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Summary

Molti dispositivi BioMEM, come i canali microfluidici, sono fabbricati utilizzando la tecnica della litografia morbida. Qui, un modello su microscala viene replicato polimerizzando un polimero elastomerico sulla struttura 3D. Queste strutture polimeriche vengono quindi utilizzate per creare una vasta gamma di dispositivi, che vanno dai canali microfluidici per applicazioni di bioricensamento ai bioreattori su microscala per la visualizzazione di micro-colonie.

Questo video introduce la fotolitografia e dimostra la tecnica in laboratorio. Quindi, vengono esaminate alcune applicazioni della tecnica e come le strutture vengono utilizzate nel campo della bioingegneria.

Overview

Molti dispositivi BioMEM, come i canali microfluidici, sono fabbricati utilizzando la tecnica della litografia morbida. Qui, un modello su microscala viene replicato polimerizzando un polimero elastomerico sulla struttura 3D. Queste strutture polimeriche vengono quindi utilizzate per creare una vasta gamma di dispositivi, che vanno dai canali microfluidici per applicazioni di bioricensamento ai bioreattori su microscala per la visualizzazione di micro-colonie.

Questo video introduce la fotolitografia e dimostra la tecnica in laboratorio. Quindi, vengono esaminate alcune applicazioni della tecnica e come le strutture vengono utilizzate nel campo della bioingegneria.

Procedure

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La litografia morbida è un insieme di processi di fabbricazione rapidi, semplici ed economici che sono stati utilizzati con successo per modellare i canali complessi dei sistemi microfluidici. Nell'industria elettronica, la litografia si riferisce al processo di microfabbricazione che utilizza polimeri sensibili alla luce e alla luce per modellare parti di un film sottile o la maggior parte di un substrato. Il termine litografia morbida si riferisce all'uso di materiali elastomerici morbidi come il polidimetilsilossano o PDMS per eseguire queste tecniche. In questo video, illustreremo i diversi tipi di tecniche di litografia morbida seguite da un protocollo che dimostra la fabbricazione di un dispositivo microfluidico. Infine, vedremo come i ricercatori in diversi campi stanno usando la litografia morbida a loro vantaggio.

Per prima cosa, esaminiamo le tecniche di litografia morbida più comuni. Il primo passo in tutte queste tecniche è la fabbricazione dello stampo principale. Questo viene fatto usando la fotolitografia tradizionale che utilizza la luce e un materiale sensibile alla luce chiamato fotoresist per creare il modello desiderato su un substrato come il silicio. Per conoscere la fotolitografia in dettaglio, si prega di vedere un video precedente in questa collezione Jove. Il secondo passo è versare un elastomero su questo stampo principale e poi polimerizzarlo. Questo crea il timbro elastomerico flessibile recante le caratteristiche di rilievo che viene utilizzato in modi diversi nelle varie tecniche di litografia morbida. Le principali modalità di trasferimento utilizzando il timbro fuso sono la stampa, lo stampaggio, la litografia ottica a sfasamento, il sezionamento meccanico e la fusione. Nella stampa, il francobollo viene prima rivestito con un inchiostro trasferibile come l'ottadecanetiolo o l'ODT che viene quindi posizionato sul substrato, come l'oro. Quando il timbro viene rimosso, solo l'inchiostro dalla superficie del timbro rialzato viene impresso sulla superficie del substrato. Pertanto, la stampa replica direttamente le caratteristiche su scala nanometrica sul substrato. In un'altra tecnica chiamata stampaggio, il timbro stesso viene utilizzato come stampo. Qui, il timbro viene pressato in un polimero non polimerico e quindi polimerizzato. Quindi lo stampo viene staccato per rivelare il motivo dal timbro. Come la stampa, lo stampaggio si traduce anche nella replica diretta di caratteristiche su scala nanometrica sul substrato. Nella terza tecnica, chiamata litografia a sfasamento, in primo luogo, il substrato è rivestito con il materiale fotoresistente. Quindi il timbro viene posizionato sul substrato rivestito e la luce viene mostrata attraverso il timbro. Ciò si traduce nel trasferimento dei bordi delle caratteristiche al film di photoresist come osservato nelle tecniche di litografia tradizionali. Nel sezionamento meccanico, A.K.A. nanoskiving, il timbro viene utilizzato per modellare il prepolimero epossidico non polimerizzato, come nello stampaggio. Questo prepolimero stampato viene polimerizzato che viene poi rivestito con un film sottile di un materiale di scelta, ad esempio l'oro. Questo film viene quindi incorporato in più resina epossidica e polimerizzato dopo di che viene sezionato utilizzando un ultramicrotome per formare una lastra di resina epossidica con il motivo. Infine, nella fusione, un polimero viene versato in uno stampo principale per creare un timbro. Può quindi essere punzonato per prese e uscite e incollato a un substrato. Nella sezione seguente, esaminiamo il protocollo per la fabbricazione di un semplice dispositivo microfluidico.

