Yoğun Paketlenmiş Mikroyapı Replikasyonu için Silikon Yağı İşlemi ile Geliştirilmiş Polidimetilsiloksan (PDMS) Çift Döküm

Yoğun ve yüksek en-boy oranlı mikro yapılardaki kalıptan çıkarma zorluklarını ele almak için, bir gergi ipliği ile uygulanan bir silikon yağı işlemi ekleyerek PDMS çift döküm sürecini değiştirdik. Protokolümüz, pahalı ekipmanlara veya özel malzemelere olan ihtiyacı ortadan kaldıran, gelişmiş mikro yapıların hasar görmeden güvenilir bir şekilde kopyalanmasını sağlayan basit, uygun maliyetli bir çözüm sunar.

Laboratuvarımız, gelişmiş tekrarlanabilirlik ve hassasiyet için en uygun koşulları belirlemek üzere yağ uygulama sürecini otomatikleştirmeye ve özel silikon yağları geliştirmeye odaklanacaktır.

[Anlatıcı] Başlamak için, temiz bir cam beher ve bir karıştırma çubuğu kullanarak 40:1 hacim oranında bir heksan ve OTS çözeltisini karıştırın. Buharlaşmayı en aza indirmek için beheri alüminyum folyo ile örtün. Kapalı cam beheri suyla dolu oda sıcaklığında bir ultrasonik banyoya sonikleştirin. Daha sonra önceden kazınmış silikon kalıbı bir delik dizisiyle hazırlanan heksan OTS çözeltisine daldırın. Şimdi, silikon kalıbın tamamını solüsyondan dikey olarak yavaşça kaldırmak için temiz cımbız kullanın. Hemen saf heksan içeren taze bir behere aktarın, ardından beş ila 10 kez hafifçe ileri geri çalkalayarak durulayın. Görünür nem kalmayana kadar altı ila 10 saniye boyunca yaklaşık üç santimetre uzakta tutulan bir nitrojen üfleyici kullanarak kalıbı yavaşça kurutun. Daha sonra, PDMS bazını ve kürleme maddesini temiz bir plastik Petri kabında 10:1 ağırlık oranında 15 dakika karıştırın. Karışımı bir hazneye yerleştirin ve görünür hava kabarcığı kalmayana kadar 160 torr'da gazdan arındırın. Temiz bir plastik Petri kabını, önceden yağa batırılmış tüy bırakmayan bir silecek kullanarak 100 santistok viskoziteli silikon yağı ile hafifçe kaplayın. Daha sonra OTS kaplı silikon kalıbı, kaplanmış Petri kabının ortasına yüzü yukarı bakacak şekilde yerleştirin. Gazdan arındırılmış PDMS karışımını tamamen kaplanana kadar kalıbın üzerine yavaşça dökün. Doldurulmuş kalıbı, görünür kabarcık kalmayana kadar vakumlu kabarcık çıkarıcıda tekrar gazdan arındırın. Şimdi, PDMS'yi iyileştirmek için Petri kabını 90 santigrat dereceye ayarlanmış önceden ısıtılmış bir sıcak plakaya yerleştirin. Sertleştikten sonra PDMS kalıbını silikon kalıptan yavaşça soyun ve mikro yapının sağlam kalmasını sağlayın. Üretilen PDMS kalıbını 150 santigrat dereceye ayarlanmış bir sıcak plaka üzerine yerleştirin. Üç günlük termal yaşlandırmadan sonra kalıbı 100 santistok viskoziteli silikon yağına batırın. Yağa batırılmış kalıbın gazını 160 torr'da 10 ila 15 dakika vakum altında alın. Daha sonra cımbız kullanarak kalıbı çıkarın ve düzgün bir ince yağ tabakası bırakmak için yüzeyi temiz, tüy bırakmayan bir silecekle üç ila beş kez hafifçe silin. Daha sonra, daha önce olduğu gibi aynı karıştırma ve gaz giderme yöntemini kullanarak 10:1 baz/kürleme maddesi ağırlık oranında bir PDMS karışımı hazırlayın. Gazından arındırılmış karışımı işlenmiş kalıbın üzerine yavaşça dökün, yayılmasına ve mikro sütunların en az yarısına kadar ulaşmasına izin verin. 0,5 mikrometrelik bir naylon ipliği hafif bir gerginlik altında sabitleyin. Mikro sütunlar arasındaki fazla yağı azaltmak için ipliği PDMS yüzeyi boyunca bir yönde bir veya iki kez kaydırın. Ardından, hava kabarcığı kalmayana kadar bir vakum odasında ince PDMS tabakası ile kalıbın gazını alın. Bir delik dizisi desenli PDMS ürünü üretmek için, temiz bir plastik Petri kabını silikon yağı ile hafifçe kaplayın. PDMS kalıbını kaplanmış Petri kabına yerleştirin ve gazdan arındırılmış PDMS karışımını istenen yüksekliğe ulaşılana kadar üzerine dökün. Sıkışan hava kabarcıklarını ortadan kaldırmak için kalıp tertibatının gazını bir kez daha alın. Ardından Petri kabını 110 santigrat dereceye ayarlanmış önceden ısıtılmış bir sıcak plakaya yerleştirin ve tamamen katılaşana kadar kürleyin. Sertleştikten sonra, kalıp ile kopya arasına temiz cımbızı yavaşça yerleştirin ve nihai ürünü kalıptan dikkatlice çıkarın. Silikon kalıp, 143 mikrometre çapında, 150 mikrometre aralık ve 284 mikrometre derinlikte yoğun bir dairesel delik dizisine sahipti ve 2:1 en boy oranı sağlıyordu. Silikon şablondan kopyalanan PDMS kalıbı, orijinal boyutlara çok yakın olan 142 mikrometre çapında ve 283 mikrometre yüksekliğinde mikro sütunlar üretti. Bir gün termal olarak yaşlandırılan ve daha sonra 100 santistok silikon yağı ile muamele edilen PDMS replikası, kalıptan çıkarma sırasında duvar yapılarında ciddi yırtılma ve parçalanma gösterdi. İki günlük termal yaşlandırmanın ardından 100 santistok silikon yağı işleminden sonra, belirgin sütun ana hatları görünür hale geldi, ancak yetersiz salınım nedeniyle duvarlar ağır hasar gördü. Üç günlük termal yaşlanma ve yağ tabakası olmadan, kürlenmiş ve kürlenmemiş PDMS arasındaki çapraz bağlanma, yeniden birleştirilmiş yapılarla sonuçlandı. Üç günlük termal yaşlandırmadan sonra düşük viskoziteli MR-100 yağının kullanılması, yağın dikey yan duvarlardan akması nedeniyle kaplamanın zayıf olmasına ve yırtılmaya neden oldu. Yüksek viskoziteli yağ, kalın bir kaplama oluşturarak kalıbın dolmasını önler ve nihai ürünün dalgalı ve bozuk görünmesine neden olur. Üç günlük termal yaşlandırma ve 100 santistok silikon yağı kaplamanın optimize edilmiş koşulları altında, son kopya, 148 mikrometre çapında ve 280 mikrometre yüksekliğinde, küçük boyutsal farklılıklar gösteren, ancak sağlam yapı gösteren delik desenli mikro yapıları korudu.