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Engineering

स्लिट पोर ज्यामिति में केशिका पुलों का निर्माण और दृश्य

Published: January 9, 2014 doi: 10.3791/51143
Automatic Translation
1, 1
1Chemical and Biomolecular Engineering Department, Johns Hopkins University

Summary

भट्ठा-पोर ज्यामिति में केशिका पुल बनाने और इमेजिंग करने की एक प्रक्रिया प्रस्तुत की जाती है। केशिका पुलों का निर्माण तरल पदार्थ को पिन करने के लिए एक दिशात्मक भौतिक और रासायनिक विषमता प्रदान करने के लिए खंभे के गठन पर निर्भर करता है। केशिका पुलों का गठन और माइक्रोस्टेज का उपयोग कर हेरफेर किया जाता है और सीसीडी कैमरे का उपयोग करके कल्पना की जाती है।

Abstract

भट्ठा-पोर ज्यामिति में केशिका पुल बनाने और इमेजिंग करने की एक प्रक्रिया प्रस्तुत की जाती है। उच्च आस्पेक्ट अनुपात हाइड्रोफोबिक खंभे उनके शीर्ष सतहों हाइड्रोफिलिक को प्रस्तुत करने के लिए निर्मित और कार्यात्मक हैं। एक रासायनिक सीमा (स्तंभ के शीर्ष पर हाइड्रोफिलिक फिल्म) के साथ एक भौतिक सुविधा (स्तंभ) का संयोजन एक भौतिक और रासायनिक विषमता दोनों प्रदान करता है जो ट्रिपल संपर्क रेखा को पिन करता है, स्थिर लंबे लेकिन संकीर्ण केशिका पुल बनाने के लिए एक आवश्यक विशेषता है। खंभे के साथ सब्सट्रेट्स ग्लास स्लाइड से जुड़े होते हैं और कस्टम धारकों में सुरक्षित होते हैं। धारकों तो चार धुरी माइक्रोस्टेज पर मुहिम शुरू कर रहे है और इस तरह तैनात है कि खंभे समानांतर है और एक दूसरे का सामना करना पड़ रहा है । केशिका पुलों का गठन दो सब्सट्रेट्स के बीच के अंतर में एक तरल पदार्थ शुरू करके किया जाता है एक बार आमने-सामने के खंभों के बीच अलगाव को कुछ सौ माइक्रोमीटर तक कम कर दिया गया है । कस्टम माइक्रोस्टेज तो केशिका पुल की ऊंचाई बदलती करने के लिए नियोजित है । एक सीसीडी कैमरा तरल इंटरफ़ेस की आकृति विज्ञान की विशेषता के लिए केशिका पुल की लंबाई या चौड़ाई को छवि देने के लिए तैनात है। इस विधि के साथ 250 माइक्रोन और लंबाई तक की चौड़ाई और 70 मिमी तक की लंबाई वाले खंभे बनाए गए थे, जिससे 1001से अधिक के आस्पेक्ट अनुपात (लंबाई/चौड़ाई) के साथ केशिका पुल ों का निर्माण किया गया था।

Introduction

केशिका पुलों के कारण आकार और परिणामस्वरूप होने वाली ताकतों का अध्ययन व्यापक अध्ययन2-7का विषय रहा है । शुरू में ज्यादातर प्रयासों को उनकी सादगी के कारण, स्वयंसिमित केशिका पुलों पर केंद्रित किया गया था। अक्सर प्राकृतिक प्रणालियों में होने वाले केशिका पुल, जैसे कि दानेदार और असुरक्षित मीडिया8,9 में पाए जाने वाले और तकनीकी अनुप्रयोगों में नियोजित पुल, जैसे कि फ्लिप चिप प्रौद्योगिकियों में केशिका स्व-असेंबली के लिए10-15 बातचीत सतहों पर गैर-वर्दी गीला गुणों के साथ असममित हैं। बेहतर लिथोग्राफी तकनीकों का संयोजन सरल संख्यात्मक उपकरणों की पहुंच के साथ-साथ तरल इंटरफेस को मॉडल करने के लिए बढ़ती जटिलता के साथ केशिका पुलों के निर्माण और मॉडलिंग के लिए अनुमति देता है।

भट्ठा-पोर ज्यामिति में केशिलरी पुल एक दिलचस्प समझौता प्रदान करते हैं: दिशात्मक गीला गुण नोनक्सीममस्मोमिक पुलों का कारण बनते हैं जो कुछ समरूपता विमानों को बनाए रखते हैं (जो विश्लेषण को सरल बनाता है)। वे सैद्धांतिक रूप से अध्ययन किया गया है और संख्यात्मक रूप से असुरक्षित मीडिया के लिए एक मामले के अध्ययन के रूप में । भट्ठा-पोर ज्यामिति में केशिका पुलों के व्यवस्थित प्रायोगिक अध्ययन, हालांकि, सीमित कर दिया गया है। यहां हम भट्ठा ताकना ज्यामिति में केशिका पुलों को बनाने और चित्रित करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं। संक्षेप में, विधि में 1) एक रासायनिक और भौतिक विषमता बनाने के लिए खंभे का निर्माण होता है, 2) पुलों को संरेखित करने और हेरफेर करने के लिए माइक्रोस्टेज का डिजाइन, और 3) केशिका पुलों की इमेजिंग या तो सामने या पक्षों से उनकी आकृति विज्ञान की विशेषता है। पुल आकृति विज्ञान का लक्षण वर्णन, सतह विकसित सिमुलेशन की तुलना के साथ एक अलग प्रकाशन 1 में प्रदान कियाजाताहै।