In primo luogo, preparare lo stampo principale utilizzando tecniche di litografia tradizionali. Per i dettagli del protocollo, fare riferimento a un video precedente in questa raccolta. Lo stampo principale è tipicamente fabbricato su un substrato di silicio. Per fabbricare il timbro, preparare prima una miscela di circa 25 grammi di PDMS e agente polimerizzante nel rapporto di 10: 1. Quindi degassare la miscela per rimuovere eventuali bolle d'aria. Quindi, posizionare lo stampo principale in un contenitore a base piatta e versare la miscela PDMS degassata su di esso. Ora cuocere il PDMS a 60 gradi Celsius per circa un'ora, seguito da un raffreddamento naturale del forno a temperatura ambiente per un'altra ora. Quindi, tagliare il PDMS dallo stampo e posizionarlo con il lato del modello verso l'alto per evitare la contaminazione. Quindi ritaglia i singoli modelli. Punzonare eventuali prese e uscite utilizzando un perforatore dermatologico delle giuste dimensioni per consentire il flusso di fluido dentro e fuori dal dispositivo. Quindi posizionare il dispositivo PDMS in un detergente al plasma di ossigeno e trattarlo per circa un minuto. Aderire ai due strati del dispositivo insieme e allineare il modello al microscopio. Infine, legare il dispositivo completato a un substrato usando PDMS e cuocerlo per polimerizzare. Prima dell'uso, testare eventuali perdite facendo scorrere l'acqua attraverso i canali microfluidici.

La litografia soft ha trovato applicazione in campi che vanno dall'analisi molecolare alla diagnostica clinica e allo sviluppo di farmaci. Diamo un'occhiata ad alcuni di questi esempi. Questa tecnica può essere utilizzata per creare strutture non convenzionali come micropost flessibili per la meccano-profilazione di singole cellule. Il meccano-profilazione si riferisce allo studio dei parametri meccanici come le forze applicate dai microrganismi sul loro ambiente. Dopo che i micropost sono stati fabbricati, le cellule coltivate sono autorizzate a crescere su di essi. Ciò si traduce nella flessione dei piccoli pilastri flessibili, che possono quindi essere misurati per calcolare le forze esercitate dai diversi tipi di celle. I sistemi multistrato e multifluidici possono essere utilizzati per studiare e comprendere gli effetti di diversi microambienti sulle cellule di mammifero. Questi sistemi sono fabbricati realizzando ogni singolo strato PDMS utilizzando diversi stampi master. Quindi i vari calchi PDMS vengono puliti, allineati e stratificati uno sopra l'altro e cotti. Gli strati multipli del dispositivo PDMS consentono l'efficiente separazione del fluido dalle cellule tramite una membrana PDMS semipermeabile. Questa configurazione consente ai ricercatori di studiare e caratterizzare gli effetti di nuovi microambienti sulle cellule consentendo a quantità controllate di fluidi, come l'ossigeno o un nuovo mezzo, di diffondersi dallo strato fluido di prova superiore alle cellule di mammifero nel canale microfluidico inferiore.

Hai appena visto il video di Jove sulla litografia morbida. Qui, abbiamo discusso le tecniche di base della litografia morbida insieme al protocollo dettagliato di fabbricazione di un dispositivo microfluidico PDMS come esempio. Grazie per l'attenzione.

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarato.

Transcript

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