Abordagem de uma etapa para fabricar polidimetilsiloxano Microfluidic canais de diferentes seções geométricas por processos sequenciais gravura molhado

Microfluidic técnicas já chamou a atenção nas últimas décadas por causa de suas vantagens intrínsecas para uma variedade de aplicações e pesquisa biomédica e química. Várias opções de uso de material para a construção de chips microfluídicos estão disponíveis hoje em dia, tais como polímeros, cerâmicas e materiais do silicone. O melhor de nosso conhecimento, entre os materiais microfluídicos, PDMS é o mais comum devido a suas propriedades de material apropriadas para vários microfluídica pesquisa e aplicações, incluindo suas compatibilidades ópticas e biológicas com partículas, fluidos e organismos vivos extremamente pequeno^1,2,3,4,5. Além disso, as superfície química e estrutura propriedades mecânicas de materiais PDMS podem ser ajustadas para facilitar estudos Microeletromecânicos e mechanobiological através da aplicação de tais dispositivos microfluídicos baseado em polímero^{10, 11,12}. No que diz respeito ao fabrico de dispositivos microfluídicos com padrões de canal projetado, métodos de moldagem de réplica de litografia macia são geralmente aplicados para criar os canais microfluídicos, utilizando seus moldes mestre correspondentes, que são compostos de fotolitografia-modelados fotorresiste camadas e silicone bolacha substratos¹². Devido à natureza da moldagem abordagens usando wafers de silício com camadas de fotorresiste estampados, os canais microfluídicos comumente têm regulares seções transversais de formas retangulares com alturas idênticas.

Recentemente, pesquisadores fizeram progressos significativos em estudos biomédicos que lidar, por exemplo, classificação de partículas e células usando hydrophoresis, separando o plasma sanguíneo e enriquecendo glóbulos brancos aplicando microfluidic chips com canais de alturas diferentes ou seções geométricas^6,7,8,9. Tal classificação e separação de funções de microfluídica para aplicações biomédicas são realizadas Personalizando canais com diferentes seções geométricas. Vários estudos têm se dedicado ao fabrico de canais microfluídicos com seções transversais das características de geometria diferente por fabricando moldes mestre com testes padrões de superfície específicos de várias alturas ou não-retangulares de seções transversais. Estes estudos na fabricação do molde incluem técnicas como multi-passo fotolitografia, fotorresiste refluxo e litografia de escala de cinza de^14,13,15. Inevitavelmente, as técnicas existentes envolvem máscaras finamente trabalhadas ou um alinhamento preciso em processos de produção de várias etapas, que substancialmente pode aumentar os níveis de complexidade de fabricação dos canais microfluídicos correspondente. Até agora, várias tentativas foram feitas em processos de fabricação de etapa única para os canais microfluídicos de várias seções, mas as respectivas técnicas são altamente restritas a formas específicas de seção transversais de canais¹⁶.

Nas últimas duas décadas, além das abordagens de molde para a fabricação de PDMS microfluidic canais com várias seções, gravura técnicas para padronização canais PDMS com características geométricas tornaram-se a fabricação de escolha em uma variedade de microfluidic aplicações. Por exemplo, gravura molhada PDMS é explorada juntamente com PDMS multi-camada de ligação para a construção de um dispositivo de cultura celular atuada pneumática de microfluídica com funções de pulmão reconstituído de órgãos-nível¹⁷. PDMS molhado técnica de gravura é empregado em conjunto com a fundição de PDMS na cilíndricas micropoços usinados por sistemas de controle por computador para a fabricação de matrizes de microneedle PDMS 3D¹⁸. Gravura de seca de PDMS é usada para fazer microestruturas PDMS como partes de atuadores eletromecânicos-micro^19,20. Membranas PDMS porosas com layouts de poro projetado também são fabricadas através de de processos de gravura seca²¹. O molhou- e as técnicas de gravura seca podem ser integradas padronização filmes PDMS com formas geométricas designadas²².

No entanto, as técnicas de gravura para formar PDMS canal estruturas com seção complexa formas não tiverem sido aplicadas comumente por causa de suas limitações intrínsecas na fabricação microfluidic. Em primeiro lugar, enquanto as técnicas de gravura molhada de PDMS utilizando fluxos laminar de produtos químicos para a criação de canais microfluídicos de várias seções foram estabelecidas, a formação de seção do canal posterior é ainda restrita devido às características básicas de decapagem química isotrópica processos²³. Além disso, mesmo que parece haver um espaço razoável para controlar as geometrias de seção do canal em uma fabricação de microfluídica usando o seco PDMS gravura técnicas²⁰, o tempo de condicionamento necessário é geralmente muito longo (em termos de horas) para ser práticas para a fabricação de chips microfluídicos. Além disso, a seletividade de gravura entre materiais PDMS e o mascaramento correspondente fotorresiste camadas podem ser baixas, em geral, e das profundezas gravadas resultou para os canais, assim, não são aceitáveis²⁰.

Neste trabalho, desenvolvemos uma abordagem de uma etapa para fabricar microfluidic canais de diferentes geométrica das secções transversais por processos de gravura molhado sequencial de PDMS (doravante referidos como SWEP). O SWEP começam com um dispositivo de microfluidic PDMS com canais de camada única. Com variadas topografias dos canais, canais microfluídicos com diferentes seções geométricas de vários tipos de fabricação pode ser conseguido através de processos de gravura sequencial. A gravura sequencial só precisa de um ácido para ser introduzido em canais específicos dos layouts planejados monocamada incorporados em materiais PDMS. O SWEP comparado aos processos convencionais de fabricação de PDMS, exigem apenas um passo adicional para fabricar canais microfluídicos das seções não-retangulares ou várias alturas. O SWEP proposto fornecem uma maneira fácil e simples de fabricar microfluidic canais com várias seções ao longo da direção de fluxo, que pode simplificar significativamente os processos nos métodos acima mencionados.