Multi-stap Variabele Hoogte fotolithografie voor Valved Multilayer microfluïdische apparaten

* These authors contributed equally
Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Brower, K., White, A. K., Fordyce, P. M. Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (119), e55276, doi:10.3791/55276 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

In de afgelopen 15 jaar heeft microfluidics als een akker snelle groei doorgemaakt, met een explosie van nieuwe technologieën die de manipulatie van vloeistoffen in de micrometer schaal 1. Microfluïde systemen zijn aantrekkelijk platforms voor natte laboratorium functionaliteit omdat de kleine hoeveelheden hebben het potentieel om hogere snelheid en gevoeligheid te realiseren terwijl tegelijkertijd de dramatische toename doorvoer en lagere kosten door gebruik schaalvoordelen 2, 3. Meerlaagse microfluïde systemen zijn bijzonder significant effect in high-throughput biochemische analyses aan zoals single cell analyse 4, 5, 6, enkel molecuul analyse (bijvoorbeeld digitale PCR 7), proteïne kristallografie 8, transcriptiefactor bindingstesten gemaaktf "> 9, 10, 11 en cellulaire screening.

Een centraal doel van microfluïdische is de ontwikkeling van "lab op een chip" inrichtingen die in staat zijn complexe vloeibare manipulaties binnen één apparaat voor biochemische analyse totaal 12 zijn. De ontwikkeling van multi-layer zachte lithografie technieken heeft geholpen realiseren van deze doelstelling doordat creatie van on-chip kleppen, mixers, en pompen voor het actief regelen van vloeistoffen in kleine volumes 13, 14, 15. Ondanks hun voordelen en toepassingen aangetoond Veel van deze microfluidic technologieën blijven grotendeels uitgespannen niet-gespecialiseerde gebruikers. Wijdverbreide toepassing is een uitdaging voor een deel te wijten aan beperkte toegang tot microfabrication faciliteiten, maar ook als gevolg van onvoldoende communicatie van fabricagetechnieken. Dit geldt vooral for multilayer microfluïdische apparaten met structuren voor afsluiters of complexe geometrieën: het gebrek aan gedetailleerde, praktische informatie over belangrijke ontwerp parameters en fabricagetechnieken schrikt vaak nieuwe onderzoekers van het aanbreken van projecten waarbij het ontwerp en de creatie van deze apparaten.

Dit artikel is bedoeld om deze kenniskloof te pakken door het presenteren van een compleet protocol voor het maken van meerlaagse microfluïdische apparaten met kleppen en variabele hoogte functies, vanaf het ontwerp parameters en bewegen door alle fabricage stappen. Door te focussen op de eerste fotolithografie stappen van de fabricatie, dit protocol vormt een aanvulling op andere microfluidics protocollen 16 die stroomafwaarts stappen van het gieten van apparaten van mallen en hardlopen specifieke experimenten te beschrijven.

Microfluïdische inrichtingen met monolithische on-chip kleppen bestaan ​​uit twee lagen: een "flow" laag, waarbij het van belang zijnde fluïdum wordt gemanipuleerd microkanalen, en een "control" laag, waar de microkanalen met lucht of water selectief stroming in de stroom laag 14 kunnen moduleren. Deze twee lagen zijn elk vervaardigd op een afzonderlijke silicium molding meester, die vervolgens voor polydimethylsiloxaan (PDMS) replica vormen wordt gebruikt in een proces dat "zachte lithografie 17." Teneinde een meerlaagse inrichting te vormen, elk van de PDMS lagen omtrent hun respectieve vormen meesters en uitgelijnd met elkaar, waardoor een samengesteld PDMS apparaat met kanalen in elke laag gevormd. Kleppen zijn gevormd op plaatsen waar flow en besturingskanalen elkaar kruisen en zijn gescheiden door slechts een dun membraan; onder druk zetten van het besturingskanaal afbuigt dit membraan aan het stromingskanaal afsluiten en lokaal verplaatsen van de vloeistof (figuur 1).

Actief op-chip kleppen kunnen worden vervaardigd op verschillende manieren, afhankelijk van de gewenste eindtoepassing. Valveskunnen worden geconfigureerd in ofwel een "duw" of "opdrijven" geometrie, naargelang de besturingslaag boven of onder de stroom laag (figuur 1) 15. "Push up" geometrieën mogelijk lagere sluitdrukken en hogere stabiliteit toestel tegen delaminatie, terwijl "duw" geometrieën mogelijk maken de stroomkanalen in direct contact met het gebonden substraat, geven het voordeel van selectieve functionalisering en patroonvorming van het substraatoppervlak later functionaliteit 18, 19.

Kleppen kunnen ook opzettelijk lek "zeef" kleppen of volledig afsluitbaar zijn, afhankelijk van het dwarsdoorsnedeprofiel van het stromingskanaal. Zeef kleppen zijn bruikbaar voor het vangen van korrels, cellen of andere macroanalytes 1 en gefabriceerd via het gebruik van typische negatieve fotoresists (dwz SU-8-serie), die have rechthoekige profielen. Wanneer een besturingskanaal onder druk via deze klepgebieden de PDMS membraan tussen het bedieningsorgaan en stroom afbuigt laag isotroop in het kokerprofiel van de klep niet sluiten de hoeken, waardoor fluïdumstroming maar vangen macroschaal deeltjes (figuur 1). Omgekeerd worden volledig afdichtbare microfluïdische kleppen vervaardigd door op een klein stukje ronde fotoresist op afsluiterlocaties. Met deze geometrie druk zetten van het besturingskanaal buigt het membraan tegen de afgeronde stroom laag om het kanaal volledig afdichten, stoppen fluïdumstroming. Afgeronde profielen in de stroom laag worden gegenereerd via het smelten en opnieuw plaatsen van de positieve fotoresist (bijv AZ50 XT of SPR 220) na het typische fotolithografie stappen. We hebben eerder aangetoond dat post-reflow hoogten van klep regio's zijn afhankelijk van de gekozen functie afmetingen 21. Dit protocol toont de vervaardiging van Afsluiter met geometrieënin een kraal synthese apparaat.

