הגישה של צעד אחד בדיית Polydimethylsiloxane Microfluidic אפיקי מקטעים גיאומטריים שונים בתהליכים רציפים איכול רטוב

טכניקות Microfluidic יש לב נמשך במהלך העשורים האחרונים בגלל יתרונם מהותי עבור מגוון רחב של מחקר ביו-רפואי ויישומים. קיימות מספר אפשרויות בחומרים לבניית microfluidic צ’יפס בימינו, כגון פולימרים, קרמיקה וחומרים סיליקון. לפי מיטב ידיעתנו, בין החומרים microfluidic, PDMS היא האחת הנפוצה ביותר בשל תכונותיו גשמי המתאים עבור מיקרופלואידיקה מחקר ויישומים שונים, כולל שלה compatibilities אופטי וביולוגית עם חלקיקים, נוזלים, ואת היצורים החיים קטן מאוד^1,2,3,4,5. יתר על כן, השטח כימית, מבנה תכונות מכניות של חומרים PDMS יכול להיות מותאם כדי להקל על מחקרים microelectromechanical mechanobiological על-ידי החלת כזה מבוסס פולימר microfluidic התקנים^{10, 11,12}. בנוגע לייצור מכשירים microfluidic עם דפוסי ערוץ מעוצב, הדפס אבן רכה משוכפל לכייר שיטות חלים בדרך כלל כדי ליצור את ערוצי microfluidic על-ידי ניצול שלהם בתבניות הבסיס המתאים אשר מורכבים של פוטוליתוגרפיה בדוגמת photoresist שכבות וסיליקון וופל סובסטרטים¹². בשל אופיו של שהמודעות גישות באמצעות סיליקון עם שכבות photoresist בדוגמת, הערוצים microfluidic יש בדרך כלל קבוע חתכי רוחב של צורות מלבניות עם גבהים זהים.

לאחרונה, החוקרים עשו התקדמות משמעותית מחקרים ביו שעניינן, למשל, מיון החלקיקים, תאים באמצעות hydrophoresis, הפרדת פלזמה, העשרת כדוריות הדם על-ידי החלת microfluidic צ’יפס עם ערוצים של בגבהים שונים או מקטעים גיאומטריים^6,7,8,9. כזה מיון של הפרדת הפונקציות של מיקרופלואידיקה ביו יישומים הם הבינו על-ידי התאמה אישית של ערוצים עם מקטעים גיאומטריים שונים. מספר מחקרים יש הוקדש לייצור microfluidic ערוצים עם חתכי רוחב של תכונות גיאומטריה אחרת על-ידי בדיית תבניות בסיס עם דפוסים מסוימים משטח של הגולן או מלבני חתכי רוחב שונים. מחקרים אלה על ייצור תבנית כוללים טכניקות אלה פוטוליתוגרפיה רב שלבי, photoresist ‘ הזרמה מחדש ‘, וכן סרגל אפור ליתוגרפיה^13,14,15. באופן בלתי נמנע, טכניקות קיימים לערב photomasks מבנה דק או יישור מדויק בתהליכי ייצור רב שלבי, אשר עשוי לשפר באופן משמעותי את רמות המורכבות הזיוף המקביל של ערוצי microfluidic. עד כה, נעשו מספר נסיונות על תהליכי הייצור צעד אחר צעד עבור ערוצי microfluidic סעיפים שונים, אך הטכניקות המתאימות מוגבלים מאוד ספציפי צורות חתך הרוחב של ערוצי¹⁶.

במהלך שני העשורים האחרונים, בנוסף הגישות לכייר עבור בדיית PDMS ערוצי microfluidic עם מקטעים שונים, תצריב, שיטות, עבור תכנים PDMS ערוצים עם תכונות גיאומטריות הפכו הזיוף של בחירה במגוון microfluidic יישומים. למשל, מנוצלת לרעה איכול רטוב PDMS יחד עם PDMS רב-שכבתית מליטה לבניית מכשיר התרבות תאים מופעלים פנאומטית פנאומטיים של מיקרופלואידיקה עם פונקציות ריאות איברים ברמת משוקם¹⁷. רטובה PDMS תצריב טכניקה הוא מועסק יחד עם הליהוק PDMS על microwells גלילי במכונה על ידי מערכות בקרה ממוחשב עבור בדיית 3D PDMS microneedle מערכים¹⁸. תחריט יבש PDMS משמש כדי להפוך PDMS מזערים כחלקים של מיקרו-אלקטרו מפעילים^19,20. ממברנות PDMS נקבובי עם פריסות נקבובית מעוצב גם המציא דרך תהליכים איכול יבש²¹. את רטובה וגם את הטכניקות איכול יבש ניתן לשלב תכנים PDMS סרטים עם צורות גיאומטריות המיועד²².

עם זאת, טכניקות חריטה להרכיב PDMS ערוץ מבנים עם מורכבות מקטע צורות לא הוחלו בדרך כלל בשל מגבלותיהם מהותי על ייצור microfluidic. ראשית, ואילו הטכניקות של איכול רטוב PDMS ניצול שכבתית תזרימי של כימיקלים ליצירת ערוצי microfluidic סעיפים שונים הוקמו, ערוץ עוקבות סעיף היווצרות הוא עדיין מוגבל בגלל המאפיינים הבסיסיים של צריבה כימית איזוטרופיות תהליכים²³. יתר על כן, למרות שנראה שיש רווח סביר לשליטה על גיאומטריות סעיף ערוץ ביציר דמיונו מיקרופלואידיקה שימוש בסאונה היבשה PDMS תצריב טכניקות²⁰, תחריט נדרש הזמן הוא בדרך כלל ארוך מדי (מבחינת שעות) להיות מעשי לייצור שבבי microfluidic. בנוסף, את מידת הבררנות איכול בין חומרים PDMS המסיכה המתאימה photoresist שכבות עשוי להיות נמוך באופן כללי, ואינם למעמקים חרוט הביא הערוצים, לפיכך, מקובל²⁰.

בנייר זה, אנו מפתחים גישה חד-שלבית כדי לבדות microfluidic ערוצים של חתכי רוחב גיאומטריות שונות בתהליכים רציפים איכול רטוב PDMS (ןלהל SWEP). SWEP להתחיל עם מכשיר microfluidic PDMS לערוצי בשכבה יחידה. עם פריסה מגוון עיצובים של הערוצים, בדיית ערוצי microfluidic עם מקטעים גיאומטריים שונים מסוגים שונים יכולה להיות מושגת באמצעות תהליכים איכול רציפים. החריטה רציפים צריך רק etchant של להיות מוחדרים ערוצים ספציפיים הפריסות בשכבה יחידה המתוכנן מוטבע בחומרים PDMS. בהשוואה לתהליכים פבריקציה נוספת המקובלת של PDMS, SWEP רק דורשים צעד אחד נוסף כדי לבדות ערוצי microfluidic סעיפים מלבני או גבהים שונים. SWEP המוצע לספק דרך פשוטה ופשוט של בדיית ערוצי microfluidic עם מקטעים שונים לאורך כיוון הזרימה, אשר באופן משמעותי ניתן לפשט את התהליכים השיטות דלעיל.