1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작

Summary

여러 가지 방법입니다 미세 장치에 포함 된 비 직사각형 섹션의 채널의 제조에 사용할 수 있습니다. 그들의 대부분을 다단계 제조 하 고 광범위 한 맞춤 포함. 이 문서에서 한 단계 접근입니다 순차적 습식된 에칭에 의해 다른 기하학적 횡단면의 미세 채널 제조에 대 한 보고 됩니다.

Abstract

입니다 (PDMS) 자료는 실질적으로 소프트 리소 그래피 복제 성형 기술을 사용 하 여 미세 장치 조작에 악용 됩니다. 사용자 지정된 채널 레이아웃 디자인은 특정 기능과 수많은 생물 및 화학 응용 프로그램 (예를 들어, 세포 배양, 바이오 센 싱, 화학 종합, 및 액체 처리)에서 미세 장치 통합된 성능 필요 합니다. 감광 레이어 마스터 금형으로 사진 평판에 의해 꽃무늬 실리콘 웨이퍼를 사용 하 여 접근을 성형의 자연 때문 미세 채널 일반적으로 사각형 모양 동일한 높이 일반 크로스 단면도 있다. 일반적으로 채널 여러 높이 또는 다른 기하학적 섹션을 특정 기능을 보유 하 고 다양 한 미세 응용 프로그램에서 수행할 수 설계 되었습니다 (예를 들어, hydrophoresis은 입자를 정렬 및 사용에 대 한 지속적인 흐름에 분리 혈^6,7,,89). 따라서, 많은 노력 사진 평판 여러 감광 레이어 및 다른 PDMS 사용 하 여 얇은 시트 처럼 채널 다중 단계 접근법을 통해 다양 한 섹션을 생성 했다. 그럼에도 불구 하 고, 이러한 여러 단계 접근 일반적으로 지루한 절차 및 광범위 한 계측을 포함 한다. 또한, 조작된 장치를 지속적으로 수행 하지 않을 수 있습니다 및 결과 실험 데이터를 예측할 수 있습니다. 여기, 한 단계 접근 계획된 단일 레이어 레이아웃의 채널로 현상 소개 PDMS 순차적 습식된 에칭 프로세스를 통해 다른 기하학적 횡단면 미세 채널의 간단 제작 개발 PDMS 자료에 포함 된. 다른 형상의 PDMS 미세 채널 제조를 위한 기존의 방법에 비해, 개발된 단계 접근 채널 비 직사각형 섹션 또는 다양 한 높이 조작 하는 프로세스를 크게 단순화할 수 있습니다. 따라서, 기술 혁신적인 미세 시스템의 발전을 위한 제작 솔루션을 제공 하는 복잡 한 미세 채널 구축의 방법입니다.

Introduction

미세 기술 다양 한 생물 의학 및 화학 연구 및 응용 프로그램에 대 한 그들의 고유한 이점 때문에 지난 수 십년 동안 관심을 모으고 있다. 미세 칩을 생성 하기 위한 여러 가지 소재 사용 옵션 요즘, 고분자, 세라믹, 및 실리콘 재료 등 사용할 수 있습니다. 우리의 지식, 미세 재료 중의 최고를 PDMS 다양 한 마이크로 연구와 입자, 그것의 광학 및 생물학 호환성을 포함 한 응용 프로그램에 대 한 적절 한 소재 속성 때문에 가장 일반적인 것은 체액, 그리고 매우 작은 생물^1,2,3,,45. 또한, PDMS 재료의 표면 화학 및 구조 기계적 특성 같은 고분자 기반 미세 장치^10, 를 적용 하 여 microelectromechanical 및 mechanobiological 연구를 촉진 하기 위하여 조정 될 수 있다 ^11,12. 설계 된 채널 패턴 미세 소자의 제조에 관한 소프트 리소 그래피 복제 성형 방법 일반적으로의 구성 되는 그들의 해당 마스터 금형을 이용 하 여 미세 채널을 만드는 데 적용 됩니다. 포토 리소 그래피 패턴 감광 레이어 및 실리콘 웨이퍼 기판¹² 성형 포토 레지스트 패턴화 층으로 실리콘 웨이퍼를 사용 하 여 접근의 특성으로 인하여 미세 채널 일반적으로 직사각형 모양 동일한 높이 일반 크로스 단면도 있다.

최근에, 연구는 상당한 진전이 거래, 예를 들어 생물 의학 연구, 정렬 입자 및 hydrophoresis를 사용 하 여, 혈액 플라스마 분리 및 채널 미세 칩을 적용 하 여 백혈구 세포를 풍부 하 게 셀 서로 다른 높이 또는 기하학적 섹션^6,7,,89. 이러한 정렬 및 마이크로 생물 의학 응용 프로그램의 기능을 분리 채널 다른 기하학적 섹션을 사용자 지정 하 여 실현 됩니다. 여러 연구 다양 한 높이 또는 비 직사각형 횡단면의 특정 표면 패턴 마스터 금형을 날조 하 여 다른 기하학 특징의 횡단면으로 미세 채널 제조에 헌신 했습니다. 금형 제조에 이러한 연구 다단계 포토 리소 그래피, 포토 레지스트 리플로우, 그리고 그레이 스케일 리소 그래피^13,,1415같은 기술을 포함합니다. 필연적으로, 기존 기술이 포함 가늘게 만들어진된 포토 또는 실질적으로 미세 채널의 해당 제조의 복잡성 수준을 향상 시킬 수 있는 여러 단계의 제조 공정에서 정확 하 게 정렬. 지금까지 미세 채널 다양 한 섹션에 대 한 단일 단계 제조 프로세스에 대 한 여러 번 시도 하지만 해당 기술 채널¹⁶의 특정 횡단면 모양에 매우 제한 됩니다.

지난 2 년간 PDMS 날조를 위한 성형 방법 이외에 다양 한 섹션, 기하학적 특징을 가진 PDMS 채널 패턴 기법 에칭 미세 채널 되고있다의 다양 한 선택의 제조 미세 응용 프로그램입니다. 예를 들어, PDMS 습식된 에칭은 다층 PDMS 마이크로 재구성된 기관 수준 폐 기능¹⁷의 공기 작동 식 개폐 셀 문화 장치를 건설 하기 위한 결합 함께 악용 됩니다. PDMS 습식 에칭 기술은 PDMS 캐스팅 3D PDMS 미세 바늘 어레이¹⁸날조를 위한 컴퓨터 제어 시스템에 의해 가공 하는 원통형 microwells에 함께 적용 됩니다. PDMS 드라이 에칭은 마이크로 전기 기계 액추에이터^19,20의 부분으로 PDMS 마이크로 구조를 확인 하는 데 사용 됩니다. 다공성 PDMS 막 설계 공 레이아웃은 또한 드라이 에칭 프로세스²¹를 통해 조작 됩니다. 습식 및 건식 에칭 기술을 지정 된 기 하 도형²²PDMS 영화 패턴에 통합 될 수 있습니다.

그러나, PDMS 위한 에칭 기술 채널 구조 모양 적용 되지 않은 일반적으로 미세 제조에 그들의 본질적인 제한 때문에 복잡 한 섹션. 첫째, 다양 한 섹션의 미세 채널을 만들기 위한 화학 물질의 층 류 흐름을 활용 하 여 PDMS 습식된 에칭의 기술을 설립 되어, 이후 채널 섹션 형성은 여전히 제한 기본 특성 때문에 등방성 화학 에칭의²³를 처리합니다. 또한, PDMS 드라이 에칭 기법²⁰를 사용 하 여 마이크로 제조에 채널 섹션 형상 제어 하기 위한 합리적인 공간을 것 같다, 비록 필요한 에칭 시간 일반적으로 너무 깁니다 조건 (시간) 수 미세 칩 제조를 위한 실용입니다. 또한, PDMS 자료와 해당 마스크 에칭 선택도 포토 레지스트 층은 일반적으로 낮은 수 있습니다 및 채널에 대 한 결과 에칭된 깊이 없습니다, 따라서, 허용²⁰.

이 문서에서 우리는 PDMS 순차적 습식된 에칭 프로세스 (SWEP 라 함)에 의해 다른 형상 횡단면의 미세 채널을 조작 하는 1 단계 접근 방식을 개발 한다. SWEP 단일 레이어 채널 PDMS 미세 장치로 시작 합니다. 채널의 여러 레이아웃 디자인, 다양 한 종류의 다른 기하학적 섹션 미세 채널 제조는 순차적 에칭 프로세스를 통해 얻을 수 있습니다. 순차 에칭만 PDMS 자료에 포함 된 계획된 단일 레이어 레이아웃의 특정 채널에 도입 되는 현상을 필요 합니다. 기존의 PDMS 제조 프로세스에 비해는 SWEP 그냥 사각형이 아닌 섹션의 미세 채널 조작 하 한 추가 단계 또는 다양 한 높이 필요 합니다. 제안 된 SWEP 크게 앞서 언급 한 방법에 있는 프로세스를 단순화할 수 있는 흐름 방향에 따라 다양 한 섹션으로 미세 채널 날조의 간단 하 고 간단한 방법을 제공 합니다.

Protocol

1. 단일 레이어 채널 레이아웃 미세 소자의 제작 참고:이 문서에 소프트 리소 그래피 방법3 채널 다양 한 섹션을 제조 하는 방법을 보여 주는, PDMS 재료의 만든 미세 장치 조작에 대 한 채택 된다. PDMS 레이어 설계 토폴로지 기능에 대 한 마스터 금형의 창조 시퀀스에서 단일 프로세스를 에칭 또는 에칭에 대 한 PDMS 레이어에 채널 레?…

Representative Results

최근, 연구의 많은 만들어진 다른 섹션의 채널 미세 소자의 제조에 리소 그래피 복제 성형13,,1415 및 PDMS 에칭 기술17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 그러나 22., 여전히 …

Discussion

지난 수 십년 동안 마이크로 유망한 의미는 화학 및 생물 의학 연구를 위한 실험 플랫폼 수 건설^{1,2,,34, 체계적으로 제공 하고있다 5}. 플랫폼도 체 외에서 세포 연구^6,7, 를 통해 생리 적 microenvironment 조건에서 여러 가…

Materials

1-Methyl-2-Pyrrolidinone	Tedia, Fairfield, OH	ME-1962	NMP
10 ml Syringe	Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ	302151
150 mm Petri dish	Dogger Science	DP-43151
1H,1H,2H,2H- Perfluorooctyltrichlorosilane	Alfa Aesar, Ward Hill, MA	L16606	97 % silane
4'' Silicon Dummy Wafer	Wollemi Technical, Taoyuan, Taiwan	–
Acetone	ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan	AH3102-000000-72EC
AG Double Expose Mask Aligner	M&R Nano Technology, Taoyuan, Taiwan	AG500-4D-D-V-S-H
Biopsy Punch	Miltex, Plainsboro, NJ	33-31
Blunt Needle	Jensen Global, Santa Barbara, CA	Gauge 16
Buffered Oxide Etch	ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan	PH3101-000000-72EC
Desicattor	A-VAC Industries, Anaheim, CA	35.10001.01
Fluorescein Sodium Salt Water	Sigma-Aldrich Co., St Louis, MO	F6300
ImageJ	National Institutes of Health, Bethesda, MD	Ver. 1.51	Imaging Processing Program
Inverted Fluorescence Microscope	Leica Microsystems, Wetzlar, Germany	DMI 6000 B
Isopropyl Alcohol (IPA)	ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan	CMOS112-00000-72EC
Leica Application Suite	Leica Microsystems GmbH	LAS X
MATLAB	MathWorks, Natick, MA	R2015b	Programming for MR evaluation
Mechanical Convention Oven	ThermoFisher Scientific,Waltham, MA	Lindberg Blue M MO1450C
Plasma Tretment System	Nordson MARCH, Concord CA	PX-250	Oxygen plasma surface treatment
Polydimehtylsiloxane (PDMS)	Dow Corning, Midland, MI	SYLGARD 184
Polyethylene Tubing	Becton-Dickinson and Company, Sparks, MD	427446	PE 205, 10'
Spin Coater	ELS Technology, Hsinchu, Taiwan	ELS 306MA
Negative Tone Photoresist	MicroChem, Westborough, MA	SU-8 2050
Negative Tone Photoresist Developer	MicroChem, Westborough, MA	Y020100	SU-8 Developer
Surgical Blade	Feather, Osaka, Japan	5005093	PDMS cutting
Syringe Pump	Chemyx, Houston, TX	Fusion 400
Tetra-n-butylammonium Fluoride (TBAF)	Alfa Aesar, Ward Hill, MA	A10588