Figuur 1
Figuur 1: Multilayer microfluïdische Valve Geometries. Typische "push up" apparaat architecturen voor zeef en volledig afsluitbare kleppen vóór (boven) en na (onder) onder druk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Apparaten kunnen ook complexe passieve functies, zoals chaotisch mixers 13 en on-chip weerstanden 20 die kenmerken van meerdere verschillende hoogtes binnen eenzelfde stroom laag. Een variabele hoogte laag debiet te bereiken, hebben verschillende groepen vele methoden waaronder printplaat etsen 22, multilayer PDMS hulp uitlijning 23 of meerdere stappen Pp toegepasthotolithography 24. Onze groep heeft meerstaps fotolithografie gevonden uit één stuk vervaardigd meester een doeltreffende en reproduceerbare methode. Om dit te doen, is een eenvoudige fotolithografie techniek van het bouwen van dikke kanalen van negatieve fotolak (bv SU-8-serie fotoresists) in lagen zonder ontwikkeling in tussen de toepassing van elke laag gebruikt. Elke laag wordt gesponnen negatief fotoresist volgens zijn dikte middels instructies van de fabrikant 25 op de silicium meester. Kenmerken van deze hoogte worden vervolgens gevormd op de laag met een specifieke transparantiemasker (figuur 2) aangebracht op een glazen maskerplaat en afgestemd op de eerder gesponnen laag vóór blootstelling. In multi-step fotolithografie, nauwkeurige uitlijning tussen de lagen is van cruciaal belang bij het vormen van een volledige variabele hoogte stromingskanaal. Na uitlijning wordt elke laag aan een dikte afhankelijke bakken na belichting. Zonder ontwikkeling, de volgende laag is similarly patroon. Hierdoor kunnen hoge functies worden opgebouwd op een enkele stroom wafer layer-by-layer via het gebruik van meerdere maskers. Door het overslaan van ontwikkeling tussen elke stap, kunnen vorige fotoresist lagen worden gebruikt om samengestelde hoogte functies genereren 24 (dat wil zeggen, kan twee 25 urn lagen een 50 pm functie te maken). Bovendien kan kanaal vloer functies zoals chaotisch mixer visgraat groeven 13 worden gemaakt met behulp van lagen met eerder blootgesteld functies. Een laatste ontwikkelingsstap het proces is voltooid, waardoor een enkele stroom wafer met gebruik van variabele hoogte (figuur 3).

Hier wordt een volledige protocol voor meerdere stappen die fotolithografie voorbeelden nodige on-chip kleppen en stromingskanalen met verschillende hoogtes fabriceren procedures omvat voorzien. Deze fabricage protocol wordt gepresenteerd in de context van een multi-layer microfluïdische kraal synthesizer die kleppen en variab vereistle-height beschikt voor zijn functionaliteit. Dit apparaat is voorzien van T-kruisingen voor het genereren van waterdruppeltjes in een olie schede, on-chip weerstanden om debieten te moduleren door middel van het regelen van Poiseuille weerstand, een chaotische mixer voor homogeniseren druppel componenten, en beide volledig verzegelen en zeef kleppen om geautomatiseerde workflows met meerdere reagens mogelijk te maken ingangen. Gebruik meerstaps fotolithografie, worden deze functies elk gefabriceerd op een andere laag volgens hoogte of fotoresist; de volgende lagen zijn opgebouwd in dit protocol: (1) Flow Rond klep laag (55 urn, AZ50 XT) (2) Flow Low laag (55 urn, SU-8 2050) (3) Flow High laag (85 urn, SU- 8 2025, 30 urn additief hoogte), en (4) visgraat Grooves (125 urn, SU-8 2025, 40 urn additief hoogte) (figuur 3).

Hydrogel kralen kan worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder selectieve functionalisering oppervlak voor stroomafwaartse testen, geneesmiddelinkapseling, radiotracing en imaging assays en mobiele integratie; we voorheen een complexere uitvoering van deze apparaten spectraal gecodeerde PEG hydrogel bolletjes, bevattende lanthanide nanophosphors 20 produceren. De ontwerpen die hier besproken zijn opgenomen in de aanvullende middelen voor elk lab te gebruiken in hun onderzoeksinspanningen indien gewenst. We verwachten dat dit protocol een open bron voor specialisten en niet-specialisten zowel geïnteresseerd in het maken van multi-layer microfluïdische apparaten met kleppen of complexe geometrieën aan de toetredingsdrempel in microfluidics te verlagen en verhogen de kans op fabricage succes zal bieden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Multi-layer Device ontwerp

OPMERKING: Kenmerken van verschillende hoogtes en / of fotoresists moet achtereenvolgens op de wafer worden toegevoegd tijdens verschillende fabricagestappen te eindcomposiet maken inclusief. Daarom ontwerpen voor elke afzonderlijke hoogte en fotolak te worden op een wafer op eigen masker (figuur 4) worden gedrukt.

  1. Download een computerondersteund ontwerp (CAD) opstellen programma (bijvoorbeeld, AutoCAD Educational Version).
  2. Definieer de 4 "wafer gebied door het tekenen van een 4" cirkel. Wafer ontwerpen (Figuur 4, Extra hulpbronnen) zijn voorzien als voorbeeld.
  3. Binnen de 4 "wafer overzicht, plaats apparaat grenst aan het gebruik van 300 pm polylijn rechthoeken. Gebruik deze inrichting grenzen voor het instellen tijdens de fotolithografie.
  4. Maak verschillende lagen voor elke verschillende hoogte of fotolak die nodig zijn voor het definitieve ontwerp (dat wil zeggen, flow ronde stromen laag, stromen hoog,en controle in het ontwerp), het gebruik van het deelvenster Lagen.
    1. Ontwerpkenmerken van een bepaalde gewenste hoogte op de corresponderende laag. Het voorbeeld ontwerp toont 4 verschillende actieve lagen, elk met een eigen kleur (Figuur 4).
      OPMERKING: Apparaat randen, globaal tekst en de wafel omtrek moet worden op hun eigen laag (dat wil zeggen 1-negatief in de ontwerpen), die later op alle lagen van wereldwijde afstemming verschijnen. Kenmerken van verschillende fotoresist (bijvoorbeeld volledig afsluitbare kleppen die moeten worden vervaardigd positieve resist) moet op verschillende lagen ongeacht de hoogte.
  5. Met gesloten zero-width polylijnen, ontwerp functies van het apparaat binnen de grenzen apparaat.
    1. Overweeg ontwerp parameters in tabel 1 tot en met kans op een succesvolle fabricage vergroten.
    2. Voor elke hoogte, selecteert u die laag in het deelvenster Lagen en voeg alle functies van die hoogte.
  6. Klaarontwerpen voor transparanten afdrukken via de Basic masker File (Extra bronnen) waarbij elke 4 rechthoekige border "wafer cirkel binnen een 5 is geplaatst". Elke laag wordt gedrukt op een afzonderlijke transparanten voor stapsgewijze toevoeging van elke fotolaklaag.
    LET OP: Deze fundamentele Mask File vormt de laatste ontwerpen die worden gebruikt voor het afdrukken.
    1. Om compleet ontwerp, zet alle lagen uit, behalve 1-negatieve en de AZ50 XT klep laag. Kopieer de volledige wafer met de actieve laag (dat wil zeggen, kleppen) en globale functies (dwz., Het apparaat grenzen).
    2. Open de Basic Mask File en plak dit ontwerp in de rechthoek recht AZ50 XT kleppen. Gebruik de buitenste wafer grens voor het uitlijnen en vervolgens verwijderen na het plakken.
    3. Herhaal dit voor de rest van de lagen (bijvoorbeeld, in het voorbeeld ontwerp: stroom vierkant laag, stromen vierkant hoog, en controle). Voorbeeld transparantie bestanden worden aangeboden (Extra bronnen).
    4. Stuur bestanden naar een comcommerciële drukkerij (bijv FineLine Imaging) voor het afdrukken op transparanten. Gebruik 32.000 DPI te drukken> 10 pm functies en tot 50.000 DPI voor kleinere functies. Als functies minder dan 7 urn nodig, bestel een Chrome Mask in plaats van een transparante film.

