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Engineering

Fabbricazione e visualizzazione di ponti capillari in geometria dei pori a fessura

Published: January 9, 2014 doi: 10.3791/51143

Summary

Viene presentata una procedura per la creazione e l'imaging di ponti capillari in geometria a fessura.po por. La creazione di ponti capillari si basa sulla formazione di pilastri per fornire un'eterogeneità fisica e chimica direzionale per fissare il fluido. I ponti capillari sono formati e manipolati utilizzando microstaggi e visualizzati utilizzando una telecamera CCD.

Abstract

Viene presentata una procedura per la creazione e l'imaging di ponti capillari in geometria a fessura.po por. I pilastri idrofobi ad alto rapporto di aspetto sono fabbricati e funzionalizzati per rendere idrofile le loro superfici superiore. La combinazione di una caratteristica fisica (il pilastro) con un confine chimico (la pellicola idrofila sulla parte superiore del pilastro) fornisce un'eterogeneità fisica e chimica che inchioda la linea di contatto tripla, una caratteristica necessaria per creare ponti capillari lunghi ma stretti stabili. I substrati con i pilastri sono attaccati a vetrini e fissati in supporti personalizzati. I supporti vengono quindi montati su microstaggi a quattro assi e posizionati in modo che i pilastri siano paralleli e rivolti l'uno verso l'altro. I ponti capillari si formano introducendo un fluido nello spazio tra i due substrati una volta ridotta la separazione tra i pilastri rivolti a poche centinaia di micrometri. Il microstaggio personalizzato viene quindi utilizzato per variare l'altezza del ponte capillare. Una telecamera CCD è posizionata per l'immagine della lunghezza o della larghezza del ponte capillare per caratterizzare la morfologia dell'interfaccia del fluido. Pilastri con larghezze fino a 250 μm e lunghezze fino a 70 mm sono stati fabbricati con questo metodo, portando a ponti capillari con proporzioni (lunghezza/larghezza) di oltre 1001.

Introduction

Lo studio della forma e delle forze risultanti causate da ponti capillari è stato oggetto di approfonditistudi 2-7. Inizialmente la maggior parte degli sforzi si concentravano, grazie alla loro semplicità, sui ponti capillari assimmetrici. Spesso i ponti capillari presenti nei sistemi naturali, come quelli presenti nei mezzi granulari e porosi8,9 e i ponti impiegati nelle applicazioni tecnologiche, come per l'auto-assemblaggio capillare nelle tecnologie flip chip10-15 sono asimmetrici con proprietà di bagnatura nonuniformi sulle superfici interagenti. La combinazione di tecniche litografiche migliorate insieme all'accessibilità di semplici strumenti numerici per modellare interfacce fluide consente la creazione e la modellazione di ponti capillari con crescente complessità.

I ponti capillari in geometria a fessura offrono un interessante compromesso: le proprietà di bagnatura direzionale portano a ponti nonaxisimmetrici che mantengono alcuni piani di simmetria (il che semplifica l'analisi). Sono stati studiati teoricamente e numericamente come caso di studio per i mezzi porosi. Gli studi sperimentali sistematici sui ponti capillari nella geometria dei pori a fessura sono stati tuttavia limitati. Qui presentiamo un metodo per creare e caratterizzare ponti capillari in geometria a poro a fessura. In breve, il metodo consiste in 1) la fabbricazione di pilastri per creare un'eterogeneità chimica e fisica, 2) la progettazione di un microstaggio per allineare e manipolare i ponti, e 3) l'imaging dei ponti capillari sia dalla parte anteriore che da quella dei lati per caratterizzarne la morfologia. La caratterizzazione della morfologia del ponte, insieme ai confronti con le simulazioni di evolutore di superficie, sono fornite in una pubblicazione separata1.

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Protocol

Il testo del protocollo è suddiviso in tre sezioni principali: 1) la fabbricazione dei pilastri PDMS (polidimetilossano), 2) la funzionalizzazione delle cime dei pilastri e 3) la formazione e caratterizzazione dei ponti capillari.

