Engineering

खंडित अपरंपरागत जलाशयों में माइक्रोस्केल सुपरक्रिटिकल सीओ₂ फोम परिवहन के उच्च दबाव परीक्षण के लिए माइक्रोफ्लुइडिक फैब्रिकेशन तकनीक

Published: July 2, 2020 doi: 10.3791/61369

Hooman Hosseini¹, Feng Guo², Reza Barati Ghahfarokhi¹, Saman A. Aryana²

¹Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Kansas, ²Department of Chemical Engineering, University of Wyoming

Summary

यह पत्र दो माइक्रोफ्लुइडिक फैब्रिकेशन तकनीकों के तुलनात्मक अध्ययन के साथ एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है, अर्थात् फोटोलिथोग्राफी/गीला-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग और चयनात्मक लेजर-प्रेरित नक़्क़ाशी (एसएलई), जो उच्च दबाव की स्थितियों के लिए उपयुक्त हैं । ये तकनीकें जलाशय की स्थितियों के तहत सरोगेट पारमी योग्य मीडिया और खंडित प्रणालियों में द्रव प्रवाह के प्रत्यक्ष अवलोकन के लिए सक्षम प्लेटफार्मों का गठन करती हैं ।

Abstract

खंडित मीडिया के माइक्रोफ्लुइडिक प्रायोगिक अध्ययनों में कई माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफार्मों की दबाव सीमाएं एक महत्वपूर्ण चुनौती रही हैं। नतीजतन, फ्रैक्चर में उच्च दबाव परिवहन के प्रत्यक्ष अवलोकन के लिए इन प्लेटफार्मों का पूरी तरह से दोहन नहीं किया गया है । यह काम माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफार्मों का परिचय देता है जो सरोगेट पारम करने योग्य मीडिया और खंडित प्रणालियों की विशेषता वाले उपकरणों में मल्टीफेज प्रवाह के प्रत्यक्ष अवलोकन को सक्षम करते हैं। इस तरह के प्लेटफार्मों ऐसे सीओ₂ कब्जा, उपयोग और भंडारण से संबंधित लोगों के रूप में महत्वपूर्ण और समय पर सवालों के समाधान के लिए एक मार्ग प्रदान करते हैं । यह काम निर्माण तकनीकों और एक प्रयोगात्मक सेटअप का विस्तृत विवरण प्रदान करता है जो सुपर क्रिटिकल सीओ 2 (एससीओ₂₎ फोम, इसकी संरचना और_{स्थिरता}के व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए काम कर सकता है। इस तरह के अध्ययन उन्नत तेल वसूली प्रक्रियाओं और अपरंपरागत जलाशयों से संसाधन वसूली में हाइड्रोलिक फ्रैक्चर की भूमिका के बारे में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं । यह कार्य दो विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके विकसित माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों का तुलनात्मक अध्ययन प्रस्तुत करता है: फोटोलिथोग्राफी/गीला-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग बनाम चयनात्मक लेजर-प्रेरित नक़्क़ाशी । दोनों तकनीकों के परिणामस्वरूप उन उपकरणों का परिणाम होता है जो रासायनिक और शारीरिक रूप से प्रतिरोधी होते हैं और उच्च दबाव और तापमान की स्थिति के सहिष्णु होते हैं जो ब्याज की उपसतह प्रणालियों के अनुरूप होते हैं। दोनों तकनीकें उच्च सटीक नक़्क़ाशी वाले माइक्रोचैनल और सक्षम प्रयोगशाला-ऑन-चिप उपकरणों के रास्ते प्रदान करती हैं। फोटोलिथोग्राफी/गीला-नक़्क़ाशी, हालांकि, जटिल ज्यामिति के साथ जटिल चैनल नेटवर्क के निर्माण को सक्षम बनाता है, जो लेजर नक़्क़ाशी तकनीकों के लिए एक चुनौतीपूर्ण कार्य होगा । यह काम एक कदम-दर-कदम फोटोलिथोग्राफी, गीले-नक़्क़ाशी और ग्लास थर्मल-बॉन्डिंग प्रोटोकॉल को संक्षेप में प्रस्तुत करता है और, अपरंपरागत तंग और शेल संरचनाओं से तेल वसूली के लिए प्रासंगिकता के साथ फोम परिवहन के प्रतिनिधि अवलोकन प्रस्तुत करता है। अंत में, यह काम एससीओ₂ फोम व्यवहार का निरीक्षण करने के लिए एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन मोनोक्रोमेटिक सेंसर के उपयोग का वर्णन करता है जहां पारगम्य माध्यम की संपूर्णता एक साथ देखी जाती है, जबकि सुविधाओं को 10 माइक्रोन के रूप में छोटे रूप में हल करने के लिए आवश्यक संकल्प को संरक्षित करता है।

Introduction

हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग का उपयोग काफी समय से किया जाता है ताकि प्रवाह को विशेष रूप से तंग^{संरचनाओं}में उत्तेजित किया जा सके । हाइड्रोलिक फ्रेक्चरिंग में आवश्यक पानी की बड़ी मात्रा पर्यावरणीय कारकों, जल उपलब्धता के मुद्दों^{2, गठन}क्षति^3,लागत⁴ और भूकंपीय प्रभाव⁵के साथ बढ़ जाती है। नतीजतन, वैकल्पिक फ्रैक्चरिंग विधियों जैसे वॉटरलेस फ्रैक्चरिंग और फोम के उपयोग में रुचि बढ़ रही है। वैकल्पिक तरीकों से महत्वपूर्ण लाभ मिल सकते हैं जैसे कि पानी के उपयोग में कमी⁶, जल संवेदनशील संरचनाओं के साथ अनुकूलता⁷, गठन के कम से कम^8,फ्रैक्चरिंग तरल पदार्थों की उच्च स्पष्ट चिपचिपाहट^9,पुनर्चक्रणीयता^10,साफ - सफाई में आसानी और प्रणोदक ले जाने की क्षमता⁶. सीओ₂ फोम एक संभावित वाटरलेस फ्रेक्चरिंग तरल पदार्थ है जो पारंपरिक फ्रैक्चरिंग तकनीकों की तुलना में संभावित रूप से छोटे पर्यावरणीय पदचिह्न के साथ उपसतह में पेट्रोलियम तरल पदार्थों के अधिक कुशल उत्पादन और उन्नत सीओ₂ भंडारण क्षमताओं में योगदान देता^है।

इष्टतम परिस्थितियों में, किसी दिए गए जलाशय के न्यूनतम गलती दबाव (एमएमपी) से परे दबाव पर सुपर क्रिटिकल सीओ₂ फोम (एससीओ₂ फोम) एक बहु-संपर्क गलत प्रणाली प्रदान करता है जो गठन के कम पारगम्य भागों में प्रवाह को प्रत्यक्ष करने में सक्षम है, जिससे स्वीप दक्षता और संसाधनों की वसूली में सुधार होता है^12,¹³। एससीओ₂ डिफ्यूसिटी और लिक्विड जैसे घनत्व¹⁴ जैसी गैस बचाता है और तेल रिकवरी और कार्बन कैप्चर, यूटिलाइजेशन एंड स्टोरेज (सीआईसीयू)¹³जैसे उपसतह अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है । उपसतह में फोम के घटकों की उपस्थिति सीओ 2¹⁵के_{दीर्घकालिक}भंडारण में रिसाव के जोखिम को कम करने में मदद करती है। इसके अलावा, एससीओ₂ फोम सिस्टम के युग्मित-संपीड़न-थर्मल शॉक प्रभाव प्रभाव प्रभावी फ्रैक्चरिंग सिस्टम¹¹के रूप में काम कर सकते हैं। उपसतह अनुप्रयोगों के लिए सीओ₂ फोम प्रणालियों के गुणों का विभिन्न पैमानों पर बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, जैसे कि रेत-पैक प्रणालियों में इसकी स्थिरता और चिपचिपाहट का लक्षण वर्णन और विस्थापन प्रक्रियाओं में इसकी प्रभावशीलता^3,^6,^12,^15,^16,^17। फ्रैक्चर स्तर फोम गतिशीलता और असुरक्षित मीडिया के साथ इसकी बातचीत कम अध्ययन किए गए पहलू हैं जो सीधे तंग और खंडित संरचनाओं में फोम के उपयोग के लिए प्रासंगिक हैं।

माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म प्रासंगिक माइक्रोस्केल प्रक्रियाओं के प्रत्यक्ष दृश्य और मात्राकरण को सक्षम करते हैं। ये प्लेटफॉर्म रिकवरी विचारों के साथ ताकना-स्केल घटनाओं का अध्ययन करने के लिए हाइड्रोडायनामिक्स और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का वास्तविक समय नियंत्रण प्रदान करते हैं¹. फोम उत्पादन, प्रचार, परिवहन और गतिशीलता को खंडित प्रणालियों और फ्रैक्चर-माइक्रोक्रैक-मैट्रिक्स प्रवाहकीय मार्गों की नकल करने वाले माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में कल्पना की जा सकती है जो तंग संरचनाओं से तेल वसूली के लिए प्रासंगिक हैं। फ्रैक्चर और मैट्रिक्स के बीच तरल पदार्थ विनिमय सीधे ज्यामिति के अनुसार व्यक्त किया जाता है¹⁸, जिससे सरलीकृत और यथार्थवादी अभ्यावेदनों के महत्व पर प्रकाश डाला गया । विभिन्न प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए वर्षों से कई प्रासंगिक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म विकसित किए गए हैं। उदाहरण के लिए, टिग्ग्लैर और सहकर्मियों ने माइक्रोरिएक्टरों से जुड़े ग्लास केशिकाओं के माध्यम से प्रवाह का परीक्षण करने के लिए फाइबर के इन-प्लेन कनेक्शन के माध्यम से ग्लास माइक्रोरिएक्टर उपकरणों के निर्माण और उच्च दबाव परीक्षण पर चर्चा की¹⁹. वे अपने बांड निरीक्षण, दबाव परीक्षण और में-सीटू प्रतिक्रिया निगरानी से संबंधित निष्कर्षों को पेश करते हैं ¹एच एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी। जैसे, उनका मंच अपेक्षाकृत बड़ी इंजेक्शन दरों के लिए इष्टतम नहीं हो सकता है, पारम मीडिया में जटिल तरल पदार्थों के सीटू दृश्य में मल्टीफेज द्रव प्रणालियों का पूर्व-उत्पादन हो सकता है। Marre और सहकर्मियों उच्च दबाव रसायन विज्ञान और सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए एक ग्लास माइक्रोरिएक्टर के उपयोग पर चर्चा²⁰. वे लोड के तहत मॉड्यूलर उपकरणों के यांत्रिक व्यवहार का पता लगाने के लिए तनाव वितरण के एक परिमित तत्व सिमुलेशन के रूप में परिणाम शामिल हैं । वे विनिमेय माइक्रोरिएक्टर निर्माण के लिए गैर-मानेंट मॉड्यूलर कनेक्शन का उपयोग करते हैं, और सिलिकॉन/पाइरेक्स माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस पारदर्शी नहीं हैं; इन उपकरणों को रासायनिक प्रतिक्रिया इंजीनियरिंग में काइनेटिक अध्ययन, संश्लेषण और उत्पादन के लिए अनुकूल हैं जहां दृश्य एक प्राथमिक चिंता का विषय नहीं है। पारदर्शिता की कमी इस मंच को सीधे के लिए अनुपयुक्त बनाती है, सरोगेट मीडिया में जटिल तरल पदार्थों के सीटू दृश्य में। पेडार और सहकर्मी 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करके प्रोटोटाइप मॉड्यूलर माइक्रोफ्लुइडिक्स का एक उपन्यास तरीका प्रस्तुत करते हैं²¹. यह दृष्टिकोण उच्च दबाव वाले अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल नहीं लगता है क्योंकि यह फोटोकरेबल बहुलक का उपयोग करता है और उपकरण केवल 0.4 एमपीए तक ही सामना करने में सक्षम हैं। खंडित प्रणालियों में परिवहन से संबंधित अधिकांश माइक्रोफ्लूइडिक प्रायोगिक अध्ययन साहित्य में रिपोर्ट परिवेश के तापमान और अपेक्षाकृत कम दबाव की स्थिति पर ध्यान केंद्रित करते हैं¹. माइक्रोफ्लुइडिक सिस्टम के प्रत्यक्ष अवलोकन पर ध्यान केंद्रित करने के साथ कई अध्ययन किए गए हैं जो उपसतह स्थितियों की नकल करते हैं। उदाहरण के लिए, जिमेनेज-मार्टिनेज और सह-कार्यकर्ता फ्रैक्चर और मैट्रिक्स के एक जटिल नेटवर्क में महत्वपूर्ण ताकना-स्केल प्रवाह और परिवहन तंत्र पर दो अध्ययन शुरू करते हैं²²^,²³. लेखक उत्पादन दक्षता के लिए जलाशय की स्थिति (8.3 एमपीए और 45 डिग्री सेल्सियस) के तहत माइक्रोफ्लुइडिक्स का उपयोग करके तीन चरण प्रणालियों का अध्ययन करते हैं; वे एससीसीओ का आकलन करते हैं₂ पुनः उत्तेजना के लिए उपयोग जहां एक पूर्व फ्रैक्चरिंग से बचे हुए नमकीन सीओ के साथ निंदनीय है₂ और अवशिष्ट हाइड्रोकार्बन²³. तेल गीला सिलिकॉन माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों तेल नमकीन-एससीओ के मिश्रण के लिए प्रासंगिकता है₂ उन्नत तेल वसूली (ईओआर) अनुप्रयोगों में; हालांकि, यह काम सीधे फ्रैक्चर में पोर-स्केल गतिशीलता को संबोधित नहीं करता है। एक और उदाहरण Rognmo एट अल द्वारा काम है जो उच्च दबाव के लिए एक अपस्केलिंग दृष्टिकोण का अध्ययन, सीटू सीओ में₂ फोम जनरेशन²⁴. साहित्य में रिपोर्ट के अधिकांश कि लाभ उठाने कि माइक्रोफैब्रिकेशन सीओ के साथ संबंध है₂- ईओए और वे अक्सर महत्वपूर्ण निर्माण विवरण शामिल नहीं करते हैं। लेखकों के ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, खंडित संरचनाओं के लिए उच्च दबाव सक्षम उपकरणों के निर्माण के लिए एक व्यवस्थित प्रोटोकॉल वर्तमान में साहित्य से गायब है ।

यह काम एक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफॉर्म प्रस्तुत करता है जो एससीओ 2 फोम संरचनाओं, बुलबुला आकार, आकार और वितरण, ईओई और हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग और जलभृत उपचारण अनुप्रयोगों के लिए तेल की उपस्थिति में लैमेला_{स्थिरता} के अध्ययन को सक्षम बनाता है। ऑप्टिकल लिथोग्राफी और चयनात्मक लेजर-प्रेरित नक़्क़ाशी²⁹ (स्ले) का उपयोग करके माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के डिजाइन और निर्माण पर चर्चा की जाती है। इसके अतिरिक्त, यह काम फ्रैक्चर पैटर्न का वर्णन करता है जिसका उद्देश्य खंडित तंग संरचनाओं में तरल पदार्थों के परिवहन का अनुकरण करना है। नकली रास्ते सरलीकृत पैटर्न से लेकर टोमोग्राफी डेटा या अन्य तरीकों के आधार पर जटिल माइक्रोक्रैक्स तक हो सकते हैं जो यथार्थवादी फ्रैक्चर ज्यामिति के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। प्रोटोकॉल फोटोलिथोग्राफी, गीले-नक़्क़ाशी और थर्मल बॉन्डिंग का उपयोग करके ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के लिए कदम-दर-कदम निर्माण निर्देशों का वर्णन करता है। एक इन-हाउस विकसित कोलिमेटेड अल्ट्रा-वायलेट (यूवी) प्रकाश स्रोत का उपयोग वांछित ज्यामितीय पैटर्न को फोटोरेसिस्ट की पतली परत पर स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है, जिसे अंततः गीले-नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग करके ग्लास सब्सट्रेट में स्थानांतरित कर दिया जाता है। गुणवत्ता आश्वासन के हिस्से के रूप में, नक़्क़ाशीदार पैटर्न कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके विशेषता है। फोटोलिथोग्राफी/वेट-नक़्क़ाशी के विकल्प के रूप में, एक माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस बनाने के लिए एक SLE तकनीक नियोजित की जाती है और प्लेटफार्मों का तुलनात्मक विश्लेषण प्रस्तुत किया जाता है। प्रवाह प्रयोगों के लिए सेटअप में गैस सिलेंडर और पंप, दबाव नियंत्रक और ट्रांसड्यूसर, द्रव मिक्सर और संचायक, माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस, उच्च दबाव में सक्षम स्टेनलेस-स्टील धारकों के साथ-साथ एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरा और एक रोशनी प्रणाली शामिल हैं। अंत में, प्रवाह प्रयोगों से टिप्पणियों के प्रतिनिधि नमूने प्रस्तुत किए जाते हैं।

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Protocol

सावधानी: इस प्रोटोकॉल में उच्च दबाव वाले सेटअप, उच्च तापमान वाली भट्टी, खतरनाक रसायन और यूवी प्रकाश को संभालना शामिल है। कृपया सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डेटा शीट्स को ध्यान से पढ़ें और रासायनिक सुरक्षा दिशानिर्देशों का पालन करें। इंजेक्शन प्रक्रिया शुरू करने से पहले आवश्यक प्रशिक्षण, सभी उपकरणों का सुरक्षित संचालन, संबद्ध खतरों, आपातकालीन संपर्कों आदि सहित दबाव परीक्षण (हाइड्रोस्टैटिक और वायवीय) सुरक्षा दिशानिर्देशों की समीक्षा करें।

1. डिजाइन ज्यामितीय पैटर्न

एक फोटोमास्क डिजाइन जिसमें ज्यामितीय विशेषताएं और ब्याज के प्रवाह के रास्ते शामिल हैं(चित्रा 1, अनुपूरक फाइल 1: चित्रा S1)।
सब्सट्रेट के क्षेत्र की पहचान करने और डिजाइन को वांछित माध्यम के आयामों तक सीमित करने के लिए बाउंडिंग बॉक्स (डिवाइस का सतह क्षेत्र) को परिभाषित करें।
इनलेट/आउटलेट पोर्ट डिजाइन करें। माध्यम में प्रवेश करने से पहले फोम का अपेक्षाकृत समान वितरण प्राप्त करने के लिए पोर्ट आयाम (उदाहरण के लिए, इस मामले में व्यास में 4 मिमी) चुनें(चित्र 1)।
डिजाइन को पारदर्शी फिल्म या ग्लास सब्सट्रेट की शीट पर प्रिंट करके डिजाइन किए गए ज्यामितीय पैटर्न का एक फोटोमास्क तैयार करें।
1. दो आयामी डिजाइन को तीसरे आयाम पर बाहर निकालें और इनलेट और आउटलेट बंदरगाहों (एसएलई में उपयोग के लिए) को शामिल करें।
  नोट: SLE तकनीक एक तीन आयामी ड्राइंग(चित्रा 2) कीआवश्यकता है ।

2. फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके ज्यामितीय पैटर्न को ग्लास सब्सट्रेट में स्थानांतरित करें

नोट: Etchants और पिरान्हा समाधान चरम देखभाल के साथ संभाला जाना चाहिए । फेसपीस पुन: प्रयोज्य श्वसन यंत्र, चश्मे, दस्ताने और एसिड/जंग प्रतिरोधी चिमटी(सामग्रीकी तालिका) के उपयोग सहित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरणों के उपयोग की सिफारिश की जाती है ।

इन चरणों का पालन करके गीले-नक़्क़ाशी प्रक्रिया में आवश्यक समाधान तैयार करें (अनुपूरक फ़ाइल 1के रूप में प्रदान की गई इलेक्ट्रॉनिक सहायक जानकारी भी देखें)।
1. एक बीकर में क्रोम एचेनेट समाधान की पर्याप्त मात्रा डालें ताकि सब्सट्रेट को एचिहेंट में जलमग्न किया जा सके। तरल पदार्थ को लगभग 40 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें।
2. 1:8 के वॉल्यूमेट्रिक अनुपात के साथ डियोनाइज्ड वॉटर (डीआई वॉटर) में डेवलपर(सामग्रीकी तालिका) का एक समाधान तैयार करें ताकि सब्सट्रेट मिश्रण में पूरी तरह से जलमग्न हो सके।
क्रोमियम की एक परत और यूवी विकिरण का उपयोग करके फोटोरेसिस्ट की एक परत के साथ लेपित एक बोरोसिलिकेट सब्सट्रेट पर ज्यामितीय पैटर्न को छापें।
1. दस्ताने हाथों का उपयोग करके, मास्क (ग्लास सब्सट्रेट या ज्यामितीय पैटर्न वाली पारदर्शी फिल्म) सीधे बोरोसिलिकेट सब्सट्रेट के किनारे पर रखें जो क्रोम और फोटोरेसिस्ट से ढका हुआ है।
2. फोटोमास्क और सब्सट्रेट संयोजन को स्रोत का सामना करने वाले फोटोमास्क के साथ यूवी लाइट के नीचे रखें।
  नोट: यह काम 365 एनएम की तरंगदैर्ध्य के साथ यूवी प्रकाश का उपयोग करता है (फोटोरेसिस्ट की चरम संवेदनशीलता से मेल खाने के लिए) और 4.95 mW/सेमी²की औसत तीव्रता पर।
3. सब्सट्रेट के ढेर और मास्क को यूवी लाइट में उजागर करके ज्यामितीय पैटर्न को फोटोरेसिस्ट की परत में स्थानांतरित करें।
  नोट: इष्टतम जोखिम समय फोटोरेसिस्ट परत की मोटाई और यूवी विकिरण की ताकत का एक कार्य है। फोटोरेसिस्ट प्रकाश के प्रति संवेदनशील है और पैटर्न को छापने की पूरी प्रक्रिया पीले रंग की रोशनी से लैस अंधेरे कमरे में की जानी चाहिए।
फोटोरेसिस्ट का विकास करें।
1. दस्ताने हाथों का उपयोग कर यूवी चरण से फोटोमास्क और सब्सट्रेट स्टैक निकालें।
2. फोटोमास्क निकालें और लगभग 40 एस के लिए डेवलपर समाधान में सब्सट्रेट को जलमग्न करें, जिससे पैटर्न को फोटोरेसिस्ट को स्थानांतरित किया जा सके।
3. झरना-सब्सट्रेट के ऊपर से डीआई पानी बहने से सब्सट्रेट कुल्ला और इसकी सभी सतहों पर कम से कम तीन बार और सब्सट्रेट को सूखने की अनुमति दें।
क्रोम परत में पैटर्न Etch।
1. क्रोम एचेनेट में सब्सट्रेट को लगभग 40 एस के लिए लगभग 40 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें, जिससे पैटर्न को फोटोरेसिस्ट से क्रोम लेयर में स्थानांतरित किया जा सके।
2. सब्सट्रेट को समाधान से हटा दें, डीआई पानी का उपयोग करके सब्सट्रेट को झरना-कुल्ला करें और इसे सूखने दें।
बोरोसिकेट सब्सट्रेट में पैटर्न को नक़्क़ाशी।
नोट: एक बफर एवेंट(सामग्री की तालिका) काउपयोग ज्यामितीय पैटर्न को ग्लास सब्सट्रेट में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। बफर एवेंट के उपयोग से पहले, सब्सट्रेट की पीठ को फोटोरेसिस्ट की एक परत के साथ लेपित किया जाता है ताकि इसे etchant से ढाल दिया जा सके। इस सुरक्षात्मक परत की मोटाई समग्र निर्माण प्रक्रिया के लिए सारहीन है।
1. ब्रश का उपयोग करके, सब्सट्रेट के खुले चेहरे पर हेक्सामेथिलडिसिलाज़न (एचएमडीएस) की कई परतें लागू करें और इसे सूखने दें।
  नोट: एचएमडीएस बोरोसिलिकेट सब्सट्रेट की सतह पर फोटोरेसिस्ट के आसंजन को बढ़ावा देने में मदद करता है।
2. प्राइमर के ऊपर फोटोरेसिस्ट की एक लेयर लगाएं। सब्सट्रेट को 30-40 मिनट के लिए 60\u201290 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखें।
3. एक प्लास्टिक कंटेनर में आदिहंट की पर्याप्त मात्रा डालें और एचैथेट में सब्सट्रेट को पूरी तरह से जलमग्न करें।
  नोट: नक़्क़ाशी दर एकाग्रता, तापमान और जोखिम की अवधि से प्रभावित है। इस काम में इस्तेमाल किया बफर etchant 1 \ u201210 nm/min के एक औसत etches ।
4. वांछित चैनल गहराई के आधार पर पूर्व निर्धारित समय के लिए आदिहंट समाधान में पैटर्न वाले सब्सट्रेट को छोड़ दें।
  नोट: समाधान के रुक-रुक कर स्नान से समय कम हो सकता है।
5. चिमटी और झरना की एक विलायक प्रतिरोधी जोड़ी का उपयोग कर etcstrate से सब्सट्रेट निकालें-DI पानी का उपयोग कर सब्सट्रेट कुल्ला ।
6. वांछित गहराई सुनिश्चित करने के लिए सब्सट्रेट पर नक़्क़ाशी की विशेषता है।
  नोट: यह लक्षण वर्णन एक लेजर स्कैनिंग कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप(चित्रा 3)का उपयोग करके किया जा सकता है । इस काम में, डेटा अधिग्रहण के लिए 10x आवर्धन का उपयोग किया जाता है। एक बार चैनल की गहराई संतोषजनक हो जाने के बाद, सफाई और संबंध चरण में जाएं।