Tabel 1: Design Parameters en suggesties. Overwegingen bij het ontwerp van gemeenschappelijke valkuilen te vermijden tijdens het CAD-ontwerpproces van microfluïdische apparaten. Klik hier om deze tabel te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

2. Het voorbereiden van een Wafer voor fotolithografie

OPMERKING: Deze stappen bovendien worden weergegeven in tabel-formaat in tabel 2.

  1. In cleanroom of aangewezen schone ruimte, schoon en uitdrogen een 4 "test-grade silicium wafer (single-side polished).
    1. Spoel de wafer goed met methanol.
      LET OP: geen verdere schoonmaak stappen zijn nodig als u de SU-8 hechtlaag hieronder beschreven. Andere hechting lagen die afwijken van dit protocol (bijv., HMDS) vereisen vaak meer grondige reiniging, zoals de piranha etsen.
    2. Drogen onder een N2 of perslucht.
    3. Bak op een aluminium verwarmingsplaat bij 95 ° C gedurende 10 minuten volledig oplosmiddel te verdampen.
  2. Fabriceren van een uniform 5 pm dikke laag van SU-8 2005 tot hechting voor de volgende fotoresist lagen te verbeteren.
    1. Leg de schoongemaakte wafer op een spin coater, zet het vacuüm om het aan te brengen op de draaibank, en weg te blazen het stof met N2 of perslucht.
    2. Solliciteer 1-2 ml van SU-8 2005 negatief fotolak in het centrum van de wafer en centrifugeren als volgt: spread: 500 rpm, 10 sec, 133 rpm / s versnelling; cast: 3000 rpm, 40 sec, 266 rpm / s acceleratie.
    3. Verwijder waferen zacht bakken door te schakelen tussen twee kookplaten wafer ingesteld op 65 ° C en 95 ° C volgens het volgende programma: 65 ° C: 2 minuten, 95 ° C: 3 min, 65 ° C: 2 min.
    4. Sta wafer afkoelen tot kamertemperatuur.
    5. Plaats wafer in de as met een UV mask aligner en bloot zonder kap ( "flood exposure ') voor een totale depositie energie van 124 mJ (hier, 20 sec bij ~ 6,2 mW / cm 2 lampintensiteit). Indien beschikbaar, selecteert harde contactlenzen modus om een ​​300 pm wafer te bereiken: maskeren scheiding.
    6. Verwijderen wafer en bakken na belichting door het schakelen van de wafer tussen twee kookplaten ingesteld op 65 ° C en 95 ° C als volgt: 65 ° C: 2 minuten, 95 ° C: 4 min 65 ° C 2 min.

Fabriceren Afgeronde Valves

  1. Gebruik online AZ50 XT klep voorspeller resource 26 tot centrifugetoerentallen plannen voor de gewenste afsluiter afmetingen en hoogtes.
    OPMERKING: De volgende stappen depozitten een 55 micrometer laag van positieve fotolak voor afsluiter definitie en reflow afronding.
  2. Plaats de wafer op een spin coater, zet vacuüm om het aan te brengen op de draaibank, en weg te blazen het stof met N2 of perslucht.
  3. Breng 2-3 ml AZ50 XT positieve fotolak naar het centrum van de wafer. Spin als volgt: spread: 200 rpm, 10 s, 133 rpm / s versnelling; cast: 1200 rpm, 40 sec, 266 rpm / s versnelling; Snap spin om edge bead te verwijderen: 3.400 rpm, 1 sec, 3.400 rpm / s acceleratie.
  4. In een 5 "petrischaal, leggen de wafer voorzichtig en laat ontspannen voor 20 min.
  5. Zacht bakken de wafer op een kookplaat: 65 ° C - 112 ° C, 22 min, 450 ° C / h ramping snelheid.
  6. Verwijder de wafer en laat rusten 's nachts bij kamertemperatuur in een petrischaal voor omgevingstemperaturen rehydratatie.
  7. Tape Flow Rond transparantie masker om 5 "glasplaat afdrukzijde naar beneden (het dichtst bij wafer) en laden in masker klepstandsteller van de UV masker aligner. Expose de wafer tot 930 mJ van UV in 6 cycli ( cm2 lamp intensiteit, 30 s wachttijd tussen de opnamen).
  8. Ontwikkel wafer onmiddellijk door onderdompeling in een geroerd bad van 25 ml AZ500k 1: 3 Developer in 6 "glas schotel voor 3-5 min of totdat bad wordt paars en functies ontstaan.
    1. Verwijder de wafer en goed spoelen met DI water.
    2. Beoordelen van pre-reflow hoogte met behulp van een profilometer (stylus kracht van 10,5 mg).
      LET OP: Gebruik de profilometer volgens de instructies van de fabrikant, zorgvuldig positioneren van de kracht stylus naast een functie kanaal op de gewenste laag voor profilering. Instellingen die in deze protocol waren de volgende: stylus kracht 10,5 mg, lengte 1000 urn, snelheid 200 pm / s, regime down-up.
  9. Reflow harde bak de wafer te smelten en rond klep eigenschappen als volgt: 65 ° C - 190 ° C, 15 uur, 10 ° C / hr ramping snelheid.
  10. Laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur. Beoordelen van post-reflow hoogte met behulp van een profilometer (stylus kracht van 10,5 mg). Hoogten van 55 um ± 2 pm moet voor dit apparaat geometrie worden verwacht.

