Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Multi-trinns variabel Høyde Fotolitografi for Valved Multilayer microfluidic enheter

Published: January 27, 2017 doi: 10.3791/55276
Automatic Translation
*1,2,4, *1,2, 1,2,3,4
1Department of Bioengineering, Stanford University, 2Microfluidic Foundry, Stanford University, 3Department of Genetics, Stanford University, 4Chem-H Institute, Stanford University
* These authors contributed equally

Introduction

For de siste 15 årene har MicroFluidics som et felt gjennomgått en rask vekst, med en eksplosjon av nye teknologier som muliggjør manipulering av væsker i mikrometer skala 1. Microfluidic systemer er attraktive plattformer for våt laboratorium funksjonalitet fordi de små volumer har potensial til å realisere økt hastighet og følsomhet, mens på samme tid dramatisk øke gjennomstrømningen og redusere kostnadene ved å utnytte stordriftsfordeler to, tre. Multilayer microfluidic systemer har gjort særlig store virkninger i high-throughput biokjemiske analyseprogrammer som enkelt celle analyse 4, 5, 6, enkelt molekyl analyse (f.eks digital PCR 7), protein krystallografi 8, transkripsjonsfaktor bindingsanalyserf "> 9, 10, og cellulær screening 11.

Et sentralt mål for MicroFluidics har vært utviklingen av "lab på en brikke" enheter i stand til å utføre komplekse fluidic manipulasjoner innenfor en enkelt enhet for total biokjemisk analyse 12. Utviklingen av multi-lags myk litografi teknikker har hjulpet realisere dette målet ved å muliggjøre etableringen av on-chip ventiler, miksere, og pumper for aktivt å kontrollere væsker i små volumer 13, 14, 15. Til tross for sine fordeler og demonstrerte applikasjoner, mange av disse teknologiene microfluidic forblir stort sett unharnessed av ikke-spesialist brukere. Utbredt adopsjon har vært utfordrende delvis på grunn av begrenset tilgang til microfabrication anlegg, men også på grunn av mangelfull kommunikasjon av fabrikasjon teknikker. Dette gjelder særlig for flerlags microfluidic enheter med strukturer for ventiler eller komplekse geometrier: mangelen på detaljert, praktisk informasjon om viktige designparametre og fabrikasjon teknikker avskrekker ofte nye forskere fra fatt på prosjekter som involverer design og etablering av disse enhetene.

Denne artikkelen tar sikte på å løse dette kunnskapsgapet ved å presentere et komplett protokoll for å lage flerlags microfluidic enheter med ventiler og variable høyde funksjoner, fra design parametere og beveger seg gjennom alle fabrikasjons trinn. Ved å fokusere på de første fotolitografi trinnene fabrikasjon, utfyller denne protokollen andre MicroFluidics protokoller 16 som beskriver nedstrøms trinn avstøpning enheter fra muggsopp og kjører konkrete eksperimenter.

Microfluidic enheter med monolittisk on-chip ventiler er sammensatt av to lag: et "flow" lag, hvor fluidet av interesse blir manipulert i mikrokanaler og en "kontroll" lag, hvor mikrokanaler inneholdende luft eller vann kan selektivt modulere fluidstrømning i strømningssjiktet 14. Disse to lagene er hver fremstilt på en separat silisiumstøpe master, som senere brukes til polydimetylsiloksan (PDMS) replika støping i en prosess som kalles "myklitografi 17". For å danne en flerlags enhet, er hvert av de PDMS lag støpt på de respektive støpe herrer og deretter justert til hverandre, for derved å danne en sammensatt enhet PDMS med kanaler på hvert lag. Ventiler er dannet ved steder hvor strømnings og styrekanaler som krysser hverandre og er adskilt med bare en tynn membran; trykksetting av styrekanalen avbøyes denne membranen for å tilstoppe strømningskanalen og lokalt fortrenge væske (figur 1).

Aktive on-chip ventiler kan fremstilles på flere måter, avhengig av den ønskede endelige anvendelse. ventilerkan konfigureres enten i en "push down" eller "push-up" geometri, avhengig av om kontrollsjiktet er over eller under det strømnings laget (figur 1) 15. "Push up" geometrier tillate lavere avsluttende trykk og høyere enhets stabilitet mot delaminering, mens "trykk ned" geometrier tillate strømningskanalene å være i direkte kontakt med den bundne substrat, overdragelse fordelen av selektiv funksjonalisering eller mønstring av substratoverflaten for senere funksjonalitet 18 19.

Ventilene kan også være enten med vilje er utett "sil" ventiler eller fullstendig lukkbar, avhengig av tverrsnittsprofilen av strømningskanalen. Sikt ventiler er nyttige for å fange perler, celler eller andre macroanalytes 1, og er fabrikkert ved bruk av typiske negative fotoresister (dvs. SU-8-serien), som hektarve rektangulære profiler. Når en styrekanal er satt under trykk over disse ventil regioner, PDMS membran mellom kontroll- og strømnings lag avbøyer isotropisk inn i den rektangulære profil av ventilen uten å forsegles i hjørnene, hvilket tillater fluidstrømning, men fanger makrokalkpartikler (figur 1). Omvendt er fullt sealable microfluidic ventiler fabrikkert ved å inkludere en liten oppdatering av avrundet fotoresist på ventil steder. Med denne geometri, trykksetting av styrekanalen avbøyer membranen mot den avrundede strømningssjiktet for fullstendig å forsegle kanalen, stoppe fluidstrømmen. Avrundede profiler i flyten laget genereres via smelting og flyt av positiv fotoresist (f.eks AZ50 XT eller SPR 220) etter typiske fotolitografi trinn. Vi har tidligere vist at post-reflow høyder av ventil regioner avhenger av valgt har dimensjoner 21. Denne protokollen demonstrerer fremstillingen av begge ventil geometrier medi en kule syntese-enhet.