3. स्वच्छ और बंधन

फोटोरेसिस्ट और क्रोम लेयर निकालें।
1. सब्सट्रेट से फोटोरेस्ट को एक कार्बनिक सॉल्वेंट को उजागर करके हटा दें, जैसे एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी) समाधान लगभग 30 मिनट के लिए लगभग 65 डिग्री सेल्सियस तक हुड के नीचे एक गर्म प्लेट का उपयोग करके गर्म करें।
2. झरना-एसीटोन (एसीएस ग्रेड) के साथ सब्सट्रेट कुल्ला, इथेनॉल (एसीएस ग्रेड) और डीआई पानी के बाद।
3. क्रोम एचेनेट गर्म में साफ सब्सट्रेट को लगभग 1 मिनट के लिए लगभग 40 डिग्री सेल्सियस तक हुड के नीचे एक गर्म प्लेट का उपयोग करके गर्म रखें, इस प्रकार सब्सट्रेट से क्रोम परत को हटा दें।
4. एक बार सब्सट्रेट क्रोम और फोटोरेसिस्ट से मुक्त हो जाने के बाद, लेजर स्कैनिंग कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके चैनल की गहराई की विशेषता है।
  नोट: यह काम डेटा अधिग्रहण(चित्रा 4)के लिए 10x आवर्धन का उपयोग करता है।
बॉन्डिंग के लिए कवर प्लेट और नक़्क़ाशी डस्ड सब्सट्रेट तैयार करें।
1. कवर प्लेट को नक़्क़ाशी के खिलाफ संरेखित करके एक खाली बोरोसिलिकेट सब्सट्रेट (कवर प्लेट) पर इनलेट/आउट होल की स्थिति को चिह्नित करें।
2. एक माइक्रो घर्षण सैंडब्लास्टर और 50 माइक्रोन एल्यूमीनियम-ऑक्साइड माइक्रो सैंडब्लास्टिंग मीडिया का उपयोग करके चिह्नित स्थानों में छेद के माध्यम से विस्फोट करें।
  नोट: वैकल्पिक रूप से, बंदरगाहों को यांत्रिक ड्रिल का उपयोग करके बनाया जा सकता है।
3. झरना दोनों नक़्क़ाशीदार सब्सट्रेट और डीआई पानी के साथ कवर प्लेट कुल्ला ।
4. मानक तकनीक का उपयोग करके संबंध से पहले संदूषकों को हटाने के लिए आरसीए वेफर सफाई प्रक्रिया करें। प्रक्रिया में शामिल समाधानों की अस्थिरता के कारण हुड के नीचे वेफर सफाई चरणों का प्रदर्शन करें।
5. वॉल्यूम एच₂ओ 2 द्वारा 1:4 लाएं: एच 2 एसओ₄पिरान्हा समाधान को उबालने के लिए लाएं और एक हुड के नीचे 10 मिनट के लिए समाधान में सब्सट्रेट और कवर प्लेट को जलमग्न करें।
6. झरना सब्सट्रेट और कवर प्लेट को डीआई पानी से कुल्ला।
7. सब्सट्रेट और कवर प्लेट को बफर ्ड एचेनेट में 30-40 एस के लिए जलमग्न करें।
8. झरना सब्सट्रेट और कवर प्लेट को डीआई पानी से कुल्ला।
9. मात्रा डीआई पानी द्वारा 6:1:1 में 10 मिनट के लिए सब्सट्रेट और कवर प्लेट को जलमग्न करें: एच₂ओ_2:एचसीएल समाधान जिसे लगभग 75 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है।
  नोट: नक़्क़ाशी और संबंध अधिमानतः एक क्लीनरूम में किया जाता है। यदि एक क्लीनरूम उपलब्ध नहीं है, तो धूल मुक्त वातावरण में निम्नलिखित चरणों को निष्पादित करने की सिफारिश की जाती है। इस काम में, सब्सट्रेट्स के प्रदूषण की संभावना को कम करने के लिए एक दस्ताने में चरण 3.2.9-3.2.12 किए जाते हैं।
10. जलमग्न होते समय सब्सट्रेट और कवर प्लेट को एक-दूसरे के खिलाफ कसकर दबाएं।
11. सब्सट्रेट और कवर प्लेट को डीआई पानी से हटा दें: एच₂ओ_2:एचसीएल समाधान। डीआई पानी के साथ झरना कुल्ला और डीआई पानी में डूबे।
12. सुनिश्चित करें कि सब्सट्रेट और कवर प्लेट मजबूती से एक साथ जुड़े हुए हैं और डीआई पानी से एक दूसरे के खिलाफ दबाए जाने के दौरान दोनों को ध्यान से हटा दें।
सब्सट्रेट्स को थर्मल रूप से बॉन्ड करें।
1. बॉन्डिंग के लिए दो चिकनी, 1.52 सेमी मोटी, ग्लास-सिरेमिक प्लेट्स के बीच खड़ी सब्सट्रेट्स (नक़्क़ाशी वाले सब्सट्रेट और कवर प्लेट) रखें।
2. अलॉय एक्स(सामग्रीकी तालिका) से बनी दो धातु प्लेटों के बीच ग्लास-सिरेमिक प्लेटें रखें, जो महत्वपूर्ण विरूपण के बिना आवश्यक तापमान का सामना करने में सक्षम है।
3. सिरेमिक-मेटालिक धारक में ग्लास वेफर्स को केंद्र में रखें।
  नोट: यह काम ग्लास-सिरेमिक प्लेटों का उपयोग करता है जो मोटाई में 10 सेमी x 10 सेमी x 1.52 सेमी हैं। खड़ी सेटअप 1/4 "बोल्ट और नट(चित्रा 5)का उपयोग कर सुरक्षित है ।
4. नट्स को हाथ से कस लें और धारक को लगभग 100 डिग्री सेल्सियस पर 60 मिनट के लिए वैक्यूम चैंबर में रखें।
5. धारक को कक्ष से निकालें और ध्यान से लगभग 10 पौंड-टॉर्क का उपयोग करके पागलों को कस लें।
6. धारक को एक भट्टी के अंदर रखें और निम्नलिखित हीटिंग प्रोग्राम निष्पादित करें। 660 डिग्री सेल्सियस तक तापमान 1 डिग्री सेल्सियस/ तापमान 6 घंटे के लिए 660 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर रखें और उसके बाद लगभग 1 डिग्री सेल्सियस/
7. थर्मल बंधुआ माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस निकालें, इसे डीआई पानी से कुल्ला करें, इसे एचसीएल (12.1 मीटर) और बाथ-सोनिकेट (40 किलोहर्ट्ज एट 100 डब्ल्यू पावर) में एक घंटे के लिए समाधानरखें (चित्रा 6)।

4. लेजर-नक़्क़ाशी ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों का निर्माण

नोट: डिवाइस निर्माण एक एसएक्सई प्रक्रिया के माध्यम से एक तृतीय-पक्ष ग्लास 3 डी प्रिंटिंग सेवा(सामग्री की तालिका)द्वारा किया गया था और अग्रदूत के रूप में एक फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट का उपयोग करके किया गया था।

0.5 एनएस की पल्स अवधि, 50 किलोग्राम की पुनरावृत्ति दर, 400 एनजे की पल्स ऊर्जा, और 1.06 माइक्रोन मीटर की तरंगदैर्ध्य के साथ एक फेमटोसेकंड लेजर स्रोत के माध्यम से उत्पन्न चरण के लिए उत्पन्न चरण के लिए एक फ़्रसेड पोलरीकृत लेजर बीम उन्मुख लंबवत का उपयोग करके एक फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट में वांछित पैटर्न लिखें।
एक KOH समाधान (32 wt%) अल्ट्रासाउंड सोनीफिकेशन(चित्र 7)के साथ 85 डिग्री सेल्सियस पर।

5. उच्च दबाव परीक्षण करें

सिरिंज पंप का उपयोग करके, सिरिंज पंप का उपयोग करके निवासी तरल पदार्थ (जैसे, डीआई पानी, सर्फेक्टेंट समाधान, तेल, आदि) के साथ माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस को संतृप्त करें।
फोम पैदा करने वाले तरल पदार्थ और संबंधित उपकरण तैयार करें।
1. वांछित लवणता के साथ नमकीन समाधान (निवासी तरल पदार्थ) तैयार करें और नमकीन में वांछित एकाग्रता (सर्फेक्टेंट के महत्वपूर्ण मिसेल एकाग्रता के अनुसार) के साथ सर्फेक्टेंट (जैसे लॉरामिडोप्रोपिल बीटाइन और अल्फा-ओलेफिन-सल्फोनेट) को भंग करें।
2. कमरे के तापमान पर प्रयोग के अनुसार तरल पदार्थ की पर्याप्त मात्रा के साथ सीओ₂ और पानी पंपों के टैंकों को भरें ।
3. एक सिरिंज का उपयोग कर सर्फेक्टेंट समाधान के साथ नमकीन संचायक और प्रवाह लाइनों को भरें। यह काम 40 एमएल की क्षमता वाले संचायक का उपयोग करता है।
4. नमकीन समाधान के साथ नमकीन लाइन कुल्ला।
5. डिवाइस और आउटलेट लाइनों को निवासी तरल पदार्थ (इस मामले में नमकीन समाधान) के साथ संचायक को जोड़ने वाली लाइन कुल्लाएं।
6. संतृप्त माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस को दबाव प्रतिरोधी धारक में रखें और इनलेट/आउटलेट बंदरगाहों को 0.010 "आंतरिक व्यास टयूबिंग(चित्रा 8, अनुपूरक फ़ाइल 1: चित्रा S5)का उपयोग करके उचित लाइनों से जोड़ें।
7. परिसंचारी स्नान के तापमान में वृद्धि करें, जो नमकीन और सीओ 2 लाइनों के तापमान को_{नियंत्रित} करता है, वांछित तापमान (उदाहरण के लिए, 40 डिग्री सेल्सियस यहां(चित्र 9))।
8. इंजेक्शन से पहले सेटअप की अखंडता सुनिश्चित करने के लिए सभी लाइनों की जांच करें।
फोम उत्पन्न करें।
1. 0.5 एमएल/मिनट की दर से नमकीन इंजेक्शन शुरू करें और डिवाइस और बैकप्रेशर लाइन में सर्फेक्टेंट समाधान के प्रवाह की जांच करें।
2. बैकप्रेशर रेगुलेटर (बीपीआर) के आउटलेट से निरंतर प्रवाह बनाए रखते हुए धीरे-धीरे चरणों (~ 0.006 MPa/s) में बैकप्रेशर और नमकीन-पंप दबाव को एक साथ बढ़ाएं। ~ 7.38 एमपीए (न्यूनतम आवश्यक एससीओ_{2 दबाव)} तक दबाव बढ़ाएं और पंपों को रोकें।
3. _7.38 एमपीए (न्यूनतम एससीओ 2 दबाव) से ऊपर के दबाव तक सीओ₂ लाइन दबाव बढ़ाएं।
4. सीओ₂ वाल्व खोलें और फोम उत्पन्न करने के लिए एक इनलाइन मिक्सर के माध्यम से प्रवाह करने के लिए उच्च दबाव वाले सर्फेक्टेंट समाधान के साथ मिश्रित एससीओ₂ की अनुमति दें।
5. जब तक प्रवाह पूरी तरह से डिवाइस के अंदर विकसित हो जाता है और चैनल संतृप्त हो जाते हैं तब तक प्रतीक्षा करें। फोम उत्पादन की शुरुआत के लिए आउटलेट की निगरानी करें।
  नोट: सहायक बंदरगाहों का उपयोग निवासी तरल पदार्थ(चित्रा 1)के साथ पूरी तरह से माध्यम को पूर्व-संतृप्त करने में मदद करने के लिए किया जा सकता है। दबाव निर्माण की दर में विसंगतियों और बीपीआर में अचानक वृद्धि टूटना(चित्रा 10)के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । डिवाइस को नुकसान के जोखिम को कम करने के लिए तरल पदार्थ के दबाव और बैकप्रेशर को धीरे-धीरे उठाया जाना चाहिए।
वास्तविक समय इमेजिंग और डेटा विश्लेषण करें।
1. चैनलों के अंदर प्रवाह की विस्तृत छवियों को कैप्चर करने के लिए कैमरे को चालू करें। यह काम 60 मेगापिक्सल, मोनोक्रोमेटिक, फुल फ्रेम सेंसर की विशेषता वाले कैमरे का इस्तेमाल करता है।
2. समर्पित शटर नियंत्रण सॉफ्टवेयर(सामग्री की तालिका)लॉन्च करें। 1/60 की शटर गति का चयन करें, एफ/8.0 का एक फोकल रेशियो (एफ-नंबर) और उपयुक्त लेंस का चयन करें।
3. समर्पित कैमरा सॉफ्टवेयर(सामग्री की तालिका)लॉन्च करें। सॉफ्टवेयर की "कैमरा" सेटिंग के तहत पुलडाउन मेनू में कैमरा, वांछित प्रारूप (जैसे, IIQL) और 200 की आईएसओ सेटिंग का चयन करें।
4. माध्यम पर ध्यान केंद्रित करने के लिए आवश्यक के रूप में माध्यम करने के लिए कैमरे की काम की दूरी को समायोजित करें। सॉफ्टवेयर में कैप्चर बटन दबाकर निर्धारित समय-अंतराल पर छवियों को कैप्चर करें।
सिस्टम को परिवेश की स्थितियों में वापस दबाना।
1. इंजेक्शन (गैस और तरल पंप) बंद करो, सीओ₂ और नमकीन पंप इनलेट्स बंद करें, बाकी लाइन वाल्व खोलें और हीटर बंद कर दें।
2. बैकप्रेशर को धीरे-धीरे कम करें (उदाहरण के लिए, 0.007 MPa/s की दर से) जब तक सिस्टम परिवेश दबाव की स्थिति तक नहीं पहुंच जाता है। नमकीन और सीओ₂ पंप दबाव अलग से कम करें।
  नोट: एससीओ₂ दबाव को कम करने के परिणामस्वरूप असंगत या अशांत बीपीआर बहिर्वाह हो सकता है, इसलिए दबाव ड्राडाउन को अपेक्षित देखभाल के साथ निष्पादित किया जाना चाहिए।
माध्यम के माध्यम से समाधान के निम्नलिखित अनुक्रम बहने से आवश्यक प्रत्येक प्रयोग के बाद माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस को अच्छी तरह से साफ करें: आइसोप्रोपैनॉल/इथेनॉल/पानी (1:1:1), 2 एम एचसीएल समाधान, डीआई पानी, एक बुनियादी समाधान (डीआई पानी/एनएच₄ओह/एच₂O₂ 5:5:1 पर) और डीआई पानी ।
प्रक्रिया के बाद एकत्र छवियां।
1. छवियों से पृष्ठभूमि को छोड़कर ताकना स्केप को अलग करें।
2. परिप्रेक्ष्य परिवर्तन का प्रदर्शन करके और गैर-समान रोशनी²⁸के लिए आवश्यक स्थानीय थ्रेसिंग रणनीति को लागू करके मामूली गलत संरेखणों को सही_{करें।}
3. चैनल में प्रत्येक फोम माइक्रोस्ट्रक्चरल छवियों के लिए औसत बुलबुला आकार, बुलबुला आकार वितरण और बुलबुला आकार जैसे प्रयोग के लिए प्रासंगिक ज्यामितीय और सांख्यिकीय मापदंडों की गणना करें।

