Litografía suave

Bioengineering

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Summary

Dispositivos de muchos BioMEM, como canales de microfluidos, están fabricados mediante la técnica de litografía blanda. Aquí, un patrón de microescala es replicado por el curado de un polímero elastomérico sobre la estructura 3D. Estas estructuras poliméricas se utilizan entonces para crear una amplia gama de dispositivos, que van desde canales de microfluidos para aplicaciones de biosensores a microescala biorreactores para la visualización de colonias de micro.

Este video presenta la fotolitografía y demuestra la técnica en el laboratorio. A continuación, se examinan algunas aplicaciones de la técnica y cómo las estructuras se utilizan en el campo de la bioingeniería.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioingeniería. Litografía suave. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Litografía suave es un conjunto de procesos de fabricación rápida, sencilla y barata que se han utilizado con éxito para los canales complejos de sistemas microfluídicos del patrón. En la industria de la electrónica, la litografía se refiere al proceso de microfabricación con luz y polímeros sensibles a la luz piezas de patrón de una capa fina o la mayor parte del sustrato. La litografía suave del término se refiere al uso de materiales elastómeros blandos como polidimetilsiloxano PDMS para realizar estas técnicas. En este video, se ilustran los diferentes tipos de técnicas de litografía blanda en seguida de un protocolo de demostración de la fabricación de un dispositivo de microfluidos. Por último, veremos cómo los investigadores en diferentes campos están utilizando litografía blanda en su beneficio.

En primer lugar, vamos a repasar las técnicas de litografía blanda más común. El primer paso de todas estas técnicas es la fabricación del molde maestro. Esto se hace utilizando Fotolitografía tradicional que utiliza luz y un material sensible a la luz llamado photoresist para crear el patrón deseado en un substrato de silicio. Para Fotolitografía en detalle, por favor consulte un video anterior de esta colección de Zeus. El segundo paso es verter un elastómero sobre este molde maestro y luego curarlo. Esto crea el sello elastomérico flexible teniendo las características del relieve que se utiliza de maneras diferentes en las diferentes técnicas de litografía blanda. Los modos del principio de transferencia usando el sello de fundición son impresión, moldeado, litografía óptica de cambio de fase, de seccionamiento mecánico y fundición. En la impresión, el sello está cubierto primero con una tinta transferible como octadecanethiol o ODT que se coloca en el substrato, como el oro. Cuando el sello es removido, se imprime sólo la tinta de la superficie de sello levantado sobre la superficie del sustrato. Así, la impresión directamente Replica características de nano-escala en el sustrato. En otra técnica llamada moldeo, el sello sí mismo se utiliza como molde. Aquí, el sello se presiona en un polímero sin curar y entonces curado. Entonces el molde se pela apagado para revelar el patrón de la estampilla. Como la impresión, moldeado también resulta en replicación directa de características de nano-escala en el sustrato. En la tercera técnica llamada litografía de borde de cambio de fase, en primer lugar, el substrato está cubierto con el material del photoresist. Entonces el sello se coloca en el substrato recubierto y la luz se muestra a través de la estampilla. Esto resulta en los bordes de las características de ser transferidas a la película de photoresist como se observa en las técnicas de la litografía tradicional. En seccionamiento mecánico, también conocido como nanoskiving, el sello se utiliza para moldear el prepolímero de epoxi sin curar, como en moldeo. Este prepolímero moldeada se cura que entonces está cubierto con una capa delgada de un material de elección, por ejemplo, oro. Esta película está incrustada en epoxy más y curada después de que se secciona utilizando un ultramicrótomo para formar una losa de epoxy con el patrón. Por último, en el bastidor, un polímero se vierte en un molde maestro para hacer un sello. Entonces puede ser perforado para las entradas y salidas y adherido a un sustrato. En la siguiente sección, se revisa el protocolo para la fabricación de un dispositivo de microfluidos sencillos.

En primer lugar, preparar el molde maestro utilizando técnicas de la litografía tradicional. Para detalles del Protocolo se refieren a un video anterior de esta colección. El molde maestro se fabrica normalmente sobre un sustrato de silicio. Para fabricar el sello, primero preparar una mezcla de aproximadamente 25 gramos de PDMS y agente endurecedor en la proporción 10:1. Luego desgasificar la mezcla para eliminar las posibles burbujas de aire. A continuación, coloque el molde principal en un recipiente de base plana y verter la mezcla desgasificada de PDMS en él. Ahora hornea el PDMS a 60 grados centígrados durante una hora, seguido de un enfriamiento natural abajo del horno a temperatura ambiente una hora. A continuación, corte los PDMS del molde y colocarlo con el lado del patrón para evitar la contaminación. Luego cortar los patrones individuales. Golpear cualquier entradas y salidas usando una perforadora dermatológica del tamaño adecuado para permitir el flujo de fluido dentro y fuera del dispositivo. Luego coloque el dispositivo PDMS en un plasma de oxígeno limpio y tratar durante aproximadamente un minuto. Se adhieren las dos capas del dispositivo juntos y alinee el patrón bajo un microscopio. Por último, adherir el dispositivo terminado en un substrato con PDMS y hornearlo para curar. Antes de usar la prueba en busca de fugas por fluir agua a través de los canales de microfluidos.

Litografía suave ha encontrado aplicación en campos que van desde el análisis molecular al diagnóstico clínico y el desarrollo de fármacos. Echemos un vistazo a algunos de estos ejemplos. Esta técnica puede utilizarse para crear estructuras no convencionales como microposts flexibles para perfiles de Mecano de las células. Perfiles de Mecano se refiere al estudio de los parámetros mecánicos como las fuerzas aplicadas por los microorganismos en su ambiente. Después se fabrican los microposts, células cultivadas pueden crecer en ellos. Esto produce la flexión de los pequeños pilares flexibles, que pueden entonces ser medidos para calcular las fuerzas ejercidas por los diferentes tipos de células. Sistemas multicapas, multifluidic pueden utilizarse para estudiar y comprender los efectos de diferentes microambientes en células de mamíferos. Estos sistemas se fabrican haciendo que cada capa PDMS individual utilizando diferentes moldes maestro. Entonces los diversos elencos PDMS son limpiar, alineados y capas encima de la otra y al horno. Las múltiples capas del dispositivo PDMS permite la eficiente separación del líquido de las células a través de una membrana semipermeable de PDMS. Esta configuración permite a los investigadores a estudiar y caracterizar los efectos de la nueva microambientes en las células permitiendo cantidades controladas de los fluidos, como oxígeno o un nuevo medio, para difundir de la capa de fluido de prueba superior a las células de mamíferas en la microfluídica de fondo canal.

Sólo ha visto video de Zeus en litografía blanda. Aquí, hemos hablado de las técnicas base de litografía blanda junto con el protocolo detallado de la fabricación de un dispositivo de microfluidos PDMS como ejemplo. Gracias por ver.

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