En une seule étape approche de manufacture des canaux microfluidiques polydiméthylsiloxane de différentes Sections géométriques par des procédés de gravure humide séquentiel

Techniques microfluidiques ont attiré l’attention ces dernières décennies en raison de leurs avantages intrinsèques pour une variété d’applications et de la recherche biomédicale et chimique. Plusieurs options d’utilisation de matériaux pour la construction de puces microfluidiques sont disponibles de nos jours, par exemple, polymères, céramiques et matériaux de silicium. Au meilleur de notre connaissance, parmi les matières de la microfluidique, PDMS est le plus commun en raison de ses propriétés matérielles appropriées pour divers dispositifs microfluidiques recherche et applications, y compris ses compatibilités optiques et biologiques avec des particules, fluides et les organismes vivants extrêmement faible^1,2,3,4,5. En outre, les propriétés mécaniques surfaces chimique et la structure des matériaux PDMS peuvent être ajustées pour faciliter les études microélectromécaniques et mechanobiological en appliquant ces de dispositifs microfluidiques à base de polymères^{10, 11,},¹². En ce qui concerne la fabrication des dispositifs microfluidiques avec les modèles de canaux conçu, méthodes de moulage réplique Lithographie douce sont généralement appliqués pour créer des canaux microfluidiques en utilisant leurs moules maîtres correspondants qui sont composées de couches de résine photosensible photolithographie à motifs et de substrats silicon wafer¹². En raison de la nature des approches à l’aide de plaquettes de silicium avec des couches de résine photosensible à motifs de moulage, les canaux microfluidiques ont généralement des coupes régulières de formes rectangulaires avec des hauteurs identiques.

Récemment, les chercheurs ont fait des progrès significatifs dans des études biomédicales qui traitent, par exemple, les particules et les cellules à l’aide de hydrophoresis, qui sépare le plasma sanguin et enrichir les globules blancs en appliquant des puces microfluidiques avec chaînes de tri différentes hauteurs ou géométriques sections^6,7,8,9. Ces tri et séparation des fonctions de microfluidique pour applications biomédicales sont réalisées en personnalisant les canaux avec différentes sections géométriques. Plusieurs études ont été consacrées à la fabrication des canaux microfluidiques avec des coupes transversales caractéristiques différentes géométries de fabrication moules maîtres avec des profils de surface spécifiques de différentes hauteurs ou coupes non rectangulaire. Ces études sur la fabrication de moule comprennent des techniques telles que la photolithographie multi-étapes, photoresist refusion et Lithographie gris^13,14,15. Inévitablement, les techniques actuelles impliquent photomasks finement ouvragé ou un alignement précis dans les procédés de fabrication de plusieurs étapes qui peuvent améliorer considérablement les niveaux de complexité de la fabrication correspondante des canaux microfluidiques. Jusqu’à présent, plusieurs tentatives ont été faites sur les techniques de fabrication de la seule étape pour canaux microfluidiques de différentes sections, mais les techniques respectives sont très limitées à des formes spécifiques et transversales des canaux¹⁶.

Pendant les deux dernières décennies, en plus des approches de moulage pour la fabrication de PDMS, canaux microfluidiques avec différentes sections, techniques de structuration des canaux PDMS avec des caractéristiques géométriques de gravure sont devenus la fabrication de choix dans une variété de applications de la microfluidique. Par exemple, gravure humide PDMS est exploitée avec le PDMS multicouche de liaison pour la construction d’un dispositif de culture cellulaire a actionnement pneumatique de microfluidique avec reconstitué au niveau de l’organe poumon fonctions¹⁷. Le PDMS mouillé gravure technique est employé avec coulée de PDMS sur puits cylindriques usinés par des systèmes de contrôle assisté par ordinateur de fabrication 3D PDMS micro aiguille tableaux¹⁸. Gravure sèche PDMS est utilisée pour faire des microstructures PDMS comme pièces d’actionneurs électromécaniques micro^19,20. Membranes poreuses de PDMS avec des présentations de pore conçus sont également fabriqués par le biais de procédés de gravure sèche²¹. Fois le mouillé et les techniques de gravure sèche peuvent être intégrés dans les films PDMS avec des formes géométriques désigné²²le patterning.

Cependant, les techniques de gravure pour la formation de PDMS canal des structures complexe section formes n’ont pas été couramment appliquées à cause de leurs limitations intrinsèques sur fabrication microfluidiques. Tout d’abord, tandis que les techniques de gravure humide PDMS utilisant des écoulements laminaires de produits chimiques pour créer des canaux microfluidiques des diverses sections ont été établies, la formation de section canal ultérieure est encore limitée en raison des caractéristiques de base ²³les processus de gravure chimique isotrope. En outre, même si il semble y avoir un espace raisonnable pour contrôler les géométries de section de canal dans une fabrication de microfluidique utilisant le PDMS sec gravure techniques²⁰, le temps requis de la gravure est généralement trop long (en termes d’heures) pour être pratique pour la fabrication de puces microfluidiques. En outre, la sélectivité de la gravure entre matériaux PDMS et le masquage correspondant des couches de résine photosensible peuvent être faibles en général, et les profondeurs gravés a entraîné pour les canaux sont donc pas acceptables²⁰.

Dans cet article, nous développons une approche en une seule étape pour fabriquer des canaux microfluidiques de différentes coupes géométriques par des procédés de gravure humide séquentielle de PDMS (ci-après dénommés SWEP). La SWEP commencent par un dispositif microfluidique PDMS avec chaînes simple couche. Avec divers schémas de configuration des canaux, canaux microfluidiques avec différentes sections géométriques de divers genres de fabrication est possible au moyen de procédés de gravure séquentielle. La gravure séquentielle doit seulement un mordançage destinés à être introduits dans des canaux spécifiques des dispositions prévues monocouche incorporées dans les matériaux PDMS. Par rapport aux procédés de fabrication de PDMS conventionnels, la SWEP nécessitent juste un pas de plus pour fabriquer des canaux microfluidiques des sections non rectangulaire ou à différentes hauteurs. Le projet SWEP offrent un moyen simple et direct de fabrication des canaux microfluidiques avec différentes sections le long de la direction du flux, qui peut considérablement simplifier les processus dans les méthodes susmentionnées.