Yumuşak Litografi

Yumuşak litografi, mikroakışkan sistemlerin karmaşık kanallarını modellemek için başarıyla kullanılan bir dizi hızlı, basit ve ucuz üretim işlemidir. Elektronik endüstrisinde litografi, ince bir filmin parçalarını veya bir alt tabakanın büyük kısmını modellemek için ışığa ve ışığa duyarlı polimerler kullanılarak yapılan mikrofabrikasyon sürecini ifade eder. Yumuşak litografi terimi, bu teknikleri gerçekleştirmek için polidimetilsiloksan veya PDMS gibi yumuşak elastomerik malzemelerin kullanımını ifade eder. Bu videoda, farklı yumuşak litografi tekniklerini ve ardından mikroakışkan bir cihazın üretimini gösteren bir protokolü göstereceğiz. Son olarak, farklı alanlardaki araştırmacıların yumuşak litografiyi kendi avantajlarına nasıl kullandıklarını göreceğiz.

İlk olarak, en yaygın yumuşak litografi tekniklerini gözden geçirelim. Tüm bu tekniklerin ilk adımı, ana kalıbın imalatıdır. Bu, silikon gibi bir alt tabaka üzerinde istenen deseni oluşturmak için ışık ve fotorezist adı verilen ışığa duyarlı bir malzeme kullanan geleneksel fotolitografi kullanılarak yapılır. Fotolitografi hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için lütfen bu Jove koleksiyonundaki önceki bir videoya bakın. İkinci adım, bu ana kalıba bir elastomer dökmek ve ardından kürlemektir. Bu, çeşitli yumuşak litografi tekniklerinde farklı şekillerde kullanılan kabartma özelliklerini taşıyan esnek elastomerik damgayı oluşturur. Döküm damgayı kullanan temel transfer modları, baskı, kalıplama, faz kaydırmalı optik litografi, mekanik kesit alma ve dökümdür. Baskıda, damga önce oktadekanatiol veya ODT gibi aktarılabilir bir mürekkeple kaplanır ve daha sonra altın gibi alt tabakaya yerleştirilir. Damga çıkarıldığında, yalnızca yükseltilmiş damga yüzeyindeki mürekkep alt tabaka yüzeyine basılır. Böylece baskı, nano ölçekli özellikleri doğrudan alt tabaka üzerine kopyalar. Kalıplama adı verilen başka bir teknikte, damganın kendisi bir kalıp olarak kullanılır. Burada, damga kürlenmemiş bir polimere preslenir ve daha sonra sertleştirilir. Daha sonra damgadan deseni ortaya çıkarmak için kalıp soyulur. Baskı gibi, kalıplama da nano ölçekli özelliklerin alt tabaka üzerine doğrudan kopyalanmasıyla sonuçlanır. Faz kaydırmalı kenar litografisi olarak adlandırılan üçüncü teknikte, ilk olarak, substrat fotorezist malzeme ile kaplanır. Daha sonra damga, kaplanmış alt tabakaya yerleştirilir ve damga aracılığıyla ışık gösterilir. Bu, geleneksel litografi tekniklerinde gözlemlendiği gibi, özelliklerin kenarlarının fotorezist filmine aktarılmasıyla sonuçlanır. Mekanik kesitlemede, AKA nanoskiving'de, damga, kalıplamada olduğu gibi kürlenmemiş epoksi prepolimeri kalıplamak için kullanılır. Bu kalıplanmış prepolimer sertleştirilir ve daha sonra tercih edilen bir malzemenin, örneğin altının ince bir filmi ile kaplanır. Bu film daha sonra daha fazla epoksiye gömülür ve sertleştirilir, daha sonra desenli bir epoksi levhası oluşturmak için bir ultramikrotom kullanılarak bölümlere ayrılır. Son olarak, dökümde, bir damga yapmak için bir ana kalıba bir polimer dökülür. Daha sonra girişler ve çıkışlar için delinebilir ve bir alt tabakaya yapıştırılabilir. Aşağıdaki bölümde, basit bir mikroakışkan cihaz üretme protokolünü gözden geçiriyoruz.

İlk olarak, geleneksel litografi tekniklerini kullanarak ana kalıbı hazırlayın. Protokol ayrıntıları için bu koleksiyondaki önceki bir videoya bakın. Ana kalıp tipik olarak bir silikon alt tabaka üzerinde üretilir. Damgayı imal etmek için önce yaklaşık 25 gram PDMS ve sertleştirici madde karışımını 10:1 oranında hazırlayın. Ardından, hava kabarcıklarını gidermek için karışımın gazını alın. Ardından, ana kalıbı düz tabanlı bir kaba koyun ve gazı alınmış PDMS karışımını üzerine dökün. Şimdi PDMS'yi 60 santigrat derecede yaklaşık bir saat pişirin, ardından fırını bir saat daha oda sıcaklığına doğal olarak soğutun. Ardından, PDMS'yi kalıptan kesin ve kontaminasyonu önlemek için desen tarafı yukarı bakacak şekilde yerleştirin. Sonra tek tek desenleri kesin. Cihazın içine ve dışına sıvı akışına izin vermek için doğru boyutta dermatolojik bir delgeç kullanarak tüm giriş ve çıkışları delin. Ardından PDMS cihazını bir oksijen plazma temizleyicisine yerleştirin ve yaklaşık bir dakika boyunca işlemden geçirin. Cihazın iki katmanını birbirine yapıştırın ve deseni mikroskop altında hizalayın. Son olarak, tamamlanan cihazı PDMS kullanarak bir alt tabakaya bağlayın ve kürlenmesi için pişirin. Kullanmadan önce, mikroakışkan kanallardan su akıtarak herhangi bir sızıntı olup olmadığını test edin.

Yumuşak litografi, moleküler analizden klinik teşhise ve ilaç geliştirmeye kadar çeşitli alanlarda uygulama bulmuştur. Bu örneklerden bazılarına bir göz atalım. Bu teknik, tek hücrelerin mekanik profillemesi için esnek mikro direkler gibi geleneksel olmayan yapılar oluşturmak için kullanılabilir. Mekanik profilleme, mikroorganizmalar tarafından çevrelerine uygulanan kuvvetler gibi mekanik parametrelerin incelenmesini ifade eder. Mikropostlar üretildikten sonra, kültürlenmiş hücrelerin üzerlerinde büyümesine izin verilir. Bu, daha sonra farklı hücre türleri tarafından uygulanan kuvvetleri hesaplamak için ölçülebilen küçük esnek sütunların bükülmesine neden olur. Çok katmanlı, çok akışkan sistemler, farklı mikro ortamların memeli hücreleri üzerindeki etkilerini incelemek ve anlamak için kullanılabilir. Bu sistemler, farklı ana kalıplar kullanılarak her bir PDMS katmanı yapılarak üretilir. Daha sonra çeşitli PDMS kalıpları temizlenir, hizalanır ve üst üste katmanlanır ve fırınlanır. PDMS cihazının çoklu katmanları, sıvının yarı geçirgen bir PDMS membranı aracılığıyla hücrelerden verimli bir şekilde ayrılmasını sağlar. Bu kurulum, araştırmacıların, oksijen veya yeni bir ortam gibi kontrollü miktarlarda sıvının, üst test sıvısı katmanından alt mikroakışkan kanaldaki memeli hücrelerine yayılmasını sağlayarak yeni mikro ortamların hücreler üzerindeki etkilerini incelemelerine ve karakterize etmelerine olanak tanır.

Az önce Jove'un yumuşak litografi hakkındaki videosunu izlediniz. Burada, örnek olarak bir PDMS mikroakışkan cihazı üretmenin ayrıntılı protokolü ile birlikte yumuşak litografinin temel tekniklerini tartıştık. İzlediğiniz için teşekkürler.