Figur 1
Figur 1: Multilayer microfluidic Valve geometrier. Typiske "Push up" enhets arkitekturer for sil og fullt forseglbare ventiler før (øverst) og etter (nederst) trykksetting. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Enheter kan også inkludere komplekse passive funksjoner som kaotiske miksere 13 og on-chip motstander 20 som krever funksjonene i flere forskjellige høyder i én flyt lag. For å oppnå en variabel høyde flyt laget, har ulike grupper benyttet mange metoder inkludert kretskort etsning 22, flerlags PDMS lettelse justering 23 eller flere trinn photolithography 24. Vår gruppe har funnet flere trinn fotolitografi på en enkelt støpehoved for å være en effektiv og reproduserbar metode. For å gjøre dette, er en enkel fotolitografi teknikken med å bygge tykke kanaler med negativ fotoresist (f.eks SU-8-serien photoresists) i lag uten utvikling i mellom påføring av hvert lag ansatt. Hvert lag er spunnet i negativ fotoresist ifølge sin tykkelse ved hjelp av produsentens instruksjoner 25 på silisium mester. Trekk ved denne høyde blir så mønstret på laget ved hjelp av en spesifikk transparent maske (figur 2) som er festet til en glassplate maske og justert til tidligere spunnet lag før eksponering. I flertrinnsfotolitografi, er nøyaktig innretting mellom lag kritisk i å danne en komplett variabel høyde strømningskanal. Etter innretting, hvert lag er underkastet en tykkelse avhengig post-eksponering bake. Uten utvikling, er neste lag similarly mønstret. På denne måte kan høy funksjoner bygges opp på en enkelt strømnings wafer lag-for-lag til ved bruk av flere masker. Ved å hoppe utvikling mellom hvert trinn, kan tidligere fotoresist lag brukes til å generere sammensatte høyde egenskaper (dvs, kan to 25 um lag lage en 50 um funksjon) 24. I tillegg kan kanal gulv funksjoner som kaotisk blande fiskebein sporene 13 gjøres ved hjelp av lag med tidligere utsatt funksjoner. En siste utviklingen skritt fullfører prosessen, noe som skaper en enkelt flyt wafer med funksjoner av variabel høyde (figur 3).

Her blir et komplett protokoll for flertrinnsfotolitografi som inkluderer eksempler på alle prosedyrer som er nødvendige for å fremstille on-chip ventiler og strømningskanaler med flere høyder tilgjengelig. Denne fabrikasjon protokoll er presentert i sammenheng med en flerlags mikrofluid vulst synthesizer som krever ventiler og variable-høyden har for sin funksjonalitet. Denne enheten inkluderer T-kryss for generering av vanndråper i en olje skjede, on-chip motstander å modulere strømningsrater gjennom å kontrollere Poiseuilleschen motstand, en kaotisk mikser for homogenisering dråpe komponenter, og begge fullt tetting og sil ventiler for å aktivere automatiserte arbeidsflyter som involverer flere reagent innganger. Ved hjelp av flertrinnsfotolitografi, er disse funksjonene hver fremstilt på et annet lag ifølge høyde eller fotoresist; følgende lag er konstruert i denne protokoll: (1) Strømnings Round ventil sjikt (55 mikrometer, AZ50 XT) (2) Flow Low sjikt (55 mikrometer, SU-8 2050) (3) Strømnings høy sjikt (85 mikrometer, su- 8 2025, 30 um additiv høyde), og (4) Herringbone spor (125 um, SU-8 2025, 40 um additiv høyde) (figur 3).

Hydrogel perler kan brukes til en rekke applikasjoner, inkludert selektive overflaten funksjon for nedstrøms analyser, narkotika innkapsling, radiotracing og avbildningsanalyser og celle innlemmelse; vi tidligere har brukt en mer kompleks versjon av disse enhetene til å produsere spektralt kodede PEG hydrogel perler inneholder lantanidforbindelser nanophosphors 20. Designene diskutert her er inkludert i tilleggsressurser for eventuelle lab å bruke i sine forskningsinnsats hvis ønskelig. Vi forventer at denne protokollen vil gi en åpen ressurs for spesialister og ikke-spesialister alike interessert i å gjøre multi-layer microfluidic enheter med ventiler eller komplekse geometrier å senke barrieren for å komme i MicroFluidics og øke sjansene for fabrikasjon suksess.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Multi-layer Device Design

MERK: Funksjoner av ulike høyder og / eller photoresists må legges sekvensielt til wafer under ulike trinn for å lage endelige sammensatte funksjoner. Derfor design for hver enkelt høyde og fotoresist å bli inkludert på en wafer må skrives på sin egen maske (figur 4).

  1. Last ned en dataassistert konstruksjon (DAK) utkast program (for eksempel AutoCAD Educational Version).
  2. Definer 4 "wafer-området ved å tegne en 4" sirkel. Wafer design (figur 4, Andre ressurser) er gitt som et eksempel.
  3. Inne i 4 "wafer disposisjon, grenser sted enhet ved hjelp av 300 mikrometer polylinje rektangler. Bruk disse enhetsgrensene for justering under fotolitografi.
  4. Lag forskjellige lag for hver forskjellig høyde eller fotoresist som er nødvendig for den endelige utforming (dvs. flyte rund, flyte lav, høy flyt,og kontroll i utforming) ved hjelp av Lag-panelet.
    1. Design funksjoner av en bestemt ønsket høyde på tilsvarende lag. Eksempelet utformingen viser 4 forskjellige aktive lag, hver med sin egen farge (figur 4).
      MERK: Enhets grenser, global tekst og wafer disposisjonen bør gjøres på eget lag (dvs. en-Negativ i design), som senere vil vises på alle lag for global justering. Funksjoner av forskjellig fotoresist (for eksempel fullt forseglbare ventiler som må fabrikkert med positiv motstå) må vises på forskjellige lag, uavhengig av høyde.
  5. Bruke stengt null-bredde polylinjer, design enhetsfunksjoner innenfor enheten grenser.
    1. Vurdere design parametere i tabell 1 for å øke sjansene for vellykket fabrikasjon.
    2. For hver høyde, velg det laget i lagpanelet og legge alle funksjonene i denne høyden.
  6. Klardesign for transparentfilm utskrift med grunn Mask File (Flere kilder) der hver 4 "wafer sirkel er satt inn i en 5" rektangulær grensen. Hvert lag vil bli skrevet ut på en egen transparentfilm for sekvensiell tilsetning av hver fotoresist lag.
    MERK: Denne grunnleggende Mask File representerer den endelige design brukes for utskrift.
    1. For å fullføre design, slå alle lag av unntatt ett-Negative og AZ50 XT ventil lag. Kopier hele wafer med det aktive laget (dvs. ventiler) og globale funksjoner (ie., Enhets grenser).
    2. Åpne Basic Mask fil og lime dette design i rektangelet rett AZ50 XT ventiler. Bruk den ytre wafer grensen for justering og deretter slette den etter lime.
    3. Gjenta for resten av lagene (f.eks, i eksempelet utforming: flyte firkantet lav, flyt firkantet høy, og kontroll). Eksempel åpenhet filene leveres (Flere kilder).
    4. Send filer til en comkommersiell utskrift selskap (for eksempel Fineline Imaging) for utskrift på transparenter. Bruk 32 000 DPI for utskrift> 10 mikrometer funksjoner og opp til 50 000 DPI for mindre funksjoner. Hvis funksjoner mindre enn 7 mikrometer er nødvendig, kan du bestille en Chrome Mask i stedet for en transparentfilm.

