Enfoque de un solo paso fabricación de polidimetilsiloxano microfluídicos canales de distintas secciones geométricas por procesos secuenciales aguafuerte mojada

Técnicas de microfluidos tienen llamado la atención en las últimas décadas debido a sus ventajas intrínsecas para una variedad de investigación biomédica y química y aplicaciones. Varias opciones de uso de material para la construcción de chips de microfluídica están disponibles hoy en día, tales como polímeros, cerámica y materiales de silicio. A lo mejor de nuestro conocimiento, entre los materiales de microfluidos, PDMS es el más común debido a sus propiedades materiales apropiados para diversas investigación microfluídica y aplicaciones, incluyendo su compatibilidad óptica y biológica con partículas, líquidos y los organismos vivos muy pequeños^1,2,3,4,5. Además, las superficie química y estructura de propiedades mecánicas de materiales PDMS pueden ajustarse para facilitar estudios microelectromecánicos y mechanobiological mediante la aplicación de tales dispositivos microfluídicos con polímeros^{10, 11,12}. En cuanto a la fabricación de dispositivos microfluídicos con patrones de diseño de canal, métodos de moldeo de réplica de litografía blanda se aplican generalmente a crear los canales de microfluidos utilizando sus correspondientes moldes maestro que se componen de Fotolitografía-patrón fotoresistencia capas y de sustratos de oblea de silicio¹². Debido a la naturaleza de moldeo enfoques utilizando obleas de silicio con fotoresistencia con capas, los canales de microfluidos comúnmente tienen secciones regulares de formas rectangulares con alturas iguales.

Recientemente, los investigadores han hecho avances significativos en estudios biomédicos que tratan, por ejemplo, clasificación de partículas y células usando hydrophoresis, separar el plasma de la sangre y enriquecimiento de células blancas de la sangre mediante la aplicación de chips microfluídicos con canales de diferentes alturas o secciones geométricas^6,7,8,9. Tal clasificación y separación de funciones de la microfluídica para aplicaciones biomédicas se realizan mediante la personalización de canales con diferentes secciones geométricas. Varios estudios se han dedicado a la fabricación de microfluidos canales con secciones de características diferentes de la geometría de fabricación de moldes maestros con específicos patrones superficiales de varias alturas o secciones no rectangulares. Estos estudios sobre la fabricación del molde incluyen técnicas como Fotolitografía paso múltiples, reflujo de la fotoresistencia y litografía de escala de grises^13,14,15. Inevitablemente, las técnicas existentes implican patrones finamente o una alineación precisa de los procesos de fabricación de pasos múltiples, que pueden mejorar sustancialmente los niveles de complejidad de la fabricación correspondiente de microfluidos canales. Hasta ahora, ha habido varios intentos en procesos de fabricación solo paso para microfluidos canales de distintas secciones, pero las técnicas respectivas son altamente restringidas a formas específicas transversales de canales¹⁶.

En las últimas dos décadas, además de los métodos de moldeo para la fabricación de PDMS microfluídicos canales con secciones diferentes, técnicas para canales PDMS con características geométricas de la creación de patrones de grabado se han convertido en la fabricación de la opción en una variedad de aplicaciones de microfluídica. Por ejemplo, aguafuerte mojada PDMS se explota junto con PDMS de múltiples capas de la vinculación para la construcción de un dispositivo de cultura celular actuadas neumática de la microfluídica con reconstituido de órgano nivel de pulmón funciones¹⁷. El mojado PDMS, técnica de la aguafuerte se emplea junto con bastidor de PDMS en pocillos cilíndricos trabajados a máquina por los sistemas de control automatizado para la fabricación de 3D PDMS microneedle matrices¹⁸. Grabado seco PDMS se utiliza para hacer microestructuras PDMS como partes de actuadores electromecánicos micro^19,20. Membranas porosas de PDMS con diseños diseñado poro también se fabrican a través de procesos de grabado seco²¹. La humedad y las técnicas de grabado seco pueden integrarse en patrones películas PDMS con formas geométricas designado²².

Sin embargo, las técnicas de grabado para la formación de PDMS canalizan estructuras con sección compleja formas no han aplicado comúnmente debido a sus limitaciones intrínsecas en la fabricación de microfluidos. En primer lugar, mientras que se han establecido las técnicas de aguafuerte mojada PDMS utilizando flujos laminares de productos químicos para la creación de canales de microfluídica de varias secciones, la formación de la sección de canal posterior es aún restringida debido a las características básicas de la aguafuerte química isotrópica procesos²³. Además, aunque parece razonable espacio para el control de las geometrías de sección de canal en una fabricación de microfluidos con el seco PDMS grabado técnicas²⁰, el tiempo de grabado requiere suele ser demasiado largo (en términos de horas) que práctico para la fabricación de chips de microfluídica. Además, la selectividad de grabado entre materiales PDMS y el enmascaramiento correspondiente fotoresistencia capas podrían ser baja en general, y las profundidades de grabado al agua fuerte resultó para los canales, por lo tanto, no son aceptables²⁰.

En este trabajo, desarrollamos un enfoque de un solo paso para fabricar canales de microfluídica de diferentes secciones geométricas por procesos de aguafuerte mojada secuencial de PDMS (en lo sucesivo, SWEP). El SWEP comienzan con un dispositivo de microfluidos PDMS con canales de una sola capa. Con diseños surtidos diseño de los canales, canales de microfluidos con diferentes secciones geométricas de diversos tipos de fabricación puede lograrse a través de procesos secuenciales de la aguafuerte. El aguafuerte secuencial sólo necesita un grabador a introducirse en canales específicos de los diseños de una sola capa previstos encajados materiales PDMS. Comparado con procesos convencionales de fabricación de PDMS, el SWEP requiere sólo un paso más para fabricar canales de microfluídica de secciones no rectangulares o varias alturas. SWEP propuesto proporciona una manera sencilla y simple de la fabricación de canales de microfluidos con varias secciones a lo largo de la dirección del flujo, que puede simplificar significativamente los procesos de los métodos antes mencionados.