Polydimethylsiloxane mikrosıvısal kanalları sıralı ıslak gravür işlemler tarafından farklı geometrik bölümlerin imalatı tek adımlı yaklaşım

Bu yöntem, bir polidimetilsiloksan polikarbonat mikroakışkan cihazında farklı geometrik kesitlere sahip kanalların imalatı gibi mikroakışkanlar alanında temel üretim tekniklerinin sağlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, mikroakışkan kanalların, sıkıcı prosedürler ve kapsamlı hizalamalar olmadan sıralı ıslak aşındırma işlemleriyle tek adımlı bir yaklaşımla üretilebilmesidir. Bu tekniğin etkileri, karmaşık mikroakışkan sistemlerin geliştirilmesine kadar uzanır, çünkü dikdörtgen olmayan bölümlere veya çeşitli yüksekliklere sahip kanallar için üretim süreçleri bu yöntem kullanılarak önemli ölçüde basitleştirilebilir.

Bu yöntem, mikroakışkan cihaz üretimi hakkında bilgi sağlayabilse de, akı dağılımı veya kanallardaki madde karışımı gibi diğer istenen mikro ortam koşullarına da uygulanabilir. Prosedüre hazırlanmış bir ana kalıpla başlayın. Bu durumda, fotorezist ile oluşturulan negatif kalıp, dört inçlik bir silikon gofret üzerindedir.

Kanal düzenleri için ters çevrilmiş topolojinin bilgisayar destekli bir tasarım görüntüsü aşağıda verilmiştir. PDMS ve katalizörünü temiz bir plastik kapta birleştirerek ve bir güç karıştırıcıda karıştırarak devam edin. Karışım homojen olduğunda, kabı 60 dakika boyunca bir vakum pompasına bağlı bir kurutucuya koyun.

PDMS karışımını aldıktan sonra ana kalıba alın. Kalıbın üzerine 20 gram karışım dökün. Herhangi bir baloncuk sokmamaya çalışın.

Daha sonra, bir Petri kabı alın ve içine 30 gram PDMS karışımı dökün. Kabarcıkları gidermek için kapalı kalıbı ve Petri kabını bir kurutucuya yerleştirin. 60 dakika sonra, kapalı kalıbı ve Petri kabını dört saat kürlenmesi için 60 derecelik bir fırına aktarın.

Kürleme adımını takiben, PDMS'nin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Ardından, kürlenmiş PDMS'yi kalıptan çıkarmak için bir neşter ve cımbız kullanın. Kanal düzenini kaplayacak şekilde neşter ile PDMS katmanını yerleştirmeye devam edin.

Kanal erişim portlarını açmak için bir biyopsi zımbası kullanın. Şimdi, Petri kabındaki PDMS ile çalışın. Tabaktan çıkarmak için bir neşter ve cımbız kullanın.

Ardından, PDMS katmanını kalıplanmış katmanla aynı boyutlarda kesin. PDMS katmanlarını bir yüzey işleme makinesine götürün. Bir PDMS katmanının tasarlanan kanallarını ve diğerinin özelliksiz yüzeyini ortaya çıkarmak için katmanları yönlendirin.

Katmanları 40 saniye boyunca oksijen plazmasına maruz bırakın. Bittiğinde, iki yüzeyin yapıştırılması gerekir. İşlem görmüş yüzeylerini temas edecek şekilde yerleştirerek iki katmanı birleştirin.

Ardından, yapıştırılmış PDMS katmanlarını en az 30 dakika boyunca 60 derecelik bir fırına yerleştirin. PDMS ıslak aşındırmayı karakterize etmek için bir mikroakışkan cihaz hazırlayın. Tek bir katman ve düz bir dikdörtgen kanal ile basit bir tasarım kullanın.

Bu cihazda bir adet atık çıkışı ve bir adet giriş bulunmaktadır. Bu görüntüde üst ve alt PDMS katmanlarının ayrılmış olarak gösterildiğini unutmayın. Cihazı, mikroskopla gözlemlenebilecek ve fotoğraflanabilecek şekilde ayarlayın.

Aşındırıcı çözelti için, TBAF ve NMP'yi bir ila 10 hacim oranında kullanın. Aşındırıcıyı paslanmaz çelik künt bir iğne ile 10 mililitrelik bir şırıngaya çekin. Şırıngayı mikroskobun yanındaki bir şırınga pompasına koyun.

Ardından, cihazın girişine bağlayın. Çıkışı prizden bir atık kabına yönlendirin. Şırınga pompasını aşındırıcı ile dakikada 150 mikrolitre akış hızında çalıştırın.

Akış yönü boyunca kazınmış kanalın düzgün genişliğe sahip olduğundan emin olmak ve akış hızını ve dağlayıcı bileşimini doğrulamaya yardımcı olmak için parlak alan mikroskobu görünümlerini kullanın. Analiz için aşındırma işlemi sırasında dört kat büyütme ile kanal kesitinin zaman serisi görüntülerini yakalayın. Mikroakışkan bir cihazı görüntülemek ve fotoğraflamak için bir mikroskop kurun.

Bu durumda, cihazı, aşındırma ve tampon girişleri farklı bölgelere akacak şekilde tasarlayın. İşte cihazın girişlerinin ve kanallarının yukarıdan ve enine kesitten bir şeması. Zamanla, aşındırıcının tampona karşı farklı hareketi, son kesitin ve üstten görünüm fotoğrafının bu şemasında gösterilen yeni bir kesit oluşturacaktır.

Cihazı mikroskop tablasına yerleştirin. TBAF ve NMP'den oluşan bir aşındırıcı çözelti ve bir NMP tampon çözeltisi hazırlayın. İki adet 10 mililitrelik şırıngayı tampon çözeltisi ve birini aşındırıcı madde ile doldurun.

Şırıngaları, cihazın yakınındaki bir şırınga pompasına yerleştirin. Atıkların uzaklaştırılması için olanlar da dahil olmak üzere cihaz için uygun bağlantıları yapın. Şırınga pompasını aşındırıcı ile dakikada 50 mikrolitre akış hızında çalıştırın.

Bu videoda kırmızı boya ile ilk kanal geometrisi ortaya çıkarılmıştır. Zamanla, dağlayıcı kanal duvar kalınlığının değişmesine neden olur. İşlemin uygun kanal geometrisini verdiğinden emin olmak için ıslak aşındırma işlemini zamanlayın.

Mikroskobu yakındaki şırınga pompası ile hazırlayın. Bu, farklı bölümlere sahip bir mikroakışkan karıştırıcı için PDMS kanalları oluşturmak için kullanılan tasarımdır. Standart süreçlerle elde edilmesi zor olan alternatif aynalı kesit geometrisine sahiptir.

Cihazı mikroskoba kurun ve şırınga pompasına bağlayın. TBAF NFP aşındırıcı solüsyonunu işaretli bağlantı noktası çıkışında tanıtın. İki saat boyunca kaydedilen bu üstten görünüm fotoğraflarında olduğu gibi, oda zaman içinde gelişirken mikroakışkan kanalı gözlemleyin.

Uygun kanal geometrilerini sağlamak için ıslak aşındırma işlemini zamanlayın. Bittiğinde, cihazı karakterize edin. Şırınga pompasına yerleştirmek için damıtılmış su içeren bir şırınga ve floresein sodyum tuzu çözeltisi içeren bir şırınga hazırlayın.

Mikroakışkan cihazı mikroskobun üzerine yerleştirin ve her bir şırıngaya dakikada 20 mikrolitre akış hızına sahip bir girişe bağlayın. Çıkıştan atık çekin. Kanalın floresan mikroskobu görüntülerini önceden belirlenmiş konumlarda yukarıdan alın.

Karşılaştırma için, mikroakışkan cihazın kazınmamış bir versiyonuyla aynı koşullar altında görüntüleri kaydedin. Sıralı ıslak aşındırma ile çeşitli geometrik kesitlere sahip mikroakışkan kanallar imal etmek mümkündür. Bu panel, bu videoda gösterilen enine şekilli kesiti üretmek için tek katmanlı PDMS kanallarındaki aşındırıcı girişlerin düzenini özetlemektedir.

Aşındırıcının merkezi kanala ve tamponun yan kanallara girdiğine dikkat edin. Aynı kanal düzenlemesi, aşındırıcı ve tampon taşıyan kanalların değiştirilmesiyle birlikte, dambıl şeklinde bir kesit oluşturur. Mikroakışkan karıştırıcıya benzer farklı bir kanal düzenlemesi, yalnızca dağlayıcı kullanarak çan şeklinde bir kesit üretir.

Bu prosedürü denerken, aşındırıcı sızıntısını önlemek ve girişlerde PDMS sızıntısını daha da indüklemek için cihazların girişlerini unutmamak önemlidir. Bu videoyu izledikten sonra, sıralı ıslak aşındırma işlemleriyle kanalların farklı geometrik kesitine sahip PDMS mikroakışkan cihazlarını başarılı bir şekilde imal etmek için tek adımlı bir yaklaşımın nasıl gerçekleştirileceğini iyi anlamış olmalısınız.