Tabell 1: Design Parametere og forslag. Design hensyn å unngå vanlige fallgruver under CAD design prosessen med microfluidic enheter. Klikk her for å se denne tabellen. (Høyreklikk for å laste ned.)

2. Forberede et Wafer for Fotolitografi

MERK: Disse trinnene i tillegg vises i tabell-format i tabell 2.

  1. I renrom eller utpekt rent område, ren og tørke en 4 "silisium test-grade wafer (single-side polished).
    1. Skyll skiven godt med metanol.
      MERK: Ingen ytterligere rengjøring trinn er nødvendig hvis du bruker SU-8 vedheft lag beskrevet nedenfor. Andre vedheft lag som avviker fra denne protokollen (f.eks., HMDS) ofte krever mer grundig rengjøring, slik som piraja etsing.
    2. Føn med N2 eller komprimert luft.
    3. Bake på en aluminiumvarmeplate ved 95 ° C i 10 min for å full fordampe løsningsmidlet.
  2. Fremstille en ensartet 5 um tykt lag av SU-8 2005 for å forbedre adhesjonen for påfølgende fotoresist lag.
    1. Plasser renset wafer på en spin coater, slå på vakuum for å feste den til spin chuck, og blåse bort støv med N2 eller trykkluft.
    2. Påfør 1-2 ml SU-8 2005 negativ fotoresist i sentrum av wafer og spinn som følger: spread: 500 rpm, 10 sek, 133 rpm / s akselerasjon; cast: 3000 rpm, 40 sek, 266 rpm / s akselerasjon.
    3. Fjern waferog myk bake ved å bytte platen mellom to kokeplater er satt ved 65 ° C og 95 ° C i henhold til følgende program: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 3 min, 65 ° C: 2 min.
    4. Tillate skiven å avkjøles til RT.
    5. Plasser platen i chucken av en UV-maske aligner og eksponere uten en maske ( 'flom eksponering') for en total energi avsetning av 124 mJ (her, 20 sek ved ~ 6,2 mW / cm 2 lampeintensitet). Hvis det er tilgjengelig, velger hard kontakt modus for å oppnå en 300 mikrometer wafer: maskere separasjon.
    6. Fjern wafer og post-eksponering bake ved å bytte skiven mellom to kokeplater er satt ved 65 ° C og 95 ° C som følger: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 4 min, 65 ° C: 2 min.

Fabrikere Avrundede Ventiler

  1. Bruk online AZ50 XT ventil prediktor ressurs 26 for å planlegge sentrifugehastigheter for ønskede ventil dimensjoner og høyder.
    MERK: Følgende trinn vil Depositte en 55 mikrometer lag med positiv fotoresist for ventil definisjon og flyt avrunding.
  2. Plasser wafer på en spin coater, slå på vakuum for å feste den til spin chuck, og blåse bort støv med N2 eller trykkluft.
  3. Påfør 2-3 ml AZ50 XT positiv fotoresist til midten av wafer. Spin som følger: spread: 200 rpm, 10 s, 133 rpm / s akselerasjon; cast: 1200 rpm, 40 sek, 266 rpm / s akselerasjon; Snap spin å fjerne kanten perle: 3400 rpm, 1 sek, 3400 rpm / s akselerasjon.
  4. I en 5 "petriskål, legge ned wafer nøye og la slappe av i 20 min.
  5. Myk bake skiven på en varmeplate: 65 ° C - 112 ° C, 22 min, 450 ° C / time ramping hastighet.
  6. Ta av wafer og la hvile over natten ved RT i en petriskål for ambient rehydrering.
  7. Tape Flow Round gjennomsiktighetsmaske til 5 "glassplate med utskriftssiden ned (nærmest wafer) og laste inn masken positioner av UV-maske aligner. Expose wafer til 930 mJ av UV i 6 sykluser ( 2 lampe intensitet, 30 s ventetid mellom eksponeringer).
  8. Utvikle wafer umiddelbart ved å dyppe i en rørt bad på 25 ml AZ500k 1: 3 Utvikler i 6 "glassfat for 3-5 min eller til bad blir lilla og funksjoner dukke opp.
    1. Ta av wafer og skyll godt med DI vann.
    2. Vurdere pre-reflow høyde ved hjelp av en profilometer (stylus kraft på 10,5 mg).
      MERK: Bruk profilometer i henhold til produsentens instruksjoner nøye plassere makt pennen ved siden av en funksjon kanal på ønsket lag før profilering. Innstillinger som brukes i denne protokollen var følgende: stylusen kraft 10,5 mg, lengde 1000 mikrometer, hastighet 200 mikrometer / s, regime down-up.
  9. Tilpasse flyten vanskelig bake kjeks til å smelte og runde ventil funksjoner som følger: 65 ° C - 190 ° C, 15 timer, 10 ° C / time ramping hastighet.
  10. La wafer kult å RT. Vurdere post-reflow høyde ved hjelp av en profilometer (stylus kraft på 10,5 mg). Høyder på 55 mikrometer ± 2 mikrometer bør forventes for denne enheten geometri.

