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Engineering

मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए तीन आयामी मुद्रित माइक्रोस्कोप मास्क अलाइनमेंट एडाप्टर का डिजाइन और विकास

Published: January 25, 2021 doi: 10.3791/61877
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1
1Department of Chemical Engineering, Texas Tech University
* These authors contributed equally

Summary

यह परियोजना छोटी प्रयोगशालाओं को सटीक मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए एक आसान उपयोग मंच विकसित करने की अनुमति देती है। मंच में तीन आयामी मुद्रित माइक्रोस्कोप मास्क अलाइनमेंट एडाप्टर होता है जिसका उपयोग करके <10 माइक्रोन की संरेखण त्रुटियों के साथ मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस प्राप्त किए गए थे।

Abstract

इस परियोजना का उद्देश्य सटीक, मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए एक आसान-से-उपयोग और लागत प्रभावी मंच विकसित करना है, जिसे आमतौर पर केवल एक साफ कमरे की सेटिंग में महंगे उपकरणों का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। मंच का मुख्य हिस्सा नियमित ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप और पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश एक्सपोजर सिस्टम के साथ संगत तीन आयामी (3 डी) मुद्रित माइक्रोस्कोप मास्क अलाइनमेंट एडाप्टर (एमएमएएए) है। डिवाइस डिजाइन को अनुकूलित करने के लिए किए गए काम के कारण डिवाइस बनाने की समग्र प्रक्रिया को बेहद सरल बनाया गया है। इस प्रक्रिया में प्रयोगशाला में उपलब्ध उपकरणों के लिए उचित आयाम खोजने और अनुकूलित विनिर्देशों के साथ एमएमएएए को 3डी-प्रिंटिंग करना आवश्यक है। प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि 3डी प्रिंटिंग द्वारा डिजाइन और निर्मित अनुकूलित एमएमएएए एक सामान्य माइक्रोस्कोप और लाइट एक्सपोजर सिस्टम के साथ अच्छा प्रदर्शन करता है। 3डी-मुद्रित एमएमएएए द्वारा तैयार मास्टर मोल्ड का उपयोग करके, बहुस्तरीय संरचनाओं वाले परिणामस्वरूप माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में <10 माइक्रोन की संरेखण त्रुटियां होती हैं, जो आम माइक्रोचिप्स के लिए पर्याप्त है। हालांकि यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम के लिए डिवाइस के परिवहन के माध्यम से मानव त्रुटि बड़े निर्माण त्रुटियों का कारण बन सकती है, इस अध्ययन में प्राप्त न्यूनतम त्रुटियां अभ्यास और देखभाल के साथ प्राप्य हैं। इसके अलावा, एमएमएए को 3डी प्रिंटिंग सिस्टम में मॉडलिंग फाइल में बदलाव करके किसी भी माइक्रोस्कोप और यूवी एक्सपोजर सिस्टम को फिट करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। यह परियोजना एक उपयोगी अनुसंधान उपकरण के साथ छोटी प्रयोगशालाओं को प्रदान करती है क्योंकि इसके लिए केवल उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है जो आमतौर पर पहले से ही उन प्रयोगशालाओं के लिए उपलब्ध होते हैं जो माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों का उत्पादन और उपयोग करते हैं। निम्नलिखित विस्तृत प्रोटोकॉल एमएमएएए के लिए डिजाइन और 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया को रेखांकित करता है। इसके अलावा, एमएमएए का उपयोग करके एक मल्टीलेयर मास्टर मोल्ड खरीदने और पॉली (डाइमेथिलसिलोक्सेन) (पीडीएमएस) माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स का उत्पादन करने के लिए कदम भी यहां वर्णित है।

Introduction

इंजीनियरिंग अनुसंधान में एक अच्छी तरह से विकसित और आशाजनक क्षेत्र माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफार्मों को नियोजित करने वाले अनुप्रयोगों के विशाल विस्तार के कारण माइक्रोफैब्रिकेशन है। माइक्रोफैब्रिकेशन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें विभिन्न रासायनिक यौगिकों का उपयोग करके μm-या छोटे आकार की विशेषताओं के साथ संरचनाओं का उत्पादन किया जाता है। जैसा कि पिछले 30 वर्षों में माइक्रोफ्लुइडिक अनुसंधान विकसित हुआ है, सॉफ्ट लिथोग्राफी सबसे लोकप्रिय माइक्रोफैब्रिकेशन तकनीक बन गई है जिसके साथ पॉली (डाइमिथाइलसिलोक्सेन) (पीडीएमएस) या इसी तरह के पदार्थों से बने माइक्रोचिप्स का उत्पादन किया जा सकता है। इन माइक्रोचिप्स का व्यापक रूप से सामान्य प्रयोगशाला प्रथाओं1,2,3,4 के लघुकरण के लिए उपयोग किया गया है और इंजीनियरों के लिए प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं की नकल करने केलिए शक्तिशाली अनुसंधान उपकरण बन गए हैं5,6,7,अध्ययन प्रतिक्रिया तंत्र, और मानव शरीर में विट्रो (जैसे, अंग-ऑन-ए-चिप)8,9,10में पाए जाने वाले अंगों की नकल करने के लिए। हालांकि, जैसा कि आवेदन की जटिलता बढ़ जाती है, यह विशिष्ट है कि एक अधिक जटिल माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस डिजाइन वास्तविक जीवन प्रणाली की बेहतर प्रतिकृति के लिए अनुमति देता है जिसका उद्देश्य अनुकरण करना है।

मूल नरम लिथोग्राफी प्रक्रिया में एक फोटोरेसिस्ट पदार्थ के साथ एक सब्सट्रेट को कोटिंग करना और यूवी लाइट11के सब्सट्रेट को अधीन करने से पहले कोटेड सब्सट्रेट पर फोटोमास्क रखना शामिल है। फोटोमास्क में पारदर्शी क्षेत्र होते हैं जो माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस चैनलों के वांछित पैटर्न की नकल करते हैं। यूवी प्रकाश के लिए लेपित सब्सट्रेट को अधीन करते समय, पारदर्शी क्षेत्र यूवी प्रकाश को फोटोमास्क के माध्यम से प्रवेश करने की अनुमति देते हैं, जिससे फोटोरेसिस्ट क्रॉसलिंक हो जाता है। एक्सपोजर चरण के बाद, संयुक्त राष्ट्र-क्रॉसलिंक फोटोरेसिस्ट को डेवलपर का उपयोग करके धोया जाता है, जो इच्छित पैटर्न के साथ ठोस संरचनाओं को छोड़ देता है। चूंकि माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों की जटिलता अधिक हो जाती है, इसलिए उन्हें बेहद सटीक आयामों के साथ कई-परत निर्माण की आवश्यकता होती है। सिंगल-लेयर माइक्रोफैब्रिकेशन की तुलना में मल्टीलेयर माइक्रोफैब्रिकेशन की प्रक्रिया बहुत अधिक कठिन है।