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Protocol

प्रोटोकॉल पाठ को तीन मुख्य खंडों में तोड़ दिया गया है: 1) पीडीएमएस (पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन) खंभे का निर्माण, 2) खंभे के शीर्ष का कार्यात्मककरण, और 3) केशिका पुलों का निर्माण और लक्षण वर्णन।

1. पीडीएमएस खंभों का निर्माण

इस खंड में सिलिकॉन/एसयू-8 मोल्ड के साथ डाई कास्टिंग का उपयोग करके पीडीएमएस स्तंभों के निर्माण का विवरण दिया गया है ।

  1. सिलिकॉन/एसयू-8 मोल्ड का निर्माण
    1. पाइरेक्स पेट्री डिश में सिलिकॉन वेफर में साफ 4 रखें।
    2. एक अलग बीकर में हाइड्रोजन पेरोक्साइड (पिरान्हा) समाधान के लिए एक 4:1 (मात्रा से) सल्फ्यूरिक एसिड तैयार करें।
      नोट: पिरान्हा समाधान की तैयारी और उपयोग में अत्यधिक सावधानी की आवश्यकता है। प्रतिक्रिया अत्यधिक एक्सोथर्मिक है और बीकर्स को संभालने के लिए अछूता दस्ताने की आवश्यकता होगी। पिरान्हा ऑर्गेनिक्स के साथ हिंसक प्रतिक्रिया करता है । पिरान्हा समाधान को निपटाने से पहले कमरे के तापमान को ठंडा होने दें। केवल डिश में वेफर को जलमग्न करने के लिए आवश्यक पर्याप्त समाधान तैयार करें।
    3. पिरान्हा समाधान धीरे-धीरे सिलिकॉन वेफर पर डालें जब तक कि यह पूरी तरह से जलमग्न न हो जाए। 15 मिनट तक बैठने दें।
    4. पेट्री डिश से वेफर निकालें और एक धारा के नीचे कुल्ला: 2 मिनट के लिए deionized (DI) पानी, 30 सेकंड के लिए इथेनॉल, 30 सेकंड के लिए एसीटोन, फिर नाइट्रोजन के साथ सूखी उड़ा ।
      नोट: यदि एसीटोन से अवशेष एक समस्या है, आईपीए के साथ एक अतिरिक्त कुल्ला की सिफारिश की है
    5. 15 मिनट के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म प्लेट पर वेफर सुखा लें।
    6. गर्म थाली से निकालें और कमरे के तापमान को ठंडा होने दें।
    7. स्पिन कोट एसयू-8 2002 500 आरपीएम पर 40 सेकंड के लिए वेफर की सतह पर।
    8. स्पिन कोट एसयू-8 2050 एक दो कदम स्पिन कोटर कार्यक्रम के साथ वेफर पर। चरण 1: 500 आरपीएम पर 40 सेकंड। चरण 2: 1,500 आरपीएम पर 1 मिनट।
    9. स्पिन कोटर से वेफर निकालें और 10 मिनट के लिए एक प्रीहीटेड हॉटप्लेट (65 डिग्री सेल्सियस) पर रखें।
    10. कमरे के तापमान को ठंडा होने दें, फिर वेफर पर मास्क रखें।
    11. पराबैंगनी दीपक के तहत जगह है और 200 वाट पर 30 सेकंड के लिए बेनकाब।
    12. मास्क निकालें और वेफर को 10 मिनट के लिए प्रीहीटेड हॉटप्लेट (95 डिग्री सेल्सियस) पर रखें।
    13. एसयू-8 डेवलपर समाधान में रखें और हल्के से आंदोलन जब तक सभी उजागर एसयू-8 हटा दिया गया है । फिर 30 सेकंड के लिए आइसोप्रोपिल अल्कोहल की धारा में कुल्ला, नाइट्रोजन के साथ सूखी उड़ा।
    14. अंतिम हार्डबेक के लिए 30 मिनट के लिए एक प्रीहीटेड हॉटप्लेट (95 डिग्री सेल्सियस) पर रखें।
  2. पीडीएमएस खंभों की कास्टिंग मरो
    1. बीकर में एजेंट के इलाज के लिए पीडीएमएस सिलगार्ड-184 आधार का 10:1 द्रव्यमान अनुपात तेजी से मिलाएं।
    2. एक वैक्यूम कक्ष में Degas PDMS जब तक सभी बुलबुले चले गए हैं ।
    3. धारा 1.1 में निर्मित मोल्ड को प्लास्टिक वजनी डिश में एक बड़े 4 में रखें और पीडीएमएस डालें।
    4. पीडीएमएस के साथ पकवान रखें और वैक्यूम चैंबर में वापस मोल्ड करें। जब तक सभी बुलबुले चले जाते हैं तब तक फिर से डेगास।
    5. कम से कम 2 घंटे के लिए एक ओवन (75 डिग्री सेल्सियस तक पहले से गरम) में पूरे पकवान रखें। फिर कमरे के तापमान को ठंडा होने दें।
    6. पीडीएमएस से पकवान काट लें, और सिलिकॉन वेफर से पीडीएमएस को सीधे रेजर ब्लेड से काट लें।
    7. थोक से खंभे के साथ पीडीएमएस क्षेत्र को काटें और एक साफ पेट्री डिश में स्टोर करें।