3. fabriceren variabele hoogte functies in Tandem

  1. Ga verder met variabele hoogte fabricage met de ontwikkelde wafer met Flow Low, Flow Hoge en visgraat Mixer transparanten van de Bead Synthesizer ontwerp.
  2. Het protocol aan te passen voor de ontwerpen, te gebruiken productie datasheets 25 blootstelling energie, spin-snelheden en baktijd parameters bepalen, waardoor ± 5% tolerantie.
    LET OP: Dit protocol fabriceert een 55 micrometer lang Flow Low layer met behulp van SU-8 2050 negatieve fotolak gesponnen over het ventiel functies.
  3. Plaats de gereinigde wafer op spin coater, zet het vacuüm om het aan te brengen op de draaibank, en weg te blazen het stof met N2 of perslucht.
    1. Solliciteer 1-2 ml van SU-8 2050 negatieve fotolak naar het centrum van de wafel en draaien als volgt: spread: 500 min, 10 sec, 133 rpm / sec versnelling; cast: 3000 rpm, 40 sec, 266 rpm / sec acceleratie. Spin fotoresist boven ontwikkeld ventiel functies.
  4. Plaats het gesponnen wafer in 5 "petrischaal en laat ontspannen gedurende 20 minuten op een vlak oppervlak of totdat een streaking patronen vervagen.
  5. Verwijder de wafer en zacht bakken door het in twee kookplaten ingesteld op 65 ° C en 95 ° C als volgt: 65 ° C: 2 minuten, 95 ° C: 8 min, 65 ° C: 2 min.
  6. Laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur.
  7. Tape de Flow Lage transparantie masker om een ​​kwarts 5 "glasplaat afdrukzijde naar beneden (het dichtst bij de wafer) en laden in het masker klepstandsteller van de UV masker aligner.
  8. Plaats de wafer in UV masker aligner chuck en, met behulp van microscoop oculair of camera, zorgvuldig uitlijnen nieuwe Flow Low layer functies om Round klep laag features Flow. Begin met het uitlijnen van horizontale, verticale en rotatie-assen van de inrichting grenst aan het apparaat grens functies op masker. Lijn vervolgens cross-hair functies between lagen. Tot slot bevestigen dat de klep functies kruisen Flow Low beschikt waar van toepassing.
  9. Blootstellen aan 170 mJ UV depositie (28 sec bij ~ 6,2 mW / cm 2).
  10. Verwijder de wafer en bakken na belichting door te schakelen tussen twee kookplaten ingesteld op 65 ° C en 95 ° C als volgt: 65 ° C: 2 minuten, 95 ° C: 9 min, 65 ° C: 2 min.
  11. Zonder het ontwikkelen, zodat de wafer af te koelen tot kamertemperatuur en gaan tot fabricage van High Flow laag. Dit Flow High laag zal 30 urn van fotoresist toe te voegen aan de onontwikkelde 55 micrometer fotoresistlaag tot 85 micrometer functies op in eerder onbelicht locaties.
  12. Herhaal stap 3,3-3,10 met behulp van SU-8 2025 en de Flow High laag masker met deze wijzigingen voor de spin coat instellingen: spreiding: 500 rpm, 10 sec, 133 rpm / s versnelling; cast: 3500 rpm, 40 sec, 266 rpm / sec acceleratie.
    1. Blootstellen aan 198 mJ UV depositie (32 s bij ~ 6,2 mW / cm2).
  13. zonder developing, laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur en ga aan de fabricage van Chaotic Mixer Herringbone laag. Laatste functies in deze laag wordt een totale hoogte van 125 urn: 55 urn van de Stroom Low laag, 30 urn van de Stroom plein laag en 40 urn van deze chaotische Mixer visgraat laag (zie figuur 3) en omvatten 35 urn visgraat groeven .
  14. Herhaal stap 3,3-3,10 met behulp van SU-8 2025 en de Herringbone laagmasker met de volgende wijzigingen, zodat visgraat groeven zijn volledig binnen Flow High kanaal schetst.
    1. Gebruik de volgende soft bake-programma: 65 ° C: 2 min, 95 ° C: 7 min, 65 ° C: 2 min.
    2. Blootstellen aan 148 mJ UV depositie (24 s bij ~ 6,2 mW / cm2).
  15. Nadat alle lagen zijn voltooid, ontwikkelen door onderdompeling van de wafer in een geroerd bad van 25 ml SU-8 ontwikkelaar in een 6 "glazen schaal gedurende 3,5 min of totdat functies duidelijk voren. Controleer of features hebben duidelijk omschreven functie grenzen met behulp van een stereoscoop.
  16. Hard bak de wafer alle fotolak functies stabiliseren op een hete plaat als volgt: 65 ° C - 165 ° C, 2 uur 30 min, 120 ° C / h ramping snelheid.
  17. Assess feature hoogte in alle lagen met behulp van een profilometer (stylus kracht van 10,5 mg).

4. Controle Wafer Fabrication

  1. Schoon, uitdrogen, en fabriceren van een 5 pm hechting laag op een nieuwe 4 "silicon wafer zoals in deel 4.
  2. Fabriceren van een 25 micrometer Controle Layer met behulp van SU-8 2025 negatief fotolak.
  3. Plaats de wafer op een spin coater, zet vacuüm om het aan te brengen op de draaibank, en weg te blazen het stof met N2 of perslucht.
  4. Toepassen 1-2 ml SU-8 2025 negatieve fotolak in het midden van de wafel en centrifugeren als volgt: spreiding: 500 rpm, 10 seconden, 133 toeren / s versnelling; cast: 3500 rpm, 40 sec, 266 rpm / sec acceleratie.
  5. Verwijder de wafer en zacht bakken door te schakelen tussentwee kookplaten ingesteld op 65 ° C en 95 ° C als volgt: 65 ° C: 2 minuten, 95 ° C: 5 min, 65 ° C: 2 min.
  6. Laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur.
  7. Lijn de controle transparantie masker aan een 5 "glasplaat en laden in UV masker aligner.
  8. Plaats de wafer in de boorkop van UV masker aligner en bloot te stellen aan 155 mJ UV depositie (25 sec bij ~ 6,2 mW / cm2 lamp intensiteit).
  9. Verwijder de wafer en bakken na belichting door te schakelen tussen twee kookplaten ingesteld op 65 ° C en 95 ° C als volgt: 65 ° C: 2 minuten, 95 ° C: 6 min, 65 ° C: 2 min.
  10. Ontwikkelen door onderdompeling van de wafer in een geroerd bad van 25 ml van SU-8 Developer in 6 "glazen schaal 1 minuut of totdat functies ontstaan. Controleer functies met behulp van een stereoscoop.
  11. Hard bak de wafel fotoresist functies stabiliseren als volgt: 65 ° C - 165 ° C, 2 uur 30 min, 120 ° C / hr ramping snelheid.

5. Silaan Wafer Behandeling voor Easy PDMS Lift-off

  1. Plaats de voltooide wafers in wafer rack binnen een stolp vacuümexsiccator in een zuurkast vrij van water of in water oplosbare reagentia.
  2. Onder de motorkap, een druppelaar gebruiken om 1 druppel trichloor (1 H, 1 H, 2H, 2H -perfluorooctyl) silaan (PFOTS) toepassing op een glasplaatje en plaats in de exsiccator.
  3. Sluit de exsiccator deksel en vacuüm toe te passen gedurende 1 minuut.
  4. Na 1 minuut, schakelt vacuüm zonder opnieuw onder druk zetten of evacueren stolp.
  5. Laat het mengsel zitten voor 10 min, terwijl aerosolized PFOTS jassen wafer oppervlak.
  6. Open de stolp deksel en verwijder de wafer met een pincet. Plaats in een petrischaal voor PDMS replica vormen. Gooi-silaan gecoate glaasjes in de juiste gevaarlijk afval.
    OPMERKING: Wafers bedekt met gefluoreerde silanen kunnen worden gebruikt honderden tot duizenden keren zonder herbehandeling. Een opofferende laag van 01:10 PDMS kan worden uitgebracht op wafers, genezen, en weggegooid na de eerste silaan behandeling e verwijderenXCESS silaan groepen uit wafer oppervlak.

