著者らは、グラントNo.の下で国立科学財団の支援に感謝しています。CMMI-00748094およびONR N00014110629。

プロトコルテキストは、3つの主要なセクションに分かれています:1)PDMS(ポリジメチルシロキサン)柱の製造、2)柱の上部の機能化、および3)毛細血管橋の形成と特性化。
1. PDMSピラーの製作
このセクションでは、シリコン/SU-8型を使用したダイカストを用いたPDMSピラーの製造について詳しく説明します。
<ol><li>
シリコン/SU-8金型の製造
	<ol>
<li>パイレックスペトリ皿にシリコンウエハーにクリーン4を入れます。</li>
		<li>4:1(体積)で硫酸を過酸化水素(ピラニア)溶液に別のビーカーで調製します。 注: ピラニア溶液の調製と使用には細心の注意が必要です。反応は非常に発熱性であり、保護された手袋はビーカーを扱うために要求される。ピラニアは有機物と激しく反応します。ピラニア溶液を処分する前に室温まで冷まします。ウエハを皿に沈めるのに必要な十分な溶液を用意してください。</li>
		<li>ピラニア溶液をシリコンウェーハにゆっくりと注ぎ、完全に水没させます。15分間座ってみましょう。</li>
		<li>ペトリ皿からウエハーを取り出し、流れの下で洗い流す:2分間脱イオン(DI)水、30秒間エタノール、30秒間アセトン、窒素で乾燥した。 注: アセトンからの残留物が問題である場合は、IPA を使用して追加のリンスを使用することをお勧めします。</li>
		<li>150°Cのホットプレートでウエハーを15分間乾燥させます。</li>
		<li>ホットプレートから取り出し、室温まで冷まします。</li>
		<li>スピンコートSU-8 2002をウエハの表面に500rpmで40秒間塗布した。</li>
		<li>2ステップのスピンコータープログラムでウエハーにスピンコートSU-8 2050。ステップ1:500rpmで40秒。ステップ2:1,500 rpmで1分。</li>
		<li>スピンコーターからウエハーを取り出し、予熱ホットプレート(65°C)に10分間置きます。</li>
		<li>室温まで冷ましてから、ウエハーの上にマスクを置きます。</li>
		<li>紫外線ランプの下に置き、200ワットで30秒間露出する。</li>
		<li>マスクを外し、予熱ホットプレート(95°C)にウェハを10分間置きます。</li>
		<li>SU-8現像液に入れ、露出していないSU-8がすべて取り除かれるまで軽く攪拌します。その後、イソプロピルアルコールの流れで30秒間すすいで、窒素で乾燥させます。</li>
		<li>加熱されたホットプレート(95°C)を30分間置き、最後のハードベークを行います。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PDMSピラーのダイキャスト
	<ol>
<li>PDMSシルガード-184塩基の10:1質量比をビーカー中の硬化剤に激しく混ぜ合わせます。</li>
		<li>すべての気泡がなくなるまで真空チャンバー内のドガPDMS。</li>
		<li>セクション1.1で作製した金型をプラスチック製の計量皿の大きな4に入れ、PDMSを注ぎます。</li>
		<li>PDMSとカビで皿を真空チャンバーに戻します。すべての泡がなくなるまで再びドガ。</li>
		<li>皿全体をオーブン(75°Cに予熱)に2時間以上置きます。その後、室温まで冷まします。</li>
		<li>PDMSから皿を切り取り、シリコンウエハからまっすぐカミソリの刃でPDMSを切り取ります。</li>
		<li>バルクから柱でPDMS領域を切り取り、きれいなペトリ皿に保管します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 柱の頂点の機能化
この3段階のプロセスは、まずシリコンウエハー上の金膜の蒸発を伴い、続いて金膜の転写リソグラフィー16 をPDMSピラー(セクション1で作製)に移し、最後に自己組み立て単層を用いた金膜の機能化を含み、それを親水性にレンダリングする。
<ol><li>インプリント転写リソグラフィ用シリコンウエハ上の金の製造 
	<ol>
<li>ガラスカッターを使用して、円形シリコンウエハース4を4つの等しいサイズの部分にサイコロ化します。注: ウェーハはステップ 1.1.2-1.1.4 を使用して清掃し、再利用することができます。</li>
		<li>20nmの金をシリコンウエハーに直接蒸発します。</li>
		<li>下のセクション3が完了するまで、ウエハを蒸発チャンバー(またはデシケータ)に残します。これにより、ウエハはできるだけ清潔に保ちます。</li>
		<li>8 μl:20 ml(3-メルカプトプロピル)-トリメトキシシラン(MPTS):トルエン溶液をきれいなガラスバイアルで調製します。</li>
		<li>16 mM塩酸(HCl)を清潔なビーカーに200ml用意します。</li>
		<li>プラズマ反応器に金膜を入れたウエハーを入れます。</li>
		<li>酸素プラズマを使用して、300 mTorrの圧力でウェハを洗浄し、50Wの電力を10分間洗浄します。 注:この手順では、家庭用プラズマ原子炉を使用しました。</li>
		<li>ウエハーを200個の証拠エタノールでいっぱいのパイレックスペトリ皿に少なくとも10分間入れます。 注: このステップは酸素の血色によって金の上に形成される不安定な酸化物を除去するために行われる。</li>
		<li>ウエハをエタノールですすい、窒素で乾燥させます。</li>
		<li>MPTS溶液をウエハーに500 rpmで30秒間スピンコートし、続いて2,750 rpmで1分間に塗布します。 注: MPTS は PDMS とゴールド層16の間の接着層として使用されます。</li>
		<li>スピンコーターからウエハーを取り出し、エタノールの流れの下ですすります。その後、DI水ですすい、窒素で乾燥させます。 注:シリコンウエハから金層の剥離を避けるために、穏やかにすすい。</li>
		<li>ウエハーを十分に水没させるのに十分な16 mM HCl溶液を含むパイレックスペトリ皿にウエハーを入れます。HClに少なくとも5分間放置します。 注: 金が剥がれないように、溶液にそっと入れて下さってください。 注: これは PDMS とゴールド層16の間の接着性を改善するために行われます。</li>
		<li>HCl溶液からウエハを取り出し、窒素で乾燥させます。 注:このステップが完了した後、ウェーハは15〜20分以下で使用する必要があります。</li>
	</ol></li>
	<li>ウエハーからPDMSピラーへの金の転写リソグラフィー
	<ol>
<li>25 mm x 75 mm ガラススライドを各 PDMS サンプルに 1 枚用意し、エタノール、DI 水、窒素で拭き取ります。</li>
		<li>PDMSピラーをプラズマチャンバーに設置し、300 mTorrの圧力と30秒間の50 Wの電力で酸素プラズマを実行します。 注:PDMSを酸素プラズマに過度に曝露すると、ひび割れが発生します。それに応じてプラズマの状態を調整します。</li>
		<li>PDMS基板の背面を、それらに光圧を加えることによって、きれいなガラススライドに結合します。ガラススライドは、PDMSピラーの操作とステップ3で説明したデバイスへの取り付けを容易にします。</li>
		<li>ガラス支持PDMS基板を裏返し、MPTS機能性の金フィルムに柱を押し下げる(ステップ2.1)。最初は適度な圧力を加え、ガラススライドに重量(約100g)を加え、コンフォーマルコンタクトを確実にします。</li>
		<li>基板をシリコンウェーハに接触したまま少なくとも12時間放置します。</li>
		<li>PDMS基板をウェハから分離します。PDMS基板が貼り付けられている場合は、ストレートカミソリブレードを使用して、ウエハーのPDMSの端を慎重にこじ込みます。</li>
		<li>この時点で、均一な金色フィルムがPDMSピラーの上部に存在する必要があります。光学顕微鏡を使用して、金フィルムにひびが入っていないか、柱に沿って欠けている部品がないことを確認します。</li>
	</ol></li>
	<li>PDMSピラーの上部にある金の機能化
	<ol>
<li>ジメチルスルホキシド(DMSO)に十分な1 mMのメルカプトヘキサデカン酸(MHA)を準備し、PDMSピラーの上に金を完全に沈めます。 注: DMSO は、低 PDMS の膨張因子17に使用されます。</li>
		<li>PDMS基板をMHA溶液に入れ、少なくとも24時間そこに保管してください。</li>
		<li>MHA溶液から基板を取り出し、DI水ですすいで、窒素で乾燥させます。</li>
		<li>真空チャンバー(圧力<25°Cで100 mTorr)に少なくとも12時間置きます。</li>
	</ol></li>
</ol>注: 機能化プロセスが成功したことを確認するために、ステップ 2 を PDMS のバルク部分(柱なし)で実行でき、濡れ角度はゴニオメーターでテストできます。MHA金フィルムは、それぞれ<15°および〜0°の水接触角を進め、後退させる必要があります。18
3. 毛細管橋の形成と特徴付け
このセクションでは、2つの基板間に液体ブリッジを導入し、その後、異なる高さと流体量でのイメージングを介してその特性評価を導入する方法を詳しく説明します。
<ol><li>2つの柱の基材(ステップ1-2で作られた)を使用して、1つを上に、もう1つを底部ホルダーに置きます。サイドテンションねじを使用して基板を固定します。 注: デバイスの詳細については 、図 1 と代表的な結果を参照してください。</li>
	<li>上部基板が底基板よりほぼ上になるように、上部基板ステージをブレッドボードに取り付けて装置を組み立てる。2 本の向き合う柱の高さを約 1mm に下げます。</li>
	<li>ラフアライメント:下部の基板ステージのx、y、および回転ノブを使用して、2つの基板のゴールドストリップを(目で)整列させ、平行になるようにします(上部基板を通して上を見下ろす)。</li>
	<li>微調整: PDMS ピラーの長さを見下ろすためにカメラを配置します。コンピュータ画面上のライブカメラフィードを使用して、さらに柱が平行になるように底基板の位置を調整します。</li>
	<li>カメラをデバイスの反対側に移動し、ステップ 3.4 を繰り返します。</li>
	<li>上柱が下柱に接触するまで(ライブカメラフィードを使用して)2本の柱の間の分離を減らします。デジタルマイクロステージをゼロにします。これは、0の細孔の高さとして定義されます。</li>
	<li>細孔の高さを約200μmに増やします。</li>
	<li>80%のグリセロール、20%の水溶液の1〜5 μlでシリンジを調製します。注射器の端に30Gの針を取り付け、気泡が針の中に閉じ込められないようにします。 注: 水/グリセロール混合物は、実験中の蒸発を減らすために使用されます。水も使用できます。</li>
	<li>メカニカルクランプでシリンジxyz変換段階にシリンジを取り付けます。</li>
	<li>注射器の位置決め段階でマイクロメーターを調整して、針がスリットの細孔に収まるようにします(柱の長さに平行)。</li>
	<li>上部と下部の表面が針にそっと接触するように、スリットの細孔の高さを下げます。これにより、液体が両方の表面に触れ、キャピラリーブリッジを自発的に形成します。</li>
	<li>注射器からスリットの細孔にゆっくりと液体を分配します。</li>
	<li>シリンジの位置決め段階でマイクロメーターを使用して、スリットの細孔から針を取り除きます。 注: この時点で、スリット細孔の高さを変更し、液体ブリッジをイメージすることができます。 注: 画像はオープンソースソフトウェアパッケージ ImageJ で分析できます。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Broesch, D. J., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Concave+to+Convex:+Capillary+Bridges+in+Slit+Pore+Geometry.">From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry.</a> Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).</li><li>Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pendular+rings+between+solids+-+meniscus+properties+and+capillary+force.">Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force.</a> J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).</li><li>Rose, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumes+and+surface+areas+of+pendular+rings.">Volumes and surface areas of pendular rings.</a> J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).</li><li>Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+bridges+between+cylinders,+in+a+torus,+and+between+spheres.">Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres.</a> Aiche J. 17, 115-121 (1971).</li><li>Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+two+capillary+forces+models.">Comparison between two capillary forces models.</a> Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).</li><li>Mason, G., Clark, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).</li><li>De Souza, E. J., Brinkmann, M., Mohrdieck, C., Arzt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+capillary+forces+by+multiple+liquid+bridges.">Enhancement of capillary forces by multiple liquid bridges.</a> Langmuir. 24, 8813-8820 (2008).</li><li>Hornbaker, D. J., Albert, R., Albert, I., Barabasi, A. L., Schiffer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+keeps+sandcastles+standing.">What keeps sandcastles standing.</a> Nature. 387, 765-765 (1997).</li><li>Scheel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+clues+to+wet+granular+pile+stability.">Morphological clues to wet granular pile stability.</a> Nat. Mater. 7, 189-193 (2008).</li><li>Mastrangeli, M., Ruythooren, W., Celis, J. -. P., Van Hoof, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+for+Capillary+Self-Assembly+of+Microsystems.">Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems.</a> IEEE T. Compon. Pack. 1, 133-149 (2011).</li><li>Josell, D., Wallace, W. E., Warren, J. A., Wheeler, D., Powell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Misaligned+flip-chip+solder+joints:+Prediction+and+experimental+determination+of+force-displacement+curves.">Misaligned flip-chip solder joints: Prediction and experimental determination of force-displacement curves.</a> J. Electron. Pack. 124, 227-233 (2002).</li><li>Lin, W., Patra, S. K., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+Solder+Joints+for+Self-Aligned+Optoelectronic+Assemblies.">Design of Solder Joints for Self-Aligned Optoelectronic Assemblies.</a> IEEE T. Compon. Pack. B. 18, 543-551 (1995).</li><li>Berthier, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+self-alignment+of+polygonal+chips:+a+generalization+for+the+shift-restoring+force.">Capillary self-alignment of polygonal chips: a generalization for the shift-restoring force.</a> Microfluid. Nanofluid. 14, 845-858 (2013).</li><li>Lambert, P., Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Degrez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+analysis+and+experimental+study+of+lateral+capillary+dynamics+for+flip-chip+applications.">Spectral analysis and experimental study of lateral capillary dynamics for flip-chip applications.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 797-807 (2010).</li><li>Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Van Hoof, C., Celis, J. P., Lambert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lateral+capillary+forces+of+cylindrical+fluid+menisci:+a+comprehensive+quasi-static+study.">Lateral capillary forces of cylindrical fluid menisci: a comprehensive quasi-static study.</a> J. Micromech. Microeng. 20, 10-1088 (2010).</li><li>Childs, W. R., Nuzzo, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+patterning+of+coinage-metal+thin+films+using+decal+transfer+lithography.">Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography.</a> Langmuir. 21, 195-202 (2005).</li><li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+compatibility+of+poly(dimethylsiloxane)-based+microfluidic+devices.">Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices.</a> Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).</li><li>Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).</li><li>Ferraro, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+Transitions+of+Droplets+Wetting+Rectangular+Domains.">Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains.</a> Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).</li></ol>

著者は開示するものは何もありません。

ここで示す方法は、スリット細孔幾何学で毛細血管橋を作成する方法と、これらの橋梁の形態を解析し、シミュレーションや理論と比較できるようにイメージングする方法を提供します。
この方法は、非対称湿潤特性を作成するために、物理的な救済だけでなく、選択的な化学的パターニングを組み込んでいます。化学不均一性のみが存在する場合、接触角度が濡れの?...

毛細管橋によって引き起こされる形状および結果の力の研究は、広範な研究2-7の対象となっている。当初、ほとんどの努力は、そのシンプルさのために、軸対称毛細血管橋に焦点を当てていました。粒状および多孔質媒体8,9に見られるような自然システムで発生するキャピラリー橋や、フリップチップ技術10〜15 の毛細血管自己集合化などの技術的用途に用いられた橋は、相互作用面上の不均一な湿潤特性と非対称である。改良されたリソグラフィ技術と、流体インタフェースをモデル化するための簡単な数値ツールのアクセシビリティを組み合わせて、複雑さを増すキャピラリー橋梁の作成とモデリングを可能にします。
スリット孔幾何学のキャピラリー橋は興味深い妥協点を提供する:方向湿潤特性は、いくつかの対称面を保持する非軸対称橋につながる(解析を簡素化する)。多孔質メディアのケーススタディとして理論的・数値的に研究されている。しかし、スリット孔幾何学における毛細血管橋の体系的な実験的研究は限られている。ここでは、スリット細孔ジオメトリで毛管橋を作成し、特徴付ける方法を紹介します。簡単に言えば、この方法は、1)化学的および物理的な異質性を作成するための柱の製造、2)橋を整列して操作するためのマイクロステージの設計、および3)毛細血管橋の画像化が前面または側面からそれらの形態を特徴付けるから成っている。ブリッジ形態の特性評価とサーフェス・エボルバ・シミュレーションとの比較は、別のパブリケーション1で提供されています。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="425">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">99.999% Gold wire</td>
			<td style="width:84px;">Kurt J. Lesker</td>
			<td style="width:91px;">EVMAU40040</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Acetone</td>
			<td style="width:84px;">Pharmco-AAPER</td>
			<td style="width:91px;">C1107283</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:167px;">Dimethyl sulfoxide</td>
			<td style="width:84px;">Fisher</td>
			<td style="width:91px;">D128-500</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Ethanol (200 proof)</td>
			<td style="width:84px;">Pharmco-AAPER</td>
			<td style="width:91px;">111000200</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:84px;">EMD</td>
			<td style="width:91px;">HX0603-4</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Hydrogen peroxide (30%)</td>
			<td style="width:84px;">EMD</td>
			<td style="width:91px;">HX0635-3</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td style="width:84px;">Fisher</td>
			<td style="width:91px;">L-13597</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Mercapto hexadecanoic acid (90%)</td>
			<td style="width:84px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:91px;">448303-1G</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:167px;">Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS)</td>
			<td style="width:84px;">Gelest</td>
			<td style="width:91px;">Sim6476-O-100GM</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:167px;">Milli-Q DI water</td>
			<td style="width:84px;">Millipore</td>
			<td style="width:91px;">Milli-Q</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Nitrogen (gas)</td>
			<td style="width:84px;">Airgas</td>
			<td style="width:91px;">UN1066</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Oxygen (gas)</td>
			<td style="width:84px;">Airgas</td>
			<td style="width:91px;">UN1072</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Silicon wafers (4 in)</td>
			<td style="width:84px;">WRS Materials</td>
			<td style="width:91px;">CC8506</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 2002 (negative photo resist)</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">SU82002</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 2050 (negative photoresist)</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">SU82050</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">SU-8 Developer solution</td>
			<td style="width:84px;">MicroChem</td>
			<td style="width:91px;">Y020100 4000L1PE</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:167px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:84px;">J.T. Baker</td>
			<td style="width:91px;">9681-03</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:167px;">Poly dimethy sulfoxide (PDMS)</td>
			<td style="width:84px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:91px;">Sylgard -184</td>
			<td style="width:84px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:167px;">Toluene</td>
			<td style="width:84px;">Omnisolv</td>
			<td style="width:91px;">TX0737-1</td>
			<td style="width:84px;">
			
			</td>
		</tr>
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fabrication and visualization of capillary bridges in slit pore geometry

スリット-細孔ジオメトリで毛細血管橋を作成し、イメージングする手順を示します。高アスペクト比疎水性ピラーは、その上面親水性をレンダリングするために製造され、機能化されています。物理的特徴(柱)と化学的境界(柱の上部にある親水性フィルム)の組み合わせは、三重接触線をピン止めする物理的および化学的不均一性を提供し、安定した長くて狭い毛管橋を作成するために必要な特徴である。柱が付いている基質はガラスのスライドに取付けられ、カスタムのホールダーにしっかり止められた。ホルダーは4軸マイクロステージに取り付けられ、柱が平行で互いに向き合うよう配置されます。毛細管橋は、対向する柱の分離が数百マイクロメートルに減少した後、2つの基板間の隙間に流体を導入することによって形成される。カスタムマイクロステージは、毛細管橋の高さを変化させるために採用されます。CCD カメラは、流体インターフェイスの形態を特徴付けるために、キャピラリー ブリッジの長さまたは幅をイメージするために配置されます。幅が250μmまで、長さが70mmまでの柱がこの方法で製作され、1001以上のアスペクト比(長さ/幅)を持つ毛細管橋につながっています。

実験装置の説明
実験装置は、4つの主要な部分に分けることができます:1)トップ基板ステージ、2)底基板ステージ、3)注射器/シリンジxyz変換段階、4)カメラ/光学とカメラホルダー。各詳細は以下のとおりです。
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トップ基板ステージ。 デジタル変換ステージは、カスタム加工コネクタピースを介してPシリーズ取り付けクランプに取り付けられます。取?...

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Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

スリット-細孔ジオメトリで毛細血管橋を作成し、イメージングする手順を示します。毛細管橋の作成は、流体を固定する指向性物理的および化学的不均一性を提供するために、柱の形成に依存しています。 毛細管橋はマイクロステージを用いて形成され、操作され、CCDカメラを用いて可視化される。

スリット細孔形状におけるキャピラリー橋の製作と可視化

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

fabrication-visualization-capillary-bridges-slit-pore

Research

JoVE Journal

Engineering

6.4K ビュー.  Johns Hopkins University. スリット-細孔ジオメトリで毛細血管橋を作成し、イメージングする手順を示します。毛細管橋の作成は、流体を固定する指向性物理的および化学的不均一性を提供するために、柱の形成に依存しています。 毛細管橋はマイクロステージを用いて形成され、操作され、CCDカメラを用いて可視化される。

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Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

フォトニック結晶スローライト導波路とキャビティの作製と評価

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

工学

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

表面弾性波駆動型アコースティック·逆流マイクロフルイディクスで製作、操作と流れの可視化

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

アトミックトレーサブルナノ構造作製

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

シンクロトロン高速断層撮影法を使用した炭酸における反応の動的細孔スケール貯水池条件イメージング

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

超伝導共振器の作製と評価

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify their influence on void formation in composite parts. Wicking in a fibrous medium described by the Washburn equation was considered equivalent to a flow under the effect of capillary pressure according to the Darcy law. Experimental tests for the characterization of wicking were conducted with both carbon and flax fiber reinforcement. Quasi-unidirectional fabrics were then tested by means of a tensiometer to determine the morphological and wetting parameters along the fiber direction. The procedure was shown to be promising when the morphology of the fabric is unchanged during capillary wicking. In the case of carbon fabrics, the capillary pressure can be calculated. Flax fibers are sensitive to moisture sorption and swell in water. This phenomenon has to be taken into account to assess the wetting parameters. In order to make fibers less sensitive to water sorption, a thermal treatment was carried out on flax reinforcements. This treatment enhances fiber morphological stability and prevents swelling in water. It was shown that treated fabrics have a linear wicking trend similar to those found in carbon fabrics, allowing for the determination of capillary pressure.

An experimental method to measure geometrical parameters and the apparent advancing contact angles describing capillary wicking in unidirectional synthetic and natural fabrics is proposed. These parameters are mandatory for the determination of the capillary pressures that must be taken into account for liquid composite molding (LCM) applications.

単方向生地のためのテストをウィッキング：キャピラリーパラメータの測定を液体複合成形プロセスに毛細管圧力を評価します

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

光共振器およびレーザ応用のためのポリマーマイクロスフェアの作製

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...