Diseño y desarrollo de un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa

Resumen

Este proyecto permite a los pequeños laboratorios desarrollar una plataforma fácil de usar para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa precisos. La plataforma consiste en un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente con el que se lograron dispositivos microfluídicos multicapa con errores de alineación de <10 μm.

Resumen

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar una plataforma fácil de usar y rentable para la fabricación de dispositivos microfluídicos precisos y multicapa, que generalmente solo se pueden lograr utilizando equipos costosos en un entorno de sala limpia. La parte clave de la plataforma es un adaptador de alineación de máscara de microscopio (MMAA) impreso tridimensionalmente (3D) compatible con microscopios ópticos regulares y sistemas de exposición a la luz ultravioleta (UV). El proceso general de creación del dispositivo se ha simplificado enormemente debido al trabajo realizado para optimizar el diseño del dispositivo. El proceso implica encontrar las dimensiones adecuadas para los equipos disponibles en el laboratorio e imprimir en 3D el MMAA con las especificaciones optimizadas. Los resultados experimentales muestran que el MMAA optimizado diseñado y fabricado por impresión 3D funciona bien con un microscopio común y un sistema de exposición a la luz. Utilizando un molde maestro preparado por el MMAA impreso en 3D, los dispositivos microfluídicos resultantes con estructuras de múltiples capas contienen errores de alineación de <10 μm, que es suficiente para microchips comunes. Aunque el error humano a través del transporte del dispositivo al sistema de exposición a la luz UV puede causar errores de fabricación más grandes, los errores mínimos logrados en este estudio son alcanzables con práctica y cuidado. Además, el MMAA se puede personalizar para adaptarse a cualquier microscopio y sistema de exposición a los rayos UV realizando cambios en el archivo de modelado en el sistema de impresión 3D. Este proyecto proporciona a los laboratorios más pequeños una herramienta de investigación útil, ya que solo requiere el uso de equipos que normalmente ya están disponibles para los laboratorios que producen y utilizan dispositivos microfluídicos. El siguiente protocolo detallado describe el diseño y el proceso de impresión 3D para el MMAA. Además, los pasos para adquirir un molde maestro multicapa utilizando el MMAA y producir chips microfluídicos de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) también se describen aquí.

Introducción

Un campo bien desarrollado y prometedor en la investigación de ingeniería es la microfabricación debido a la vasta extensión de aplicaciones que emplean plataformas microfluídicas. La microfabricación es un proceso en el que las estructuras se producen con características de tamaño μm o menor utilizando diferentes compuestos químicos. A medida que la investigación microfluídica se ha desarrollado en los últimos 30 años, la litografía blanda se ha convertido en la técnica de microfabricación más popular con la que producir microchips hechos de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) o sustancias similares. Estos microchips se han utilizado ampliamente para la miniaturización de p....

Protocolo

1. Diseño del MMAA

1. Obtener las dimensiones de la bandeja del sistema de emisión de luz UV disponible para que sea el límite superior para las dimensiones del soporte de oblea (o unidad de exposición UV) que se muestra en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 2A,mida el diámetro (d) del borde circular interior, la altura interna (h) de la bandeja del sistema de emisión de luz UV, el ancho total (w) y la longitud (l) de la bandeja.
   NOTA: Como ejemplo, el sistema de exposición a la luz UV disponible tenía dimensiones de bandeja interior de 5 pulgadas (") x 5" x 0.25" con un recorte circular de 4....

Resultados

A través de la optimización y el uso del MMAA(Figura 1),se fabricaron moldes maestros multicapa con un error de alineación mínimo. El MMAA final se fabricó utilizando el proceso de impresión 3D de fabricación de filamentos fundidos (FFF)(Figura 2). El proceso FFF confiere una mayor precisión para las dimensiones deseadas del dispositivo. El MMAA consta de dos piezas principales(Figura 3):la pieza base y el cierre personaliz.......

Discusión

El protocolo mencionado anteriormente describe el procedimiento para imprimir en 3D un MMAA y utilizar el sistema para crear un molde maestro de dispositivo microfluídico preciso y multicapa. Aunque el dispositivo es fácil de usar, hay pasos críticos dentro del protocolo que requieren práctica y cuidado para garantizar la alineación adecuada de las capas maestras del molde. El primer paso crítico es el diseño del MMAA. Es esencial al diseñar el MMAA determinar las medidas exactas para el dispositivo que permitir?.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), 3D Printing Filament			Provided by the Texas Tech University 3D printing facility
BX53, Upright Microscope	Olympus
Form 2, Stereolithography 3D printer	Formlabs
Advanced Hot Plate Stirrer	VWR	97042-642
Isoproyl Alcohol, 70% (v/v)	VWR	BDH7999-4
Light Colored Marker	Sharpie
Magnets, 3 mm x 3 mm	WOTOY		ASIN #: B075PLVW8W
SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit	DOW	4019862
Petri Dish, 150 mm x 15 mm	VWR	25384-326
Printed Photomasks	CAD/Art Services, Inc.
Aluminum Support Jack - 8" x 8", Scissor Lift	VWR	12620-904
Silicon Wafer	University Wafer	452
Sodium Hydroxide	VWR
Sonication Bath	Branson	CPX3800H
Spin Coater	Laurell Technologies Corporation	Model WS-650MZ-23NPPB
STRATASYS SR-30	MakerBot Industries, LLC	SR-30	Dissolvable support material for 3D printing
Stratasys uPrint SE 3D Printer	Computer Aided Technology, LLC
SU-8 50	Kayaku	Y131269 0500L1GL
SU-8 100	Kayaku	Y131273 0500L1GL
SU-8 Developer	Kayaku	Y020100 4000L1PE
Super glue	Gorilla Glue
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane	Sigma-Aldrich	448931-10G
Tape	Scotch
Form Cure, UV Curing Chamber	Formlabs	FH-CU-01
UV-KUB2, UV Light-Exposure Box	Kloe	UV-KUB2