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Representative Results

यह खंड सूक्ष्म दरारों की सरणी से जुड़े मुख्य फ्रैक्चर के माध्यम से एससीओ₂ फोम प्रवाह से भौतिक टिप्पणियों के उदाहरण प्रस्तुत करता है। फोटोलिथोग्राफी या एसईएल के माध्यम से बनाया गया एक ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस एक धारक के अंदर और 60 मेगापिक्सल, मोनोक्रोमेटिक, फुल-फ्रेम सेंसर की विशेषता वाले कैमरे के दृश्य के क्षेत्र में रखा गया है। चित्रा 11 निर्माण माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों की प्रक्रिया और प्रायोगिक सेटअप में उनके प्लेसमेंट को दिखाता है। चित्र 12 उत्पादन/अलगाव के पहले₂₀ मिनट के दौरान यूवी-लिथोग्राफी माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस (4 एमपीए और 40 डिग्री सेल्सियस) में सीओ 2 फोम परिवहन और स्थिरता का उदाहरण है । फ्रैक्चर/माइक्रोक्रैक्स के पार चले गए मल्टीफेज और फोम माइक्रोफ्रैक्चर के माध्यम से उत्पन्न हुए थे । चित्रा 13 एक SLE microfluidic डिवाइस में एससीओ₂ फोम उत्पादन से पता चलता है (७.७२ MPa और ४० डिग्री सेल्सियस) परिवेश की स्थिति से शुरू करने के लिए पूरी तरह से विकसित एससीओ₂ फोम के लिए उच्च और कम प्रवाह दरों पर । चित्रा 14 उत्पादन/अलगाव के पहले 20 मिनट के दौरान जलाशय की स्थिति (७.७२ MPa और ४० डिग्री सेल्सियस) के तहत फोम वितरण और स्थिरता की छवियों को प्रस्तुत करता है । चित्रा 15 फोम माइक्रोस्ट्रक्चर के मात्राकरण के हिस्से के रूप में बुलबुला व्यास और कच्चे और मध्यवर्ती छवियों के वितरण को दर्शाता है, जिसमें कच्ची छवि, बेहतर चमक, विपरीत और तीखेपन के साथ पोस्ट-प्रोसेस्ड छवि और इसके बिनारिज्ड समकक्ष शामिल हैं।

चित्रा 1: माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए उदाहरण फोटोमास्क डिजाइन (काले और सफेद रंग स्पष्टता के लिए उलटा हैं)। (क)एक कनेक्टेड फ्रैक्चर नेटवर्क के लिए देखने का पूरा क्षेत्र जिसमें मुख्य फ्रैक्चर और माइक्रो दरारें होती हैं । (ख)मुख्य फ्रैक्चर नेटवर्क को शामिल करते हुए मुख्य विशेषता को देखते हुए जो मुख्य फ्रैक्चर और माइक्रो-क्रैक्स होते हैं। (ग)नीचे एक तीसरा बंदरगाह जोड़ा जाता है । (घ)डिवाइस के नीचे बंदरगाह से नेटवर्क को जोड़ने वाले वितरण नेटवर्क के साथ एक कनेक्टेड फ्रैक्चर नेटवर्क युक्त एक कनेक्टेड फ्रैक्चर नेटवर्क को ध्यान में रखते हुए ज़ूम-इन । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 2: 3डी माइक्रोफ्लुडिक डिजाइन का उपयोग स्ले फैब्रिकेशन में किया जाता है और माइक्रोचैनल के माध्यम से उच्च दबाव वाले फोम प्रवाह। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्र 3: बीडी-एचिहांट में 136 घंटे के लिए डूबा सब्सट्रेट के लिए कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी के माध्यम से चैनल गहराई की परीक्षा(इस मामले में कोई सोनीशननहीं)। (क)चैनल अवलोकन(ख)चैनल गहराई माप (~ 43 माइक्रोन) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्र 4: एनएमपी रिंसिंग के बाद हटाया क्रोम परत के साथ एक सब्सट्रेट के लिए कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी के माध्यम से चैनल गहराई की परीक्षा। (क)चैनल अवलोकन। (ख)चैनल गहराई माप (~ 42.5 माइक्रोन) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 5: थर्मल बॉन्डिंग प्रक्रिया की योजनाबद्ध। (क)दो चिकनी सिरेमिक प्लेटों के बीच दो ग्लास वेफर्स रखें । (ख)दो धातु प्लेटों के बीच सिरेमिक प्लेटें रखना और बोल्ट को कसना । (ग)थर्मल बॉन्डिंग के लिए वांछित तापमान प्राप्त करने के लिए एक प्रोग्रामेबल फर्नेस के अंदर सब्सट्रेट्स युक्त धातु और सिरेमिक धारक को रखना । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 6: पूरा यूवी-नक़्क़ाशी ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 7: SLE डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया। (क)SLE डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया की योजनाबद्ध (यह आंकड़ा एल्सवियर²⁷से अनुमति के साथ फिर से मुद्रित किया गया है), और(ख)जिसके परिणामस्वरूप 3 डी मुद्रित माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस । डिजाइन और निर्माण चरणों में शामिल हैं(a.i)चैनलों की आंतरिक मात्रा को डिजाइन करना,(a.ii)लेजर पथ को परिभाषित करने के लिए लाइनों के जेड-स्टैक बनाने के लिए 3डी मॉडल को टुकड़ा करने की क्रिया,(a.iii)पॉलिश फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट पर लेजर विकिरण,(a.iv)लेजर नक़्क़ाशी सामग्री की तरजीही कोह नक़्क़ाशी, और(a.v)तैयार उत्पाद। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 8: माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस एक धारक और इमेजिंग सिस्टम के अंदर रखा गया है जिसमें एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरा और एक रोशनी प्रणाली शामिल है। (क)प्रयोगशाला सेटअप की एक तस्वीर, और(ख)उच्च संकल्प कैमरा और रोशनी प्रणाली के माध्यम से अवलोकन के तहत एक प्रयोगशाला पर एक चिप की योजनाबद्ध । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 9: एक माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस में उच्च दबाव एससीओ₂ फोम इंजेक्शन सेटअप और एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरा और छवि प्रसंस्करण इकाई का उपयोग करके एक दृश्य प्रणाली। (क)प्रयोगशाला सेटअप की तस्वीर, और(ख)प्रक्रिया प्रवाह आरेख और छवि प्रसंस्करण इकाई की योजनाबद्ध । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 10: इंजेक्शन के दौरान बीपीआर और पानी पंप द्वारा दबाव प्रोफ़ाइल को गलत ढंग से संभालने के परिणामस्वरूप एक इंजेक्शन पोर्ट (सही प्रवेश द्वार) पर डी-बंधुआ डिवाइस। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 11: ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के तुलनात्मक निर्माण विधियां। }एक)एक पॉलिएस्टर आधारित पारदर्शिता फिल्म पर फोटो-लिथोग्राफी(एआई)डिजाइन का उपयोग करके खंडित मीडिया माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस के लिए निर्माण प्रक्रिया,(a.ii)मुद्रित फोटोमास्क,(a.iii)खाली और फोटोरेसिस्ट/क्रोम कोटेड ग्लास सब्सट्रेट्स,(a.iv)यूवी विकिरण के माध्यम से सब्सट्रेट को पैटर्न स्थानांतरित करना,(a.v)नक़्क़ाशीदार सब्सट्रेट,(a.vi)क्रोम लेयर हटाने के बाद नक़्क़ाशीदार सब्सट्रेट और थर्मल बॉन्डिंग के लिए तैयार किए गए खाली सब्सट्रेट,(ए.वई)थर्मल बॉन्ड्ड डिवाइस, और(एक आठवीं)sco₂ इंजेक्शन । (ख)स्ले तकनीक का उपयोग करके निर्माण:(बीई)स्लेपिंग के लिए डिजाइन,(बीई)पॉलिश फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट पर लेजर विकिरण,(बीई)स्ले मुद्रित ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस, और(बी-4)एससीओ₂ इंजेक्शन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 12: सीओ₂ फोम परिवहन और यूवी-लिथोग्राफी माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस (4 MPa और ४० डिग्री सेल्सियस) में स्थिरता पीढ़ी के पहले 20 मिनट के दौरान/ कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 13: स्ले माइक्रोफ्लुइडिक डिवाइस (7.72 एमपीए और 40 डिग्री सेल्सियस) में एससीओ 2 फोम जनरेशन। (क)सूक्ष्म चैनलों के माध्यम से कोई प्रवाह के साथ परिवेश की स्थिति । (ख)सुपरक्रिटिकल कंडीशन में सीओ₂ और जलीय चरण (जिसमें सर्फेक्टेंट या नैनोपार्टिकल युक्त) का सह-इंजेक्शन । (ग)सह-इंजेक्शन शुरू होने के बाद एससीओ₂ फोम जनरेशन 0.5 मिनट की शुरुआत। (घ)बहुचरण की सीमाओं को प्रकट करने के लिए सह-इंजेक्शन की प्रवाह दरों को कम करने के लिए उच्च प्रवाह दरों पर पूरी तरह से विकसित एससीओ₂ फोम (ई) । (च)गहराई से कम प्रवाह दरों जलीय चरण में फैलाया एससीओ₂ बुलबुले पता चलता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 14: उत्पादन/अलगाव के पहले 20 मिनट के दौरान जलाशय की स्थिति (७.७२ MPa और ४० डिग्री सेल्सियस) के तहत फोम स्थिरता का दृश्य । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 15: फोम माइक्रोस्ट्रक्चर का विश्लेषण। (क)फ्रैक्चर नेटवर्क में एससीसीओ₂ फोम प्रवाह की छवि,(ख)बेहतर चमक, विपरीत और तीखेपन के साथ पोस्ट-प्रोसेस्ड इमेज,इमेजजेका उपयोग करके बिनारिज्ड इमेज, और इमेजजे, पार्टिकल एनालिसिस मोड से प्राप्त(घ)बुलबुला व्यास वितरण प्रोफ़ाइल । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्र 16: इन-हाउस कोलिमेटेड यूवी लाइट सोर्स का चित्रण। (क)फोटोग्राफ और(ख)प्रयोगशाला यूवी लाइट स्टैंड की एक योजनाबद्ध जिसमें एलईडी लाइट स्रोत और एक मंच होता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