3. Fabricating Variable Høyde funksjoner i Tandem

  1. Fortsett til variabel høyde fabrikasjon med den utviklede wafer med Flow Low, Flow Høye og Herring Mixer transparenter av Bead Synthesizer design.
  2. For å justere protokoll for design, bruker produserer datablad 25 for å bestemme eksponering energi, sentrifugehastigheter og bake tid parametere, noe som åpner for ± 5% toleranse.
    MERK: Denne protokollen fabricates en 55 mikrometer høy Flow Lav lag ved hjelp av SU-8 2050 negativ fotoresist spunnet over ventilen funksjoner.
  3. Plasser renset wafer på spin coater, slå på vakuum for å feste den til spin chuck, og blåse bort støv med N2 eller trykkluft.
    1. Påfør 1-2 ml SU-8 2050 negativ fotoresist til midten av wafer og spinn som følger: spread: 500 rpm, 10 sek, 133 rpm / sek akselerasjon; cast: 3000 rpm, 40 sek, 266 rpm / sek akselerasjon. Spin fotoresist over utviklet ventilfunksjoner.
  4. Plasser forsiktig spunnet wafer i 5 "petriskål og la slappe av i 20 minutter på flatt underlag eller til noen streaking mønstre falme.
  5. Fjerne skiven og myke bake ved å plassere på to kokeplater er angitt ved 65 ° C og 95 ° C som følger: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 8 min, 65 ° C: 2 min.
  6. Tillate skiven å avkjøles til RT.
  7. Tape Flow lav gjennomsiktighetsmaske til en kvarts 5 "glassplate med utskriftssiden ned (nærmest wafer) og laste inn masken positioner av UV-maske aligner.
  8. Plasser wafer i UV maske aligner chuck og ved hjelp av mikroskop okularet eller kamera, forsiktig justere nye Mengde lav lagfunksjonene til Flow Runde ventil lag funksjoner. Begynn med å samkjøre horisontale, vertikale og tilt aksene i enhets grenser for enheten grense funksjoner på maske. Deretter justerer kors funksjoner betlom lag. Til slutt, bekrefter at ventil funksjoner skjærer Flow lav funksjoner der det er aktuelt.
  9. Expose til 170 mJ UV nedfall (28 sek på ~ 6,2 mW / cm 2).
  10. Fjerne skiven og post-eksponering bake ved å veksle mellom to kokeplater er satt ved 65 ° C og 95 ° C som følger: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 9 min, 65 ° C: 2 min.
  11. Uten utvikling, la wafer avkjøles til romtemperatur og fortsett til fabrikasjon av Flow Høy lag. Dette Flow Høy laget vil legge 30 mikrometer fotoresist til uutviklede 55 mikrometer fotoresist laget for å gi 85 mikrometer funksjoner i tidligere ueksponerte steder.
  12. Gjenta trinn 03.03 til 03.10 ved hjelp av SU-8 2025 og Flow høy lagmaske med disse endringene for spin pels innstillinger: spredt: 500 rpm, 10 sek, 133 rpm / s akselerasjon; cast: 3500 rpm, 40 sek, 266 rpm / sek akselerasjon.
    1. Expose til 198 mJ UV nedfall (32 s på ~ 6,2 mW / cm 2).
  13. uten utvikledeping, la wafer avkjøles til romtemperatur og fortsett til fabrikasjon av Kaotisk Mixer Fiskebein lag. Endelige funksjoner i dette laget vil ha en total høyde på 125 mikrometer: 55 mikrometer fra Flow Low lag 30 mikrometer fra Flow Square lag, og 40 mikrometer fra denne Kaotisk Mixer Herring laget (se figur 3) og omfatter 35 mikrometer fiskebein grooves .
  14. Gjenta trinn 03.03 til 03.10 ved hjelp av SU-8 2025 og Herringbone lagmasken med følgende modifikasjoner, slik at fiskebein sporene er helt innenfor Flow Høy kanal skisserer.
    1. Bruk følgende myk bake program: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 7 min, 65 ° C: 2 min.
    2. Expose til 148 mJ UV nedfall (24 s ved ~ 6,2 mW / cm 2).
  15. Etter at alle lagene har blitt gjennomført, utvikle ved å dyppe kjeks i en rørt bad av 25 ml SU-8 utvikler i et 6 "glassfat for 3,5 min eller til funksjoner tydelig fram. Sjekk at features har klare, definerte funksjonsgrenser ved hjelp av et stereoskop.
  16. Hard bake skiven for å stabilisere alle fotoresist funksjoner på en varm plate som følger: 65 ° C - 165 ° C, 2 timer 30 min, 120 ° C / time ramping hastighet.
  17. Vurdere funksjon høyde i alle lag som bruker en profilometer (stylus kraft på 10,5 mg).

4. Kontroll Wafer Fabrication

  1. Ren, tørke, og dikte opp en fem mikrometer vedheft lag på en ny 4 "silisium wafer som i punkt 4.
  2. Dikte en 25 mikrometer kontroll Layer bruker SU-8 2025 negativ fotoresist.
  3. Plasser wafer på en spin coater, slå på vakuum for å feste den til spin chuck, og blåse bort støv med N2 eller trykkluft.
  4. Påfør 1-2 ml SU-8 2025 negativ fotoresist i midten av skiven og spinn som følger: spredningen: 500 rpm, 10 sekunder, 133 rpm / s akselerasjon; cast: 3500 rpm, 40 sek, 266 rpm / sek akselerasjon.
  5. Ta av wafer og myk bake ved å bytte mellomto kokeplater innstilt på 65 ° C og 95 ° C som følger: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 5 min, 65 ° C: 2 min.
  6. Tillate skiven å avkjøles til RT.
  7. Juster kontrollgjennomsiktighetsmaske til en 5 "glassplate og legg inn UV maske aligner.
  8. Plasser wafer i chuck av UV maske aligner og utsettes for 155 mJ UV nedfall (25 sek på ~ 6,2 mW / cm 2 lampe intensitet).
  9. Fjerne skiven og post-eksponering bake ved å veksle mellom to kokeplater er satt ved 65 ° C og 95 ° C som følger: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 6 min, 65 ° C: 2 min.
  10. Utvikle ved å dyppe kjeks i en rørt bad av 25 ml SU-8 Developer i 6 "glassfat i 1 min eller til funksjoner dukke opp. Sjekk funksjoner ved hjelp av et stereoskop.
  11. Hard bake skiven for å stabilisere fotoresist funksjoner som følger: 65 ° C - 165 ° C, 2 timer 30 min, 120 ° C / time ramping hastighet.

5. silan Wafer Behandling for Easy PDMS Lift-off

  1. Plasser de ferdige wafere i wafer stativ innenfor en klokke krukke eksikkator i en avtrekkshette fri for vann eller vannløselige reagenser.
  2. Under panseret, bruk en dropper å bruke en dråpe triklor (1 H, 1 H, 2 H, 2 H -perfluorooctyl) silan (PFOTS) til et glass slide og sted inne i eksikator.
  3. Lukk lokket eksikator og anvend vakuum i 1 min.
  4. Etter 1 min, slå av vakuum uten re-trykk eller evakuere glassklokke.
  5. La blandingen sitte i 10 minutter mens aero PFOTS strøk wafer overflaten.
  6. Åpne glassklokke lokket og ta wafer ved hjelp av pinsett. Plasser i en petriskål for PDMS kopi støping. Kast silane-belagt lysbilder i riktig farlig avfall.
    MERK: Wafers belagt med fluor silanes kan brukes hundrevis til tusenvis av ganger uten å re-behandling. En oppofrende lag 1:10 PDMS kan bli kastet på wafere, kurert, og kastes etter den første silan behandling for å fjerne eXcess silangrupper fra wafer overflaten.

6. PDMS Replica Molding

  1. Dikte flerlags microfluidic enheter i en "push up" geometri på glass i henhold til eksisterende open-tilgangsprotokoller 16.
    MERK: En detaljert protokoll kan i tillegg bli funnet på nettstedet 27.
  2. Ved visuell inspeksjon, sikre at alle ventiler er riktig justert kontrollere linjer og alle viker (på begge strømnings og kontroll lag) er stanset helt før du fortsetter.

