Lithographie douce

Bioengineering

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Summary

Dispositifs de BioMEM nombreux, tels que les canaux microfluidiques, sont fabriquées en utilisant la technique de la lithographie douce. Ici, un modèle microscopique est répliqué par polymérisation d’un polymère élastomère sur la structure 3D. Ces structures polymériques sont ensuite utilisés pour créer un large éventail de dispositifs, allant des canaux microfluidiques pour des applications de biodétection pour microscale bioréacteurs pour la visualisation des micro-colonies.

Cette vidéo présente la photolithographie et illustre la technique en laboratoire. Ensuite, certaines applications de la technique et la façon dont les structures sont utilisés dans le domaine de la bio-ingénierie sont examinées.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bio-ingénierie. Lithographie douce. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Lithographie douce est un ensemble de procédés de fabrication rapide, simple et peu coûteux qui ont été utilisées avec succès pour modèle les voies complexes de systèmes microfluidiques. Dans l’industrie électronique, lithographie désigne le processus de microfabrication photonique et sensible à la lumière des polymères aux pièces de patron d’un film mince ou l’essentiel d’un substrat. La lithographie douce de terme se réfère à l’utilisation de matériaux élastomères souples comme polydiméthylsiloxane ou PDMS pour effectuer ces techniques. Dans cette vidéo, Nous illustrerons les différents types de techniques de lithographie douce suivies d’un protocole de démonstration de la fabrication d’un dispositif microfluidique. Enfin, nous verrons comment les chercheurs dans différents domaines utilisent Lithographie douce à leur avantage.

Tout d’abord, passons en revue les techniques de lithographie douce les plus courantes. La première étape de toutes ces techniques est la fabrication du moule maître. Cela se fait à l’aide de la photolithographie traditionnelle qui utilise la lumière et un matériau photosensible appelée résine photosensible pour créer le motif désiré sur un substrat de silicium. Pour connaître en détail la photolithographie, s’il vous plaît de voir une vidéo précédente dans cette collection de Jove. La deuxième étape est coulée d’un élastomère sur ce moule maître et puis guérir. Cela crée le timbre flexible élastomère portant les caractéristiques de secours qui est utilisé de différentes manières dans les différentes techniques de lithographie douce. Les modes de principe de transfert utilisant le timbre de fonte sont impression, moulage, lithographie optique de déphasage, découpe mécanique et fonderie. Dans l’impression, le timbre est tout d’abord recouverte d’une encre transférable comme octadécanethiol ou ODT qui est ensuite placé sur le substrat, comme l’or. Lorsque le timbre est retiré, à l’encre de la surface surélevée timbre est imprimé sur la surface du substrat. Ainsi, impression directement réplique de composants nanométriques sur le substrat. Dans une autre technique appelée le moulage, le timbre lui-même est utilisé comme un moule. Ici, le timbre est pressé dans un polymère non polymérisé et puis guéri. Ensuite, le moule est décollée pour révéler le motif du timbre. Comme impression, moulage aussi permet une reproduction directe des caractéristiques de la nano-échelle sur le substrat. Dans la troisième technique, appelée lithographie de phase de Maj-bord, tout d’abord, le substrat est recouvert du matériau photosensible. Puis le cachet est apposé sur le substrat revêtu, et le feu est allumé par le tampon. Cela se traduit par des bords des caractéristiques transférées au film de résine photosensible tel qu’observé dans les techniques de la lithographie traditionnelle. Dans la section mécanique, alias nanoskiving, le timbre est utilisé pour moule prépolymère époxy non durci, comme dans le moulage. Ce prépolymère moulé est guéri qui est ensuite recouvert d’une mince pellicule d’un matériau de choix, par exemple, or. Ce film est ensuite intégré en plus époxy et guéri après qui c’est sectionné à l’aide d’un ultramicrotome pour former une plaque d’époxy sur le modèle. Enfin, en fonte, un polymère est versé dans un moule maître pour faire un timbre. On peut ensuite poinçonné pour entrées et sorties et collé sur un substrat. Dans la section suivante, nous passons en revue le protocole de fabrication d’un dispositif microfluidique simple.

Tout d’abord, préparer le moule principal en utilisant des techniques de la lithographie traditionnelle. Pour les détails du protocole voir une vidéo précédente dans cette collection. Le moule principal est généralement fabriqué sur un substrat de silicium. Pour fabriquer le timbre, tout d’abord préparer un mélange d’environ 25 grammes de PDMS et de salaison dans le rapport de 10:1. Puis dégazer le mélange pour enlever les bulles d’air. Ensuite, placez le moule principal dans un récipient plat-base et versez le mélange PDMS dégazé à ce sujet. Maintenant faites cuire le PDMS à 60 degrés Celsius pendant environ une heure, suivi d’un refroidissement naturel vers le bas du four à la température ambiante pendant une autre heure. Ensuite, couper le PDMS hors du moule et placez-le avec le côté du modèle vers le haut pour éviter la contamination. Découper les modèles. Perforez les entrées et les sorties à l’aide d’une perforatrice dermatologique de la bonne taille permettant l’écoulement des fluides dans et hors de l’appareil. Puis placer le dispositif PDMS dans un plasma oxygène nettoyeur et traitez-le pendant environ une minute. Respecter les deux couches du dispositif ensemble et aligner le motif sous un microscope. Enfin, coller l’appareil rempli d’un substrat à l’aide de PDMS et faites cuire à guérir. Avant utilisation, test de fuites par couler l’eau à travers les canaux microfluidiques.

Lithographie douce a été appliquée dans des domaines allant de l’analyse moléculaire de diagnostic clinique et le développement de médicaments. Nous allons jeter un oeil à quelques-uns de ces exemples. Cette technique peut servir à créer des structures non conventionnelles telles que les microposts souples de mécano-profilage de cellules individuelles. Mécano-profilage se réfère à l’étude des paramètres mécaniques comme les forces appliquées par les microorganismes sur leur environnement. Après que les microposts sont fabriqués, les cellules cultivées sont autorisés à cultiver sur eux. Cela se traduit par la flexion des petits piliers flexibles, qui peuvent ensuite être mesurées afin de calculer les forces exercées par les différents types de cellules. Systèmes multicouches, multifluidic permet d’étudier et de comprendre les effets des microenvironnements différents sur des cellules de mammifères. Ces systèmes sont fabriqués par chaque couche de PDMS individuels à l’aide de différents moules maîtres. Puis les différents moulages PDMS sont nettoyés, alignés et en couches superposées et cuit au four. Les couches multiples de l’appareil PDMS permet la séparation efficace du liquide des cellules via une membrane semi-perméable de PDMS. Cette configuration permet aux chercheurs d’étudier et de caractériser les effets des micro-environnements nouvelles sur les cellules en activant des quantités contrôlées de liquides, tels que l’oxygène ou un nouveau média, à diffuser de la couche de liquide test haut vers les cellules de mammifère à la microfluidique de fond canal.

Vous avez juste regardé les vidéo de Jove sur Lithographie douce. Ici, nous avons discuté les techniques de base de la lithographie douce ainsi que le protocole détaillé de fabrication d’un dispositif microfluidique PDMS à titre d’exemple. Merci de regarder.

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