6. PDMS Replica Molding

  1. Fabriceren multilayer microfluïdische apparaten in een "push up" meetkunde op glas volgens de bestaande open-access-protocollen 16.
    OPMERKING: Een gedetailleerd protocol kan bovendien te vinden op de website 27.
  2. Visuele inspectie, zodat alle ventielen goed uitgelijnd lijnen en alle inlaten (op zowel de stroming als besturingslagen) controle volledig geperforeerd voordat.

7. Productie van Hydrogel Kralen van Droplets

  1. Sluit de buis (bijv Tygon) geladen met water om een flow control systeem (bijvoorbeeld, spuitpompen, fluïde controllers, of een open-source magneetventiel array met reservoirs 28).
  2. Sluit de metalen pinnen om buizen en verbinding te maken met het apparaat poorten aan controle lijn inlaten. Onder druk apparaat controle lijnen door het instellen van de stroom control systeem naar keuze tot 25 psi voor elke lijn. Zorg ervoor dat de kleppen sluiten en opnieuw openen door de inspectie onder de microscoop.
    OPMERKING: Volg de instructies van de fabrikant voor de flow control systeem van uw keuze. In dit werk, een aangepaste software-gestuurde pneumatisch systeem oefent druk uit op elke regel met behulp van magneetventielen dat schakelen tussen 25 psi perslucht (onder druk) en atmosferische druk (drukloos). Details over dit systeem is te vinden in de discussie.
  3. Bereid aangepaste microfluïdische drukvaten voor reagens en olie laden.
    1. Met een punaise, punch twee gaten in de top van een cryogeen flesje buis plaatst PEEK capillaire buis in een gat, en plaats een metalen pen is verbonden met de slang in de tweede opening.
    2. Seal slang in plaats met epoxy. Even laten drogen gedurende 1 uur.
  4. Tijdens het wachten in een microcentrifugebuis, schorsen 3,9 mg LAP fotoinitiator in 100 ui DI water ([LAP] = 39 mg / ml) te bereiden fotoinitiatoris gebruikt bij het polymeriseren druppeltjes kralen hydrogel. Beschermen tegen licht.
  5. In een tweede microcentrifugebuis, voeg 132 ui DI water, 172 pl PEG-diacrylaat, 12 ul LAP-oplossing, en 85 pl HEPES buffer om hydrogel druppel oplossing te maken.
  6. Breng de hydrogel druppel oplossing voor de voltooide cryogene buis schip.
    OPMERKING: Additieven voor andere toepassingen zoals nanokristallen, magnetische deeltjes of biologische moleculen kunnen in de HEPES component.
  7. Sluit de slang van de buis cryogene vat een regelbare drukbron en sluit de PEEK slang op het apparaat reagens inlaat.
  8. Bereid 10 ml lichte minerale olie met 2% v / v ionogene oppervlakteactieve stof (bijvoorbeeld Span 80) en 0,05% EM90 olie druppel emulsie. Filter met een 0,22 pm spuitfilter en load 1 ml in een tweede buis cryogeen vat.
  9. Invoegen PEEK buis op uitvoerinrichting voor het verzamelen van druppels.
  10. Verwijder lucht bubbles van het apparaat door het onder druk olie, water, of PEG mengsel inlaten (4 psi werkdruk). Zet alle kleppen. Sequentieel te schakelen elke klep in een vloeistof weg na 1 minuut of totdat de luchtbellen zijn doordrongen door de PDMS apparaat. Bijvoorbeeld, om de-bubble visgraat mixers, zet kleppen Inlet 1, Mix 1, en Mix afval. drukloos dan Inlet 1, Meng 1 uit, en Mix Afval totdat alle luchtbellen zijn verdwenen.
  11. Wanneer het apparaat is repressurized na debubbling, drukloos Ro1 olie ventiel en stel de oliedruk tot 10 psi.
  12. Stel PEG mengsel druk tot 9 psi onderdruk upstream kleppen (inlaat 1, druppels 1) en stel indien nodig tot druppeltjes van de gewenste grootte te produceren. Druppelgrootte kan worden bepaald via microscopie met behulp van een camera met 50 fps of hoger.
  13. Wanneer de druppeltjes zijn gestabiliseerd, de positie van een 5 mm plek van een UV-lichtbron (bijvoorbeeld een UV-spot uithardende systeem met vloeibare lichtgeleider (LLG) of een gerichte UV LED) over de polymerisatie regio van de device en toepassen 100 mW / cm2 UV (365 nm) van de UV-bron.
  14. Onder druk kraal zeef klep om naar te kijken gepolymeriseerde kralen te verzamelen en ervoor te zorgen dat druppeltjes hebben verhard in kralen. LLG passen als nodig is om volledige polymerisatie te bereiken.
  15. Drukloos kraal zeef klep en het verzamelen van parels in de buis door uitlaat PEEK slangen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hier tonen we de fabricage van kleppen voorziene, variabele hoogte multilayer microfluïdische mallen door inrichtingen kunnen genereren polyethyleenglycol (PEG) hydrogel parels van druppeltjes (Figuur 2). Een overzicht van het totale fabricageproces is opgenomen in figuur 3. Met designelementen uit eerder werk, de kraal synthesizer telt 4 hoogtes in de stroom laag omvattende (1) afgerond AZ50 XT kleppen voor laminaire stroming modulatie (55 urn) (2) stroming lage kanalen voor het inbrengen van de reagentia bij hogere weerstand (55 urn) (3) stroomt hoge kanalen voor het richten stroom bij lagere weerstand om de mogelijkheden en mengers (85 urn), en (4) een visgraat advectie mixer (125 um) voor het mengen van PEG en crosslinker in een homogene oplossing (figuren 4A en 4B). Een tabel van het ontwerp parameters en de voorgestelde ontwerp beperkingen voor de bouw van dezeontwerp is opgenomen in Tabel 1. Ontwerp-bestanden en het masker overdracht bestanden zijn opgenomen in Materials tabel.

Dit protocol demonstreert afronding doorstroombegrenzers en bouwen meerdere hoogtes op dezelfde stroomsnelheid wafer via tandem fotolithografische stappen zonder ontwikkeling tussen elke stap (tabel 2). Een typische post-reflow klep afronding profiel van een profilometer en stereoscoop afbeeldingen van onze kleppen na reflow worden in Figuren 5A en 5B. Resulterende gemeten fabricage hoogten Aanbevolen hoogte verstelbare fotolithografie zijn vermeld in tabel 3. Heights werden gemeten bij 10 locaties per elke laag op alle apparaten in een enkele stroom wafer, beoordelen van zowel apparaat-naar-apparaat en over wafer variatie. Alle functies waargenomen <2% CV over de wafer. Fabrikant fotolak datasheets suggereren typische hoogtevariaties van ± 5% bij de bouw meerlaagse functies, zodat deze tolerantie moet rekening worden gehouden indien dit protocol aangepast voor een ander ontwerp.