7. Produksjon av Hydrogel Perler fra Dråper

  1. Koble slangen (f.eks Tygon) lastet med vann til en flytkontroll system (for eksempel sprøytepumper, fluidic kontrollere, eller en åpen kildekode-magnetventil array med reservoarene 28).
  2. Koble metallpinnene til slangen og koble til enheten havner på kontrollinje viker. Trykkreguleringsenheten linjer ved å sette flyten fortsrol system av valget til 25 psi for hver linje. Pass på at ventilene lukker og re-åpne ved inspeksjon under mikroskopet.
    MERK: Følg produsentens instruksjoner for flytkontroll system av valget. I dette arbeidet, gjelder et tilpasset programvarestyrt pneumatisk system press til hver linje ved hjelp av magnetventiler som veksle mellom 25 psi komprimert luft (trykk) og atmosfærisk trykk (trykkløst). Detaljer om dette systemet kan finnes i diskusjon.
  3. Forbered tilpasset microfluidic trykkbeholdere for reagens og olje lasting.
    1. Ved hjelp av en push-pin, punch to hull i toppen av en kryogenisk ampulle rør, setter kapillær PEEK slangen inn ett hull, og sett inn en metallpinne koblet til slangen inn i den andre hullet.
    2. Forsegl røret på plass med epoxy. La det tørke i en time.
  4. Mens de venter, i et mikrosentrifugerør, suspendere 3,9 mg LAP fotoinitiator over i 100 mL DI-vann ([LAP] = 39 mg / ml) for å fremstille fotoinitiatorløsning som brukes for å polymerdråper til hydrogel perler. Beskytt mot lys.
  5. I et andre mikrosentrifugerør, tilsett 132 mL DI vann, 172 ul PEG-diakrylat, 12 ul LAP-løsning, og 85 pl HEPES-buffer for å gjøre hydrogel dråpeoppløsning.
  6. Overfør den hydrogel dråpen løsningen til det ferdige røret kryogene fartøyet.
    MERK: Tilsetningsstoffer for andre programmer som nanokrystaller, magnetiske partikler eller biologiske molekyler kan inkluderes i HEPES komponent.
  7. Kople slangen fra den kryogene røret fartøyet til et kontrollerbart trykk-kilde og koble PEEK slangen til apparatet reagens innløpet.
  8. Forbered 10 ml lett mineralolje med 2% volum / volum ikke-ionisk overflateaktivt middel (for eksempel Span 80) og 0,05% EM90 for oljedråpe-emulsjon. Filter ved anvendelse av en 0,22 um sprøytefilter og belastning 1 ml inn i en andre kryogenisk rør fartøyet.
  9. Sett PEEK røret ved anordningen utløp for oppsamling av dråper.
  10. Fjern luft-boblees fra enheten ved å trykk olje, vann, eller PEG blanding viker (4 psi operasjonstrykk). Slå på alle ventiler. Sekvensielt slå av hver ventil i en fluidbane etter 1 min eller inntil luftbobler har yret gjennom PDMS-enheten. For eksempel, å de-boble fiskebein miksere, slå på ventiler Inlet 1, Mix en ut, og Mix avfall. Deretter depressurize Inlet 1 Bland en ut, og Mix avfall inntil alle boblene er borte.
  11. Når enheten er satt under trykk etter debubbling, fjern trykket RO1 ventil og satt oljetrykk til 10 psi.
  12. Satt PEG blandingen presset til 9 psi, depressure oppstrøms ventilene (Inlet 1, Dråper 1) og justeres etter behov for å fremstille små dråper av den ønskede størrelse. Dråpestørrelse kan bestemmes via mikroskopi ved hjelp av et kamera med 50 fps eller høyere.
  13. Når dråpene har stabilisert seg, plassere en 5 mm lenger en UV lyskilde (for eksempel en UV flekk herding system med flytende lys guide (LLG) eller en fokusert UV LED) over polymerisasjon region av device og gjelder 100 mW / cm 2 UV (365 nm) fra UV kilde.
  14. Trykk perle sil ventil for å se polymeriserte perler samle og sikre at dråpene har hardnet til perler. Juster LLG som er nødvendig for å oppnå fullstendig polymerisasjon.
  15. Slipp ut perle sil ventil og samle perler inn rør gjennom utløp PEEK slangen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Her viser vi fabrikasjon av ventil, variabel høyde flerlags microfluidic muggsopp ved å lage enheter som er i stand til å generere poly etylenglykol (PEG) hydrogel perler fra dråper (Figur 2). En oversikt av hele fremstillingsprosessen er inkludert i figur 3. Ved hjelp av konstruksjonselementer fra tidligere arbeid, vulsten syntetisatoren anvender 4 høyder i sin strømnings lag inkludert (1) avrundede AZ50 XT ventiler for laminær strømningsmodulering (55 um) (2) strømning lave kanaler for innføring av reagenser ved høyere motstand (55 um) (3) strømnings høye kanaler for å rette strømningen ved lavere motstand mot utløpene og røreverk (85 um), og (4) et fiskebens adveksjon blander (125 um) for å blande PEG og tverrbindingsmiddel inn i en homogen oppløsning (figurene 4A og 4B). En tabell med design parametere og foreslo design begrensninger som brukes i bygging av dettedesign er inkludert i Tabell 1. Design filer og maske overføre filer er inkludert i material tabell.

Denne protokollen demonstrerer avrunding strømventiler og konstruere flere høyder på den samme strømningsplaten via tandem fotolitografiske trinn uten utvikling mellom hvert trinn (tabell 2). En typisk post-gjenflyt ventil avrunding profil fra et profilometer og stereoskop bilder av våre ventiler etter dynamisk tilpasning er vist i figurene 5A og 5B. Resulterende målte fabrikasjon høyder fra vår multi-høyde fotolitografi er oppført i Tabell 3. Heights ble målt til 10 steder per hvert lag på tvers av alle enheter i én flyt wafer, vurdere både fra enhet til enhet og på tvers av wafer variasjon. Alle funksjoner observert <2% CV tvers over skiven. Produsent fotoresist datablad foreslå typisk høydevariasjoner på ± 5% ved konstruksjon av flerlags-funksjoner, så denne toleranse bør tas i betraktning dersom denne protokollen er justert for en annen utforming.