2. खंभे के सबसे ऊपर का कार्यात्मककरण

इस तीन कदम की प्रक्रिया में पहले सिलिकॉन वेफर पर एक सोने की फिल्म का वाष्पीकरण शामिल है, जिसके बाद पीडीएमएस खंभे (धारा1 में निर्मित) पर सोने की फिल्म के छाप हस्तांतरण लिथोग्राफी 16 के बाद, और अंत में इसे हाइड्रोफिलिक प्रदान करने के लिए एक स्वयं-इकट्ठे मोनोलेयर के साथ सोने की फिल्म का कार्यात्मककरण।

  1. छाप हस्तांतरण लिथोग्राफी के लिए सिलिकॉन वेफर्स पर सोने का निर्माण
    1. 4 समान आकार के टुकड़ों में परिपत्र सिलिकॉन वेफर में एक 4 पासा करने के लिए एक ग्लास कटर का प्रयोग करें । नोट: वेफर्स को चरण 1.1.2-1.1.4 का उपयोग करके साफ किया जा सकता है और पुन: उपयोग किया जा सकता है।
    2. 20 एनएम सोने को सीधे सिलिकॉन वेफर पर वाष्पित करें।
    3. वाष्पीकरण कक्ष (या एक डिसिकेटर में) में वेफर छोड़ दें जब तक कि नीचे दी गई धारा 3 पूरी न हो जाए। इससे वेफर जितना साफ रहेगा।
    4. एक 8 μl: 20 मिलीलीटर, (3-मर्कैप्टोप्रोपिल) -ट्राइमेथॉक्सीलेन (एमपीटीएस) तैयार करें: एक साफ ग्लास शीशी में टोल्यूईन समाधान।
    5. क्लीन बीकर में 200 मिली 16 एमएम हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) तैयार करें।
    6. सोने की फिल्म के साथ वेफर को प्लाज्मा रिएक्टर में डाल दिया।
    7. 300 मीटर के दबाव में ऑक्सीजन प्लाज्मा का उपयोग करके वेफर को साफ करें, 10 मिनट के लिए 50 डब्ल्यू की शक्ति।
      नोट: इस प्रक्रिया के लिए एक घर में निर्मित प्लाज्मा रिएक्टर का उपयोग किया गया था।
    8. कम से कम 10 मिनट के लिए 200 प्रूफ इथेनॉल से भरा एक Pyrex पेट्री डिश में वेफर रखो।
      नोट: यह कदम ऑक्सीजन प्लाज्मा के कारण सोने पर बनने वाले किसी भी अस्थिर ऑक्साइड को हटाने के लिए किया जाता है।
    9. इथेनॉल के साथ वेफर कुल्ला, तो नाइट्रोजन के साथ सूखी उड़ा।
    10. स्पिन कोट 30 सेकंड के लिए 500 आरपीएम पर वेफर पर एमपीटीएस समाधान और उसके बाद 1 मिनट के लिए 2,750 आरपीएम।
      नोट: एमपीटीएस का उपयोग पीडीएमएस और सोने की परत16के बीच एक आसंजन परत के रूप में किया जाता है।
    11. स्पिन कोटर के वेफर को बंद करें और इथेनॉल की एक धारा के नीचे कुल्ला करें। फिर, डीआई पानी से कुल्ला करें और नाइट्रोजन के साथ सूखी उड़ाएं।
      नोट: सिलिकॉन वेफर से सोने की परत के छीलने से बचने के लिए धीरे से कुल्ला।
    12. वेफर को एक पाइरेक्स पेट्री डिश में रखें जिसमें वेफर को पूरी तरह से जलमग्न करने के लिए पर्याप्त 16 एमएमएल एचसीएल समाधान होता है। एचसीएल में कम से कम 5 मिनट के लिए छोड़ दें।
      नोट: सोने को छीलने से रोकने के लिए धीरे-धीरे समाधान में रखें।
      नोट: यह पीडीएमएस और सोने की परत16के बीच आसंजन में सुधार करने के लिए किया जाता है ।
    13. एचसीएल के घोल से वेफर निकालें और नाइट्रोजन से सूखा उड़ा दें।
      नोट: इस चरण के पूरा होने के बाद वेफर्स का उपयोग 15-20 मिनट से अधिक नहीं किया जाना चाहिए।
  2. वेफर से पीडीएमएस खंभे तक सोने की छाप स्थानांतरण लिथोग्राफी
    1. प्रत्येक पीडीएमएस नमूने के लिए एक 25 मिमी x 75 मिमी ग्लास स्लाइड तैयार करें, इसे इथेनॉल, डीआई पानी के साथ कुल्ला करके, और नाइट्रोजन के साथ सूखी उड़ाएं।
    2. प्लाज्मा कक्ष में पीडीएमएस खंभे रखें और 300 mTorr और 30 सेकंड के लिए 50 डब्ल्यू की शक्ति के दबाव में ऑक्सीजन प्लाज्मा प्रदर्शन करते हैं।
      नोट: ऑक्सीजन प्लाज्मा के लिए PDMS के overexposure खुर का कारण होगा । प्लाज्मा की स्थिति को तदनुसार समायोजित करें।
    3. पीडीएमएस सब्सट्रेट्स के पीछे को हल्का दबाव डालकर साफ ग्लास स्लाइड्स पर बांधें। ग्लास स्लाइड पीडीएमएस खंभे की जोड़तोड़ और चरण 3 में वर्णित डिवाइस पर बढ़ते की सुविधा प्रदान करता है।
    4. ग्लास समर्थित पीडीएमएस सब्सट्रेट्स को फ्लिप करें और खंभे को एमपीटीएस-कार्यात्मक गोल्ड फिल्मों (चरण 2.1) पर दबाएं। शुरू में मध्यम दबाव लागू करें, और फिर अनुरूप संपर्क सुनिश्चित करने के लिए ग्लास स्लाइड पर एक वजन (लगभग 100 ग्राम) डाल दें।
    5. सब्सट्रेट को कम से कम 12 घंटे के लिए सिलिकॉन वेफर के संपर्क में छोड़ दें।
    6. पीडीएमएस सब्सट्रेट को वेफर से अलग करें। यदि पीडीएमएस सब्सट्रेट अटक गया है, तो वेफर से पीडीएमएस के किनारे को ध्यान से जिज्ञासा करने के लिए सीधे रेजर ब्लेड का उपयोग करें।
    7. इस बिंदु पर एक समान सोने की फिल्म पीडीएमएस स्तंभों के शीर्ष पर मौजूद होना चाहिए। यह सत्यापित करने के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करें कि सोने की फिल्म फटा नहीं है या खंभे के साथ कोई हिस्सा गायब नहीं है।
  3. पीडीएमएस खंभे के शीर्ष पर सोने का कार्यात्मककरण
    1. पीडीएमएस खंभे के शीर्ष पर सोने को पूरी तरह से जलमग्न करने के लिए डाइमिथाइल सल्फोक्साइड (डीएमएसओ) में पर्याप्त 1 एमएम मर्केप्टोहेक्सकैनोइक एसिड (एमएचए) तैयार करें।
      नोट: DMSO अपने कम पीडीएमएस सूजन कारक17के लिए प्रयोग किया जाता है ।
    2. पीडीएमएस सब्सट्रेट्स को गृह मंत्रालय के समाधान में रखें और उन्हें कम से कम 24 घंटे के लिए वहां रखें।
    3. गृह मंत्रालय के समाधान से सब्सट्रेट निकालें और डीआई पानी से कुल्ला करें, फिर नाइट्रोजन के साथ सूखी उड़ाएं।
    4. कम से कम 12 घंटे के लिए वैक्यूम चैंबर (100 मीटर्टर < 25 डिग्री सेल्सियस पर दबाव) में रखें।

नोट: यह सत्यापित करने के लिए कि कार्यात्मकता प्रक्रिया सफल रही, चरण 2 पीडीएमएस (खंभे के बिना) के थोक टुकड़े पर किया जा सकता है और गीले कोण का परीक्षण गोनियोमीटर में किया जा सकता है। गृह मंत्रालय की स्वर्ण फिल्मों को क्रमशः <15 डिग्री और ~ 0 डिग्री के जल संपर्क कोणों को आगे बढ़ाना और घटाना चाहिए। 18

3. केशिका पुलों का निर्माण और लक्षण वर्णन

इस खंड विवरण कैसे एक तरल पुल दो सब्सट्रेट्स के बीच शुरू किया जा सकता है और इसके लक्षण वर्णन के माध्यम से विभिन्न ऊंचाइयों और द्रव की मात्रा पर इमेजिंग के माध्यम से ।

  1. दो स्तंभ सब्सट्रेट्स (चरण 1-2 में बने) का उपयोग करना, शीर्ष में एक और नीचे धारकों में एक रखें। साइड टेंशन शिकंजा का उपयोग करके सब्सट्रेट्स को सुरक्षित करें।
    नोट: डिवाइस विवरण के लिए चित्र 1 और प्रतिनिधि परिणाम देखें.
  2. शीर्ष सब्सट्रेट चरण को ब्रेड बोर्ड में संलग्न करके डिवाइस को इकट्ठा करें ताकि शीर्ष सब्सट्रेट मोटे तौर पर नीचे सब्सट्रेट से ऊपर हो। दो स्तंभों के बीच ऊंचाई को लगभग 1 मिमी तक कम करें।
  3. किसी न किसी संरेखण: नीचे सब्सट्रेट चरण संरेखित (आंख से) पर एक्स, वाई और रोटेशन घुंडी का उपयोग करके दो सब्सट्रेट्स के लिए सोने की स्ट्रिप्स को संरेखित करें ताकि वे समानांतर हों (शीर्ष सब्सट्रेट के माध्यम से ऊपर की ओर देख रहे हैं)।
  4. ठीक संरेखण: पीडीएमएस स्तंभ की लंबाई को देखने के लिए कैमरे की स्थिति। कंप्यूटर स्क्रीन पर लाइव कैमरा फ़ीड का उपयोग करना, आगे नीचे सब्सट्रेट की स्थिति को समायोजित करें ताकि खंभे समानांतर हों।
  5. डिवाइस के विपरीत दिशा में कैमरा ले जाएँ और चरण 3.4 दोहराएं।
  6. दो स्तंभों के बीच जुदाई को कम करें जब तक कि शीर्ष स्तंभ नीचे खंभे (लाइव कैमरा फ़ीड का उपयोग करके) के साथ संपर्क नहीं करता है। डिजिटल माइक्रो स्टेज को शून्य करें। इसे शून्य की पोर ऊंचाई के रूप में परिभाषित किया जाएगा।
  7. लगभग 200 माइक्रोन करने के लिए ताकना ऊंचाई बढ़ाएं।
  8. 80% ग्लाइसरोल, 20% पानी के समाधान के 1-5 माइक्रोन के साथ एक सिरिंज तैयार करें। सिरिंज के अंत में एक 30 जी सुई देते हैं, सुनिश्चित करें कि कोई हवा बुलबुले सुई के अंदर फंस जाते हैं ।
    नोट: प्रयोग के दौरान वाष्पीकरण को कम करने के लिए पानी/ग्लाइस्रोल मिश्रण का उपयोग किया जाता है। पानी से भी रोजगार मिल सकता है।
  9. एक यांत्रिक क्लैंप के साथ सिरिंज जाइज़ अनुवाद चरण के लिए सिरिंज माउंट।
  10. सिरिंज पोजिशनिंग स्टेज पर माइक्रोमीटर को एडजस्ट करें ताकि सुई भट्ठा पोर (खंभे की लंबाई के समानांतर) में फिट हो जाए।
  11. भट्ठा ताकना ऊंचाई कम करें ताकि ऊपर और नीचे की सतहें धीरे-धीरे सुई से संपर्क करें। यह सुनिश्चित करेगा कि तरल दोनों सतहों को छू जाएगा और अनायास एक केशिका पुल बनाएगा।
  12. सिरिंज से तरल को धीरे-धीरे स्लिट पोर में बांटें।
  13. स्लिट पोर से सुई को हटाने के लिए सिरिंज पोजिशनिंग स्टेज पर माइक्रोमीटर का इस्तेमाल करें।
    नोट: इस बिंदु पर, भट्ठा ताकना की ऊंचाई विविध और तरल पुल इमेज्ड किया जा सकता है।
    नोट: चित्रों का विश्लेषण ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर पैकेज इमेजजे के साथ किया जा सकता है।

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Representative Results

प्रायोगिक डिवाइस का विवरण

प्रायोगिक डिवाइस को चार मुख्य भागों में तोड़ा जा सकता है: 1) शीर्ष सब्सट्रेट चरण, 2) नीचे सब्सट्रेट चरण, 3) सिरिंज/सिरिंज xyz-अनुवाद चरण और 4) कैमरा/प्रकाशिकी और कैमरा धारक । प्रत्येक का विवरण का पालन करें:

  1. शीर्ष सब्सट्रेट चरण। एक डिजिटल अनुवाद चरण एक कस्टम मशीनी कनेक्टर टुकड़ा के माध्यम से एक पी-श्रृंखला बढ़ते क्लैंप से जुड़ा हुआ है। बढ़ते क्लैंप एक चर ऊंचाई पी पोस्ट से जुड़ा हुआ है, जो एक पी श्रृंखला क्लैंपिंग कांटा के माध्यम से एक रोटी बोर्ड के लिए लंगर डाले है । एक कस्टम कनेक्शन टुकड़ा अनुवाद चरण के लिए एक कस्टम मशीन ग्लास स्लाइड धारक को देता है, जेड-दिशा में 1 माइक्रोन विस्थापन संकल्प प्रदान करता है।
  2. नीचे सब्सट्रेट चरण। θ-अक्ष रोटेशन चरण के साथ एक जाय रैखिक अनुवाद 8 पोस्ट एक्सटेंशन टुकड़ों के माध्यम से रोटी बोर्ड से जुड़ा हुआ है। एक कस्टम मशीनी सब्सट्रेट धारक θ-अक्ष रोटेशन चरण के साथ xy रैखिक अनुवाद के शीर्ष से जुड़ा हुआ है, जिससे नीचे सब्सट्रेट को 10 माइक्रोन ट्रांसलेशनल रिज़ॉल्यूशन के साथ तैनात किया जा सकता है और 1 डिग्री रिज़ॉल्यूशन के साथ घुमाया जाता है।
  3. सिरिंज/सिरिंज जाइज़ अनुवाद चरण। खंभे के बीच के अंतर को भरने के लिए उपयोग की जाने वाली सिरिंज की जाइज़ स्थिति के लिए, 30 जी सुई के साथ 5 माइक्रोन सिरिंज एक xy अनुवाद चरण से जुड़ी होती है। जाय चरण तो एक 90 ° कनेक्टर टुकड़ा के माध्यम से एक जेड अनुवाद चरण से जुड़ा हुआ है।
  4. कैमरा/ऑप्टिक्स और कैमरा होल्डर । तरल पुलों की इमेजिंग के लिए, एक सीसीडी कैमरा एक चर ज़ूम प्रकाशिकी टुकड़ा से जुड़ा हुआ है। अधिकतम ज़ूम पर, यह 3.3 माइक्रोन/पिक्सल का रेजोल्यूशन देता है। कैमरा एक प्रयोगशाला कैंची जैक से जुड़ा हुआ है, जिसे विभिन्न कोणों से तरल पुल की छवि के लिए तैनात किया जा सकता है।

पीडीएमएस खंभों पर एयू फॉयल का स्थानांतरण

पीडीएमएस सब्सट्रेट को सोने के हस्तांतरण में, पीडीएमएस डिवाइस को सिलिकॉन वेफर से आसानी से और ध्यान से अलग करना महत्वपूर्ण है (चरण 2.2.6 देखें)। चित्रा 3a एक सफल हस्तांतरण के बाद सोने के साथ एक पीडीएमएस स्तंभ की एक माइक्रोस्कोप छवि दिखाता है। चित्रा 3b वेफर से अतिरिक्त सोने की पन्नी दिखाता है जिसे खराब हस्तांतरण के कारण खंभे पर स्थानांतरित कर दिया गया था। सोने की फिल्म के हस्तांतरण की सुविधा के लिए एक तेज सुरक्षा उस्तरा सिलिकॉन वेफर से PDMS स्तंभ के धीरे से जिज्ञासा एक किनारे करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । इसके अतिरिक्त, पीडीएमएस सब्सट्रेट को वेफर की सतह (पार्श्व गति से बचने) के लिए सामान्य दिशा में खींचा जाना चाहिए ताकि अतिरिक्त सोने की पन्नी को सब्सट्रेट के किनारे से चिपके रहने से रोका जा सके। चित्रा 3c से पता चलता है कि कैसे दरारें हस्तांतरण के बाद सोने की परत में फार्म अगर PDMS सब्सट्रेट महत्वपूर्ण कतरनी या झुकने से गुजरता है ।

गृह मंत्रालय मोनोलेयर का लक्षण वर्णन

एक बार निर्माण प्रक्रिया (चरण 2) समाप्त हो जाने के बाद, इसके जल संपर्क कोण का परीक्षण करके गृह मंत्रालय मोनोलेयर की गुणवत्ता को सत्यापित करना महत्वपूर्ण है। चित्रा 2 गृह मंत्रालय के साथ कार्यात्मक होने के बाद एक Au/PDMS सब्सट्रेट पर एक तरल पानी की बूंद से पता चलता है । पीडीएमएस पर कम संपर्क कोण इंगित करता है कि प्रक्रिया सफल रही। चित्रा 2 के इनसेट में पूरी प्रक्रिया के बाद उठाए गए खंभों में से एक पर तरल पानी की बूंद दिखाई देती है । 140 डिग्री संपर्क कोण दर्शाता है कि भौतिक और रासायनिक विषमताओं का संयोजन बूंद को खंभे के किनारों पर टिकी होने की अनुमति देता है।

केशिका पुलों का दृश्य

एक बार सब्सट्रेट्स को मनगढ़ंत और माइक्रोस्टेज होल्डर्स में स्थापित कर दिया गया है, तो चैनलों को सिरिंज/सिरिंज जाइज़ अनुवाद चरण का उपयोग करके भरा जा सकता है । चित्रा 4a स्तंभ की चौड़ाई के लिए लंबवत परिप्रेक्ष्य के साथ एक भरा भट्ठा ताकना से पता चलता है (देख "बैरल नीचे" चैनल के) । चित्रा 4b चित्रा 4aके लिए एक परिप्रेक्ष्य ऑर्थोगोनल दिखाता है, यानी, भट्ठा ताकना की लंबाई के लिए लंबवत। चित्रा 4c चैनल को उसी नजरिए से भरने की प्रक्रिया को दिखाता है जैसा कि चित्रा 4b। फिलिंग चरण के दौरान सिरिंज से तरल को धीरे-धीरे बांटना महत्वपूर्ण है। अचानक बड़े प्रवाह दरों से बल स्तंभ के ऊपर से तरल को डिपिन कर सकता है, जिससे यह हाइड्रोफोबिक पीडीएमएस क्षेत्रों पर फैल सकता है। यदि ऐसा होता है, तो सब्सट्रेट्स को साफ और सूख जाना चाहिए और भरने की प्रक्रिया दोहराई जानी चाहिए।

Figure 1
चित्रा 1. पूर्ण प्रायोगिक सेटअप की तस्वीर। पीडीएमएस सब्सट्रेट्स को एक्स, वाई, जेड और रोटेशन चरणों के संयोजन के अलावा एक चर दूरी पर आयोजित किया जाता है। माइक्रोस्टेज (अभी तक दाएं) का एक अलग सेट एक भट्ठा-ताकना ज्यामिति में केशिका पुल बनाने के लिए एक संकीर्ण अंतर में तरल परिचय करने के लिए सिरिंज रखती है । एक सीसीडी कैमरा (बाएं चित्र) के परिणामस्वरूप केशिका पुलों छवि के रूप में ताकना जुदाई बदल जाता है प्रयोग किया जाता है । परिणामस्वरूप छवियों को फिर ओपन सोर्स इमेज एनालिसिस सॉफ्टवेयर इमेजजे में विश्लेषण किया जा सकता है। बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्रा 2। एक गृह मंत्रालय स्वयं इकट्ठे मोनोलेयर द्वारा कार्यात्मक 20 एनएम Au परत के साथ पीडीएमएस सब्सट्रेट। कम पानी के संपर्क कोण से पता चलता है कि प्रक्रिया सफल रही। इनसेट एक उठाया कार्यात्मक पीडीएमएस/Au स्तंभ पर एक बूंद से पता चलता है । बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्र 3। 20 एनएम एयू लेयर के स्थानांतरण के बाद पीडीएमएस स्तंभ उठाया। क)सफल स्थानांतरण। ख)स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान पीडीएमएस सब्सट्रेट की पार्श्व गति के कारण फाड़ना। ग)स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान पीडीएमएस सब्सट्रेट के झुकने के कारण क्रैकिंग । बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्र 4. प्रायोगिक उपकरण में खंभे पर केशिका पुलों की छवियां। क)स्तंभ की लंबाई के समानांतर देखने का क्षेत्र। ख)स्तंभ की लंबाई के लंबवत देखने का क्षेत्र। ग)भट्ठा ताकना की भरने की प्रक्रिया से पता चलता है (बीके रूप में एक ही परिप्रेक्ष्य) । बीऔर सीमें शासक की मामूली स्नातक की पढ़ाई 500 माइक्रोन है. बड़ी छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें.

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Discussion

यहां प्रस्तुत विधि भट्ठा ताकना ज्यामिति में केशिका पुल बनाने के लिए एक तरीका प्रदान करता है, और इन पुलों इमेजिंग के लिए एक विधि भी है ताकि उनके आकृति विज्ञान का विश्लेषण किया जा सके और सिमुलेशन और सिद्धांत की तुलना में ।

इस विधि में असममित गीला गुण बनाने के लिए शारीरिक राहत के साथ-साथ चयनात्मक रासायनिक पैटर्निंग को शामिल किया गया है। यदि केवल एक रासायनिक विषमता मौजूद है, तो एक तरल बूंद विषमता पर टिकी रहेगी जब तक कि संपर्क कोण कम वेटेबल (निचली सतह ऊर्जा) क्षेत्र से अधिक नहीं हो जाता। जब पीडीएमएस निचली सतह ऊर्जा का क्षेत्र होता है, तो हाइड्रोफिलिक/हाइड्रोफोबिक सीमा पर अधिकतम प्राप्त संपर्क कोण लगभग 100 डिग्री होता है । एक स्तंभ के रूप में एक भौतिक विषमता जोड़ना खंभे (>140 °) के किनारे पर काफी बड़े पानी के संपर्क कोणों के लिए अनुमति देता है, जैसा कि चित्र 2 में देखा गया है (इसी तरह के सब्सट्रेट्स बनाने के लिए एक वैकल्पिक विधि फेरारो एट अल द्वारा प्रस्तुत की जाती है। 19)उच्च संपर्क कोणों का अर्थ है कि तरल बूंदों या पुलों को विशिष्ट क्षेत्रों तक सीमित किया जा सकता है और विशुद्ध रूप से रासायनिक विषमता के लिए संभव होने की तुलना में उच्च दबाव बनाए रखा जा सकता है ।

चूंकि पीडीएमएस खंभे के शीर्ष पर सोना एक आत्म-इकट्ठा मोनोलेयर के साथ कार्यात्मक है, इसलिए विभिन्न थिओल अग्रदूतों का उपयोग करके विभिन्न कार्यात्मकता संभव है। इसके अलावा, भट्ठा ताकना की ऊंचाई को समायोजित करने में सक्षम होने के अलावा, माइक्रोस्टेज का संयोजन पार्श्व और घूर्णन ऑफसेट दोनों के वास्तविक समय समायोजन के लिए अनुमति देता है। यह कार्यक्षमता इस तरह के एक डिवाइस इमेजिंग गतिशील केशिका पुल प्रणालियों के लिए आदर्श बनाना होगा, जैसे स्याही जेट या gravure मुद्रण के लिए प्रासंगिक उन लोगों के रूप में ।

प्रोटोकॉल के भीतर महत्वपूर्ण कदम

प्रजनन योग्य केशिका पुल मॉर्फोलोजी प्राप्त करने के लिए रासायनिक और शारीरिक विषमताओं की तैयारी में सावधानियां बरती जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, मोटाई ढाल वाले खंभे पोर के अंत में स्थित पुलों की ओर ले जाते हैं जहां पीडीएमएस मोटा होता है। मोटाई ढाल पैदा कर सकते है अगर प्लास्टिक वजन पकवान मोल्डिंग कदम के दौरान तरल PDMS पकड़े पूरी तरह से फ्लैट झूठ नहीं बोल रहा है । ताकना की लंबाई के साथ ऊंचाई में परिवर्तन भी तरल की वक्रता में परिवर्तन करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, छवि डेटा तिरछा। इस मोटाई भिन्नता की सीमा का मूल्यांकन तब किया जा सकता है जब शून्य बिंदु चरण 3.6 में सेट हो। शीर्ष सब्सट्रेट धारक के झुकाव को शीर्ष सब्सट्रेट धारक और सब्सट्रेट धारक-जेड स्टेज कनेक्टर पीस (मास्किंग या फोम टेप की कुछ परतें इसके लिए अच्छी तरह से काम करती हैं) के बीच एक नरम स्पेसर रखकर कम किया जा सकता है। सब्सट्रेट धारक को कनेक्टर टुकड़ा संलग्न करने वाले शिकंजा पर तनाव को अलग करके, झुकाव को सिस्टम से समाप्त किया जा सकता है।

यह सुनिश्चित करना भी महत्वपूर्ण है कि 24 घंटे DMSO/गृह मंत्रालय सोख के बाद सब्सट्रेट्स पर कोई अतिरिक्त DMSO नहीं छोड़ा जाता है । यह संभव है कि डीआई पानी के साथ कठोर कुल्ला करने के बाद भी अवशिष्ट डीएमएसओ की थोड़ी मात्रा सब्सट्रेट पर मौजूद हो सकती है। यदि इस बिंदु पर सब्सट्रेट्स का उपयोग किया जाता है, तो अतिरिक्त डीएमएसओ केशिका पुल में लीच कर सकता है। अतिरिक्त DMSO नमूने से इसे कम से कम 12 घंटे के लिए एक वैक्यूम कक्ष (दबाव <100 mTorr, 25 डिग्री सेल्सियस) में रखकर सुखाया जा सकता है।

तकनीक की सीमाएं

उच्च आस्पेक्ट रेशियो केशिका पुल बनाने के लिए उठाए गए स्तंभों का उपयोग करने की एक मुख्य सीमा इमेजिंग के दौरान स्पष्ट हो जाती है। जब ताकना की ऊंचाई निरंतर मात्रा में बदल जाती है, तो तरल सिरों से दूर हो जाता है पोर1के केंद्र की ओर। नतीजतन, पुल पट्टी की चौड़ाई के लिए सामान्य इमेजिंग करते समय ध्यान से बाहर हो सकता है। फोकस में यह नुकसान तब होता है जब भट्ठा ताकना और तरल पुल के अंत के बीच की दूरी कैमरे के क्षेत्र की गहराई से अधिक होती है। इसलिए किसी दिए गए प्रयोग के लिए आवश्यक सबसे कम संभव स्लिट पोर लंबाई का उपयोग करना महत्वपूर्ण है। क्षेत्र की गहराई प्रकाशिकी बदलने से, या आवर्धन को कम करके बढ़ाया जा सकता है, लेकिन ये संकल्प करने के लिए एक लागत पर आते हैं ।

पीडीएमएस खंभे के सबसे ऊपर एक उच्च सतह ऊर्जा (कम पानी के संपर्क कोण) के लिए कार्यात्मक हैं। एक परिणाम के रूप में वे संदूषण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, या तो परिवेश पर्यावरण या तरल पदार्थ से आ रहा है । हमारे प्रयोगों को एक क्लीनरूम (कक्षा 1000) में किया गया था जिसने हमें सतह के किसी भी गिरावट को ध्यान देने योग्य होने से पहले 5-10 बार नमूनों का परीक्षण करने की अनुमति दी थी। संदूषण खंभे की चौड़ाई के समानांतर संपर्क रेखा के लिए गीला कोण की पिनिंग की ओर जाता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक अनुदान संख्या के तहत राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के समर्थन के लिए आभारी हैं । सीएमएमआई-00748094 और ओएनआर एन0001411110629।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
99.999% Gold wire Kurt J. Lesker EVMAU40040
Acetone Pharmco-AAPER C1107283
Dimethyl sulfoxide Fisher D128-500
Ethanol (200 proof) Pharmco-AAPER 111000200
Hydrochloric acid EMD HX0603-4
Hydrogen peroxide (30%) EMD HX0635-3
Isopropyl alcohol Fisher L-13597
Mercapto hexadecanoic acid (90%) Sigma-Aldrich 448303-1G
Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS) Gelest Sim6476-O-100GM
Milli-Q DI water Millipore Milli-Q
Nitrogen (gas) Airgas UN1066
Oxygen (gas) Airgas UN1072
Silicon wafers (4 in) WRS Materials CC8506
SU-8 2002 (negative photo resist) MicroChem SU82002
SU-8 2050 (negative photoresist) MicroChem SU82050
SU-8 Developer solution MicroChem Y020100 4000L1PE
Sulfuric acid J.T. Baker 9681-03
Poly dimethy sulfoxide (PDMS) Dow Corning Sylgard -184
Toluene Omnisolv TX0737-1

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References

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भौतिकी अंक 83 माइक्रोफ्लुइडिक्स सरफेस गुण केपिलरी एक्शन सरफेस टेंशन फ्लूइड फोर्सेज फ्लूइडिक्स पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन मोल्डिंग सेल्फ-असेंबल मोनोलेयर सरफेस पैटर्निंग छाप ट्रांसफर लिथोग्राफी सरफेस टेंशन कैपेरिटी वेटिंग
स्लिट पोर ज्यामिति में केशिका पुलों का निर्माण और दृश्य
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Broesch, D. J., Frechette, J. Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry. J. Vis. Exp. (83), e51143, doi:10.3791/51143 (2014).

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