Zoals bij elke fabricageproces, kunnen fouten leiden bij elke stap als fabricage parameters zoals spin speed of blootstelling niet zijn geoptimaliseerd voor de gewenste patroonhoogte en geometrie. Veel middelen beschikbaar zijn voor het oplossen van de juiste belichting en de ontwikkeling keer, waaronder een website van onze faciliteit onderhoudt 27. Afwijkingen van stelde zachte en harde bakken, temperaturen, en oprit tarieven kunnen scheuren, bellen of onvolledige functies te genereren. Bovendien rehydratatie van de AZ50 XT positieve fotoresist voorafgaand aan blootstelling kritisch. Wafers zonder de juiste rehydratie kunnen verschijnen gebarsten bevatten of bellen binnen de klep gebieden. Als dit gebeurt, met behulp van een 'natte box' (een gesloten doos met een schotel met gedemineraliseerd water) om wafe huisrs voor de nachtelijke rehydratatie kan helpen. Kortere rehydratatie keer (~ 5-6 uur) kan worden gebruikt voor AZ50 XT onder 50 urn met vergelijkbare resultaten, maar hogere functies vereisen rehydratie nachts de kans feature verlies tijdens belichting en ontwikkeling verminderen. Nieuwer positieve resist alternatieven (bijvoorbeeld AZ40XT) kan de noodzaak voor overnachting rehydratatie te elimineren; Maar we hebben niet deze formuleringen getest.

Als een proof-of-concept, werden PEG-diacrylaat hydrogel druppeltjes geproduceerd uit de kraal synthesizer-inrichting (figuur 6A). Figuren 5C en 5D tonen representatieve beelden van de werking van de afsluiter en de sluiting van het apparaat wanneer het onder druk zetten en de druk verlagen van kleppen. Voorkomende fout modi voor overdruk klep omvatten: het gebruik van onvoldoende druk (kleppen niet volledig afsluiten, die kan worden gecontroleerd door flowing kleurstof), inlaatbuis insertie (stroom wordt geblokkeerd alsbuizen of metalen pennen worden ingedrukt te ver en het apparaat delaminatie kan leiden), en integratie van stof en vezels tijdens het fabricageproces (zenders kan worden afgesloten of het apparaat kan delamineren). Om deze fout modes op te lossen, moeten de gebruikers te behouden clean room omstandigheden tijdens de fabricage en systematisch testen elke klep alvorens tot een apparaat run. Als apparaat delaminatie presenteert als een veelvoorkomend probleem bij experimenten, kan dit worden verholpen door BEZIG inrichtingen bij lagere drukken (<15 psi) of verminderen silanisatie keer.

Figuur 6A toont de kraal synthesizer apparaat in gebruik produceren hydrogel druppels in een olie-emulsie bij de T-splitsing druppel generator en figuur 6B toont kralen gevangen door de on-chip zeef klep. Als de polymerisatie niet succesvol is, zal kralen door een zeef klep. Als dit gebeurt, kan UV-bron intensiteit en de hoogte van het apparaat worden mod ceerd tot polymerisatie te verbeteren. Hydrogel parels werden geproduceerd met stroomsnelheden van 10 psi (olie) en 9 psi (reagensmengsel) middels ~ 100 mW / cm2 energie over een polymerisatie- zone 5 mm (figuren 6C en 6D). Resulterende kralen gemeten 52,6 ± 1,6 micrometer (gemiddelde ± std). Maten werden geanalyseerd op 2992 kralen met behulp van een Hough Transform (MATLAB) in heldere veld beelden (figuren 6C en 6D) met een opgelegd formaat filter van ± 3 std (28 uitschieters, 0,94% van de korrels). Onze hele hardware-installatie voor de druppel productie wordt weergegeven in figuur 7.

Tabel 2: Multi-Step fotolithografie Parameters. Een vorm van een tabel van alle van de fotolithografie stappen met de toepasselijke parameters, inclusief toerental, zachte bakken tijden, blootstelling energieën en hard bakken tijden. 2.xlsx "target =" _ blank "> Klik hier om deze tabel te bekijken. (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden.)

2 ">
Flow Layer Feature feature Hoogte
Afgeronde Valves (Flow Round) 54.43 pm (1,05 pm std., 1,9% CV)
Flow Channels (Flow Low) 84.22 pm (0,91 pm std., 1,1% CV)
Flow Channels (Flow High) 54.10 pm (1,24 pm std., 2,3% CV)
Herringbone Grooves (Mixer) 124,19 micrometer (1,89 pm std., 1,5% CV)

Tabel 3: Profilometer Heights Post-Fabrication. Totaal feature hoogte post-fabricage voor elk van de lagen vervaardigd via multi-step fotolithografie.

Figuur 2
Figuur 2: Overzicht van het fabricageproces. Een schematisch aangeeft stappen die betrokken zijn bij meerlaagse apparaat fabricage van ontwerp tot het testen van het apparaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5276 / 55276fig3.jpg "/>
Figuur 3: Schema van meerdere stappen fotolithografie. Overzicht van de klep afronding en variabele hoogte functie fabricage in fotolithografie voor de oprichting van een meerlaags microfluïdische apparaat. dit omvat stappen voor de vervaardiging van de kraal synthesizer-inrichting. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: Bead Synthesizer Device Design en afbeeldingen. (A) CAD-ontwerp van de Bead Synthesizer apparaat met lagen aangeduid met verschillende kleuren. (B) Afbeelding van de PDMS meerlaagse Bead Synthesizer apparaat. Controle lijnen in oranje, stromingskanalen verschijnen in blauw en groen.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5: Valve profielen en afbeeldingen. (A) Representatieve klephoogte profiel zoals vastgesteld met een profilometer. (B) Representatieve beelden van de kleppen en de omliggende kanalen in het silicium molding meester stroom wafer. (C, D) Plaatjes uiteindelijke klepbediening op de meerlagige PDMS apparaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 6
Figuur 6: Productie van PEG-diacrylaat hydrogel druppeltjes. (A) Afbeelding van hydrogel druppel production bij de T-splitsing druppel generator. (B) Afbeelding van parels na polymerisatie opgesloten in de zeef klep wanneer de klep onder druk. (C) Helderveld beeld hydrogel parels geproduceerd in de kraal synthesizer (4X). (D) grootteverdeling van hydrogel kralen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 7
Figuur 7: Werking van het apparaat setup. Afbeelding met annotatie van alle hardware die nodig is voor werking van het apparaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit werk toont een complete multi-step fotolithografie protocol voor een meerlaagse microfluïdische apparaat met kleppen en variabele hoogte geometrie die kan worden afgesteld op elke applicatie met eenvoudige aanpassingen aan de fabricage parameters op basis van onze online tool 26 en instructies van de fabrikant 25. Dit protocol is bedoeld voor meerlaagse fotolithografie helderen voor onderzoekers willen microfluïdische inrichtingen te construeren dan eenvoudige, passieve lagen vormen.