मल्टीलेयर माइक्रोफैब्रिकेशन के लिए दूसरे मास्क पर डिजाइन के साथ पहली परत सुविधाओं के सटीक संरेखण की आवश्यकता होती है। आम तौर पर, यह प्रक्रिया एक वाणिज्यिक मुखौटा संरेखक का उपयोग करके की जाती है, जो महंगा है और मशीनरी को संचालित करने के लिए प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, बहुस्तरीय माइक्रोफैब्रिकेशन की प्रक्रिया आमतौर पर छोटी प्रयोगशालाओं के लिए अप्राप्य होती है जिसमें ऐसे प्रयासों के लिए धन या समय की कमी होती है। जबकि कई अन्य कस्टम-निर्मित मास्क संरेखक विकसित किए गए हैं, इन प्रणालियों को अक्सर कई अलग-अलग हिस्सों की खरीद और असेंबली की आवश्यकता होती है और अभी भी12,13,14काफी जटिल हो सकती हैं। यह न केवल छोटी प्रयोगशालाओं के लिए महंगा है, बल्कि सिस्टम के निर्माण, समझने और उपयोग करने के लिए समय और प्रशिक्षण की भी आवश्यकता होती है। इस पेपर में विस्तृत मास्क एलाइनर ने इन मुद्दों को कम करने की मांग की क्योंकि अतिरिक्त उपकरणों की खरीद की कोई आवश्यकता नहीं है, केवल उन उपकरणों की आवश्यकता होती है जो आमतौर पर प्रयोगशालाओं में पहले से मौजूद होते हैं जो माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों का उत्पादन और उपयोग करते हैं। इसके अलावा, मास्क एलाइनर 3 डी प्रिंटिंग द्वारा निर्मित है, जो हाल ही में 3 डी प्रिंटिंग तकनीक की उन्नति के साथ, अधिकांश प्रयोगशालाओं और विश्वविद्यालयों के लिए सस्ती कीमत पर आसानी से उपलब्ध हो गया है।

इस पेपर में विस्तृत प्रोटोकॉल का उद्देश्य लागत प्रभावी और आसान-संचालन वैकल्पिक मुखौटा संरेखक बनाना है। यहां विस्तृत मास्क एलाइनर पारंपरिक निर्माण सुविधाओं के बिना अनुसंधान प्रयोगशालाओं के लिए मल्टीलेयर माइक्रोफैब्रिकेशन को व्यवहार्य बना सकता है। माइक्रोस्कोप मास्क अलाइनमेंट एडाप्टर (एमएमएए) का उपयोग करके, जटिल सुविधाओं के साथ कार्यात्मक माइक्रोचिप्स को नियमित यूवी प्रकाश स्रोत, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप और सामान्य प्रयोगशाला उपकरणों का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। परिणाम बताते हैं कि एमएमएए एक ईमानदार माइक्रोस्कोप और यूवी लाइट-एक्सपोजर बॉक्स का उपयोग करके एक उदाहरण प्रणाली के साथ अच्छा प्रदर्शन करता है। 3 डी प्रिंटिंग प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादित एमएमएए का उपयोग न्यूनतम संरेखण त्रुटियों के साथ हेरिंगबोन माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के बाइलेयर मास्टर मोल्ड प्राप्त करने के लिए किया गया था। 3डी-मुद्रित एमएमएएए के साथ निर्मित मास्टर मोल्ड का उपयोग करके, माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को बहुस्तरीय संरचनाओं के साथ तैयार किया गया था जिसमें <10 माइक्रोन की संरेखण त्रुटियां थीं। माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के अनुप्रयोग में बाधा नहीं डालने के लिए <10 माइक्रोन की संरेखण त्रुटि कम से कम है।

इसके अलावा, एमएमएए का उपयोग करके उत्पादित चार-लेयर मास्टर मोल्ड के सफल संरेखण की पुष्टि की गई थी, और संरेखण त्रुटियों को <10 माइक्रोन होना निर्धारित किया गया था। माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस की कार्यक्षमता और न्यूनतम संरेखण त्रुटियां मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस बनाने में एमएमएएए के सफल अनुप्रयोग को मान्य करती हैं। एमएमएएए को 3डी प्रिंटर में फाइल में मामूली बदलाव करके किसी भी माइक्रोस्कोप और यूवी एक्सपोजर सिस्टम को फिट करने के लिए कस्टमाइज किया जा सकता है । निम्नलिखित प्रोटोकॉल प्रत्येक प्रयोगशाला में उपलब्ध उपकरणों को फिट करने के लिए एमएमएए को ठीक करने के लिए आवश्यक कदमों को रेखांकित करता है और आवश्यक विनिर्देशों के साथ एमएमएए को 3 डी-प्रिंट करता है। इसके अलावा, प्रोटोकॉल विवरण कैसे एक मल्टीलेयर मास्टर मोल्ड प्रणाली का उपयोग कर विकसित करने के लिए और बाद में मास्टर मोल्ड का उपयोग कर PDMS microfluidic उपकरणों का उत्पादन । मास्टर मोल्ड और माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स की पीढ़ी तो उपयोगकर्ता प्रणाली की प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए अनुमति देता है ।

