую держат на расстоянии примерно трех сантиметров в течение шести-10 секунд, пока не останется видимой влаги. Затем смешайте основу PDMS и отвердитель в соотношении 10:1 по весу в чистой пластиковой чашке Петри в течение 15 минут. Поместите смесь в камеру и дегазируйте при 160 торр, пока не останутся видимые пузырьки воздуха. Слегка смажьте чистую пластиковую чашку Петри силиконовым маслом с вязкостью 100 сантистоксов с помощью безворсового стеклоочистителя, предварительно смоченного в масле. Затем поместите силиконовую форму с покрытием OTS лицевой стороной вверх в центр чашки Петри с покрытием. Медленно вылейте дегазированную смесь PDMS на форму до полного покрытия. Снова дегазируйте заполненную форму в вакуумном средстве для удаления пузырьков, пока не останутся видимые пузырьки. Теперь поместите чашку Петри на предварительно разогретую плиту, установленную на 90 градусов Цельсия, чтобы отверждать PDMS. После отверждения аккуратно отделите форму PDMS от силиконовой формы, убедившись, что микроструктура остается неповрежденной. Поместите изготовленную форму PDMS на горячую плиту, установленную на 150 градусов Цельсия. После трех дней термической выдержки погрузите форму в силиконовое масло вязкостью 100 сантистоков. Дегазируйте погруженную в масло форму под вакуумом при давлении 160 мм рт. ст. в течение 10–15 минут. Затем удалите плесень с помощью пинцета и аккуратно протрите поверхность три-пять раз чистой безворсовой салфеткой, чтобы образовалась равномерная тонкая пленка масла. Затем приготовьте смесь PDMS в соотношении основания и массы отвердителя 10:1, используя тот же метод смешивания и дегазации, что и раньше. Аккуратно вылейте дегазированную смесь на обработанную форму, позволяя ей растечься и достичь как минимум половины микростолбиков. Закрепите нейлоновую нить толщиной 0,5 микрометра под легким натяжением. Проведите нитью один или два раза по поверхности PDMS в одном направлении, чтобы уменьшить избыток масла между микростойками. Затем дегазируйте форму тонким слоем PDMS в вакуумной камере до тех пор, пока не останутся пузырьки воздуха. Чтобы изготовить массив отверстий PDMS, слегка смажьте чистую пластиковую чашку Петри силиконовым маслом. Поместите форму PDMS в чашку Петри с покрытием и залейте ее дегазированной смесью PDMS до достижения желаемой высоты. Еще раз дегазируйте пресс-форму в сборе, чтобы удалить пузырьки воздуха. Затем поставьте чашку Петри на разогретую плиту, установленную на 110 градусов Цельсия, и отверждайте до полного застывания. После отверждения аккуратно вставьте чистый пинцет между формой и репликой, и аккуратно вытащите готовое изделие из формы. Силиконовая форма имела плотный массив круглых отверстий диаметром 143 микрометра с расстоянием между ними 150 микрометров и глубиной 284 микрометра, что давало соотношение сторон 2:1. Пресс-форма PDMS, скопированная из кремниевого шаблона, производила микростолбы размером 142 микрометра в диаметре и 283 микрометра в высоту, что близко соответствует исходным размерам. Копия PDMS, термически состаренная за один день и впоследствии обработанная силиконовым маслом 100 сантистокс, показала сильные разрывы и разрушения стеновых конструкций во время извлечения из формы. После двух дней термического старения с последующей обработкой силиконовым маслом на 100 сантистоков стали видны четкие контуры колонн, но стенки остались сильно поврежденными из-за недостаточного высвобождения. Благодаря трехдневному термическому старению и отсутствию масляного слоя поперечная сшивка между отвержденным и неотвержденным PDMS привела к рекомбинированию структур. Использование масла с низкой вязкостью MR-100 после трех дней термического старения привело к плохому покрытию и разрывам, так как масло стекало с вертикальных боковых стенок. Высоковязкое масло образовывало густое покрытие, предотвращая заполнение плесени и вызывая волнистость и деформацию конечного продукта. В оптимизированных условиях трехдневного термического старения и покрытия силиконовым маслом на 100 сантистоков, в окончательной копии сохранились микроструктуры с дырчатым рисунком диаметром 148 микрометров и высотой 280 микрометров, демонстрирующие незначительные изменения размеров, но неповрежденную структуру.