Multilayer microfluïdische inrichtingen kan de uitoefening van geavanceerde functionaliteit binnen een zacht polymeer inrichting voor 'lab on chip "toepassingen, variërend van eencellige analyse bij hoge doorvoer biochemische assays 1. De kraal synthesizer apparaat hier gebouwd demonstreert verschillende hoogten met een enkele stroom laag en beide volledig afsluitbaar en zeef klep geometrieën te hydrogel druppels die c producerenEen worden gepolymeriseerd polymeerpareltjes. De aanwezigheid van kleppen maakt geautomatiseerde, programmeerbare controle-chip functie die gemakkelijk kunnen worden geïmplementeerd met elke scripttaal (dwz MATLAB, LabVIEW of Python) die interfaces met een lab flow control modules (bijv spuitpompen en / of drukregelaars ). In deze demonstratie aanpassen MATLAB software (code die in referentie 28) communiceert met Modbus gestuurde magneetklep arrays in een aangepaste pneumatische installatie 28 en een MFCS stroomregelstelsel vloeistoffen onder druk op het apparaat, maar veel andere mogelijkheden voor stroomregeling zijn commercieel beschikbaar. Ontwerpen en aanvullende suggesties worden opgenomen om te helpen bij het maximaliseren van het succes voor de eerste keer microfluïdische ingenieurs.

De fabricage stappen hier moet in het algemeen aan te passen aan een breed scala aan fotolithografische patroonvorming voor microfluïdische apparaten te bewijzen. In een van de stappen (High Flow), 30urn functies zijn toegevoegd aan de onderste fotoresistlaag (Flow Lage, 55 pm) om een ​​samengestelde hoogte van 85 urn te maken. Deze stap kan worden gebruikt om dikke functies zonder de behoefte aan meer viskeuze fotolakken (die moeilijker te werken zijn). In een andere stap (visgraat), zijn functies gefabriceerd op een eerder verknoopt kanaal, waardoor gevormde groeven aan de onderzijde van een microkanaal als replica gegoten in PDMS. Deze stap kan worden aangepast door de gebruikers te complexe geometrieën zoals goed binnen-en architecturen te maken, indien gewenst.

Het succes van dit vervaardigingsproces wordt aangetoond met behulp van de kraal synthesizer apparaat polymeerpareltjes van PEG-diacrylaat druppeltjes. Het verkennen van verschillende stroomsnelheden drukken kan de druppel regime om kralen van verschillende afmetingen te produceren moduleren. Voorts kunnen additieven gemakkelijk in het polymeermengsel worden opgenomen. Deze hydrogel kralen kunnen worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronderspectrale codering door de incorporatie van fluorescente of luminescente fosforen, drug delivery, of cellulaire testen via oppervlak functionalisering.

Als dit protocol wordt aangenomen een andere microfluïdische inrichting te construeren dan de kraal synthesizer hier gepresenteerde zij opgemerkt bepaalde stappen zijn essentieel voor een grote kans van slagen op de eerste poging fabricage bereiken. Wij en anderen hebben waargenomen dat het optimaliseren zacht bakken temperatuur, duur en toenamesnelheid is essentieel voor handhaving van achtergebleven oplosmiddel in de resistfilm via korstvorming (wat kan leiden tot borrelen van stikstofgas gevangen tijdens blootstelling) 29 voorkomen. Bovendien, een nacht rehydratatie stap verbetert de reproduceerbaarheid van belichtingstijden vereist dikke AZ50 XT lagen en vermindert ruimtelijke variatie in de tarieven van ontwikkeling in de wafel. Tot slot, een lange (14-15 uur) na blootstelling bakken met een langzame helling rondt rechthoekige fotolak functies om te vormen valves zonder vervormen afsluiter geometrieën voor diverse geteste fotoresist dikte.

Een aantal van de hier gepresenteerde voor het vervaardigen van lagen van negatieve fotolak procedures zijn onder meer kleine verschillen ten opzichte van instructies van de fabrikant. Wij stellen een driestaps zacht bakproces dat wafers tussen ingesteld op 65 ° C, 95 ° C kookplaten beweegt, en 65 ° C. Wij hebben gevonden dat geleidelijke opwarming van wafers vermindert het optreden van defecten gedurende blootstelling door breuk van gasbellen gevangen in fotoresist via de vorming van een "korst" tijdens zacht bakken. Omgekeerd kan een geleidelijke afkoeling van wafers na zacht bakken fotoresist barsten te voorkomen. Tenslotte hebben wij gevonden dat het verhogen fotoresist relaxatietijden tot ~ 20 min vermindert kleine variaties in weerstand omhoog over de wafel.

Door de flexibiliteit van deze fabricage protocol, verwachten wij zal breed nut voor verschillende apparaten in disciplin hebbenes. Hoewel alternatieven zoals 3D printing, etsen en embossing ook microfluïdische fabricage kan bereiken, kan lithografische patroonvorming complexere functionaliteit te bereiken, zoals kleppen, die andere methoden nog niet op schaal bereikt. De belangrijkste beperking van dit protocol ontwerp te testtijd, waarbij rekening ~ 3 dagen (vooral door maatregelen waardoor afgeronde kleppen vervaardigen).

Wij hopen die open verspreiding van de protocollen in microfluidics, in het bijzonder met betrekking tot ingewikkelde fotolithografie stappen, zal voortdurende innovatie aan te moedigen in het veld en dat dit proof-of-concept demonstratie zal helpen bij het helpen van gebruikers oplossen fabricage kwesties.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Materials
Mylar Transparency Masks, 5" FineLine Plotting
5" Quartz Plates United Silica  Custom
4" Silicon Wafers, Test Grade University Wafer 452
SU8 2005, 2025, 2050 photoresist Microchem Y111045, Y111069, Y111072
Az50XT  Integrated Micromaterials AZ50XT-Q
SU8 Developer Microchem Y020100
AZ400K 1:3 Developer Integrated Micromaterials AZ400K1:3-CS
Pyrex 150 mm glass dish Sigma-Aldrich CLS3140150-1EA
Wafer Petri Dishes, 150 mm VWR 25384-326
Wafer Tweezers  Electron Microscopy Sciences (EMS) 78410-2W
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane (PFOTS) Sigma-Aldrich 448931-10G
2" x 3" glass slides Thomas Scientific  6686K20
RTV 615 elastomeric base and curing agent PDMS set Momentive  RTV615-1P
Tygon Tubing, 0.02" O.D.  Fischer Scientific  14-171-284
Capillary PEEK tubing, 510 μm OD, 125 μm ID Zeus Custom 360 μm PEEK is readily available by Idex (catalog number: 1571)
Cyro 4 ml tube Greiner Bio-One 127279
Epoxy, 30 min Permatex 84107
Metal Pins, 0.025" OD, .013" ID New England Small Tube NE-1310-02
Poly(ethylene glycol) diacrylate, Mn 700 Sigma-Aldrich 455008-100ML
Lithium Phenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinate photoinitator  Tokyo Chemical Industry Co. L0290 We typically synthesize LAP in-house. 
HEPES Sigma-Aldrich H4034-25G
Light mineral oil Sigma-Aldrich 330779-1L
Span-80 Sigma-Aldrich 85548
ABIL EM 90 UPI Chem 420095  
 