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Protocol

1. एमएएमएचए को डिजाइन करना

  1. उपलब्ध यूवी प्रकाश उत्सर्जन प्रणाली की ट्रे के आयामों को प्राप्त करें जो चित्र 1में दिखाए गए वेफर धारक (या यूवी एक्सपोजर यूनिट) के आयामों के लिए ऊपरी बाध्य है। जैसा कि चित्रा 2 एमें दिखाया गया है, आंतरिक परिपत्र रिम के व्यास (डी) को मापें, यूवी प्रकाश उत्सर्जन प्रणाली की ट्रे की आंतरिक ऊंचाई (एच), ट्रे की कुल चौड़ाई (डब्ल्यू), और लंबाई (एल)।
    नोट: एक उदाहरण के रूप में, उपलब्ध यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम में 4 "परिपत्र कट-आउट के साथ 5 इंच (") x 5 "x 0.25" के आंतरिक ट्रे आयाम थे। तब एमएमएए के आयामों को ठीक से फिट करने और सिस्टम की ट्रे के भीतर फ्लैट बैठने के लिए आंतरिक ट्रे आयामों से बड़ा नहीं बनाया गया था जैसा कि चित्रा 2 बीमें दिखाया गया है । MMAA के 3D-मुद्रित टुकड़ों के लिए चित्रा 3 देखें: फोटोरेसिस्ट-लेपित सिलिकॉन वेफर और माइक्रोस्कोप के लिए सेटअप को ठीक करने के लिए एक फास्टनर।
  2. उपलब्ध ईमानदार माइक्रोस्कोप चरण पर शिकंजा के बीच की लंबाई को मापें जो स्लाइड धारक को जगह में रखते हैं। इसके अतिरिक्त, शिकंजा की चौड़ाई को मापने। उपलब्ध माइक्रोस्कोप को अनुकूलित करनेके लिए इन आयामों को लागू करें ताकि एमएमएए के आसान और सटीक निर्धारण को माइक्रोस्कोप(चित्रा 4 ए)में अनुमति दी जा सके।
  3. एक उपलब्ध कंप्यूटर डिजाइन एप्लिकेशन का उपयोग करके, मापा आयामों के भीतर फिट करने के लिए वेफर धारक और चुंबकीय माइक्रोस्कोप फास्टनर को अनुकूलित करें। वेफर धारक की ऊंचाई, चौड़ाई और लंबाई को डिजाइन करें जो यूवी लाइट उत्सर्जन प्रणाली की ट्रे की ऊंचाई (एच), चौड़ाई (डब्ल्यू) और लंबाई (एल) से अधिक नहीं है। इसके अलावा, यूवी लाइट उत्सर्जन प्रणाली की ट्रे के समान व्यास (डी) के साथ वेफर धारक के तल पर परिपत्र कट-आउट शामिल करें। डिवाइस के 3डी प्रिंटिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले एमएमएए के दो टुकड़ों के लिए एसटीएल या सीएडी फाइलें उत्पन्न करें (पूरक सामग्रीदेखें)।

2.3D MMAA मुद्रण

  1. उपलब्ध 3डी प्रिंटिंग सॉफ्टवेयर में जेनरेटेड एसटीएल या सीएडी फाइल्स अपलोड करें। 3डी-3डी प्रक्रिया और प्रिंटर के लिए उचित प्रक्रिया का पालन करके एमएमएएए के दो टुकड़ों को प्रिंट करें। किसी भी आवश्यक पोस्ट-प्रिंटिंग चरणों (उदाहरण के लिए, समर्थन सामग्री को हटाने, ठीक राल को हटाने, अतिरिक्त धोने या इलाज चरणों) का पालन करके टुकड़ों को पूरा करें। वैकल्पिक रूप से, डिजाइन किए गए टुकड़ों को मुद्रित और कहीं और पूरा करने के लिए उपलब्ध 3डी प्रिंटिंग सुविधा का उपयोग करें।
  2. सुनिश्चित करें कि वेफर धारक अच्छी तरह से फिट बैठता है और उपलब्ध यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम(चित्रा 2B)की ट्रे के अंदर फ्लैट बैठता है। इसके अतिरिक्त, यह सुनिश्चित करें कि माइक्रोस्कोप फास्टनर माइक्रोस्कोप चरण से जुड़ा हुआ है और इसे आसानी से घुंडी का उपयोग करके स्थानांतरित किया जा सकता है जो माइक्रोस्कोप चरण(चित्रा 4A)के एक्स-और वाई-पोजिशन को नियंत्रित करता है।
  3. एक बार जब टुकड़ों को अंतिम रूप दे दिया गया है, तो सुपर गोंद या किसी अन्य फिक्सिंग पदार्थ का उपयोग करके मैग्नेट को वेफर होल्डर और माइक्रोस्कोप फास्टनर(चित्रा 3A)में डालें और ठीक करें। सिस्टम का परीक्षण करने से पहले गोंद को सूखने दें।
    नोट: यदि वांछित है, तो संसाधनों और पैसे15को बचाने के लिए एक प्रोटाइप टुकड़ा पहले एक फ्यूज्ड डिपॉजिटेशन मॉडलिंग (एफडीएम) 3डी प्रिंटर का उपयोग करके मुद्रित किया जा सकता है। इस प्रोटाइप तो उपलब्ध उपकरणों के लिए सटीक फिट के लिए मूल्यांकन किया जा सकता है, और डिजाइन तो संशोधित किया जा सकता है, अगर जरूरत है । अंतिम डिवाइस को बेहतर परिशुद्धता के लिए अधिक सटीक प्रक्रिया (जैसे, स्टीरियोलिथोग्राफी) का उपयोग करके मुद्रित किया जा सकता है। अंतिम डिवाइस को माइक्रोस्कोप के तहत इष्टतम उपयोग के लिए पारदर्शी फिनिश के साथ भी मुद्रित किया जा सकता है।

