Weiche Lithographie

Bioengineering

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Summary

Viele BioMEM Geräte, wie z. B. mikrofluidische Kanäle sind mit der weiche Lithographie-Technik hergestellt. Hier wird eine Microscale Muster repliziert, indem man heilt eine Elastomere Polymer über die 3D-Struktur. Diese Polymeren Strukturen werden dann verwendet, um eine Vielzahl von Geräten, mikrofluidische Kanäle für Biosensoren Anwendungen Microscale Bioreaktoren für die Visualisierung von Mikro-Kolonien bis hin zu erstellen.

Dieses Video stellt Photolithographie und demonstriert die Technik im Labor. Dann werden einige Anwendungen für die Technik und die Verwendung von Strukturen im Bereich Biotechnik untersucht.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioengineering. Weiche Lithographie. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Weiche Lithographie ist eine schnelle, einfache und kostengünstige Fertigungsverfahren, die erfolgreich eingesetzt wurden, um die komplexe Kanäle von mikrofluidischen Systemen Muster. In der Elektronik-Industrie bezeichnet Lithographie den Prozess der Mikrofabrikation mit Licht und lichtempfindliche Polymere auf Muster Teile aus einer dünnen Schicht oder die Masse eines Substrats. Der Begriff weiche Lithographie bezieht sich auf die Verwendung von weichen elastomeren Materialien wie Polydimethylsiloxan oder PDMS diese Techniken durchführen. In diesem Video zeigen wir die verschiedenen Arten von weichen Lithographie Techniken gefolgt durch ein Protokoll zeigen die Herstellung eines mikrofluidischen Geräts. Zu guter Letzt werden wir sehen, wie Forscher in verschiedenen Bereichen weichen Lithographie zu ihrem Vorteil nutzen.

Zunächst betrachten wir die am häufigsten verwendeten weichen Lithographie-Techniken. Der erste Schritt in diese Techniken ist die Herstellung von der master-Form. Dies geschieht mit traditionellen Fotolithografie, die Licht und ein lichtempfindliches Material namens Photolack verwendet, um das gewünschte Muster auf einem Substrat wie Silizium zu erstellen. Photolithographie im Detail zu erfahren, finden Sie in einem früheren Video in dieser Sammlung von Jupiter. Der zweite Schritt ist ein Elastomer auf diesem master-Form gießen und dann heilen sie. Dadurch wird den flexible Elastomeren Stempel tragen die Relief-Funktionen die in die verschiedenen Techniken der weiche Lithographie auf unterschiedliche Weise verwendet wird. Die Grundsatz-Transfer mit der Besetzung Stempel sind Druck, Spritzgießen, Phasenverschiebung optische Lithografie, mechanische Schneiden und gießen. Im Druck ist der Stempel zunächst mit einer übertragbaren Tinte wie Octadecanethiol oder ODT, die dann auf dem Substrat, wie Gold gelegt wird beschichtet. Wenn der Stempel entfernt wird, wird nur die Tinte von der erhöhten Stempel-Oberfläche auf der Substratoberfläche eingeprägt. So repliziert Drucken direkt nanoskaligen Eigenschaften auf das Substrat. In einer anderen Technik namens Formteil ist der Stempel selbst als Form verwendet. Hier, der Stempel in ein noch nicht ausgehärteten Polymer gepresst und dann geheilt. Dann wird die Form abgeschält, um das Muster von den Stempel zu offenbaren. Wie drucken, Spritzgießen auch direkten Replikation von nanoskaligen Eigenschaften auf das Substrat führt. In die dritte Technik, genannt Phase Shift-Rand Lithografie ist zunächst das Substrat mit den Fotolack beschichtet. Dann der Stempel wird auf das beschichtete Substrat gelegt und Licht wird durch den Stempel angezeigt. Dies führt zu den Rändern der Funktionen auf den Film von Fotolack wie in traditionellen Lithographie Techniken übertragen werden. In mechanischen schneiden, aka Nanoskiving, dient der Stempel noch nicht ausgehärteten Epoxy Prepolymer, wie bei Schimmel. Dieser geformte Prepolymer ist geheilt, die dann mit einem dünnen Film aus einem Material der Wahl, zum Beispiel Gold beschichtet ist. Dieser Film ist dann in mehr Epoxy eingebettet und geheilt nach das es geschnitten ist, mit einem regungsloses, um eine Platte aus Epoxy mit dem Muster zu bilden. Schließlich ist ein Polymer in Gießen, in eine master-Form um einen Stempel zu machen gegossen. Es kann dann für die ein- und Ausläufe gestanzt und auf einem Substrat gebunden. Im folgenden Abschnitt überprüfen Sie das Protokoll für die Herstellung einer einfachen mikrofluidischen Gerät.

Zuerst bereiten Sie die master-Form mit traditionellen Lithographie Techniken. Protokolldetails finden Sie in einem früheren Video in dieser Sammlung. Der master-Form ist in der Regel auf einem Siliziumsubstrat hergestellt. Um den Stempel zu fabrizieren, zuerst bereiten Sie eine Mischung von etwa 25 Gramm von PDMS und Härtemittel im Verhältnis 10:1. Entgasen Sie dann die Mischung um Luftblasen zu entfernen. Als Nächstes platzieren des master-Form in einem Flat-Base-Container und entgast PDMS-Mischung zugießen. Jetzt Backen Sie PDMS bei 60 Grad Celsius für etwa eine Stunde, gefolgt von einer natürlichen kühle unten im Ofen auf Raumtemperatur für eine weitere Stunde. Als Nächstes schneiden Sie die PDMS aus der Form und legen Sie es mit der Dekorseite nach oben zur Vermeidung von Kontaminationen. Dann schneiden Sie die einzelnen Muster. Lochen Sie alle ein- und Ausgänge mit einem dermatologischen Locher die richtige Größe, um Flüssigkeitsströmung in und aus dem Gerät zu ermöglichen. Dann stellen Sie das PDMS-Gerät in einem Sauerstoffplasma sauberer und für etwa eine Minute zu behandeln. Halten Sie die beiden Schichten des Gerätes zusammen und richten Sie das Muster unter dem Mikroskop. Schließlich das fertige Gerät auf ein Substrat mit PDMS Bindung und Backen Sie es zu heilen. Vor Gebrauch testen Lecks durch flüssiges Wasser durch die mikrofluidische Kanäle.

Weiche Lithographie hat von der molekularen Analyse bis hin zur klinischen Diagnostik und Entwicklung von Medikamenten Anwendung gefunden. Werfen Sie einen Blick auf einige dieser Beispiele. Diese Technik kann verwendet werden, unkonventionelle Strukturen wie flexible Microposts für Mechano-Profilierung einzelner Zellen zu schaffen. Mechano-Profilerstellung bezieht sich auf die Untersuchung der mechanischen Kennwerte wie Krafteinwirkung durch Mikroorganismen auf ihre Umwelt. Nach dem Microposts hergestellt werden, dürfen die kultivierte Zellen auf ihnen wachsen. Dadurch wird die Biegung der kleine flexible Säulen, die dann gemessen werden kann, um die Kräfte, die durch die verschiedenen Arten von Zellen zu berechnen. Multilayer, multifluidic Systeme können verwendet werden, zu studieren und zu verstehen, die Auswirkungen der verschiedenen Mikroumgebungen auf Säugerzellen. Diese Systeme werden hergestellt, indem man jede einzelne PDMS-Schicht mit verschiedenen Meister-Schimmel. Dann sind die verschiedenen PDMS Abgüsse gereinigt, ausgerichtet, und übereinander geschichtet und gebacken. Die Mehrschichtigkeit des PDMS-Gerät ermöglicht die effiziente Trennung der Flüssigkeit aus den Zellen über eine semipermeable Membran PDMS. Diese Einrichtung erlaubt es den Forschern zu studieren und zu charakterisieren, die Auswirkungen der neuen Mikroumgebungen auf die Zellen durch kontrollierte Mengen an Flüssigkeiten, wie Sauerstoff oder ein neues Medium, aus dem Top-Test-Fluid-Layer für Säugerzellen am unteren mikrofluidischen diffundieren aktivieren Kanal.

Sie haben nur Jupiters Video auf weiche Lithographie angesehen. Hier haben wir die Kern-Techniken der weiche Lithographie sowie das ausführliche Protokoll der Herstellung eines PDMS mikrofluidischen Gerät als Vorbild diskutiert. Danke fürs Zuschauen.

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