चित्रा 17: मंच के 10 x 10 सेमी² क्षेत्र में यूवी तीव्रता का रंग-कोडित प्लॉट जहां यूवी एक्सपोजर के लिए सब्सट्रेट रखा गया है। यूवी तीव्रता मान 4 से 5 mW/सेमी² तक होता है जैसा कि यूवी मीटर का उपयोग करके दर्ज किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक फाइल 1. इस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

यह काम मजबूत, उच्च दबाव वाले ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को बनाने के लिए एक निर्माण मंच से संबंधित एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। इस काम में प्रस्तुत प्रोटोकॉल एक दस्ताने बॉक्स के अंदर अंतिम निर्माण चरणों के कई प्रदर्शन करके एक क्लीनरूम की आवश्यकता को कम करता है। एक क्लीनरूम का उपयोग, यदि उपलब्ध है, तो संदूषण की क्षमता को कम करने की सिफारिश की जाती है। इसके अतिरिक्त, आदिहंट का चुनाव वांछित सतह खुरदरापन पर आधारित होना चाहिए। एचएफ और एचसीएल के मिश्रण को एचकेएचंट के रूप में उपयोग करने से सतह का रूखापन³⁰कम हो जाता है . इस काम का संबंध माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफार्मों से है जो जटिल पारमी मीडिया में जटिल तरल पदार्थों के परिवहन के सीटू दृश्य में प्रत्यक्ष रूप से सक्षम होते हैं जो ईमानदारी से ब्याज के उपसतह मीडिया की जटिल संरचनाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। जैसे, यह काम एक बफर एचेनेट का उपयोग करता है जो भूगर्भिक पारगम्य मीडिया जैसा दिखने वाले सरोगेट मीडिया में बड़े पैमाने पर हस्तांतरण और परिवहन के अध्ययन को सक्षम बनाता है।

पैटर्न का डिजाइन
पैटर्न एक कंप्यूटर एडेड डिजाइन सॉफ्टवेयर(सामग्री की तालिका)का उपयोग करके बनाया जाता है और सुविधाओं का उद्देश्य परिवहन और फोम की स्थिरता का अध्ययन करने के लिए फैक्टर्स और माइक्रोक्रैक्स का प्रतिनिधित्व करना है (चित्र 1देखें)। इन पैटर्न एक उच्च विपरीत, पॉलिएस्टर आधारित पारदर्शी फिल्म, या एक बोरोफ्लोट या क्वार्ट्ज प्लेट (फोटोमास्क) पर मुद्रित किया जा सकता है । फोटोलिथोग्राफी में उपयोग किए जाने वाले पैटर्न में एक मुख्य चैनल, चौड़ाई में 127 माइक्रोन और लंबाई में 2.2 सेमी शामिल है, जो मुख्य फ्रैक्चर के रूप में कार्य करता है। यह चैनल विभिन्न आयामों के साथ सूक्ष्म-फ्रैक्चर की एक सरणी से जुड़ा हुआ है, या एक पारमी योग्य माध्यम है जिसमें परिपत्र पदों की एक सरणी शामिल है, जिसमें 300 माइक्रोन के व्यास हैं, जो फ्रैक्चर पथ के मध्य से जुड़े हुए हैं। अतिरिक्त सहायक बंदरगाहों को डिजाइन में शामिल किया जा सकता है ताकि मुख्य विशेषताओं, उदाहरण के लिए फ्रैक्चर के प्रारंभिक संतृप्ति में मदद मिल सके।

फोटोरेसिस्ट
यह काम एक सकारात्मक फोटोरेसिस्ट का उपयोग करता है। नतीजतन, डिजाइन में क्षेत्र जो उन सुविधाओं के अनुरूप हैं जो सब्सट्रेट पर नक़्क़ाशीदार होने का इरादा रखते हैं, ऑप्टिकल रूप से पारदर्शी हैं और अन्य क्षेत्र प्रकाश (कोलिमेटेड यूवी प्रकाश) के संचरण में बाधा डालते हैं। नकारात्मक फोटोरेसिस्टों के मामले में, स्थिति विपरीत होगी: डिजाइन में क्षेत्र जो उन विशेषताओं के अनुरूप हैं जो सब्सट्रेट पर नक़्क़ाशीद होने का इरादा रखते हैं, ऑप्टिकल रूप से गैर-पारदर्शी होंगे।

यूवी प्रकाश स्रोत
पैटर्न यूवी प्रकाश के लिए अपने जोखिम का एक परिणाम के रूप में अपनी घुलनशीलता में फेरबदल करके फोटोरेसिस्ट को स्थानांतरित कर रहे हैं । एक पूर्ण स्पेक्ट्रम, पारा वाष्प दीपक यूवी स्रोत के रूप में काम कर सकता है। हालांकि, एक कोलिमेटेड, संकीर्ण बैंड यूवी स्रोत का उपयोग, निर्माण की गुणवत्ता और सटीकता में काफी सुधार करता है। यह काम 365 एनएम पर पीक संवेदनशीलता के साथ एक फोटोरेसिस्ट का उपयोग करता है, एक कोलिमेटेड यूवी स्रोत जिसमें प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) की एक सरणी और लगभग 150 एस का एक्सपोजर समय शामिल है। यह यूवी स्रोत एक विकसित इन-हाउस है और लिथोग्राफी के लिए कम रखरखाव, कम विचलन, कोलिमेटेड यूवी प्रकाश स्रोत प्रदान करता है। यूवी स्रोत में नौ उच्च शक्ति वाले एलईडी की एक वर्ग सरणी होती है जिसमें 25 डिग्री सेल्सियस (3.45 मिमी x 3.45 मिमी यूवी एलईडी सिरेमिक सब्सट्रेट के साथ 3.45 मिमी यूवी एलईडी- टेबल ऑफ मैटेरियलदेखें) पर 365 एनएम की लक्ष्य चरम उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य के साथ होता है। ~70 डिग्री से ~12 डिग्री तक फर्क को कम करने के लिए प्रत्येक एलईडी पर एक हल्का-संग्रह यूवी लेंस (एलईडी 5 डब्ल्यू यूवी लेंस - टेबल ऑफ मैटेरियल देखें) का उपयोग किया जाता है। नौ अभिसरण पॉलीविनाइलक्लोराइड (पीवीसी) फ्रेस्नेल लेंस की 3 x 3 सरणी का उपयोग करके विचलन को और कम किया जाता है ।5 डिग्री। सेटअप 3.5 इंच चुकता क्षेत्र में कोलिमेटेड और एक समान यूवी विकिरण पैदा करता है। यूवी लिथोग्राफी के लिए इस कम लागत वाले प्रकाश स्रोत के निर्माण का विवरण एरिक्सस्टैड द्वारा प्रस्तुत विधि से अनुकूलित किया गया है और सहकर्मियों को मामूली संशोधनों के साथ^25,²⁶। चित्रा 16 एलईडी यूवी प्रकाश स्रोत सब्सट्रेट यूवी एक्सपोजर के लिए नीचे मंच के साथ यूवी स्टैंड के सेलिंग पर घुड़सवार दिखाता है (प्रक्रिया एक अंधेरे कमरे में की जाती है)। यूवी चरण को नौ फ्रेस्नेल लेंस से 82.55 सेमी रखा गया है जो रैक के नीचे 13.46 सेमी रैक पर रखा जाता है जो एलईडी देता है। जैसा कि चित्रा 16एमें देखा गया है, चार छोटे पंखे हैं (40 मिमी x 40 मिमी x 10 मिमी 12 वी डीसी कूलिंग फैन - प्लेट के नीचे सामग्री की टेबलदेखें) जिसमें एलईडी है और एक बड़ा पंखा है (120 मिमी x 38 मिमी 24 वी डीसी कूलिंग फैन - शीर्ष पर सामग्री की टेबलदेखें)। एलईडी को पावर देने के लिए तीन वेरिएबल डीसी पावर सप्लाई(टेबल ऑफ मैटेरियल)का इस्तेमाल किया जाता है। एक बिजली की आपूर्ति 0.15 ए, 3.3 वी पर केंद्र एलईडी फ़ीड; एक बिजली की आपूर्ति 0.6 ए, 14.2 वी पर चार कोने एलईडी खिलाती है; और एक बिजली की आपूर्ति 0.3 ए, 13.7 वी पर शेष चार एलईडी खिलाती है। चित्रा 16bमें योजनाबद्ध रूप से दिखाए गए चरण को 1 सेमी² उप-क्षेत्रों में विभाजित किया गया है और यूवी प्रकाश की तीव्रता को प्रत्येक में यूवी पावर मीटर(सामग्री की तालिका) काउपयोग करके मापा जाता है जो 2 डब्ल्यू 365 एनएम रोब असेंबली से लैस है। औसतन, यूवी लाइट में औसतन 4.95 एमडब्ल्यू/सेमी² की औसत ताकत होती है, जिसमें 0.61 mW/सेमी²के मानक विचलन की विशेषता होती है। चित्रा 17 इस यूवी प्रकाश स्रोत के लिए यूवी तीव्रता मानचित्र का एक रंग-कोडित भूखंड प्रस्तुत करता है। 10 सेमी 10 सेमी के क्षेत्र में तीव्रता अपेक्षाकृत समान है, जिसमें चरण के केंद्र में 4 से 5 mW/सेमी² तक के मूल्य शामिल हैं जहां सब्सट्रेट रखा जाता है और प्रकाश के संपर्क में आता है। इन-हाउस कोलिमेटेड यूवी-लाइट सोर्स के विकास के बारे में अधिक जानकारी के लिए ईएसआई, सप्लीमेंट्री फाइल 1: फिगर S3, S4को संदर्भित करता है। यूवी स्रोत के उपयोग को इसके सुरक्षित उपयोग के लिए यूवी ब्लॉकिंग शील्ड/कवर के साथ जोड़ा जा सकता है। अतिरिक्त सुरक्षा उपायों में यूवी सुरक्षा चश्मे (लाल और यूवी लेजर के लिए लेजर आई प्रोटेक्शन सेफ्टी चश्मा - (190-400 एनएम)), Z87 शब्द के साथ चिह्नित चेहरे-ढाल शामिल हो सकते हैं जो एक्सपोजर को कम करने के लिए बुनियादी यूवी सुरक्षा(सामग्री की तालिका)प्रयोगशाला कोट और दस्ताने प्रदान करने के लिए एएसआइ मानक (एएनएसआई जेड87.1-1989 यूवी प्रमाणन) को पूरा करता है।

निर्माण तकनीक
यह काम उच्च-रिज़ॉल्यूशन कैमरा और एक रोशनी स्रोत का उपयोग करके निर्मित ग्लास माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में उच्च दबाव वाले फोम इंजेक्शन के लिए कदम से एक कदम रोडमैप भी प्रस्तुत करता है। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में सीओ₂ और एससीओ₂ फोम माइक्रोस्ट्रक्चर और परिवहन के उदाहरण भी खंडित तंग और अल्ट्रा-टाइट संरचनाओं के लिए प्रासंगिकता के साथ प्रस्तुत किए जाते हैं। इन उपसतह मीडिया में परिवहन का प्रत्यक्ष अवलोकन एक चुनौतीपूर्ण कार्य है । जैसे, इस काम में वर्णित उपकरण तापमान और दबाव की स्थिति के तहत पारम करने योग्य मीडिया में परिवहन का अध्ययन करने के लिए एक सक्षम मंच प्रदान करते हैं जो खंडित मीडिया, ईओई की प्रक्रियाओं और जलभृत उपचार जैसे उपसतह अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक हैं।

इस कार्य में उपयोग किए जाने वाले उपकरण दो विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके गढ़े जाते हैं, नामत फोटोलिथोग्राफी/गीला-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग और स्ले । फोटोलिथोग्राफी/वेट-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग तकनीक में कम रखरखाव, कोलिमेटेड यूवी प्रकाश-स्रोत का उपयोग करके अपेक्षाकृत कम लागत वाली नक़्क़ाशी प्रक्रिया शामिल है । SLE एक femto-दूसरे लेजर स्रोत का उपयोग कर मार डाला है गीला नक़्क़ाशी के माध्यम से गिलास थोक से संशोधित गिलास को हटाने के बाद । फोटोलिथोग्राफी/वेट-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग तकनीक में शामिल मुख्य चरणों में शामिल हैं: (i) चैनल नेटवर्क के नक्शे का निर्माण, (ii) पॉलिएस्टर आधारित पारदर्शिता फिल्म या ग्लास सब्सट्रेट पर डिजाइन प्रिंट करना, (iii) पैटर्न को क्रोम/फोटोरेसिस्ट लेपित बोरोसिलिकेट सब्सट्रेट पर स्थानांतरित करना, (iv) फोटो डेवलपर और क्रोम एवेंट्स समाधानों द्वारा उजागर क्षेत्र को हटाना, (v) बोरोसिलिकेट सब्सट्रेट के पैटर्न वाले क्षेत्र को वांछित गहराई तक ले जाना, (vi) उपयुक्त स्थानों में तैनात प्रवेश छेद के साथ एक कवर प्लेट तैयार करना, और नक़्क़ाशीदार सब्सट्रेट और कवर प्लेट का (vii) थर्मल बॉन्डिंग। इसके विपरीत, स्ले एक दो-चरण प्रक्रिया को नियोजित करता है: (i) एक पारदर्शी फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट में चयनात्मक लेजर-प्रेरित प्रिंटिंग, और (ii) गीले रासायनिक नक़्क़ाशी के माध्यम से संशोधित सामग्रियों को चयनात्मक रूप से हटाने से फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट में त्रि-आयामी विशेषताओं का विकास होता है। पहले चरण में, फ्यूज्ड सिलिका ग्लास के माध्यम से लेजर विकिरण आंतरिक रूप से रासायनिक/स्थानीय नक़्क़ाक-क्षमता को बढ़ाने के लिए ग्लास थोक को संशोधित करता है। एक त्रि-आयामी कनेक्टेड वॉल्यूम को संशोधित करने के लिए ग्लास के अंदर केंद्रित लेजर स्कैन जो सब्सट्रेट की सतहों में से एक से जुड़ा हुआ है।

दोनों तकनीकों के परिणामस्वरूप उन उपकरणों का परिणाम होता है जो रासायनिक और शारीरिक रूप से प्रतिरोधी होते हैं और उच्च दबाव और तापमान की स्थिति के सहिष्णु होते हैं जो ब्याज की उपसतह प्रणालियों के अनुरूप होते हैं। दोनों तकनीकें उच्च सटीक नक़्क़ाशी वाले सूक्ष्म चैनलों और सक्षम प्रयोगशाला-ऑन-ए-चिप उपकरणों को बनाने के लिए रास्ते प्रदान करती हैं। फोटोलिथोग्राफी/वेट-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग तकनीक चैनलों की ज्यामिति के संदर्भ में मजबूत है और इसका उपयोग जटिल चैनल नेटवर्क को नक़्क़ाशी के लिए किया जा सकता है, जबकि एसएलई व्यावहारिक कारणों से अपेक्षाकृत सरल नेटवर्क तक सीमित है । दूसरी ओर, फोटोलिथोग्राफी/वेट-नक़्क़ाशी/थर्मल-बॉन्डिंग से बने उपकरण संबंध खामियों के कारण टूटने के लिए अधिक असुरक्षित हो सकते हैं, थर्मल बॉन्डिंग के दौरान तेजी से हीटिंग/कूलिंग दरों से अवशिष्ट थर्मल तनाव और गीले नक़्क़ाशी प्रक्रिया से संरचनात्मक खामियों । फोटोलिथोग्राफी के विपरीत, SLE उपकरण उच्च दबाव के तहत अधिक लचीला दिखाई देते हैं (9.65 एमपीए तक परीक्षण किया गया)। निर्माण तकनीक के बावजूद, तेजी से दबाव buildup दरों माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में यांत्रिक विफलताओं की संभावना बढ़ सकती है।

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Disclosures

लेखक हितों और प्रकटीकरण के कोई टकराव की घोषणा करते हैं ।

Acknowledgments

व्योमिंग विश्वविद्यालय के लेखकों ने कृतज्ञता से अपरंपरागत और तंग तेल संरचनाओं (सीएमसी-यूएफ) में जल-हाइड्रोकार्बन-रॉक इंटरैक्शन के मशीनी नियंत्रण के लिए केंद्र के हिस्से के रूप में समर्थन स्वीकार किया, एक ऊर्जा सीमांत अनुसंधान केंद्र जो अमेरिका के ऊर्जा विभाग द्वारा वित्त पोषित है, डीओई (बीईएस) पुरस्कार डी-SC0019165 के तहत विज्ञान का कार्यालय है। कंसास विश्वविद्यालय के लेखक इस परियोजना के वित्तपोषण के लिए राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन ईपीएसकोआर रिसर्च इंफ्रास्ट्रक्चर इंप्रूवमेंट प्रोग्राम: ट्रैक-2 केंद्रित ईपीएसकोर सहयोग पुरस्कार (ओआईए-1632892) को स्वीकार करना चाहते हैं। लेखक भी साधन प्रशिक्षण में उसकी उदार मदद के लिए रासायनिक इंजीनियरिंग विभाग, व्योमिंग विश्वविद्यालय से जिंदी सूर्य को अपनी प्रशंसा का विस्तार । एसएए ने इमेजिंग और यूवी स्टैंड के निर्माण के साथ उनकी मदद के लिए व्योमिंग विश्वविद्यालय से केली विंकेलमैन को धन्यवाद दिया। पिछले लेकिन कम से कम नहीं, लेखकों ने SLE तकनीक के बारे में उपयोगी चर्चाओं के लिए माइक्रोग्लास, एलएलसी से जॉन वाससेरबाउर को स्वीकार किया।

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1/4” bolts and nuts			For fabrication of the metallic plates to sandwich the glass chip between them for thermal bonding
3.45 x 3.45 mm UV LED	Kingbright		To emitt LED light
3D measuring Laser microscope	OLYMPUS	LEXT OLS4000	To measure channel depths
40 mm x 40 mm x 10 mm 12V DC Cooling Fan	Uxcell		To cool the UV LED lights
120 mm x 38 mm 24V DC Cooling Fan	Uxcell		To cool the UV LED lights
5 ml (6 ml) NORM-JECT Syringe	HENKE SASS WOLF	Lot #16M14CB	To rinse the chip before each experiment
Acetone (Certified ACS)	Fisher Chemical	Lot #177121	For cleaning
Acid/ corossion resistive tweezer	TED PELLA		To handle the glass piece in corosive solutions
Acid/solvent resistance tweezers	TED PELLA, INC	#53009 and #53010	To handle the glass in corrosive solutions
Alloy X	AMERICAN SPECIAL METALS	Heat Number: ZZ7571XG11	Thermal bonding
Ammonium hydroxide (ACS reagent)	Sigma Aldrich	Lot #SHBG9007V	To clean the chip at the end of process
AutoCAD	Autodesk, San Rafael, CA		To design 2D patterns and 3D chips
BD Etchant for PSG-SiO₂ systems	TRANSENE	Lot #028934	An improved buffered etch formulation for delineation of phosphosilica glass – SiO₂ (PSG), and borosilica glass – SiO₂ (BSG) systems
Blank Borofloat substrate	TELIC	CG-HF	Upper substrate for UV etching
Borofloat substrate with metalizations	TELIC	PG-HF-LRC-Az1500	Lower substrate for UV etching
Capture One photo editing software	Phase One		To Capture/Edit/Convert the pictures taken by Phase One Camera
Capture station	DT Scientific	DT Versa	To place of the chip in the field of view of the camera
Carbon dioxide gas (Grade E)	PRAXAIR	UN 1013, CAS Number 124-38-9	non-aqeous portion of foam
Chromium etchant 1020	TRANSENE	Lot #025433	High-purity ceric ammonium nitrate systems for precise, clean etching of chromium and chromium oxide films.
Circulating baths with digital temperature controller	PolyScience		To control the brine and CO₂ temperatures
Computer		NVIDIA Tesla K20 Graphic Card - 706 MHz Core - 5 GB GDDR5 SDRAM - PCI Express 2.0 x16	To process and visualize the images obtained via the Phase One camera
Custom made high pressure glass chip holder			To tightly hold the chip and its connections for high pressure testing
Cutrain (Custom)			To protect against UV/IR Radiations
Deionized water (DI)			For cleaning
Digital camera with monochromatic 60 MP sensor	Phase One	IQ260	Visualization system
Ethanol, Anhydrous, USP Specs	DECON LABORATORIES, INC.	Lot #A12291505J, CAS# 64-17-5	For cleaning
Facepiece reusable respirator	3M	6502QL, Gases, Vapors, Dust, Medium	To protect against volatile solution inhalation
Fused Silica (UV Grade) wafer	SIEGERT WAFER	UV grade	Glass precursor for SLE printing
GIMP	Open-source image processing software		To characterize image texture and properties
Glovebox (vinyl anaerobic chamber)	Coy		To provide a clean, dust-free environment
Heated ultrasonic cleaning bath	Fisher Scientific		To accelerate the etching process
Hexamethyldisilazane (HMDS) Cleanroom® MB	KMG	62115	Primer for photoresist coating
Hose (PEEK tubing)	IDEX HEALTH & SCIENCE	Natural 1/16" OD x .010" ID x 5ft, Part # 1531	Flow connections
Hydrochloric acid, certified ACS plus	Fisher Chemical	Lot # 187244	Solvent in RCA semiconductor cleaning protocol
Hydrogen Peroxide	Fisher Chemical	H325-500	Solvent in RCA semiconductor cleaning protocol
ImageJ	NIH		To characterize image texture and properties
ISCO syringe pump	TELEDYNE ISCO	D-SERIES (100DM, 500D)	To pump the fluids
Kaiser LED light box	Kaiser		To illuminate the chip
Laser printing machine	LightFab GmbH, Germany.	FILL	Glass-SLE chip fabrication
Laser safety glasses	FreeMascot	B07PPZHNX4	To protect against UV/IR Radiations
LED Engin 5W UV Lens	LEDiL		To emitt LED light
Light Fab 3D Printer (femtosecond laser)	Light Fab		To selectively laser Etch of fused silica
LightFab 3D printer	LightFab GmbH, Germany		To SLE print the fused silica chips
MATLAB	MathWorks, Inc., Natick, MA		Image processing
Metallic plates
Micro abrasive sand blasters (Problast 2)	VANIMAN	Problast 2 – 80007	To craete holes in cover plates
MICROPOSIT 351 developer	Dow	10016652	Photoresist developer solution
Muffle furnace	Thermo Scientific	Thermolyne Type 1500	Thermal bonding
N₂ pure research grade	Airgas	Research Plus - NI RP300	For drying the chips in each step
NMP semiconductor grade - 0.1μm Filtered	Ultra Pure Solutions, Inc	Lot #02191502T	Organic solvent
Oven	Gravity Convection Oven	18EG
Phase One IQ260 with an achromatic sensor	Phase One	IQ260	To visulize transport in microfluidic devices using an ISO 200 setting and an aperture at f/8.
Photomask	Fine Line Imaging	20,320 DPI FILM	Pattern of channels
Photoresist (SU-8)	MICRO CHEM	Product item: Y0201004000L1PE, Lot Number: 18110975	Photoresist
Polarized light microscope	OLYMPUS	BX51	Visual examination of micro channels
Ports (NanoPort Assembly)	IDEX HEALTH & SCIENCE	NanoPort Assembly Headless, 10-32 Coned, for 1/16" OD, Part # N-333	Connections to the chip
Python	Python Software Foundation		Image processing
Safety face shield	Sellstrom	S32251	To protect against UV/IR Radiations
Sealing film (Parafilm)	Bemis Company, Inc		Isolation of containers
Shutter Control Software	Schneider-Kreuznach		To adjust shutter settings
Smooth ceramic plates			Thermal bonding
Stirring hot plate	Corning®	PC-620D	To heat the solutions
Sulfuric acid, ACS reagent 95.0-98.0%	Sigma Aldrich	Lot # SHBK0108	Solvent in RCA semiconductor cleaning protocol
Syringe pump (Standard Infuse/Withdraw PHD ULTRA)	Harvard Apparatus	70-3006	To saturate the chip before each experiment
Torque wrench	Snap-on	TE25A-34190	To tighten the screws
UV power meter	Optical Associates, Incorporated	Model 308	To measure the intesity of UV light
UV power meter	Optical Associates, Incorporated	Model 308	To quantify the strength of UV light
UV radiation stand (LED lights)			To transfer the pattern to glass (photoresist layer)
Vaccum pump	WELCH VACCUM TECHNOLOGY, INC	1380	To dry the chip
Variable DC power supplies	Eventek	KPS305D	To power the UV LED lights

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References

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Protocol

Representative Results

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