Name  Company Catalog Number Comments
Equipment Equivalent equiptment or homebuilt setups will work equally as well
Mask Aligner Karl Suss MA6
Profilometer KLA-Tencor Alpha-Step D500
Spin Coater Laurell Technologies WS-650-23 Any spincoater can be used that accepts 100 mm wafers
Vacuum Dessicator, Bell-Jar Style Bel-Art 420100000
Oven Cole-Palmer WU-52120-02
UV Spot Curing System with 3 mm LLG option Dymax 41015 UV LEDs, Xenon Arc Lamps, or other UV sources of the same intensity work equally as well
MFCS Microfluidic Fluid Control System Fluidgent MFCS-EZ Syringe pumps, custom pneumatics or other control systems can also be used
Automated control scripting MATLAB
Hotplate Tory Pines Scientific HP30 Any hotplate with uniform heating (i.e., aluminum or ceramic plates) will suffice.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Duncombe, T. A., Tentori, A. M., Herr, A. E. Microfluidics: reframing biological enquiry. Nat. Rev. Mol. Cell Bio. 16, (9), (2015).
  2. Squires, T. M., Quake, S. R. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev.Mod. Phys. 77, (3), (2005).
  3. Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature. 442, (7101), (2006).
  4. Kalisky, T., Blainey, P., Quake, S. R. Genomic Analysis at the Single-Cell Level. Ann. Rev. of Genetics. 45, (1), (2011).
  5. Finkel, N. H., Lou, X., Wang, C., He, L. Peer Reviewed: Barcoding the Microworld. Anal. Chem. 76, (19), (2004).
  6. Lecault, V., White, A. K., Singhal, A., Hansen, C. L. Microfluidic single cell analysis: from promise to practice. Curr. Opin. in Chem. Bio. 16, (3-4), (2012).
  7. White, A. K., Heyries, K. A., Doolin, C., VanInsberghe, M., Hansen, C. L. High-Throughput Microfluidic Single-Cell Digital Polymerase Chain Reaction. Anal. Chem. 85, (15), (2013).
  8. Hansen, C. L., Classen, S., Berger, J. M., Quake, S. R. A Microfluidic Device for Kinetic Optimization of Protein Crystallization and In Situ Structure Determination. J. Am. Chem. Soc. 128, (10), (2006).
  9. Maerkl, S. J., Quake, S. R. A Systems Approach to Measuring the Binding Energy Landscapes of Transcription Factors. Science. 315, (5809), (2007).
  10. Fordyce, P. M., Gerber, D., et al. De novo identification and biophysical characterization of transcription-factor binding sites with microfluidic affinity analysis. Nat. Biotech. 28, (9), (2010).
  11. Fan, R., et al. Integrated barcode chips for rapid, multiplexed analysis of proteins in microliter quantities of blood. Nat. Biotech. 26, (12), (2008).
  12. Kovarik, M. L., Gach, P. C., Ornoff, D. M., Wang, Y. Micro total analysis systems for cell biology and biochemical assays. Anal. Chem. (2011).
  13. Stroock, A. D., Dertinger, S. K. W., Ajdari, A., Mezić, I., Stone, H. A., Whitesides, G. M. Chaotic Mixer for Microchannels. Science. 295, (5555), 647-651 (2002).
  14. Unger, M. A., Chou, H. -P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by Multilayer Soft Lithography. Science. 288, (5463), 113-116 (2000).
  15. Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. Microfluidic Large-Scale Integration. Science. 298, (5593), (2002).
  16. Li, N., Sip, C., Folch, A. Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays. JoVE. (8), e296 (2007).
  17. Kim, P., et al. Soft lithography for microfluidics: a review. Biochip. J. 2, (1), 1-11 (2008).
  18. Studer, V., Hang, G., Pandolfi, A., Ortiz, M., Anderson, W. F., Quake, S. R. Scaling properties of a low-actuation pressure microfluidic valve. J. Appl. Phys. 95, (1), 393-398 (2004).
  19. Kartalov, E. P., Scherer, A., Quake, S. R., Taylor, C. R., Anderson, W. F. Experimentally validated quantitative linear model for the device physics of elastomeric microfluidic valves. J. Appl. Phys. 101, (6), 064505 (2007).
  20. Gerver, R. E., Gómez-Sjöberg, R., et al. Programmable microfluidic synthesis of spectrally encoded microspheres. Lab. Chip. 12, (22), 4716-4723 (2012).
  21. Fordyce, P. M., Diaz-Botia, C. A., DeRisi, J. L., Gómez-Sjöberg, R. Systematic characterization of feature dimensions and closing pressures for microfluidic valves produced via photoresist reflow. Lab. Chip. 12, (21), 4287-4295 (2012).
  22. Li, C. -W., Cheung, C. N., Yang, J., Tzang, C. H., Yang, M. PDMS-based microfluidic device with multi-height structures fabricated by single-step photolithography using printed circuit board as masters. The Analyst. 128, (9), 1137-1142 (2003).
  23. Romanowsky, M. B., Abate, A. R., Rotem, A., Holtze, C., Weitz, D. A. High throughput production of single core double emulsions in a parallelized microfluidic device. Lab. Chip. 12, (4), 802-807 (2012).
  24. Mata, A., Fleischman, A. J., Roy, S. Fabrication of multi-layer SU-8 microstructures. JMM. 16, (2), 276 (2006).
  25. Microchem. SU-8 2000 Series Data Sheet. Microchem. Available from: http://www.microchem.com/pdf/SU-82000DataSheet2025thru2075Ver4.pdf (2016).
  26. Fordyce, P. M., DeRisi, J. L., Gómez-Sjöberg, R. AZ50 XT Feature Height Calculator. Available from: http://derisilab.ucsf.edu/software/AZ50XT/AZ50XTToolInput.html (2016).
  27. Foundry, S. M. Stanford Microfluidics Foundry Website. Available from: > http://web.stanford.edu/group/foundry/Microfluidic%20valve%20technology.html (2016).
  28. Sjöberg, R. Rafael's Microfluidics Site. Available from: https://sites.google.com/site/rafaelsmicrofluidicspage/valve-controllers (2016).
  29. Wanat, S., Plass, R., Sison, E., Zhuang, H., Lu, P. -H. Optimized Thick Film Processing for Bumping Layers. Proc. SPIE. 1281-1288 (2003).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics