Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la dinámica de microfluidos, como los efectos de las nanoestructuras en una superficie al perfil de película delgada y la velocidad de wicking. La principal ventaja de esta técnica es que proporciona un método de fabricación de varios arreglos de pilares que absorben de una manera rentable y eficiente en el tiempo. Demostrando el procedimiento estará Thomas Germain, un estudiante graduado de nuestro laboratorio.
Para empezar, prepare el dispositivo de estampación para el protocolo. Los detalles esenciales de este dispositivo de estampado están en este esquema. Una placa de respaldo para soportar el molde se monta en una etapa XY.
Para estampar el plástico, una etapa Theta-Z mueve una broca de tamaño micro. Un láser calienta el molde de plástico en la punta de la broca. Aquí están la placa de respaldo y el soporte para la broca de estampado en sus respectivas etapas.
Una cámara de vídeo equipada con un objetivo de 10x proporciona una vista del estampado desde una vista al lado de la broca. Obtenga la placa de respaldo del dispositivo, junto con un molde de estampado. El molde es un disco acrílico, de una pulgada de diámetro y una octava pulgada de espesor.
Fije el molde de estampado a la placa de respaldo para su uso en el dispositivo. A continuación, traduzca manualmente la broca de estampación fuera del camino para evitar dañarla. A continuación, fije la placa de respaldo con el molde a la etapa de estampado XY motorizada.
Con los controles de la computadora, mueva el molde de plástico para que esté alineado y centrado con el eje de la broca de estampado. Ahora traduzca manualmente la broca de estampado hasta que esté casi en contacto con el molde de plástico. Utilice el programa de control de estampado computarizado y supervise el bit.
Traduzca la broca de estampado en pequeños incrementos hasta que la punta esté en contacto con el plástico. Después de eso, traduzca el bit de estampado lejos de la muestra. Asegúrese siempre de que el molde de plástico sea normal a la broca.
O bien, los pilares no tendrán una altura uniforme una vez que se cree el molde PDMS. Las alturas de los pilares no uniformes podrían afectar la hemisión del fluido. A continuación, asigne parámetros para crear el patrón, incluida la longitud del píxel, la profundidad de la cavidad y la posición inicial.
Continúe cargando un mapa de patrones preparado. El valor de escala de grises indica la profundidad de cavidad deseada, siendo el negro la profundidad máxima de cavidad establecida. Inicie el proceso de estampación.
El software moverá el bit a las ubicaciones adecuadas utilizando la longitud del píxel. El bit estampará una cavidad de acuerdo con los parámetros establecidos. Una vez creadas las cavidades, retire el molde de plástico estampado.
Aquí está el molde estampado inmediatamente después del proceso de estampación. El molde se completa después de que su superficie se pule con papel de lija seco húmedo de 9.000 granos, como en este ejemplo. Pase a utilizar el molde para crear una moldura.
En un vaso de precipitados, coloque el elastómero PDMS y el agente de curado en una proporción de 10 a 1. Luego, mezcle bien durante tres minutos. Después de mezclar, coloque el vaso de precipitados en una cámara evacuada para liberar cualquier burbuja de aire atrapada.
Antes de continuar, asegúrese de que la mezcla no tenga burbujas. A continuación, coloque el molde de plástico estampado en un recipiente amurallado. Idealmente, el contenedor no sería mucho más grande que el diámetro exterior del molde.
Comience a verter la mezcla de PDMS en el centro del área estampada, y en espiral hacia afuera para distribuirla por igual. Coloque el recipiente en una cámara evacuada para liberar burbujas de aire. Cuando haya terminado, transfiera el recipiente a una placa caliente para calentar a 100 grados Celsius durante 15 minutos.
Después de eso, sin permitir que la placa caliente se enfríe, calentarla a 65 grados Celsius durante 25 minutos. Retire el recipiente del calor y deje que el PDMS se enfríe. Espere 20 minutos para enfriar y curar antes de cortar el moldeo de la pared del contenedor.
Retire los PDMS del molde y almacene el molde de plástico y la muestra PDMS en contenedores cubiertos. Sin embargo, antes de usar el molde de plástico, asegúrese de limpiar la superficie de cualquier PDMS residual colocándolo en un baño de agua de ultrasonido durante cinco minutos. Este mapa de bits define una estructura rectangular que absorbe.
Cada píxel representa un cuadrado con una longitud lateral de 100 micrómetros. Los píxeles uniformemente negros significan que cada pilar del PDMS tendrá la misma altura establecida en 100 micrómetros. Esta es una vista superior de los pilares en el PDMS creado con el mapa de bits.
Esta vista lateral desde una arista muestra la altura relativamente coherente de la estructura absorbente. Aquí hay vistas laterales y superiores de una estructura PDMS con una capa de aproximadamente 70 micrómetros de espesor de aluminio depositado. Con la aplicación de etanol a la superficie, estas mismas estructuras muestran evidencia del fluido a lo largo de la base de los pilares.
Aunque este método puede proporcionar información sobre la dinámica hemiwicking, también se puede aplicar a otros sistemas, tales como tuberías de calor y transferencia de calor a nanoescala. Después de este procedimiento, se pueden realizar otros métodos como la interferometría para responder preguntas adicionales, como cómo la curvatura del menisco está determinada por la estructura absorbente y cómo afecta el flujo de calor en la región. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la transferencia de calor a microescala exploraran el papel que la forma de la región de película delgada tiene en los bloques de calor.
No olvide que trabajar con láseres puede ser extremadamente peligroso, y que las gafas de seguridad láser siempre deben usarse mientras se realiza el proceso de estampación.