Som med en hvilken som helst fremstillingsprosess, kan føre til feil på hvert trinn hvis fabrikasjon parametre som sentrifugehastighet eller eksponering ikke er optimalisert for den ønskede mønster høyde og geometri. Mange ressurser er tilgjengelige for feilsøking riktig eksponering og utviklings ganger, blant annet en nettside våre anlegg opprettholder 27. Avvik fra foreslåtte myke og harde bake tider, temperaturer og rampe prisene kan generere sprekker, bobler eller ufullstendige funksjoner. I tillegg er rehydrering av AZ50 XT positiv fotoresist før eksponering kritisk. Wafers uten riktig rehydrering kan vises sprukket eller inneholde bobler innenfor ventil områder. Hvis dette skjer, ved hjelp av en "våt boksen" (en lukket boks med en tallerken med avionisert vann) for å huse Wafers for natten rehydrering kan hjelpe. Kortere rehydrering ganger (~ 5-6 timer) kan brukes til AZ50 XT funksjoner under 50 mikrometer med lignende resultater, men høyere funksjoner krever natten rehydrering for å redusere sjansen for funksjonen tap under eksponering og utvikling. Nyere positiv motstå alternativer (f.eks AZ40XT) kan eliminere behovet for overnatting rehydrering; har vi imidlertid ikke testet disse formuleringer.

Som et proof-of-concept, ble PEG-diakrylat hydrogel dråper produseres fra perle synthesizer-enheten (Figur 6A). Figurene 5C og 5D viser representative bilder av ventil drift og nedleggelse på enheten når trykksetting og trykkavlastning ventiler. Vanlige feilmodi for ventil trykk inkluderer: bruk av utilstrekkelig trykk (ventiler vil ikke fullt nære, som kan kontrolleres ved å strømme mat fargestoff), innløpsslangen innsetting (flow vil bli hemmet hvisrør eller metallpinnene blir presset for langt ned, og enheten delaminering kan føre til), og inkorporering av støv eller fiber under fabrikasjon prosessen (kanaler kan okkludert eller enheten kan delaminere). Slik feilsøker disse feilmodi, bør brukerne opprettholde rene romforhold under fabrikasjon og systematisk teste hver ventil før du går videre til en enhet løp. Hvis enheten delaminering presenterer som et vanlig problem i forsøk, kan dette avhjelpes ved enten kjører anordninger ved lavere trykk (<15 kPa) eller reduksjons silanisering ganger.

Figur 6A viser vulsten synthesizer anordningen i drift fremstilling av hydrogel dråper i en olje-emulsjonen ved T-krysset dråpegeneratoren, og figur 6B viser kulene som er fanget opp av on-chip sil ventil. Hvis polymerisasjon ikke er vellykket, vil perler passere gjennom en sil ventil. Hvis dette skjer, kan UV-kilde intensitet og høyde fra den enheten bli mod sert for å forbedre polymerisasjon. Hydrogel-kuler ble fremstilt ved strømningshastigheter på 10 psi (olje) og 9 psi (reagensblandingen) ved anvendelse av ~ 100 mW / cm 2 effekt over en polymerisasjon område 5 mm i diameter (figurene 6C og 6D). Resulterende perler målt 52,6 ± 1,6 mikrometer (gjennomsnitt ± std). Størrelser ble analysert for 2,992 perler ved hjelp av en Hough Transform (MATLAB) i lyse felt bilder (Tall 6C og 6D) med en pålagt størrelse filter på ± 3 std (28 uteliggere, 0,94% av perler). Hele vår hardware oppsett for dråpeproduksjon er vist i figur 7.

Tabell 2: Multi-Step fotolitografi parametere. En tabell format av alle de fotolitografi skritt med gjeldende parametere inkludert sentrifugehastighet, myke bake ganger, eksponering energier og harde bake ganger. 2.xlsx "target =" _ blank "> Klikk her for å se denne tabellen. (Høyreklikk for å laste ned.)

2 ">
Flow Layer Feature Feature Høyde
Avrundede Ventiler (Flow Round) 54.43 mikrometer (1,05 mikrometer std., 1,9% CV)
Flow kanaler (Flow Low) 84.22 mikrometer (0,91 mikrometer std., 1,1% CV)
Flow kanaler (Flow høy) 54.10 mikrometer (1,24 mikrometer std., 2,3% CV)
Fiskebein Grooves (Mixer) 124,19 mikrometer (1,89 mikrometer std., 1,5% CV)

Tabell 3: profilometer Heights Post-Fabrication. Total trekk høyde etter fabrikasjon for hvert av lagene fremstilt via flertrinns-fotolitografi.

Figur 2
Figur 2: Oversikt over fabrikasjon prosessen. En skjematisk indikerer trinnene involvert i flerlags enheten fabrikasjon fra design til enheten testing. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

5276 / 55276fig3.jpg "/>
Figur 3: Skjematisk fremstilling av multi-trinn fotolitografi. Oversikt over ventil avrunding og variabel høyde funksjonen fabrikasjon i fotolitografi for etablering av et flerlags microfluidic enhet. Inkludert her er fremgangsmåten for fremstilling av perlen synthesizer enheten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: Perle Synthesizer Device Design og bilder. (A) CAD Design av Bead Synthesizer enhet med lag indikert med forskjellige farger. (B) Bilde av PDMS flerlags Bead Synthesizer enhet. Kontroll streker i oransje, strømningskanaler vises i blått og grønt.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: Ventil profiler og bilder. (A) Representative ventil høydeprofil som vurdert av et profilometer. (B) Representative bilder av ventiler og omkringliggende kanaler i silisium molding mester flyt wafer. (C, D) Bilder av endelig ventiloperasjon på flerlags PDMS enheten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6
Figur 6: Fremstilling av PEG-diakrylat hydrogel dråper. (A) Bilde av hydrogel dråpe production ved T-krysset dråpe generator. (B) Bilde av perler etter polymerisering fanget på hull ventilen når ventilen står under trykk. (C) Lysfelt bilde av hydrogel-kuler fremstilt i vulsten synthesizer (4X). (D) Størrelsesfordeling av hydrogel-kuler. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7: Enhet drift setup. Bilde med annotering av all maskinvare som kreves for drift av enheten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dette arbeidet viser en komplett flertrinns fotolitografi protokoll for en flerlags microfluidic enhet med ventiler og variabel høyde geometri som kan være innstilt for enhver applikasjon med enkle modifikasjoner til fabrikasjon parametere basert på våre online-verktøy 26 og produsentens instruksjoner 25. Denne protokollen er ment å avmystifisere flerlags fotolitografi for forskere som ønsker å konstruere microfluidic enheter utover enkle, passive ett-lags muggsopp.

Multilayer microfluidic enheter gjør det mulig å dyrke avansert funksjonalitet i én myk polymer enhet for 'lab på chip' applikasjoner som spenner fra enkelt celle analyse til high-throughput biokjemiske analyser 1. Perlen synthesizer enhet konstruert her demonstrerer flere høyder med et enkelt flyt lag og begge fullt sealable og sil ventil geometrier å produsere hydrogel dråper som cen polymeriseres til polymerperler. Tilstedeværelsen av ventiler muliggjør automatisert, programmerbar kontroll over chip funksjon som lett kan implementeres med noen skriptspråk (dvs. MATLAB, LabVIEW, eller Python) som grensesnitt med en lab flyt kontrollmoduler (dvs. sprøytepumper og / eller trykk regulatorer ). I denne demonstrasjonen, tilpasset MATLAB programvare (kode gitt i referanse 28) kommuniserer med Modbus-kontrollerte magnetventil arrays i en tilpasset pneumatisk oppsett 28 og en MFCer flow control system for å trykk væske på enheten, men mange andre alternativer for flytkontroll er kommersielt tilgjengelig. Design og flere forslag er inkludert for å bidra til å maksimere suksess for første gang microfluidic ingeniører.

Fabrikasjon trinnene vist her skulle vise seg generelt tilpasses et bredt spekter av fotolitografisk mønster for microfluidic enheter. I ett av trinnene (Flow Høye), 30mikrometer funksjoner er lagt til nedre fotoresist lag (Flow Low, 55 mikrometer) for å lage en sammensatt høyde på 85 mikrometer. Dette trinnet kan brukes til å lage tykke funksjoner uten behov for mer viskøse fotoresister (som er vanskeligere å arbeide med). I et annet trinn (Fiskebein), er funksjoner blitt fremstilt på toppen av en på forhånd tverrbundet kanal, skaper mønstrede sporene på bunnen av en microchannel når replika støpt til PDMS. Dette trinnet kan tilpasses med brukere å lage komplekse former, inkludert godt innenfor-brønners arkitekturer, om ønskelig.

Suksessen til denne fremstillingsprosess er demonstrert ved hjelp av kule syntetisatoren anordningen for å produsere polymerkuler fra PEG-diakrylat dråper. Utforske forskjellige strømningstrykk kan modulere den dråpe regimet for å fremstille perler av forskjellige størrelser. Videre kan additiver inkluderes enkelt i polymerblandingen. Disse hydrogel perler kan brukes for en rekke formål, blant annetspektral koding gjennom inkorporering av fluorescerende eller selvlysende fosfor, levering av legemidler, eller cellulære tester via overflaten funksjonalisering.

Hvis denne protokollen er vedtatt å bygge en annen microfluidic enhet enn perlen synthesizer som presenteres her, bør det bemerkes enkelte trinnene er avgjørende for å oppnå en høy sjanse for å lykkes på første fabrikasjon forsøk. Vi og andre har observert at optimalisering av myk bake temperatur, varighet, og rampehastigheten er kritisk for å forhindre fastholdelse av gjenværende løsningsmiddel i den lysbestandige film via skorpedannelse (som kan føre til bobling av innestengt nitrogengass ved eksponering) 29. I tillegg forbedrer en overnatting rehydrering skritt reproduserbarheten av eksponeringstider som kreves for tykke AZ50 XT lag og reduserer romlig variasjon i forekomsten av utvikling over hele wafer. Til slutt, en lang (14-15 timer) etter eksponering bake med en langsom rampe runder rektangulære fotoresist funksjoner for å danne valves uten å deformere ventil geometrier for et bredt spekter av testede fotoresist tykkelser.

Flere av prosedyrene som presenteres her for å fabrikkere lag fra negativ fotoresist inkluderer små forskjeller fra produsentens instruksjoner. Vi foreslår en tretrinns myk bake prosess som beveger seg wafers mellom kokeplater satt ved 65 ° C, 95 ° C, og 65 ° C. Det er funnet at gradvis oppvarming av wafere reduserer forekomsten av defekter under eksponering som følge av brudd av gassbobler fanget i fotoresist via dannelse av en "skorpe" under myk baking. Omvendt kan gradvis avkjøling av wafere etter myk baking redusere fotoresist krakking. Endelig har vi funnet at økning fotoresist relaksasjonstider til ~ 20 min reduserer små variasjoner i motstå høyde tvers over skiven.

På grunn av fleksibiliteten til denne fabrikasjon protokollen, forventer vi at det vil ha bred verktøy for forskjellige enheter på tvers av disiplines. Mens alternativer som 3D-utskrift, glass etsing og preging kan også oppnå mikrofluid fabrikasjon, kan litografiske mønster oppnå mer kompleks funksjonalitet, slik som ventiler, at andre metoder ennå ikke har oppnådd i stor skala. Den store begrensning av denne protokollen er designet til testing tid, som tar ~ 3 dager (hovedsakelig på grunn av fremgangsmåten for å dikte avrundede ventiler).

Vi håper at åpen formidling av protokoller i MicroFluidics, spesielt knyttet til kompliserte fotolitografi trinnene, vil stimulere til fortsatt innovasjon i feltet, og at dette proof-of-concept demonstrasjonen skal hjelpe til å hjelpe brukere med fabrikasjon problemer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Materials
Mylar Transparency Masks, 5" FineLine Plotting
5" Quartz Plates United Silica  Custom
4" Silicon Wafers, Test Grade University Wafer 452
SU8 2005, 2025, 2050 photoresist Microchem Y111045, Y111069, Y111072
Az50XT  Integrated Micromaterials AZ50XT-Q
SU8 Developer Microchem Y020100
AZ400K 1:3 Developer Integrated Micromaterials AZ400K1:3-CS
Pyrex 150 mm glass dish Sigma-Aldrich CLS3140150-1EA
Wafer Petri Dishes, 150 mm VWR 25384-326
Wafer Tweezers  Electron Microscopy Sciences (EMS) 78410-2W
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane (PFOTS) Sigma-Aldrich 448931-10G
2" x 3" glass slides Thomas Scientific  6686K20
RTV 615 elastomeric base and curing agent PDMS set Momentive  RTV615-1P
Tygon Tubing, 0.02" O.D.  Fischer Scientific  14-171-284
Capillary PEEK tubing, 510 μm OD, 125 μm ID Zeus Custom 360 μm PEEK is readily available by Idex (catalog number: 1571)
Cyro 4 ml tube Greiner Bio-One 127279
Epoxy, 30 min Permatex 84107
Metal Pins, 0.025" OD, .013" ID New England Small Tube NE-1310-02
Poly(ethylene glycol) diacrylate, Mn 700 Sigma-Aldrich 455008-100ML
Lithium Phenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinate photoinitator  Tokyo Chemical Industry Co. L0290 We typically synthesize LAP in-house. 
HEPES Sigma-Aldrich H4034-25G
Light mineral oil Sigma-Aldrich 330779-1L
Span-80 Sigma-Aldrich 85548
ABIL EM 90 UPI Chem 420095  
 
Name  Company Catalog Number Comments
Equipment Equivalent equiptment or homebuilt setups will work equally as well
Mask Aligner Karl Suss MA6
Profilometer KLA-Tencor Alpha-Step D500
Spin Coater Laurell Technologies WS-650-23 Any spincoater can be used that accepts 100 mm wafers
Vacuum Dessicator, Bell-Jar Style Bel-Art 420100000
Oven Cole-Palmer WU-52120-02
UV Spot Curing System with 3 mm LLG option Dymax 41015 UV LEDs, Xenon Arc Lamps, or other UV sources of the same intensity work equally as well
MFCS Microfluidic Fluid Control System Fluidgent MFCS-EZ Syringe pumps, custom pneumatics or other control systems can also be used
Automated control scripting MATLAB
Hotplate Tory Pines Scientific HP30 Any hotplate with uniform heating (i.e., aluminum or ceramic plates) will suffice.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Duncombe, T. A., Tentori, A. M., Herr, A. E. Microfluidics: reframing biological enquiry. Nat. Rev. Mol. Cell Bio. 16 (9), (2015).
  2. Squires, T. M., Quake, S. R. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev.Mod. Phys. 77 (3), (2005).
  3. Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature. 442 (7101), (2006).
  4. Kalisky, T., Blainey, P., Quake, S. R. Genomic Analysis at the Single-Cell Level. Ann. Rev. of Genetics. 45 (1), (2011).
  5. Finkel, N. H., Lou, X., Wang, C., He, L. Peer Reviewed: Barcoding the Microworld. Anal. Chem. 76 (19), (2004).
  6. Lecault, V., White, A. K., Singhal, A., Hansen, C. L. Microfluidic single cell analysis: from promise to practice. Curr. Opin. in Chem. Bio. 16 (3-4), (2012).
  7. White, A. K., Heyries, K. A., Doolin, C., VanInsberghe, M., Hansen, C. L. High-Throughput Microfluidic Single-Cell Digital Polymerase Chain Reaction. Anal. Chem. 85 (15), (2013).
  8. Hansen, C. L., Classen, S., Berger, J. M., Quake, S. R. A Microfluidic Device for Kinetic Optimization of Protein Crystallization and In Situ Structure Determination. J. Am. Chem. Soc. 128 (10), (2006).
  9. Maerkl, S. J., Quake, S. R. A Systems Approach to Measuring the Binding Energy Landscapes of Transcription Factors. Science. 315 (5809), (2007).
  10. Fordyce, P. M., Gerber, D., et al. De novo identification and biophysical characterization of transcription-factor binding sites with microfluidic affinity analysis. Nat. Biotech. 28 (9), (2010).
  11. Fan, R., et al. Integrated barcode chips for rapid, multiplexed analysis of proteins in microliter quantities of blood. Nat. Biotech. 26 (12), (2008).
  12. Kovarik, M. L., Gach, P. C., Ornoff, D. M., Wang, Y. Micro total analysis systems for cell biology and biochemical assays. Anal. Chem. , (2011).
  13. Stroock, A. D., Dertinger, S. K. W., Ajdari, A., Mezić, I., Stone, H. A., Whitesides, G. M. Chaotic Mixer for Microchannels. Science. 295 (5555), 647-651 (2002).
  14. Unger, M. A., Chou, H. -P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by Multilayer Soft Lithography. Science. 288 (5463), 113-116 (2000).
  15. Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. Microfluidic Large-Scale Integration. Science. 298 (5593), (2002).
  16. Li, N., Sip, C., Folch, A. Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays. JoVE. (8), e296 (2007).
  17. Kim, P., et al. Soft lithography for microfluidics: a review. Biochip. J. 2 (1), 1-11 (2008).
  18. Studer, V., Hang, G., Pandolfi, A., Ortiz, M., Anderson, W. F., Quake, S. R. Scaling properties of a low-actuation pressure microfluidic valve. J. Appl. Phys. 95 (1), 393-398 (2004).
  19. Kartalov, E. P., Scherer, A., Quake, S. R., Taylor, C. R., Anderson, W. F. Experimentally validated quantitative linear model for the device physics of elastomeric microfluidic valves. J. Appl. Phys. 101 (6), 064505 (2007).
  20. Gerver, R. E., Gómez-Sjöberg, R., et al. Programmable microfluidic synthesis of spectrally encoded microspheres. Lab. Chip. 12 (22), 4716-4723 (2012).
  21. Fordyce, P. M., Diaz-Botia, C. A., DeRisi, J. L., Gómez-Sjöberg, R. Systematic characterization of feature dimensions and closing pressures for microfluidic valves produced via photoresist reflow. Lab. Chip. 12 (21), 4287-4295 (2012).
  22. Li, C. -W., Cheung, C. N., Yang, J., Tzang, C. H., Yang, M. PDMS-based microfluidic device with multi-height structures fabricated by single-step photolithography using printed circuit board as masters. The Analyst. 128 (9), 1137-1142 (2003).
  23. Romanowsky, M. B., Abate, A. R., Rotem, A., Holtze, C., Weitz, D. A. High throughput production of single core double emulsions in a parallelized microfluidic device. Lab. Chip. 12 (4), 802-807 (2012).
  24. Mata, A., Fleischman, A. J., Roy, S. Fabrication of multi-layer SU-8 microstructures. JMM. 16 (2), 276 (2006).
  25. Microchem. SU-8 2000 Series Data Sheet. , Microchem. Available from: http://www.microchem.com/pdf/SU-82000DataSheet2025thru2075Ver4.pdf (2016).
  26. Fordyce, P. M., DeRisi, J. L., Gómez-Sjöberg, R. AZ50 XT Feature Height Calculator. , Available from: http://derisilab.ucsf.edu/software/AZ50XT/AZ50XTToolInput.html (2016).
  27. Foundry, S. M. Stanford Microfluidics Foundry Website. , Available from: > http://web.stanford.edu/group/foundry/Microfluidic%20valve%20technology.html (2016).
  28. Sjöberg, R. Rafael's Microfluidics Site. , Available from: https://sites.google.com/site/rafaelsmicrofluidicspage/valve-controllers (2016).
  29. Wanat, S., Plass, R., Sison, E., Zhuang, H., Lu, P. -H. Optimized Thick Film Processing for Bumping Layers. Proc. SPIE. , 1281-1288 (2003).

Tags

Bioteknologi Microfluidics pneumatiske ventiler fotolitografi dråper hydrogeler trinnløs høyde funksjoner
Multi-trinns variabel Høyde Fotolitografi for Valved Multilayer microfluidic enheter
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Brower, K., White, A. K., Fordyce,… More

Brower, K., White, A. K., Fordyce, P. M. Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (119), e55276, doi:10.3791/55276 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter