Één stap aanpak te fabriceren Polydimethylsiloxaan Microfluidic kanalen van verschillende geometrische secties door sequentiële nat etsen processen

Microfluidic technieken wordt gewezen in de afgelopen decennia heb vanwege hun intrinsieke voordelen voor een verscheidenheid van biomedische en chemische onderzoek en toepassingen. Tegenwoordig, zoals polymeren, keramische en silicium materialen vindt u verschillende materiaalgebruik opties voor de bouw van microfluidic chips. Om het beste van onze kennis, de microfluidic materialen, waaronder is PDMS de meest voorkomende vanwege haar gewenste materiële eigenschappen voor verschillende microfluidics onderzoek en toepassingen, met inbegrip van de optische en biologische verenigbaarheid met deeltjes, vloeistoffen en uiterst kleine levende organismen^1,2,,^3,,^4,5. Bovendien, de oppervlakte chemische structuur mechanische eigenschappen en van PDMS materialen kunnen worden aangepast microschakelaars en mechanobiological studies te vergemakkelijken door het toepassen van dergelijke microfluidic polymeer gebaseerde apparaten^{10, 11,12}. Met betrekking tot de vervaardiging van microfluidic apparaten met ontworpen kanaal patronen, zachte lithografie replica molding methoden worden meestal toegepast om te maken van de microfluidic kanalen door gebruik te maken van hun overeenkomstige master mallen, die zijn samengesteld uit fotolithografie-patroon fotoresist lagen en silicium wafer substraten¹². Vanwege de aard van de molding benaderingen silicium-wafels met gedessineerde fotoresist lagen, hebben de microfluidic kanalen vaak regelmatige kruissecties van rechthoekige vormen met identieke hoogten.

Onderzoekers hebben onlangs aanzienlijke vooruitgang geboekt in de biomedische studies die zich met, bijvoorbeeld bezighouden, Sorteer deeltjes en cellen met behulp van hydrophoresis, het scheiden van bloed plasma en verrijken van witte bloedcellen door het toepassen van microfluidic chips met kanalen van verschillende hoogten hebben of met geometrische secties^6,,^7,,^8,9. Dergelijke sorteren en het scheiden van de functies van microfluidics voor biomedische toepassingen worden gerealiseerd door de kanalen met verschillende geometrische secties aanpassen. Verschillende studies hebben besteed aan de vervaardiging van microfluidic kanalen met kruissecties van andere geometrie functies door meester mallen met specifieke oppervlakte patronen van verschillende hoogten hebben of met niet-rechthoekige kruissecties fabriceren. Deze studies op schimmel fabricage omvatten dergelijke technieken als scriptingregel fotolithografie, fotoresist opnieuw plaatsen en grijs-schaal lithografie^13,14,15. De bestaande technieken betrekken onvermijdelijk, fijn bewerkte fotomaskers of een precieze uitlijning in scriptingregel fabricageprocessen, die de niveaus van de complexiteit van de overeenkomstige fabricage van microfluidic kanalen aanzienlijk kunnen versterken. Tot nu toe verschillende pogingen zijn gedaan op-voor-stapmodus productieprocessen voor microfluidic kanalen van verschillende secties, maar de respectieve technieken zijn zeer beperkt tot specifieke transversale shapes kanalen¹⁶.

In de afgelopen twee decennia, naast de molding benaderingen voor het fabriceren van PDMS zijn microfluidic kanalen met verschillende secties, etsen van technieken voor PDMS kanalen met geometrische kenmerken patronen geworden de fabricage van keuze in een verscheidenheid van microfluidic toepassingen. Bijvoorbeeld, wordt PDMS nat etsen benut samen met multi-layer PDMS lijmen voor de opbouw van een pneumatisch bediende cel cultuur apparaat van microfluidics met gereconstitueerde orgel-niveau Long functies¹⁷. De PDMS natte ETS techniek wordt gebruikt samen met de PDMS gieten op cilindrische microwells machinaal door computer-aided controlesystemen voor het fabriceren van 3D PDMS microneedle arrays¹⁸. PDMS droge etsen wordt gebruikt om PDMS microstructuren als delen van micro-elektromechanische actuatoren^19,20. Poreuze PDMS membranen met ontworpen porie lay-outs zijn ook vervaardigd door droge etsen processen²¹. Zowel de natte en de droge etsen technieken kunnen worden geïntegreerd in het PDMS films met aangewezen geometrische vormen²²patronen.

Echter, de etsen-technieken voor het vormen van PDMS kanaal structuren met complexe sectie shapes niet vaak vanwege hun intrinsieke beperkingen op microfluidic fabricage zijn toegepast. Ten eerste, terwijl de technieken van PDMS nat etsen met behulp van laminaire stromen van chemische stoffen voor het maken van microfluidic kanalen van verschillende secties zijn vastgesteld, de latere kanaal sectie vorming is nog steeds beperkt vanwege de fundamentele kenmerken voor isotrope chemische etsen verwerkt²³. Bovendien, hoewel er lijkt te zijn van redelijke ruimte voor het beheersen van de geometrieën sectie kanaal in een verzinsel van de microfluidics met behulp van het PDMS droge technieken²⁰etsen, de vereiste etsen tijd wordt meestal lang (in termen van uren) worden praktisch voor het vervaardigen van microfluidic chips. Bovendien, de etsen selectiviteit tussen PDMS materialen en de bijbehorende maskering fotoresist lagen mogelijk is er onvoldoende in het algemeen, en het resulteerde geëtste diepten voor de kanalen zijn, dus niet aanvaardbaar²⁰.

In deze paper ontwikkelen we een one-step benadering om het fabriceren van microfluidic kanalen van verschillende geometrische doorsneden door PDMS sequentiële nat etsen processen (hierna “SWEP” genoemd). De SWEP beginnen met een PDMS microfluidic apparaat met enkellaags kanalen. Met diverse lay-out ontwerpen van de kanalen, kan fabriceren van microfluidic kanalen met verschillende geometrische onderdelen van verschillende soorten worden bereikt door middel van opeenvolgende etsen processen. De sequentiële etsen moet alleen een etchant specifieke kanalen van de geplande enkellaags indelingen ingebed in PDMS materialen worden binnengebracht. Vergeleken met conventionele PDMS fabricage processen, vereisen de SWEP enkel een verdere stap bij het fabriceren van microfluidic kanalen voor niet-rechthoekige stukken of verschillende hoogten. De voorgestelde SWEP bieden een eenvoudige en eenvoudige manier van fabriceren van microfluidic kanalen met diverse secties in de stroomrichting, die aanzienlijk de processen in de bovengenoemde methoden vereenvoudigen kan.