3. एमएमएए का प्रायोगिक परीक्षण

  1. संरेखण मार्कर के साथ माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस फोटोमास्क का डिजाइन और प्रिंटिंग
    1. वांछित बाइलेयर माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के लिए फोटोमास्क डिजाइन करने के लिए कंप्यूटर डिजाइन एप्लिकेशन का उपयोग करें।
    2. माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस चैनल संरचनाओं के किनारे अतिरिक्त संरचनाओं को शामिल करें जो चित्र 5 ए,बीमें दिखाए गए संरेखण मार्कर (फोटोमास्क/मास्टर मोल्ड के किनारे की ओर करीब) के रूप में कार्य करेंगे। सुनिश्चित करें कि माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के प्रत्येक पक्ष पर एक संरेखण मार्कर है (कुल कम से कम चार के लिए)। इसके अलावा, सुनिश्चित करें कि फोटोमास्क में एक सीधा किनारा होता है जो सिलिकॉन वेफर के सीधे किनारे के साथ पूरी तरह से संरेखित कर सकता है।
      नोट: संरेखण मार्कर संरचना की उच्च जटिलता अतिरिक्त परतों की अधिक संरेखण सटीकता के लिए अनुमति देगी। कम से कम, 1 मिमी x 1 मिमी के माप के साथ एक साधारण क्रॉस संरचना का उपयोग किया जाना चाहिए(चित्रा 6A)। संरेखण मार्कर का एक उदाहरण चित्रा 5A,बी के कोनों और नीचे के मध्य किनारे में देखा जा सकताहै,जो डबल-लेयर मास्टर मोल्ड उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पहले और दूसरी परत फोटोमास्क को दर्शाता है।
    3. फोटोमास्क को या तो वाणिज्यिक विक्रेता के माध्यम से या अन्य सुलभ सुविधाओं के माध्यम से प्रिंट करें
  2. एमएमएएए (फोटोलिथोग्राफी) का उपयोग करके बाइलेयर मास्टर मोल्ड का निर्माण
    1. मानक फोटोलिथोग्राफी तकनीकों और फोटोरेसिस्ट निर्माता के निर्देशों का उपयोग करके, पहली परत फोटोमास्क16का उपयोग करके मास्टर मोल्ड की पहली परत बनाएं। वांछित परत मोटाई बनाने के लिए उपयुक्त फोटोरेसिस्ट (यानी, एसयू-8) के साथ 4 "सिलिकॉन वेफर का उपयोग करें। सुनिश्चित करें कि पहली परत की मोटाई संरेखण मार्कर की आसान पहचान के लिए बाद की परतों से अधिक है।
    2. चारों तरफ पहली परत के संरेखण मार्कर को रंगने के लिए हल्के रंग के मार्कर पेन (उदाहरण के लिए, सोना) का उपयोग करें।
    3. फोटोरेसिस्ट निर्माता के निर्देशों का उपयोग करके, वेफर पर फोटोरेसिस्ट को स्पिन-कोटिंग करके मास्टर मोल्ड की दूसरी परत शुरू करें और नरम बेक16का प्रदर्शन करें। MMAA(चित्रा 3B)के वेफर धारक में लेपित वेफर डालें और टेप का उपयोग कर MMAA को लेपित वेफर को ठीक करें।
    4. चुंबकीय माइक्रोस्कोप फास्टनर(चित्रा 4A)का उपयोग करके उपलब्ध ईमानदार माइक्रोस्कोप के लिए वेफर धारक संलग्न करें। माइक्रोस्कोप चरण के एक्स-और वाई-दिशा घुंडी का उपयोग करके एमएमएएए की स्थिति को स्थानांतरित करें जब तक कि वेफर पर रंगीन संरेखण मार्कर में से एक माइक्रोस्कोप लेंस के माध्यम से देखने में न हो।
    5. लेपित वेफर(चित्रा 3C)के शीर्ष पर, वेफर धारक में दूसरी परत फोटोमास्क डालें। सुनिश्चित करें कि पहली परत के रंगीन संरेखण मार्कर को फोटोमास्क पर संरेखण मार्कर के माध्यम से आंशिक रूप से देखा जा सकता है।
    6. टेप के साथ साइड कट-आउट(चित्रा 4B)में से एक के माध्यम से एक कैंची लिफ्ट (जिसे समर्थन जैक के रूप में भी जाना जाता है) के लिए फोटोमास्क संलग्न करें। फोटोमास्क की जेड-दिशा स्थिति को समायोजित करने के लिए कैंची लिफ्ट का उपयोग तब तक करें जब तक कि यह लेपित वेफर(चित्रा 3 सी)के ठीक ऊपर न हो जाए।
      नोट: कैंची लिफ्ट फोटोमास्क के जेड-स्थिति के ठीक समायोजन के लिए अनुमति देती है, क्योंकि कैंची लिफ्ट का उपयोग जेड-दिशा में संलग्न फोटोमास्क की स्थिति को स्थानांतरित करने के लिए किया जा सकता है।
    7. फोटोमास्क को अभी भी रखते हुए, माइक्रोस्कोप लेंस के माध्यम से देखें और फोटोमास्क के संरेखण मार्कर के नीचे पहली परत के रंगीन संरेखण मार्कर की पहचान करें। एमएमएए(चित्रा 4डी)की स्थिति को स्थानांतरित करने के लिए माइक्रोस्कोप चरण के एक्स-और वाई-दिशा घुंडी का उपयोग करें। जब तक फोटोमास्क पर संरेखण मार्कर माइक्रोस्कोप लेंस के माध्यम से संरेखण मार्कर की स्थिति को देख कर पहली परत(चित्र 6ए,बी)पर रंगीन संरेखण मार्कर के साथ आरोपित न हो जाए तब तक एमएमएएए की स्थिति को समायोजित करें।
    8. फोटोमास्क पर थोड़ी सी ताकत लगाएं और कोटेड वेफर के शीर्ष पर फोटोमास्क को सुरक्षित करने के लिए टेप का उपयोग करें। कैंची लिफ्ट से फोटोमास्क को अलग करें। सुनिश्चित करें कि फोटोमास्क पर सभी चार संरेखण मार्कर पहली परत पर चार संरेखण मार्कर के साथ संरेखण में हैं।
    9. एक बार संरेखण प्राप्त होने के बाद, माइक्रोस्कोप चरण से वेफर धारक को सावधानीपूर्वक अलग कर दें। दो टुकड़ों(चित्रा 1)के बीच के अंतर को कम करने के लिए वेफर और फोटोमास्क के शीर्ष पर ग्लास टॉप प्लेट डालें। पूरे वेफर धारक को उपलब्ध यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम में रखें जैसा कि चित्र 4ईमें दिखाया गया है । फोटोरेसिस्ट निर्माता के निर्देशों में वर्णित उचित समय और प्रकाश तीव्रता के लिए दूसरी परत का पर्दाफाशकरें 16।
    10. यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम से वेफर होल्डर को हटा दें। वेफर धारक से लेपित वेफर निकालें और वेफर से फोटोमास्क को अलग करें। फोटोरेसिस्ट निर्माता के निर्देशों के अनुसार दूसरी परत (जैसे, पोस्ट-बेक, विकासशील, और कुल्ला और सूखा) के प्रसंस्करणकोपूरा करें।
      नोट: सटीक स्पिन-कोटिंग, नरम बेकिंग, उजागर, पोस्ट-बेकिंग, और विकासशील स्थितियां (समय, तापमान) फोटोरेसिस्ट का उपयोग किए जाने और वांछित परत मोटाई के आधार पर भिन्न होंगी। वास्तविक स्थितियों और सटीक फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया फोटोरेसिस्ट निर्माता के निर्देशों पर आधारित होनी चाहिए।
  3. मास्टर मोल्ड (सॉफ्ट लिथोग्राफी) का उपयोग करके माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस की तैयारी
    1. मास्टर मोल्ड को पुनः प्राप्त करें और टेप के साथ 150 मिमी x 15 मिमी प्लास्टिक पेट्री डिश के बीच में इसे सुरक्षित करें।
    2. निर्माता के निर्देशों के आधार पर ~ 15-20 ग्राम पीडीएमएस तैयार करें। पीडीएमएस को वैक्यूम कक्ष में रखें या किसी भी बुलबुले से मुक्त होने तक इसे आराम दें। मास्टर मोल्ड युक्त पेट्री डिश में पीडीएमएस डालो।
    3. मास्टर मोल्ड के साथ पेट्री डिश को काउंटरटॉप पर तब तक आराम करने दें जब तक कि पीडीएमएस किसी भी बुलबुले से मुक्त न हो जाए। पेट्री डिश को 65 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में तब तक रखें जब तक कि पीडीएमएस पूरी तरह से ठीक न हो जाए (कम से कम 3 घंटे)।
    4. माइक्रोचैनल संरचनाओं को प्रकट करने के लिए पीडीएमएस को काट लें। माइक्रोचैनल संरचनाओं के आसपास पीडीएमएस को अलग माइक्रोचिप्स में काटें और माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के लिए इनलेट और आउटलेट होल बनाएं। पीडीएमएस सतह पर झूठ बोलने वाले किसी भी छोटे कण को धीरे-धीरे हटाने के लिए टेप का उपयोग करें।
    5. पीडीएमएस चिप को पीडीएमएस चिप या माइक्रोस्कोप स्लाइड को प्लाज्मा-इलाज पीडीएमएस चिप और अतिरिक्त सब्सट्रेट से बांधकर माइक्रोचिप निर्माण पूरा करें ।
  4. संरेखण त्रुटि का निर्धारण
    1. मास्टर मोल्ड को पुनः प्राप्त करें और पहली परत और दूसरी परत के बीच अंतर दूरी (संरेखण त्रुटि) निर्धारित करने के लिए ईमानदार माइक्रोस्कोप का उपयोग करें। बस उस दूरी को मापने के द्वारा ऐसा करें जिसके द्वारा दूसरी परत को माइक्रोचैनल संरचनाओं पर पहली परत से स्थानांतरित और गलत ी की जाती है (मापा गया अंतर दूरी के उदाहरण के लिए चित्रा 5D देखें)।
    2. यह निर्धारित करने के लिए ईमानदार माइक्रोस्कोप का उपयोग करें कि क्या पीडीएमएस चिप में चैनल दीवारें हैं जो सीधे स्पष्ट डिवाइस किनारों के साथ हैं। इसके अतिरिक्त, डिवाइस कार्यक्षमता में बाधा डालने वाले किसी भी संभावित दोषों के लिए पीडीएमएस चिप की जांच करें।
      नोट: मास्टर मोल्ड निर्माण (वर्ग 3.2 और 3.3) को कम संरेखण त्रुटि प्राप्त करने के लिए दोहराया जा सकता है। एमएमएएए का उपयोग करके बार-बार अभ्यास एक अच्छी तरह से गठबंधन मास्टर मोल्ड बनाने की उपयोगकर्ता की क्षमता को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है। इसके अलावा, संरेखण त्रुटि की पुष्टि करने के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम)(चित्रा 7)को स्कैन करके छवियों को प्राप्त किया जा सकता है।

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Representative Results

एमएमएए(चित्रा 1)के अनुकूलन और उपयोग के माध्यम से, न्यूनतम संरेखण त्रुटि के साथ मल्टीलेयर मास्टर मोल्ड गढ़े गए थे। अंतिम एमएमएए को फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन (एफएफएफ) 3डी-प्रिंटिंग प्रक्रिया(चित्रा 2)का उपयोग करके गढ़ा गया था। एफएफएफ प्रक्रिया वांछित डिवाइस आयामों के लिए बढ़ी हुई सटीकता प्रदान करती है। MMAA दो मुख्य टुकड़े(चित्रा 3):आधार टुकड़ा और कस्टम फास्टनर के होते हैं । आधार टुकड़ा यूवी एक्सपोजर इकाई है, जो वेफर धारक के रूप में कार्य करता है के होते हैं । यूवी एक्सपोजर यूनिट फोटोमास्क और लेपित सिलिकॉन वेफर के उचित संरेखण की अनुमति देता है। दूसरा टुकड़ा कस्टम फास्टनर है जो मैग्नेट के साथ माइक्रोस्कोप के मंच पर वेफर धारक को ठीक करता है। डबल-लेयर मास्टर मोल्ड के ऊपर और नीचे की परतों के संरेखण में सहायता करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पूरे सेटअप को चित्र 4में दर्शाया गया है। इस प्रणाली और वर्णित प्रोटोकॉल मास्टर मोल्ड(चित्रा 6)की प्रारंभिक परत पर मार्कर के साथ फोटोमास्क पर मार्कर के संरेखण के लिए इस्तेमाल किया गया था। एक हेरिंगबोन पैटर्न के साथ एक माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के लिए डबल-लेयर एसयू-8 मास्टर मोल्ड को तब गढ़ा गया था और दो परतों(चित्रा 5)के बीच <5 माइक्रोन की अंतर दूरी दिखाई गई थी।

इसके बाद पीडीएमएस माइक्रोचिप्स बनाने के लिए दो लेयर मास्टर मोल्ड(चित्रा 7ए)का इस्तेमाल किया गया, जिसे चित्र 7डीमें देखा जा सकता है । चित्रा 7B,सी में देखी गई एसईएम छवियां बताती हैं कि हेरिंगबोन पैटर्न वाले माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस में स्पष्ट किनारे, सीधे-चैनल की दीवारें और अच्छी तरह से गठबंधन वाली परतें होती हैं, जो उचित डिवाइस कार्यक्षमता के लिए आवश्यक हैं। इसके अलावा, एक मल्टीलेयर मास्टर मोल्ड के सफल संरेखण को दिखाने के लिए एमएमएए का उपयोग करके सरल परिपत्र सुविधाओं(चित्रा 8A)के साथ एक चार-परत मास्टर मोल्ड बनाया गया था। प्रोफाइलोमीटर डेटा(चित्रा 8B)मास्टर मोल्ड की चार अलग-अलग परतों की पुष्टि करता है। अलग-अलग ज्यामिति की कई चार-परत सुविधाओं के लिए प्राप्त संरेखण त्रुटि के माप इस बात की पुष्टि करते हैं कि संरेखण त्रुटि परतों के बीच डिजाइन की गई दूरी के 5% से अधिक नहीं है। अंतिम डिवाइस की छवियों से, यह स्पष्ट है कि दूसरी परत के यूवी एक्सपोजर से पहले एमएमएए पर मास्क के निर्धारण के दौरान मानवीय त्रुटि ने दो डिवाइस परतों के बीच अंतर दूरी बढ़ा दी और गलत संरेखण का कारण बना। हालांकि, जैसा कि उपयोगकर्ता प्रक्रिया से अधिक परिचित हो जाता है, अंतिम डिवाइस को चित्रित परिणामों द्वारा पुष्टि की गई <10 माइक्रोन की परिणामस्वरूप संरेखण त्रुटि के साथ उत्पादित किया जा सकता है।

Figure 1
चित्रा 1:मल्टीलेयर माइक्रोफैब्रिकेशन के लिए 3डी-प्रिंट करने योग्य एमएमएएए का डिजाइन। उदाहरण में एमएमएएए के दो टुकड़ों को दर्शाया गया है: यूवी एक्सपोजर यूनिट और कस्टम माइक्रोस्कोप फास्टनर। यूवी एक्सपोजर यूनिट हाउस, उतरते क्रम में, ग्लास टॉप प्लेट, जो वेफर के खिलाफ फोटोमास्क रखती है; फोटोमास्क; और फोटोरेसिस्ट-लेपित वेफर। यूवी एक्सपोजर यूनिट तब चुंबकीय रूप से कस्टम माइक्रोस्कोप फास्टनर से जुड़ा होता है, जो माइक्रोस्कोप चरण से जुड़ा होता है, और फिर फोटोमास्क और वेफर के उचित संरेखण के लिए अनुमति देता है। संक्षिप्त रूप: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण अनुकूलन; यूवी = पराबैंगनी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2:पूरी तरह से ठीक डिवाइस के लिए एमएमएए और पोस्ट-प्रोसेसिंग का अनुकूलन और 3डी प्रिंटिंग। (A)उपलब्ध यूवी लाइट उत्सर्जन प्रणाली की ट्रे की तस्वीर जो एमएमएएए को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक माप दिखाती है। उपयोगकर्ता को आंतरिक परिपत्र रिम के व्यास (डी), आंतरिक ऊंचाई (एच), कुल चौड़ाई (डब्ल्यू), और ट्रे की लंबाई (एल) को मापना चाहिए। (ख)अनुकूलन के बाद, MMAA तो ट्रे के अंदर फ्लैट बैठना चाहिए के रूप में यहां दिखाया गया है । (C)एफएफएफ 3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया का चित्रण। एफएफएफ प्रक्रिया 3डी-मुद्रित फिलामेंट को लेयर करके संरचनाओं का उत्पादन करती है। फिलामेंट पतली परतों में जमा किया जाता है, अगले के शीर्ष पर एक, जब तक अंतिम 3 डी मुद्रित टुकड़ा का उत्पादन किया जाता है। (घ)छपाई के बाद की प्रक्रिया के हिस्से के रूप में यूवी इलाज कक्ष में अंतिम 3डी-मुद्रित एमएमएए का इलाज । संक्षिप्त रूप: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण अनुकूलन; यूवी = पराबैंगनी; एफएफएफ = फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3:एक MMAA के 3डी-मुद्रित टुकड़े। (A)दो टुकड़े मैग्नेट (लाल धराशायी आयत द्वारा इंगित) से जुड़े थे। (ख)एमएमएएए जिसमें एक सिलिकॉन वेफर होता है जो फोटोरेसिस्ट (एसयू-8) की पतली परत के साथ लेपित होता है । (ग)संरेखण प्रक्रिया की तैयारी में लेपित सिलिकॉन वेफर के ऊपर फोटोमास्क के साथ एमएमएए । संक्षिप्त नाम: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण एडाप्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4:फोटोमास्क के संरेखण के लिए 3डी-मुद्रित एमएमएएए का उपयोग करने की प्रक्रिया। (ए)एमएमएए को फोटोरेसिस्ट-लेपित सिलिकॉन वेफर के साथ लोड किए जाने के बाद, एमएमएएए को एक ईमानदार माइक्रोस्कोप प्रणाली के चरण पर रखा जाता है और छवि में दिखाए गए चुंबकीय माइक्रोस्कोप फास्टनर का उपयोग करके मंच पर तय किया जाता है। (ख)फोटोमास्क को फिर एमएमएए में डाला जाता है और जेड-डायरेक्शन-एडजस्टिंग प्लेटफॉर्म से जुड़ा होता है, अन्यथा इमेज में दिखाए गए एमएमएएए के एक किनारे के जरिए कैंची लिफ्ट के रूप में जाना जाता है । (ग)कैंची लिफ्ट मंच ऊंचाई तो समायोजित किया जाता है जब तक फोटोमास्क सही लेपित सिलिकॉन वेफर के ऊपर झूठ के रूप में छवि में दिखाया गया है । इस बिंदु के बाद से, फोटोमास्क को तब तक स्थानांतरित नहीं किया जाता है जब तक कि संरेखण पूरा नहीं हो जाता है। (घ)सही संरेखण प्राप्त करने के लिए, एमएमएए की स्थिति और इसलिए, माइक्रोस्कोप चरण पर सिलिकॉन वेफर की स्थिति को तब सूक्ष्मदर्शी के घुंडी का उपयोग करके एक्स-और वाई-दिशाओं में समायोजित किया जाता है जैसा कि छवि में दिखाया गया है। सिलिकॉन वेफर के एक्स-और वाई-पोजिशन को बारीक समायोजित किया जाता है, जबकि उपयोगकर्ता माइक्रोस्कोप लेंस के माध्यम से तब तक देखता है जब तक कि सिलिकॉन वेफर और फोटोमास्क पर संरेखण मार्कर आरोपित न हो जाएं। एक बार यह हासिल हो जाने के बाद, फोटोमास्क को वेफर में सुरक्षित किया जा सकता है। (ई)संरेखण प्राप्त होने के बाद, एमएमएए को सावधानीपूर्वक माइक्रोस्कोप चरण से अलग किया जाता है और यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम की ट्रे में रखा जाता है। ट्रे को बंद किया जा सकता है ताकि वेफर को फोटोरेसिस्ट को ठीक करने के लिए यूवी विकिरण के संपर्क में आ सके। संक्षिप्त नाम: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण एडाप्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5:एमएमएएए का उपयोग करके बनाई गई डबल-लेयर चैनल संरचना। डबल-लेयर मास्टर मोल्ड को चार समानांतर चैनलों के साथ हेरिंगबोन माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया है। (A)पहली परत फोटोमास्क डिजाइन की छवि, जिसमें चैनलों के लिए रूपरेखा शामिल है और माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के खोखले फर्श को उत्पन्न करता है। (ख)दूसरी परत फोटोमास्क डिजाइन की छवि, जिसमें माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस की छत को लाइन करने वाले चैनलों के अंदर हेरिंगबोन पैटर्न को शामिल किया गया है । (ग)लाल धराशायी आयतों द्वारा इंगित डबल लेयर मास्टर मोल्ड की इनलेट संरचना(ए)और(बी)। छवि दो परतों के बीच न्यूनतम अंतर दूरी दिखाती है। (घ)डबल लेयर मास्टर मोल्ड का एक खंड चैनल में एक मोड़ दिखा जो हरे धराशायी आयतों द्वारा इंगित किया गया है(ए)और(बी)। दोनों तीरों के बीच की अंतर दूरी 5 माइक्रोन है। स्केल बार = 100 माइक्रोन। संक्षिप्त नाम: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण एडाप्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्र 6:MMAA के साथ माइक्रोफैब्रिकेशन परिणाम। (A)और(ख)फोटोमास्क पर मार्कर के संरेखण को दिखाते हैं । स्केल बार = 200 माइक्रोन (सी)और(डी)एक्सपोजर के बाद वेफर पर मार्कर की संबंधित छवियां हैं। स्केल बार = 100 माइक्रोन। संक्षिप्त नाम: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण एडाप्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्र 7:एमएमएए और परिणामस्वरूप पीडीएमएस डिवाइस का उपयोग करके तैयार मास्टर मोल्ड मास्टर मोल्ड से बनाया गया है। (ए)लेयर के संरेखण को प्राप्त करने के लिए एमएमएए का उपयोग करके तैयार हेरिंगबोन माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस का डबल-लेयर मास्टर मोल्ड। (ख)और(ग)निचले परत पर इशारा करते हुए लाल तीर के साथ विभिन्न तराजू में हेरिंगबोन डिवाइस की SEM छवियां हैं । (D)पीडीएमएस माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस हेरिंगबोन पैटर्न के साथ डबल लेयर मास्टर मोल्ड इन(ए)का उपयोग करके बनाया गया है । संक्षिप्त रूप: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण अनुकूलन; पीडीएमएस = पॉली (डाइमेथिलसिलोक्सेन); SEM = स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 8
चित्रा 8:एमएमएएए का उपयोग करके बनाई गई चार-लेयर मास्टर मोल्ड की छवि और प्रोफिलोमीटर डेटा। (क)एमएए का उपयोग करके बनाई गई चार परत वाले मास्टर मोल्ड की छवि जिसमें परतों का सफल संरेखण दिखाया गया है । उतरते आकार में सरल परिपत्र सुविधाओं को एमएमएए की संरेखण क्षमता प्रदर्शित करने के लिए चुना गया था। स्केल बार = 1,250 माइक्रोन(बी)एक ही परिपत्र चार परत मास्टर मोल्ड के प्रोफिलोमीटर डेटा चार अलग परतों की उपस्थिति की पुष्टि। संक्षिप्त रूप: MMAA = माइक्रोस्कोप मास्क संरेखण एडाप्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

उपरोक्त प्रोटोकॉल 3 डी-प्रिंटिंग एक एमएमएए के लिए प्रक्रिया को रेखांकित करता है और एक सटीक, मल्टीलेयर, माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस मास्टर मोल्ड बनाने के लिए सिस्टम का उपयोग करता है। हालांकि डिवाइस का उपयोग करना आसान है, प्रोटोकॉल के भीतर महत्वपूर्ण कदम हैं जिन्हें मास्टर मोल्ड परतों के उचित संरेखण को सुनिश्चित करने के लिए अभ्यास और देखभाल की आवश्यकता होती है। पहला महत्वपूर्ण कदम एमएमएएए का डिजाइन है। डिवाइस के लिए सटीक माप निर्धारित करने के लिए एमएमएए को डिजाइन करते समय यह आवश्यक है जो यूवी लाइट एक्सपोजर सिस्टम के अंदर उचित फिट के लिए अनुमति देगा। डिवाइस का एक गलत संरेखण असमान यूवी लाइट एक्सपोजर का कारण बन सकता है, जो मास्टर मोल्ड सुविधाओं की विकृति पैदा कर सकता है। दूसरा महत्वपूर्ण कदम एमएमएएए का उपयोग करते समय मास्टर मोल्ड की पहली और दूसरी परतों को संरेखित करते समय ध्यान रखना है। दूसरी परत के फोटोमास्क को पहली परत संरेखण मार्कर के साथ संरेखित करने के बाद यह जरूरी है कि उपयोगकर्ता वेफर और एमएमएएए को फोटोमास्क को ठीक करते समय बहुत सावधानी रखता है। माइक्रोन आकार की विशेषताओं का मतलब है कि निर्धारण के दौरान फोटोमास्क के आंदोलन के कारण कोई भी छोटा गलत संरेखण संरेखण त्रुटियां बना सकता है जो अंतिम पीडीएमएस डिवाइस को अनुपयोगी प्रदान कर सकता है। इसलिए, इस कदम के लिए सटीकता की आवश्यकता होती है जिसे एमएमएए का उपयोग करके अभ्यास के साथ विकसित किया जा सकता है। अंतिम महत्वपूर्ण कदम यह सुनिश्चित करना है कि यूवी लाइट एक्सपोजर सुनिश्चित करने के लिए फोटोमास्क और लेपित वेफर के बीच कोई अंतर नहीं है। मल्टीलेयर मास्टर मोल्ड बनाने के लिए एमएमएए का उपयोग करने में यह तकनीक दिए गए प्रोटोकॉल का पालन करते समय उपयोगकर्ता के विस्तार और देखभाल पर ध्यान देने से सीमित है क्योंकि ऊपर दिए गए महत्वपूर्ण चरणों को अच्छी तरह से गठबंधन परतों को सुनिश्चित करने के लिए पालन किया जाना चाहिए।

मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को आमतौर पर थोड़ी त्रुटि के साथ उत्पादन करना मुश्किल होता है जब तक कि पारंपरिक संरेखण उपकरण उपलब्ध न हो। यह उपकरण महंगा है और इसकी संवेदनशीलता के कारण, विशेष प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है और आम तौर पर एक साफ कमरे का वातावरण होता है जो हमेशा छोटी प्रयोगशालाओं के लिए उपलब्ध नहीं होता है। इसके अलावा, पहले प्रकाशित कस्टम-निर्मित मास्क संरेखकों को आम तौर पर कई अलग-अलग टुकड़ों की खरीद और असेंबली की आवश्यकता होती है, जो अभी भी प्लेटफार्मों को उत्पादन करने के लिए महंगा और12, 13,14का उपयोग करने में मुश्किल बना सकते हैं। एमएमएएए का महत्व यह है कि यह मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस फैब्रिकेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले मानक उपकरणों के लिए एक आसान-से-फैब्रिक और लागत प्रभावी विकल्प है। इसके अतिरिक्त, MMAA इसके उपयोग के लिए कोई विशेष प्रशिक्षण की आवश्यकता है, के रूप में अपने आवेदन काफी सरल है और मानक प्रयोगशाला प्रयोगशाला पहले से ही प्रयोगशालाओं में मौजूद उपकरणों का उपयोग करता है कि नियमित रूप से उत्पादन और microfluidic उपकरणों का उपयोग करें । यह छोटी और संसाधन-सीमित प्रयोगशालाओं को बेहतर कार्यक्षमता के साथ मल्टीलेयर माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों का उत्पादन करने की अनुमति देता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखकों को इस परियोजना के लिए धन प्रदान करने के लिए टेक्सास टेक विश्वविद्यालय से परिवर्तनकारी स्नातक अनुभवों के लिए केंद्र को स्वीकार करना चाहते हैं । लेखक भी टेक्सास टेक विश्वविद्यालय में रासायनिक इंजीनियरिंग विभाग से समर्थन स्वीकार करना चाहते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), 3D Printing Filament Provided by the Texas Tech University 3D printing facility
BX53, Upright Microscope Olympus
Form 2, Stereolithography 3D printer Formlabs
Advanced Hot Plate Stirrer VWR 97042-642
Isoproyl Alcohol, 70% (v/v) VWR BDH7999-4
Light Colored Marker Sharpie
Magnets, 3 mm x 3 mm WOTOY ASIN #: B075PLVW8W
SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit DOW 4019862
Petri Dish, 150 mm x 15 mm VWR 25384-326
Printed Photomasks CAD/Art Services, Inc.
Aluminum Support Jack - 8" x 8", Scissor Lift VWR 12620-904
Silicon Wafer University Wafer 452
Sodium Hydroxide VWR
Sonication Bath Branson CPX3800H
Spin Coater Laurell Technologies Corporation Model WS-650MZ-23NPPB
STRATASYS SR-30 MakerBot Industries, LLC SR-30 Dissolvable support material for 3D printing
Stratasys uPrint SE 3D Printer Computer Aided Technology, LLC
SU-8 50 Kayaku Y131269 0500L1GL
SU-8 100 Kayaku Y131273 0500L1GL
SU-8 Developer Kayaku Y020100 4000L1PE
Super glue Gorilla Glue
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane Sigma-Aldrich 448931-10G
Tape Scotch
Form Cure, UV Curing Chamber Formlabs FH-CU-01
UV-KUB2, UV Light-Exposure Box Kloe UV-KUB2

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References

  1. Betancourt, T., Brannon-Peppas, L. Micro- and nanofabrication methods in nanotechnological medical and pharmaceutical devices. International Journal of Nanomedicine. 1 (4), 483-495 (2006).
  2. Wheeler, A. R., et al. Microfluidic device for single-cell analysis. Analytical Chemistry. 75 (14), 3581-3586 (2003).
  3. Kong, D. S., Carr, P. A., Chen, L., Zhang, S., Jacobson, J. M. Parallel gene synthesis in a microfluidic device. Nucleic Acids Research. 35 (8), 61 (2007).
  4. Yang, M., Li, C. -W., Yang, J. Cell docking and on-chip monitoring of cellular reactions with a controlled concentration gradient on a microfluidic device. Analytical Chemistry. 74 (16), 3991-4001 (2002).
  5. Keles, H., et al. Development of a robust and reusable microreactor employing laser based mid-IR chemical imaging for the automated quantification of reaction kinetics. Organic Process Research & Development. 21 (11), 1761-1768 (2017).
  6. Losey, M. W., Jackman, R. J., Firebaugh, S. L., Schmidt, M. A., Jensen, K. F. Design and fabrication of microfluidic devices for multiphase mixing and reaction. Journal of Microelectromechanical Systems. 11 (6), 709-717 (2002).
  7. Kobayashi, J., et al. A microfluidic device for conducting gas-liquid-solid hydrogenation reactions. Science. 304 (5675), 1305-1308 (2004).
  8. Shuler, M. L. Advances in organ-, body-, and disease-on-a-chip systems. Lab on a Chip. 19 (1), 9-10 (2019).
  9. Kimura, H., Sakai, Y., Fujii, T. Organ/body-on-a-chip based on microfluidic technology for drug discovery. Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 33 (1), 43-48 (2018).
  10. Lee, H., et al. A pumpless Multi-Organ-on-a-Chip (MOC) combined with a Pharmacokinetic-Pharmacodynamic (PK-PD) model. Biotechnology and Bioengineering. 114 (2), 432-443 (2017).
  11. Kang, S. -W. Application of soft lithography for nano functional devices. Lithography. Wang, M. , IntechOpen. 403-426 (2010).
  12. Challa, P. K., Kartanas, T., Charmet, J., Knowles, T. P. J. Microfluidic devices fabricated using fast wafer-scale LED-lithography patterning. Biomicrofluidics. 11, 014113 (2017).
  13. Li, X., et al. Desktop aligner for fabrication of multilayer microfluidic devices. Review of Scientific Instruments. 86 (7), 075008 (2015).
  14. Pham, Q. L., Tong, N. -A. N., Mathew, A., Voronov, R. S. A compact low-cost low-maintenance open architecture mask aligner for fabrication of multilayer microfluidics devices. Biomicrofluidics. 12 (4), 044119 (2018).
  15. Ravi, T., Ranganathan, R. Topology and build path optimization for reducing cost in FDM uPrint SE. Advances in Additive Manufacturing and Joining. Shunmugam, M. S., Kanthababu, M. , Springer. Singapore. 189-198 (2019).
  16. SU-8 Permanent Negative Epoxy Photoresist. Kayaku Advanced Materials. , Available from: https://kayakuam.com/wp-content/uploads/2020/09/KAM-SU-8-50-100-Datasheet-9.3.20-Final.pdf (2020).

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Garcia, C. R., Ding, Z., Garza, H.… More

Garcia, C. R., Ding, Z., Garza, H. C., Li, W. Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (167), e61877, doi:10.3791/61877 (2021).

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