1. Fabbricazione dei pilastri PDMS

Questa sezione descrive in dettaglio la fabbricazione dei pilastri PDMS utilizzando la pressofusione con uno stampo in silicio/ SU-8.

  1. Fabbricazione di stampi in silicio/SU-8
    1. Mettere un 4 pulito in wafer di silicio in una piastra pyrex petri.
    2. Preparare una soluzione di acido solforico 4:1 (in volume) a perossido di idrogeno (piranha) in un becher separato.
      Nota: È necessaria estrema cautela nella preparazione e nell'uso della soluzione di piranha. La reazione è altamente esotermica e i guanti isolati saranno necessari per maneggiare i becher. Piranha reagisce violentemente con l'organico. Lasciare raffreddare la soluzione di piranha a temperatura ambiente prima di smaltire. Preparare solo una soluzione sufficiente necessaria per immergere il wafer nel piatto.
    3. Versare lentamente la soluzione di piranha sul wafer di silicio fino a quando non è completamente sommerso. Lasciare riposare per 15 minuti.
    4. Togliere il wafer dalla piastra di Petri e risciacquare sotto un flusso di: acqua deionizzata (DI) per 2 min, etanolo per 30 sec, acetone per 30 sec, quindi asciugare con azoto.
      Nota: Se i residui di acetone sono un problema, si consiglia un risciacquo aggiuntivo con IPA
    5. Asciugare il wafer su una piastra calda a 150 °C per 15 minuti.
    6. Rimuovere dalla piastra calda e lasciare raffreddare a temperatura ambiente.
    7. Spin coat SU-8 2002 sulla superficie del wafer per 40 secondi a 500 giri/min.
    8. Cappotto di spin SU-8 2050 sul wafer con un programma di spin coater in due gradini. Passo 1: 40 sec a 500 giri/min. Passo 2: 1 min a 1.500 giri/min.
    9. Rimuovere il wafer dal mandrino di spin e posizionarsi su una piastra calda preriscaldata (65 °C) per 10 minuti.
    10. Lasciare raffreddare a temperatura ambiente, quindi posizionare la maschera sul wafer.
    11. Posizionare sotto la lampada ultravioletta ed esporre per 30 secondi a 200 watt.
    12. Rimuovere la maschera e posizionare il wafer su una piastra calda preriscaldata (95 °C) per 10 minuti.
    13. Posizionare nella soluzione sviluppatore SU-8 e agitare leggermente fino a quando tutti i SU-8 non esposti non sono stati rimossi. Quindi risciacquare in un flusso di alcol isopropile per 30 secondi, asciugare con azoto.
    14. Posizionare su una piastra calda preriscaldata (95 °C) per 30 minuti per un hardbake finale.
  2. Pressofusione di pilastri PDMS
    1. Mescolare vigorosamente un rapporto di massa 10:1 di base di Sylgard-184 PDMS con agente polimerizzante nel becher.
    2. Degas PDMS in una camera a vuoto fino a quando tutte le bolle sono sparite.
    3. Posizionare lo stampo fabbricato nella sezione 1.1 in un grande piatto da 4 in plastica e versare il PDMS.
    4. Riposizionare il piatto con PDMS e lo stampo nella camera a vuoto. Degas di nuovo fino a quando tutte le bolle sono sparite.
    5. Mettere l'intero piatto in forno (preriscaldato a 75 °C) per almeno 2 ore. Quindi lasciare raffreddare a temperatura ambiente.
    6. Tagliare il piatto dal PDMS e il PDMS dal wafer di silicio con una lama di rasoio dritta.
    7. Ritaglia la regione PDMS con i pilastri dalla massa e conservalo in una piastra di Petri pulita.

2. Funzionalizzazione delle cime dei pilastri

Questo processo in tre fasi prevede prima l'evaporazione di un film d'oro su un wafer di silicio, seguito dalla litografiadi trasferimento dell'impronta 16 del film d'oro sui pilastri PDMS (fabbricati nella sezione 1), e infine la funzionalizzazione del film d'oro con un monostrato auto-assemblato per renderlo idrofilo.

  1. Fabbricazione di oro su wafer di silicio per litografia a trasferimento di impronte
    1. Usa una taglierina di vetro per tagliare a dadini un wafer di silicio circolare da 4 pezzi di dimensioni uguali. Nota: i wafer possono essere puliti utilizzando i passaggi 1.1.2-1.1.4 e riutilizzati.
    2. Evaporare 20 nm di oro direttamente sul wafer di silicio.
    3. Lasciare il wafer in camera di evaporazione (o in un essiccatore) fino al completamento del punto 3. Questo manterrà il wafer il più pulito possibile.
    4. Preparare una soluzione di 8 μl:20 ml,(3-mercaptopropil)-trimetossisilano (MPTS): soluzione di toluene in una fiala di vetro pulita.
    5. Preparare 200 ml di acido cloridrico (HCl) da 16 mM in un bicchiere pulito.
    6. Metti il wafer con pellicola d'oro nel reattore al plasma.
    7. Pulire il wafer utilizzando plasma di ossigeno a una pressione di 300 mTorr, potenza di 50 W per 10 min.
      Nota: Per questa procedura è stato utilizzato un reattore al plasma costruito in casa.
    8. Mettere il wafer in una piastra pyrex petri piena di 200 etanolo a prova per almeno 10 minuti.
      Nota: Questo passaggio viene fatto per rimuovere eventuali ossidi instabili che si formano sull'oro a causa del plasma di ossigeno.
    9. Risciacquare il wafer con etanolo, quindi asciugare con azoto.
    10. Spin rivestire la soluzione MPTS sul wafer a 500 giri/min per 30 secondi seguita da 2.750 giri/min per 1 min.
      Nota: MPTS viene utilizzato come strato di adesione tra il PDMS e lo strato d'oro16.
    11. Togliere il wafer dal filatore e risciacquare sotto un flusso di etanolo. Quindi, sciacquare con acqua DI e asciugare con azoto.
      Nota: Risciacquare delicatamente per evitare il peeling dello strato d'oro dal wafer di silicio.
    12. Posizionare il wafer in una piastra pyrex petri che contiene una soluzione HCl da 16 mM sufficiente per immergere completamente il wafer. Lasciare in HCl per almeno 5 minuti.
      Nota: Mettere delicatamente nella soluzione per evitare che l'oro si stagni.
      Nota: questo viene fatto per migliorare l'adesione tra il PDMS e lo strato d'oro16.
    13. Rimuovere il wafer dalla soluzione HCl e asciugare con azoto.
      Nota: i wafer devono essere utilizzati non più di 15-20 minuti dopo il completamento di questo passaggio.
  2. Litografia di trasferimento dell'impronta dell'oro dal wafer ai pilastri PDMS
    1. Preparare uno scivolo di vetro da 25 mm x 75 mm per ogni campione PDMS risciacquarlo con etanolo, acqua DI e asciugare con azoto.
    2. Posizionare i pilastri PDMS nella camera al plasma ed eseguire plasma di ossigeno a una pressione di 300 mTorr e una potenza di 50 W per 30 secondi.
      Nota: la sovraesposizione del PDMS al plasma di ossigeno causerà crepe. Regolare le condizioni plasmatiche di conseguenza.
    3. Legare la parte posteriore dei substrati PDMS ai vetri puliti applicando loro una leggera pressione. Lo scivolo in vetro facilita le manipolazioni dei pilastri PDMS e il montaggio sul dispositivo descritto al passaggio 3.
    4. Capovolgere i substrati PDMS con supporto in vetro e premere i pilastri verso il basso sulle pellicole in oro funzionalizzate MPTS (passo 2.1). Applicare inizialmente una pressione moderata, quindi mettere un peso (circa 100 g) sul vetrino per garantire un contatto conforme.
    5. Lasciare il substrato a contatto con il wafer di silicio per almeno 12 ore.
    6. Separare il substrato PDMS dal wafer. Se il substrato PDMS è bloccato, utilizzare una lama di rasoio dritta per far infilare con cura un bordo del PDMS fuori dal wafer.
    7. A questo punto dovrebbe essere presente un film d'oro uniforme sulla parte superiore dei pilastri PDMS. Utilizzare un microscopio ottico per verificare che la pellicola d'oro non sia incrinato o che non manchino parti lungo il pilastro.
  3. Funzionalizzazione dell'oro sulla parte superiore dei pilastri PDMS
    1. Preparare abbastanza acido mercaptoesadecanoico da 1 mM (MHA) in solfossido di dimetile (DMSO) per immergere completamente l'oro sopra i pilastri PDMS.
      Nota: DMSO viene utilizzato per il suo basso fattore di gonfiore PDMS17.
    2. Posizionare i substrati PDMS nella soluzione MHA e conservarli lì per almeno 24 ore.
    3. Rimuovere il substrato dalla soluzione MHA e risciacquare con acqua DI, quindi asciugare con azoto.
    4. Mettere in camera a vuoto (pressione < 100 mTorr a 25 °C) per almeno 12 ore.

Nota: per verificare che il processo di funzionalizzazione abbia avuto esito positivo, il passaggio 2 può essere eseguito su un pezzo sfuso di PDMS (senza pilastri) e l'angolo di bagnatura può essere testato in un goniometro. Le pellicole in oro MHA dovrebbero avere angoli di contatto dell'acqua in avanzamento e in recupero rispettivamente di <15° e ~0°. 18 di cui: la commissione per i

3. Formazione e caratterizzazione dei ponti capillari

Questa sezione descrive in dettaglio come un ponte liquido può essere introdotto tra due substrati seguito dalla sua caratterizzazione tramite imaging a diverse altezze e volumi di fluidi.

  1. Utilizzando due substrati a pilastri (realizzati nei passaggi 1-2), posizionare uno nella parte superiore e uno nei supporti inferiori. Fissare i substrati utilizzando viti di tensione laterale.
    Nota: vedere la figura 1 e i risultati rappresentativi per i dettagli del dispositivo.
  2. Assemblare il dispositivo collegando lo stadio superiore del substrato alla tavola del pane in modo che il substrato superiore sia approssimativamente sopra il substrato inferiore. Diminuire l'altezza tra i due pilastri rivolti a circa 1 mm.
  3. Allineamento approssimativo: utilizzando le manopole x, y e rotazione sullo stadio inferiore del substrato allineare (a occhio) le strisce dore per i due substrati in modo che siano parallele (guardando dall'alto verso il basso attraverso il substrato superiore).
  4. Allineamento preciso: posizionare la fotocamera per guardare in basso la lunghezza del pilastro PDMS. Utilizzando il feed della fotocamera dal vivo sullo schermo del computer, regolare ulteriormente la posizione del substrato inferiore in modo che i pilastri siano paralleli.
  5. Spostare la fotocamera sul lato opposto del dispositivo e ripetere il passaggio 3.4.
  6. Diminuire la separazione tra i due pilastri fino a quando il pilastro superiore non prende contatto con il pilastro inferiore (utilizzando il feed della fotocamera dal vivo). Azzerare il micro stage digitale. Questo sarà definito come un'altezza dei pori pari a zero.
  7. Aumentare l'altezza dei pori a circa 200 μm.
  8. Preparare una siringa con 1-5 μl di un 80% di glicerolo, soluzione di acqua al 20%. Attaccare un ago da 30 G all'estremità della siringa, assicurandosi che nessuna bolla d'aria sia intrappolata all'interno dell'ago.
    Nota: la miscela acqua/glicerolo viene utilizzata per ridurre l'evaporazione durante l'esperimento. L'acqua può anche essere utilizzata.
  9. Montare la siringa nella fase di traslazione xyz della siringa con un morsetto meccanico.
  10. Regolare i micrometri sullo stadio di posizionamento della siringa in modo che l'ago si inserisca nel poro a fessura (parallelo alla lunghezza dei pilastri).
  11. Diminuire l'altezza del poro fessurato in modo che le superfici superiore e inferiore contattino delicatamente l'ago. Ciò farà in modo che il liquido tocchi entrambe le superfici e formi spontaneamente un ponte capillare.
  12. Erogare lentamente il liquido dalla siringa nel poro fessurato.
  13. Utilizzare i micrometri sullo stadio di posizionamento della siringa per rimuovere l'ago dal poro a fessura.
    Nota: A questo punto, l'altezza del poro a fessura può essere variata e il ponte liquido è stato immaginato.
    Nota: le immagini possono essere analizzate con il pacchetto software open source ImageJ.

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Representative Results

Descrizione del dispositivo sperimentale

Il dispositivo sperimentale può essere suddiviso in quattro parti principali: 1) lo stadio superiore del substrato, 2) lo stadio inferiore del substrato, 3) lo stadio di traduzione xyz della siringa / siringa e 4) la fotocamera / ottica e il supporto della fotocamera. I dettagli di ciascuno seguono:

  1. Stadio superiore del substrato. Uno stadio di traduzione digitale è collegato a un morsetto di montaggio della serie P tramite un pezzo di connettore computerato personalizzato. Il morsetto di montaggio è collegato a un P-post ad altezza variabile, che è ancorato a una tavola da pane tramite una forcella di bloccaggio serie P. Un pezzo di connessione personalizzato si attacca a un porta scorrevole in vetro lavorato personalizzato allo stadio di traslazione, fornendo una risoluzione di spostamento di 1 μm nella direzione z.
  2. Stadio del substrato inferiore. Una traslazione lineare xy con stadio di rotazione dell'asse θ è attaccata alla tavola del pane tramite 8 pezzi di estensione post. Un supporto di substrato lavorato personalizzato è attaccato alla parte superiore della traslazione lineare xy con stadio di rotazione dell'asse θ, consentendo al substrato inferiore di essere posizionato con risoluzione traslazionale di 10 μm e ruotato con risoluzione di 1°.
  3. Fase di traduzione xyz siringa/siringa. Per il posizionamento xyz della siringa utilizzata per riempire lo spazio tra i pilastri, una siringa da 5 μl con un ago da 30 G è attaccata a uno stadio di traduzione xy. Lo stadio xy viene quindi collegato a uno stadio di traduzione z tramite un pezzo connettore a 90°.
  4. Fotocamera/ottica e porta fotocamera. Per l'imaging dei ponti liquidi, una telecamera CCD è collegata a un pezzo ottico zoom variabile. Allo zoom massimo, questo dà una risoluzione di 3,3 μm / pixel. La fotocamera è collegata a un jack a forbice da laboratorio, che può essere posizionato per immaginare il ponte liquido da diverse angolazioni.

Trasferimento di au foil ai pilastri PDMS

Nel trasferimento dell'oro al substrato PDMS, è importante separare il dispositivo PDMS dal wafer di silicio in modo fluido e attento (vedere il passaggio 2.2.6). La figura 3a mostra un'immagine al microscopio di un pilastro PDMS con oro dopo un trasferimento riuscito. La figura 3b mostra la lamina d'oro in eccesso dal wafer che è stata trasferita al pilastro a causa dello scarso trasferimento. Per facilitare il trasferimento della pellicola d'oro è possibile utilizzare un rasoio di sicurezza affilato per infilare delicatamente un bordo del pilastro PDMS dal wafer di silicio. Inoltre, il substrato PDMS deve essere tirato in una direzione normale alla superficie del wafer (evitare il movimento laterale) per evitare che un foglio d'oro aggiuntivo si attacchi al bordo del substrato. La figura 3c mostra come le crepe possono formarsi nello strato d'oro dopo il trasferimento se il substrato PDMS subisce una significativa taglio o flessione.

Caratterizzazione del monostrato MHA

Una volta terminato il processo di fabbricazione (fase 2), è importante verificare la qualità del monostrato MHA testando il suo angolo di contatto con l'acqua. La figura 2 mostra una goccia d'acqua liquida su un substrato Au/PDMS dopo essere stata funzionalizzata con MHA. Il basso angolo di contatto sul PDMS indica che il processo ha avuto esito positivo. L'interno della figura 2 mostra una goccia d'acqua liquida posta su uno dei pilastri rialzati dopo la procedura completata. L'angolo di contatto di 140° dimostra che la combinazione di eterogeneità fisiche e chimiche consente di appuntare la goccia ai lati dei pilastri.

Visualizzazione dei ponti capillari

Una volta che i substrati sono stati fabbricati e installati nei supporti del microstaggio, i canali possono essere riempiti utilizzando la fase di traduzione xyz della siringa / siringa. La figura 4a mostra un poro a fessura riempito con una prospettiva perpendicolare alla larghezza del pilastro (guardando "giù per la canna" del canale). La figura 4b mostra una prospettiva ortogonale alla Figura 4a, cioè perpendicolare alla lunghezza del poro tagliato. La figura 4c mostra il processo di riempimento del canale dalla stessa prospettiva della figura 4b. È fondamentale durante la fase di riempimento erogare lentamente il liquido dalla siringa. La forza proveniente da improvvise grandi portate può depinare il liquido dalla parte superiore del pilastro, facendolo diffondersi sulle regioni idrofobiche del PDMS. In questo caso, i substrati devono essere puliti e asciugati e il processo di riempimento ripetuto.

Figure 1
Figura 1. Immagine della configurazione sperimentale completa. I substrati PDMS sono tenuti a una distanza variabile l'uno dall'altro attraverso una combinazione di x,y,z e stadi di rotazione. Un insieme separato di microstaggi (all'estrema destra) tiene la siringa per introdurre il liquido in uno spazio stretto per creare il ponte capillare in una geometria a fessura. Una telecamera CCD (nella foto a sinistra) viene utilizzata per immaginare i ponti capillari risultanti man mano che viene modificata la separazione dei pori. Le immagini risultanti possono quindi essere analizzate nel software di analisi delle immagini open source ImageJ. Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.

Figure 2
Figura 2. Substrato PDMS con strato Au da 20 nm funzionalizzato da un monostrato autoassemblato MHA. Il basso angolo di contatto dell'acqua mostra che la procedura ha avuto successo. L'inserto mostra una caduta su un pilastro PDMS/Au funzionalizzato rialzato. Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.

Figure 3
Figura 3. Pilastro PDMS rialzato dopo il trasferimento di 20 nm di livello Au. a)Trasferimento riuscito. b)Lacerazione dovuta al movimento laterale del substrato PDMS durante il processo di trasferimento. c) Fessurazione causata dalla flessione del substrato PDMS durante il processo di trasferimento. Clicca qui per visualizzare l'immagine più grande.

Figure 4
Figura 4. Immagini di ponti capillari su pilastri nel dispositivo sperimentale. a) Campo visivo parallelo alla lunghezza del pilastro. b)Campo visivo perpendicolare alla lunghezza del pilastro. e) Mostra il processo di riempimento del poro a fessura (stessa prospettiva di b). La graduazione minore del righello in b) e c) è di 500 μm. Fare clic qui per visualizzare l'immagine più grande.

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Discussion

Il metodo qui presentato fornisce un modo per creare ponti capillari in geometria dei pori a fessura, e anche un metodo per l'imaging di questi ponti in modo che la loro morfologia possa essere analizzata e confrontata con la simulazione e la teoria.

Questo metodo incorpora sollievo fisico e modelli chimici selettivi per creare proprietà di bagnatura asimmetriche. Se è presente solo un'eterogeneità chimica, una goccia di liquido rimarrà appuntata sull'eterogeneità fino a quando l'angolo di contatto non supera quello della regione meno bagnabile (minore energia superficiale). Quando il PDMS è la regione di minore energia superficiale, gli angoli massimi di contatto raggiungibili al confine idrofilo/idrofobico sono di circa 100°. L'aggiunta di un'eterogeneità fisica sotto forma di pilastro consente angoli di contatto dell'acqua significativamente più grandi sul bordo dei pilastri (>140°), come si vede nella figura 2 (Ferraro et al. 19). Angoli di contatto più elevati implicano che le gocce di liquido o i ponti possono essere confinati in aree specifiche e sostenere pressioni più elevate di quelle che sarebbero possibili per un'eterogeneità puramente chimica.

Poiché l'oro sopra i pilastri PDMS è funzionalizzato con un monostrato auto-assemblato, sono possibili diverse funzionalità utilizzando diversi precursori del tiolo. Inoltre, oltre ad essere in grado di regolare l'altezza del poro a fessura, la combinazione di microstaggi consente la regolazione in tempo reale degli offset laterali e rotazionali. Questa funzionalità renderebbe tale dispositivo ideale per l'imaging di sistemi di ponti capillari dinamici, come quelli rilevanti per la stampa a getto d'inchiostro o in gravure.

Passaggi critici all'interno del protocollo

Per ottenere morfologie riproducibili del ponte capillare devono essere prese precauzioni nella preparazione delle eterogeneità chimiche e fisiche. Ad esempio, i pilastri con un gradiente di spessore conducono a ponti situati alla fine del poro dove il PDMS è più spesso. I gradienti di spessore possono sorgere se la piastra di pesatura in plastica che tiene il PDMS liquido durante la fase di stampaggio non è perfettamente piatta. Il cambiamento di altezza lungo la lunghezza del poro può anche portare a un cambiamento nella curvatura del liquido, cucendo i dati dell'immagine. L'estensione di questa variazione di spessore può essere valutata quando il punto zero è impostato nel passaggio 3.6. L'inclinazione del supporto superiore del substrato può essere ridotta posizionando un distanziale morbido tra il supporto superiore del substrato e il pezzo del connettore dello stadio holder-z del substrato (alcuni strati di mascheramento o nastro espanso funzionano bene per questo). Variando la tensione sulle viti che attaccano il pezzo del connettore al supporto del substrato, l'inclinazione può essere eliminata dal sistema.

È anche importante assicurarsi che nessun DMSO in eccesso sia lasciato sui substrati dopo l'ammollo DMSO /MHA di 24 ore. È possibile che sul substrato possa essere presente una piccola quantità di DMSO residuo anche dopo un rigoroso risciacquo con acqua DI. Se i substrati vengono utilizzati a questo punto, il DMSO in eccesso può lisciviare nel ponte capillare. Il DMSO in eccesso può essere evaporato dal campione posizionandolo in una camera a vuoto (pressione <100 mTorr, 25 °C) per almeno 12 ore.

Limitazioni della tecnica

Una limitazione principale dell'uso di pilastri rialzati per formare ponti capillari ad alte proporzioni diventa evidente durante l'imaging. Quando l'altezza del poro viene cambiata a volume costante, il liquido si allontana dalle estremità verso il centro del poro1. Di conseguenza, il ponte può diventare fuori fuoco quando si verifica un'immagine normale alla larghezza della striscia. Questa perdita di messa a fuoco si verifica quando la distanza tra l'estremità del poro tagliato e il ponte liquido supera la profondità di campo della fotocamera. È quindi importante utilizzare le lunghezze dei pori a fessura più brevi possibili necessarie per un determinato esperimento. La profondità di campo può essere estesa cambiando ottica, o diminuendo l'ingrandimento, ma queste hanno un costo per la risoluzione.

Le cime dei pilastri PDMS sono funzionalizzate per avere un'alta energia superficiale (basso angolo di contatto con l'acqua). Di conseguenza sono suscettibili di contaminazione, provenienti dall'ambiente o dal fluido. I nostri esperimenti sono stati eseguiti in una camera bianca (classe 1000) che ci ha permesso di testare i campioni 5-10 volte prima che si verificasse qualsiasi degradazione della superficie. La contaminazione porta all'inchiodamento dell'angolo di bagnatura per la linea di contatto parallela alla larghezza dei pilastri.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Gli autori sono grati per il sostegno della National Science Foundation ai sensi del Grant No. CMMI-00748094 e ONR N000141110629.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Fisica Numero 83 Microfluidici Proprietà superficiali Azione capillare Tensione superficiale forze fluide fluidicità stampaggio polidimetilsiloxano monostrati autoassemblati modelli di superficie litografia di trasferimento dell'impronta tensione superficiale capillarità bagnatura
Fabbricazione e visualizzazione di ponti capillari in geometria dei pori a fessura
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Broesch, D. J., Frechette, J.More

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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