ייצור והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריית חריץ נקבוביות
Summary
מוצג הליך ליצירה והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. יצירת גשרים נימיים מסתמכת על היווצרות עמודים כדי לספק הטרוגניות פיזית וכימית כיוונית להצמיד את הנוזל. גשרים נימיים נוצרים ומתומרנים באמצעות מיקרו-במה ומדמיינים באמצעות מצלמת CCD.
Abstract
מוצג הליך ליצירה והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. עמודים הידרופוביים יחס גובה-רוחב גבוה מפוברקים ותפקודיים כדי להפוך את המשטחים העליונים שלהם הידרופיליים. השילוב של תכונה פיזית (העמוד) עם גבול כימי (הסרט ההידרופילי בחלק העליון של העמוד) מספק הן הטרוגניות פיזית והן הטרוגניות כימית המצמידה את קו המגע המשולש, תכונה הכרחית ליצירת גשרים נימיים ארוכים אך צרים ויציבים. המצעים עם העמודים מחוברים למגלשות זכוכית ומאובטחים למחזיקים מותאמים אישית. לאחר מכן, המחזיקים מותקנים על ארבעה מיקרו-tages צירים וממוקמים כך שהעמודים מקבילים זה לזה. הגשרים הנימים נוצרים על ידי החדרת נוזל בפער בין שני המצעים לאחר שההפרדה בין העמודים הפונים צומצמה לכמה מאות מיקרומטרים. לאחר מכן, המיקרו-במה המותאמת אישית משמשת לשינוי גובה הגשר הנימי. מצלמת CCD ממוקמת כדי לדמות את האורך או את רוחב הגשר נימי כדי לאפיין את המורפולוגיה של ממשק הנוזל. עמודים ברוחב של עד 250 מיקרומטר ואורכים של עד 70 מ”מ היו מפוברקים בשיטה זו, מה שהוביל לגשרים נימיים עם יחסי גובה-רוחב (אורך/רוחב) של מעל 1001.
Introduction
המחקר של הצורה ואת הכוחות וכתוצאה מכך הנגרמת על ידי גשרים נימי כבר הנושא של מחקרים נרחבים2-7. בתחילה התמקדו רוב המאמצים, בשל פשטותם, בגשרים נימיים ציריים. גשרים נימיים המתרחשים לעתים קרובות במערכות טבעיות, כגון אלה הנמצאים במדיה פרטנית ונקבובית8,9 וגשרים המועסקים ביישומים טכנולוגיים, כגון הרכבה עצמית נימי בטכנולוגיות שבב פליפ10-15 הם אסימטריים עם תכונות הרטבה לא יוניפורמיות על משטחי האינטראקציה. השילוב של טכניקות ליתוגרפיה משופרות יחד עם הנגישות של כלים מספריים פשוטים למודל ממשקי נוזלים מאפשר יצירה ומידול של גשרים נימיים עם מורכבות גוברת.
גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות מציעים פשרה מעניינת: תכונות ההרטבה הכיווניות מובילות לגשרים לא ציריים השומרים על כמה מישורי סימטריה (מה שמפשט את הניתוח). הם נחקרו באופן תיאורטי ומספרי כמקרה מבחן למדיה נקבובית. עם זאת, מחקרים ניסיוניים שיטתיים של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות היו מוגבלים. כאן אנו מציגים שיטה ליצור ולאפיין גשרים נימיים בגיאומטריה נקבובית חתוכה. בקצרה, השיטה מורכבת 1) ייצור של עמודים כדי ליצור הטרוגניות כימית ופיזית, 2) העיצוב של microstage ליישר ולתפעל את הגשרים, ו 3) הדמיה של הגשרים נימי או מלפנים או הצדדים לאפיין את המורפולוגיה שלהם. האפיון של מורפולוגיה הגשר, יחד עם השוואות סימולציות מתפתח פני השטח מסופקים בפרסום נפרד1.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטה המוצגת כאן מספקת דרך ליצור גשרים נימיים בגיאומטריית נקבוביות חתוכה, וגם שיטה להדמיית גשרים אלה כך שניתן יהיה לנתח את המורפולוגיה שלהם ולהשוות אותם לסימולציה ולתיאוריה.
שיטה זו משלבת הקלה פיזית, כמו גם דפוס כימי סלקטיבי כדי ליצור תכונות הרטבה אסימטרית. אם קיימת רק הטר?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים אסירי תודה על תמיכתה של הקרן הלאומית למדע תחת גרנט לא. CMMI-00748094 ו- ONR N000141110629.
Materials
| 99.999% Gold wire | Kurt J. Lesker | EVMAU40040 | |
| Acetone | Pharmco-AAPER | C1107283 | |
| Dimethyl sulfoxide | Fisher | D128-500 | |
| Ethanol (200 proof) | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
| Hydrochloric acid | EMD | HX0603-4 | |
| Hydrogen peroxide (30%) | EMD | HX0635-3 | |
| Isopropyl alcohol | Fisher | L-13597 | |
| Mercapto hexadecanoic acid (90%) | Sigma-Aldrich | 448303-1G | |
| Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS) | Gelest | Sim6476-O-100GM | |
| Milli-Q DI water | Millipore | Milli-Q | |
| Nitrogen (gas) | Airgas | UN1066 | |
| Oxygen (gas) | Airgas | UN1072 | |
| Silicon wafers (4 in) | WRS Materials | CC8506 | |
| SU-8 2002 (negative photo resist) | MicroChem | SU82002 | |
| SU-8 2050 (negative photoresist) | MicroChem | SU82050 | |
| SU-8 Developer solution | MicroChem | Y020100 4000L1PE | |
| Sulfuric acid | J.T. Baker | 9681-03 | |
| Poly dimethy sulfoxide (PDMS) | Dow Corning | Sylgard -184 | |
| Toluene | Omnisolv | TX0737-1 |
Riferimenti
- Broesch, D. J., Frechette, J. From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry. Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).
- Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. Pendular rings between solids – meniscus properties and capillary force. J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).
- Rose, W. Volumes and surface areas of pendular rings. J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).
- Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres. Aiche J. 17, 115-121 (1971).
- Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. Comparison between two capillary forces models. Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).
- Mason, G., Clark, W. C. . Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).
- De Souza, E. J., Brinkmann, M., Mohrdieck, C., Arzt, E. Enhancement of capillary forces by multiple liquid bridges. Langmuir. 24, 8813-8820 (2008).
- Hornbaker, D. J., Albert, R., Albert, I., Barabasi, A. L., Schiffer, P. What keeps sandcastles standing. Nature. 387, 765-765 (1997).
- Scheel, M., et al. Morphological clues to wet granular pile stability. Nat. Mater. 7, 189-193 (2008).
- Mastrangeli, M., Ruythooren, W., Celis, J. -. P., Van Hoof, C. Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems. IEEE T. Compon. Pack. 1, 133-149 (2011).
- Josell, D., Wallace, W. E., Warren, J. A., Wheeler, D., Powell, A. C. Misaligned flip-chip solder joints: Prediction and experimental determination of force-displacement curves. J. Electron. Pack. 124, 227-233 (2002).
- Lin, W., Patra, S. K., Lee, Y. C. Design of Solder Joints for Self-Aligned Optoelectronic Assemblies. IEEE T. Compon. Pack. B. 18, 543-551 (1995).
- Berthier, J., et al. Capillary self-alignment of polygonal chips: a generalization for the shift-restoring force. Microfluid. Nanofluid. 14, 845-858 (2013).
- Lambert, P., Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Degrez, G. Spectral analysis and experimental study of lateral capillary dynamics for flip-chip applications. Microfluid. Nanofluid. 9, 797-807 (2010).
- Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Van Hoof, C., Celis, J. P., Lambert, P. Lateral capillary forces of cylindrical fluid menisci: a comprehensive quasi-static study. J. Micromech. Microeng. 20, 10-1088 (2010).
- Childs, W. R., Nuzzo, R. G. Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography. Langmuir. 21, 195-202 (2005).
- Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices. Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).
- Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. . Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).
- Ferraro, D., et al. Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains. Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).
