Et-trins tilgang til at opdigte Polydimethylsiloxan mikrofluid kanaler af forskellige geometriske sektioner af sekventielle våde ætsning processer

Mikrofluid teknikker har henledt opmærksomheden i de seneste årtier på grund af deres iboende fordele for en bred vifte af biomedicinske og kemiske forskning og anvendelser. Der findes flere materialeforbrug muligheder til at konstruere mikrofluid chips i dag, som polymerer, keramik og silicium materialer. Til bedste af vores viden, blandt mikrofluid materialerne, er PDMS den mest almindelige, på grund af dens passende materiale egenskaber for forskellige mikrofluidik forskning og applikationer, herunder dets optiske og biologiske kompatibilitet med partikler, væsker, og ekstremt lille levende organismer^1,2,3,4,5. Derudover overflade kemisk og struktur mekaniske egenskaber af PDMS materialer kan justeres for at lette undersøgelser microelectromechanical og mechanobiological ved at anvende sådanne polymer-baserede mikrofluid enheder^{10, 11,12}. Med hensyn til fremstilling af mikrofluid udstyr med designet kanal mønstre, bløde litografi replika støbning metoder anvendes normalt til at oprette mikrofluid kanalerne ved at udnytte deres tilsvarende master forme, som er sammensat af fotolitografi-mønstrede photoresist lag og silicium wafer substrater¹². Paa grund af støbning metoder bruger silicium wafers med mønstrede photoresist lag, har mikrofluid kanalerne normalt regelmæssig tværsnit af rektangulære figurer med identiske højder.

For nylig, forskere har gjort betydelige fremskridt i biomedicinsk undersøgelser, der beskæftiger sig med, for eksempel, sortering partikler og celler ved hjælp af hydrophoresis, adskille blodplasma og berigende hvide blodlegemer ved at anvende mikrofluid chips med kanaler forskellige højder eller geometrisk afsnit^6,7,8,9. Sådan sortering og adskillelse af funktioner af mikrofluidik for biomedicinske programmer er realiseret ved at tilpasse kanaler med forskellige geometriske sektioner. Flere undersøgelser har afsat til fremstilling af mikrofluid kanaler med tværsnit af forskellige geometri funktioner ved opdigte master forme med specifikke overflade mønstre i forskellige højder eller ikke-rektangulært tværsnit. Disse undersøgelser på mug fabrikation omfatte sådanne teknikker som Multi-trins fotolitografi, photoresist omløb og grå-skala litografi^13,14,15. Uundgåeligt, de eksisterende teknikker indebærer fint udformet komponeneter eller en præcis tilpasning i flere trin i produktionen, som kan væsentligt øge kompleksiteten-niveauet af den tilsvarende fabrikation af mikrofluid kanaler. Hidtil har været flere forsøg på trinvis fremstillingsprocesser for mikrofluid kanaler af forskellige sektioner, men de respektive teknikker er meget begrænset til bestemte tværsnits figurer af kanaler¹⁶.

I de seneste to årtier, ud over støbning metoderne for at fabrikere PDMS er mikrofluid kanaler med forskellige sektioner, ætsning teknikker til mønster PDMS kanaler med geometriske funktioner blevet fabrikation af valg i en række mikrofluid applikationer. For eksempel, udnyttes PDMS våde ætsning sammen med multi-lag PDMS limning til at konstruere en pneumatisk aktiveret celle kultur enhed af mikrofluidik med rekonstitueret orgel-niveau lunge funktioner¹⁷. Den PDMS våde ætsning teknik er ansat med PDMS støbning på cylindriske microwells bearbejdet af computer-aided kontrolsystemer for at fabrikere 3D PDMS microneedle arrays¹⁸. PDMS tør ætsning bruges til at gøre PDMS mikrostrukturer som dele af mikro-elektriske aktuatorer^19,20. Porøse PDMS membraner med designet pore layout er også fremstillet gennem tør ætsning processer²¹. Både våde og tørre ætsning teknikker kan integreres i mønster PDMS film med udpegede geometriske figurer²².

Dog kanal ætsning teknikker til at danne PDMS strukturer med komplekse afsnit figurer ikke er blevet almindeligt anvendt på grund af deres iboende begrænsninger på mikrofluid fabrikation. Først, mens teknikker til PDMS våde ætsning udnytte laminar strømme af kemikalier for at skabe mikrofluid kanaler af forskellige sektioner har været fastlagt, efterfølgende kanal sektion dannelsen er stadig begrænset på grund af de grundlæggende egenskaber af isotropic kemisk ætsning processer²³. Desuden, selv om der synes at være rimelig plads til at kontrollere kanal sektion geometrier i mikrofluidik opdigtet benytter PDMS kemisk ætsning teknikker²⁰, kræves ætsning tiden er normalt for lang tid (i timer) at være praktisk til fremstilling af mikrofluid chips. Hertil kommer, ætsning selektivitet mellem PDMS materialer og den tilsvarende maskering photoresist lag kan være lavt i almindelighed, og de resulterede ætset dybder for kanalerne er således ikke acceptabelt²⁰.

I dette papir udvikler vi en et-trins tilgang for at fabrikere mikrofluid kanaler af forskellige geometriske tværsnit af PDMS sekventielle våde ætsning processer (herefter benævnt SWEP). SWEP begynder med en PDMS mikrofluid enhed med enkeltlags kanaler. Med assorterede layout design af kanalerne, kan opdigte mikrofluid kanaler med forskellige geometriske sektioner af forskellig art der opnås gennem sekventielle ætsning processer. Den sekventielle ætsning behøver kun en TIPkan skal indføres i specifikke kanaler af de planlagte enkeltlags layouts indlejret i PDMS materialer. Sammenlignet med konventionelle PDMS fabrication processer, SWEP bare kræve et yderligere skridt til at fabrikere mikrofluid kanaler af ikke-rektangulære sektioner eller forskellige højder. Den foreslåede SWEP giver et enkelt og ligetil måde at opdigte mikrofluid kanaler med forskellige sektioner langs strømningsretning, som kan være en væsentlig forenkling processer i de ovennævnte metoder.