판막 다층 미세 유체 장치에 대한 여러 단계의 변수 높이 포토 리소그래피

요약

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

초록

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined.

Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

서문

지난 15 년 동안, 필드와 같은 마이크로 유체는 마이크로 미터 규모 ¹ 유체의 조작을 가능하게 새로운 기술의 폭발과 함께, 빠른 성장을 겪고있다. 처리량을 급격히 증가 및 스케일 ^{(2, 3)의} 경제를 활용하여 비용을 절감하는 동시에 작은 양 증가 속도 및 감도를 실현할 수있는 가능성이 있기 때문에 미세 유체 시스템은 습식 실험실 기능을위한 매력적인 플랫폼이다. 적층 마이크로 유체 시스템들은 단일 세포 분석 ^{4, 5, 6,} 단일 분자 분석 (예를 들어, 디지털 PCR ⁷⁾ 단백질 결정학 ⁸ 전사 인자 결합 분석 높은 처리량 생화학 분석 분야에서 특히 중요한 영향을 만들었다F "> ^{9, 10, 11} 및 세포 선별.

마이크로 유체의 중심 목표 총 생화학 분석 ^(12)는 단일 장치 내에 유체 복잡한 조작을 수행 할 수있는 장치 "칩의 실험실 '을 개발하고있다. 다층 소프트 리소그래피 기술의 발달은 온 - 칩 밸브 믹서의 생성을 가능하게함으로써 이러한 목표를 실현하는 데 도움 적극적 소량 ^{13, 14, (15)} 내의 유체를 제어하기위한 펌프 하였다. 자신의 장점과 증명 응용 프로그램에도 불구하고, 이러한 미세 유체 기술의 대부분은 비 전문가 사용자가 크게 unharnessed 남아있다. 광범위한 채택으로 인해 미세 시설에 제한된 액세스 부분에 도전하고 있지만 인해 제조 기술의 부적절한 통신에있다. 이 FO 특히 그러하다연구 밸브 또는 복잡한 형상에 대한 구조를 갖춘 다층 미세 유체 장치 : 중요한 설계 매개 변수 및 제조 기술에 대한 자세한, 실용적인 정보의 소수가 종종 이러한 장치의 설계 및 제작을 포함하는 프로젝트에 착수하기위한 새로운 연구를 방지 할 수 있습니다.

이 문서에서는, 밸브 및 가변 높이 기능 다층 미세 유체 장치를 만드는 설계 매개 변수에서 시작하여 모든 제조 단계를 통해 이동을위한 완벽한 프로토콜을 제시하여이 지식 격차를 해결하는 것을 목표로하고있다. 제조의 초기 포토 리소그래피 단계에 초점을 맞춤으로써,이 프로토콜은 금형에서 장치를 주조 및 특정 실험을 실행하는 다운 스트림 단계를 설명하는 다른 미세 유체 프로토콜 ^16을 보완한다.

모 놀리 식 온 - 칩 밸브와 마이크로 유체 장치는 두 개의 층으로 구성되어 있습니다 : 관심의 유체가 마이크로에서 조작하는 "흐름"층을,채널, 공기 또는 물을 포함하는 마이크로 채널을 선택적으로 유동 층 ^(14)의 유체 흐름을 조절할 수있는 "권한"층. 이 두 층은 각각의 후속 호출 과정에서 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 복제 성형에 사용되는 별도의 실리콘 몰딩 마스터 상에 제조되는 "소프트 리소그래피 ^(17)." 적층 장치를 형성하기 위해 PDMS 층 각각은 각각의 성형 마스터에서 주조 한 다음함으로써 각 층의 채널을 시청할 수있는 복합 PDMS 소자를 형성하고, 서로 정렬. 밸브는 유동 제어 채널이 서로 교차 만 얇은 막에 의해 분리 된 위치에 형성된다; 제어 채널의 가압이 유로를 폐색이 막 편향 로컬 유체 (도 1)를 대체.

액티브 온 - 칩 밸브를 원하는 최종 용도에 따라 여러 가지 방법으로 제조 될 수있다. 밸브제어 층 (도 1) ⁽¹⁵⁾ 위 또는 유동 층 아래에 있는지에 따라 "밀어", "아래로 밀어"또는 구조 중 하나로 구성 될 수있다. 유동 채널 접합 기판과 직접 접촉 할 수 있도록 형상이 허용하는 "푸시 다운"상태에서 기판 표면을 선택적으로 기능화 또는 패터닝의 이점을 부여하는, 기하학 하부 폐쇄 압력과 박리에 대해 더 높은 장치의 안정성을 허용 "밀어" 나중에 기능 ^{18, 19.}

밸브는 유로의 단면 형상에 따라 의도적 누설 "시브"밸브 또는 완전히 밀봉 될 수있다. 체 밸브 구슬, 세포 또는 다른 macroanalytes ^1을 포착하는 데 유용하며, 전형적인 네거티브 포토 레지스트 (즉, SU-8 시리즈), 하의 사용을 통해 제작된다직사각형 프로필을했습니다. 제어 채널은 이들 밸브 영역 위에 가압시, 제어 흐름 층의 PDMS 막 (그림 1)의 모서리를 밀봉 유체 흐름을 허용하지만, 거시적 입자들을 트래핑하지 않고 밸브의 직사각형 프로파일로 등방성으로 편향시킨다. 반대로, 완전 밀봉 미세 유체 밸브는 밸브 위치에서 둥근 포토 레지스트의 작은 패치를 포함하여 제조된다. 이 구조에 의해, 제어 채널의 완전 가압 유체 흐름을 정지, 채널을 밀봉하기 위하여 둥근 유동 층에 대해 막 편향. 흐름 층에서 둥근 프로파일은 일반적인 포토 리소그래피 단계 후 용융 및 긍정적 인 포토 레지스트 (예를 들어, AZ50의 XT 또는 SPR 220)의 리플 로우를 통해 생성된다. 우리는 이전에 밸브 지역의 후 리플 로우 높이가 선택한 기능 치수 ^(21)에 달려 있음을 증명하고있다. 이 프로토콜은 두 밸브 형상의 제작과를 보여줍니다비드 합성 장치이다.

그림 1 : 다층 미세 유체 밸브 기하학. 체에 대한 일반적인 "밀어"장치 아키텍처와 (위)과 후 (아래) 가압 전에 완전히 밀봉 밸브. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

장치는 또한 하나의 흐름 층 내에서 여러 다른 높이의 기능을 필요로 저항 ⁽²⁰⁾ 혼란 믹서 ^(13)와 온 - 칩 복잡한 수동 기능을 포함 할 수있다. 가변 높이 흐름 층을 달성하기 위해, 다른 그룹은 인쇄 회로 기판 에칭 ^(22), 다층 PDMS 릴리프 배향 ⁽²³⁾ 또는 다단계 (P)을 포함한 여러 방법을 채용 한hotolithography ^24. 우리 그룹은 효과적이고 재현 가능한 방법으로 단일 성형 마스터 다단계 포토 리소그래피를 발견했다. 이를 위해, 각 층의 도포 사이에서 발달하지 층에 네가티브 포토 레지스트 (예를 들면, SU-8 포토 레지스트 계)의 두께 채널 구축의 간단한 포토 리소그래피 기술이 이용된다. 각 층은 실리콘 마스터에 두께 사용하여 제조 지침 ^(25)에 따라 네가티브 포토 레지스트에 방사된다. 이 높이의 특징은 특정 투명 마스크 (도 2) 유리 마스크 판에 부착하고 노광 전의 이전 방사 층 정렬을 사용하여 층상에 패터닝된다. 다단계 포토 리소그래피에있어서, 층간 정밀한 정렬은 전체 높이가 가변 유동 채널을 형성하는데 중요하다. 정렬 후에, 각 층의 두께 의존성 노광 후 베이킹을 실시한다. 현상없이, 다음 층은 SIM이고ilarly 패턴. 이러한 방식으로, 키의 기능은 다수의 마스크의 사용을 통해 단일 유동 웨이퍼 층별을 구축 할 수있다. 각 단계 사이에 개발을 스킵함으로써, 기존의 포토 레지스트 층 ⁽²⁴⁾ (즉, 두 개의 25 ㎛의 층이 50㎛의 기능을 할 수있다) 복합 높이는 기능을 생성하기 위해 사용될 수있다. 또한, 이러한 혼란 믹서 헤링본 홈 ^(13)의 채널 층의 기능은 이전에 노출 된 기능을 가진 층을 사용하여 제조 될 수있다. 최종 개발 단계는 변수 높이 (그림 3)의 기능을 하나의 흐름 웨이퍼를 만드는 과정을 완료합니다.

여기에서, 온 - 칩 밸브를 복수의 높이와 유체 채널을 제조하는 데 필요한 모든 절차의 예를 포함하는 다단계 포토 리소그래피를위한 완전한 프로토콜이 제공된다. 이 제조 프로토콜 밸브 variab을 필요로하는 다중 층 미세 비드 합성의 문맥에서 제공된다르 높이의 기능을 제공합니다. 이 장치는 Poiseuille 저항 액적 성분을 균질화 혼돈 혼합기 제어를 통해 유량을 조절하기 위해, 오일 시스 내에 온 - 칩 저항기 물방울을 생성하기위한 T-접합부를 포함하며, 모두 완전히 밀봉하고 자체 밸브는 다수의 시약을 포함하는 자동화 된 작업 흐름을 활성화 입력. 다단계 포토 리소그래피를 사용하여, 이러한 기능은 각각의 높이와 포토 레지스트에있어서 상이한 층 상에 제조되며 다음 층이 프로토콜로 구성된다 : (1) 흐름 라운드 밸브 층 (55 μm의, AZ50 XT) (2) 흐름 낮은 층 (55 μm의, SU-8 2,050) (3) 흐름 높은 층 (85 μm의, SU- 8 2025 30 μm의 첨가제 고도), 및 (4) 헤링본 그루브 (125 μm의 2025 SU-8, 40 μm의 첨가제 높이) (도 3).

하이드로 겔 비드 선택적 하류 분석 용 표면 기능화 약물 캡슐화, 라디에이터를 포함한 다양한 용도에 사용될 수있는otracing 및 이미지 분석, 세포 결합; 우리는 이전에 란탄 nanophosphors ^{(20)를 포함하는} 분광 엔코딩 PEG 하이드로 겔 비드를 제조하기 위해 이러한 장치의보다 복잡한 버전을 사용했다. 원하는 경우 어떤 실험실 연구 활동에 사용할 수 있도록 여기서 설명하는 디자인은 추가 자료에 포함되어 있습니다. 우리는이 프로토콜은 전문가와 마이크로 유체의 진입 장벽을 낮추고 제조 성공의 기회를 증가하는 밸브 또는 복잡한 형상과 다층 미세 유체 소자 제작에 모두 관심이 비전문가를위한 개방형 자원을 제공 할 것으로 예상된다.

프로토콜

1. 멀티 레이어 장치 설계

참고 : 다른 높이 및 / 또는 포토 레지스트의 특징은 최종 복합 기능을 만들 수있는 다른 제조 단계에서 웨이퍼에 순차적으로 추가해야합니다. 웨이퍼가 자신의 마스크 (그림 4)에 인쇄해야합니다에 따라서 각각 별도의 높이와 포토 레지스트를위한 디자인 포함한다.

1. (예 : AutoCAD를 교육 버전) 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 제도 프로그램을 다운로드합니다.
2. 원 "4 그리기에 의해 웨이퍼 영역"4를 정의합니다. 웨이퍼 디자인 (그림 4, 추가 자료) 예로서 제공된다.
3. 4 "웨이퍼 개요 내부, 장소 장치는 300 μm의 폴리 라인 사각형을 사용하여 경계. 포토 리소그래피 동안 ​​정렬이 장치 테두리를 사용합니다.
4. 즉, 원형 흐름 (최종 설계에 필요한 각각의 서로 다른 높이 또는 포토 레지스트 다른 레이어를 만들고, 낮은 흐름, 높은 흐름레이어 패널을 사용하여 설계 및 제어).
   1. 해당 층의 특정 원하는 높이의 설계 특성. 예 디자인은 4 가지 활성층, 자신의 색으로 각 (그림 4)를 보여줍니다.
      참고 : 장치 테두리, 글로벌 텍스트 및 웨이퍼 윤곽이 자신의 레이어에해야한다 (즉, 설계에서 1 제외), 이후, 글로벌 정렬에 대한 모든 레이어에 표시됩니다. 다른 포토 레지스트의 특징에 관계없이 높이, 다른 레이어에 표시해야합니다 (긍정적으로 제작해야합니다 같은 완전히 밀봉 밸브 등은 레지스트).
5. 장치의 테두리 내에서 제로 폭 폴리 라인, 디자인, 장치 기능을 폐쇄 사용.
   1. 성공적인 제작의 기회를 증가하기 위해 표 1의 설계 변수를 고려한다.
   2. 각각의 높이를 들어, [레이어] 패널에서 해당 레이어를 선택하고 높이의 모든 기능을 추가 할 수 있습니다.
6. 준비된각 4 사각형 테두리 "웨이퍼 원 5 내에 삽입"기본 마스크 파일 (추가 자료)를 사용하여 투명 필름 인쇄 디자인. 각 층은 각각의 포토 레지스트 층의 순차적 인 추가에 대해 별도의 투명 필름에 인쇄됩니다.
   참고 :이 기본 마스크 파일 인쇄에 사용되는 최종 디자인을 나타냅니다.
   1. 1-제외하고 AZ50 XT 밸브 레이어를 제외한 모든 레이어를 끄고 설계를 완료합니다. 활성층 (즉, 밸브) 및 글로벌 기능 (예., 장치 테두리)과 웨이퍼 전체를 복사합니다.
   2. 기본 마스크 파일을 열고 사각형 자격 AZ50의 XT 밸브에이 디자인을 붙여 넣습니다. 정렬을 위해 외부 웨이퍼 테두리를 사용하여 연속적으로 붙여 넣기 한 후 삭제합니다.
   3. (: 사각형 높은 흐름 및 제어, 사각 낮은 흐름 샘플 디자인에, 예를 들면) 층의 나머지 부분에 대해 반복합니다. 예 투명성 파일 (추가 자료) 제공됩니다.
   4. 의 COM 파일을 보내기투명 필름에 인쇄 상업용 인쇄 회사 (예를 들어, FineLine 영상). 인쇄> 10 μm의 기능에 대한 작은 기능에 대한 50,000 DPI 최대 32,000 DPI를 사용합니다. 이하이 7㎛보다 기능이 필요한 경우에는, 크롬 마스크 대신에 투명 필름을 주문한다.

표 1 : 설계 매개 변수 및 제안. 마이크로 유체 장치의 디자인을 CAD 공정 동안 일반적인 실수를 방지하도록 설계 고려 사항. 이 테이블을 보려면 여기를 클릭하십시오. (다운로드 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다.)

(2) 포토 리소그래피 웨이퍼를 준비

참고 :이 단계를 추가로 표 2에 테이블 형식으로 표시됩니다.

1. 클린 룸 또는 지정된 청정 지역, 깨끗한에서 4 "시험 등급의 실리콘 웨이퍼 (단일 측 페이지를 탈수olished).
   1. 메탄올로 잘 웨이퍼를 씻어.
      참고 : 추가적인 세척 단계는 아래에 설명 된 SU-8 접착층을 사용하는 경우 필요하다. 이 프로토콜에서 벗어나는 기타 접착 층 (예., HMDS) 종종 피라 에칭 등의보다 철저한 청소가 필요합니다.
   2. N ₂ 또는 압축 공기로 건조 불어.
   3. 10 분간 완전히 용매를 증발시키기 위해 95 ℃에서 알루미늄 열판 굽는다.
2. 이후 포토 레지스트 층에 대한 접착 성을 향상시키기 위해 SU-8 2005 5 μm의 균일 한 두께의 층을 제조.
   1. 스핀 코터에 청소 웨이퍼를 놓고 스핀 척에 부착하는 진공 켜고 N ₂ 또는 압축 공기로 먼지를 날려.
   2. 웨이퍼 스핀의 중심에 SU-8 2005 네가티브 포토 레지스트의 1-2 ml의 적용을 다음과 같이 확산 : 500 rpm으로, 10 초, 133 회전 / s의 가속; 캐스트 : 3,000 rpm으로, 40 초, 266 RPM / s의 가속도.
   3. 웨이퍼를 제거65 ° C로 설정이 핫 플레이트 다음과 같은 프로그램에 따라 95 ° C 사이의 웨이퍼 전환하여 부드러운 빵 : 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 3 분, 65 ° C : 2 분.
   4. 웨이퍼 RT로 냉각 할 수 있습니다.
   5. 자외선 마스크 얼 라이너의 척에 웨이퍼를 넣고 124 mJ의 총 에너지 증착 마스크 ( '범람 노광')없이 노광 (여기서, ~ 6.2 mW의 / cm ² 램프 세기에서 20 초). 가능한 경우, 300 ㎛의 웨이퍼를 달성하기 어렵다 접촉 모드를 선택 분리 마스크.
   6. 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 4 분, 65 ° C : 2 분 65 ° C로 설정이 핫 플레이트 95 ° C 다음과 같이 사이의 웨이퍼를 전환하여 웨이퍼 노광 후 베이킹을 제거합니다.

둥근 밸브 제조

3. 원하는 밸브의 크기와 높이에 대한 회전 속도를 도모하기 위해 온라인 AZ50 XT 밸브 예측 자원 ^{(26)를 사용합니다.}
   주 : 다음 단계는 증언한다밸브 정의 및 리플 로우 라운딩에 대한 긍정적 인 포토 레지스트의 55 μm의 층을 앉아있다.
4. 스핀 코터에 웨이퍼를 배치 스핀 척에 부착 진공 켜고 N ₂ 또는 압축 공기로 먼지를 날려.
5. 웨이퍼의 중심에 AZ50 XT 긍정적 인 포토 레지스트의 2 ~ 3 mL로 적용합니다. 스핀으로는 다음과 같습니다 확산 : 200 rpm으로, 10 초, 133 RPM / s의 가속도; 캐스트 : 1,200 rpm으로, 40 초, 266 회전 / s의 가속도; 스냅 스핀 에지 비드를 제거 : 3,400 rpm으로, 1 초, 3,400 RPM / s의 가속도를.
6. 5 "배양 접시에서 조심스럽게 웨이퍼를 놓고 20 분 동안 휴식을 취할 수 있습니다.
7. 소프트 베이크 열판에 웨이퍼 : 65 ° C - 112 ° C, 22 분, 450 ° C / 시간 램핑 속도.
8. 웨이퍼를 제거하고 주변 재수에 대한 페트리 접시에 RT에서 하룻밤 휴식을 할 수 있습니다.
9. 테이프 흐름 라운드 투명 마스크 아래 5 "유리 기판 인쇄면에 (웨이퍼에 가장 가까운)과 UV 마스크 얼 라이너의 마스크 포지셔너에로드. (6주기 UV의 930 엠제이에 웨이퍼를 노출 예를 들어, 6.2 mW의 / cm ² 램프 강도 ~ 25 초 6주기, 30 초)이 노출 사이의 시간을 기다립니다.
10. AZ500k 1의 25 ㎖의 교반 조에서 침지 바로 웨이퍼를 개발 : 6 "유리 접시에 3 개발자를 3-5 분 동안 또는 욕조가 보라색으로 변하고 기능이 등장 할 때까지.
    1. 웨이퍼를 제거하고 DI 물에 잘 씻어.
    2. 프로파일로 (10.5 mg을 스타일러스 힘)를 사용하여 사전 리플 로우 높이 평가합니다.
       참고 : 다음 프로파일 링하기 전에 원하는 층에 기능 채널에 조심스럽게 힘 스타일러스의 위치, 제조 업체의 지침에 따라 프로파일로를 작동합니다. 이 프로토콜에서 사용되는 설정은 다음과 같다 : 스타일러스 힘 10.5 ㎎, 길이 1,000 μm의 속도 200 μm의 / s의, 정권 아래입니다.
11. 하드 리플 로우 다음과 같이 용융하는 웨이퍼 및 라운드 밸브 기능을 구워 : 65 ° C - 190 ° C, 15 시간, 10 ° C / 시간 램핑 속도.
12. RT에 웨이퍼 멋진하자. PROFI를 사용 후 리플 로우 높이 평가lometer (10.5 mg을 스타일러스 힘). 55 μm의 ± 2 ㎛, 높이가이 장치의 형상을 예상해야한다.

3. 직렬 변수 신장 기능의 제조

1. 비드 신디사이저 디자인의 흐름 낮은, 흐름 높고 헤링본 믹서 투명 필름으로 개발 된 웨이퍼와 가변 높이 제조를 진행합니다.
2. 상기 설계를위한 프로토콜을 조정 ± 5 %의 오차를 허용 노광 에너지 스핀 속도로 굽는다 시간 파라미터를 결정하는 생산 데이터 시트 ^(25)를 사용한다.
   주 :이 프로토콜은 밸브 기능을 통해 방사 SU-8 2050 네가티브 포토 레지스트를 사용하여 55 ㎛의 높이 흐름 낮은 층을 제조한다.
3. 스핀 코터에 청소 웨이퍼를 놓고 스핀 척에 부착하는 진공 켜고 N ₂ 또는 압축 공기로 먼지를 날려.
   1. 다음과 같이 웨이퍼 및 회전의 중심에 SU-8 2050 네가티브 포토 레지스트의 1-2 ml의 적용 : 확산 : 500 rpm으로 10 초간, 133 RPM / sec로 가속; 캐스트 : 3,000 rpm으로, 40 초, 266 회전 / 초 가속. 개발 된 밸브 기능을 통해 스핀 포토 레지스트.
4. 조심스럽게 5 "배양 접시에 방사 된 웨이퍼를 배치하고 평평한 표면이나 패턴이 퇴색 어떤 줄이 될 때까지 20 분 동안 휴식을 취할 수 있습니다.
5. 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 8 분, 65 ° C : 2 분 65 ° C로 설정이 핫 플레이트 95 ° C 다음을에 배치하여 웨이퍼와 부드러운 빵을 제거합니다.
6. 웨이퍼를 실온으로 냉각시킨다.
7. 테이프 다운 석영 5 "유리 기판 인쇄면의 흐름 낮은 투명 마스크 (웨이퍼에 가장 가까운)과는 UV 마스크 얼 라이너의 마스크 포지셔너로로드합니다.
8. 주의 깊게 라운드 밸브 레이어 기능 흐름 새로운 흐름 낮은 계층 기능을 정렬, 현미경의 접안 렌즈 또는 카메라를 사용하여, UV 마스크 얼 라이너 척에 웨이퍼를 놓고. 마스크 장치 경계 기능에 장치 테두리의 수평, 수직 및 경사 축을 정렬하여 시작합니다. 다음으로, 크로스 헤어 기능 내기를 정렬싸우는 층. 마지막으로, 밸브 기능 흐름 낮음 해당되는 기능을 교차 확인합니다.
9. (170) 엠제이 UV 증착 (6.2 mW의 / cm ² ~ 28 초)에 노출.
10. 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 9 분, 65 ° C : 2 분 65 ° C로 설정이 핫 플레이트 95 ° C 다음과 같이 사이를 전환하여 웨이퍼 노광 후 베이킹을 제거합니다.
11. 개발하지 않고, 웨이퍼는 실온으로 냉각 흐름 높은 층의 제조를 진행 할 수 있습니다. 이 흐름 높은 층은 이전에 노출되지 않은 장소에서 85 μm의 기능을 생성하기 위해 미개발 55 μm의 포토 레지스트 층에 포토 레지스트의 30 μm의를 추가합니다.
12. 확산 : 반복 3.10-3.3 2025 SU-8 및 스핀 코트 설정에 대한 이러한 수정과 흐름 높은 레이어 마스크 사용 단계 500 rpm으로, 10 초, 133 회전 / s의 가속도; 캐스트 : 3,500 rpm으로, 40 초, 266 회전 / 초 가속.
    1. 198 mJ의 UV 증착 (~ 6.2 mW의에서 32 S / cm ^2)에 노출.
13. develo의없이핑은, 웨이퍼는 실온으로 냉각 혼돈 믹서 헤링본 층의 제조를 진행 할 수 있습니다. 이 층의 최종 기능은 125 ㎛의 총 높이가됩니다 흐름 낮은 층에서 55 μm의, 흐름 광장 층에서 30 μm의,이 혼돈 믹서 헤링본 층에서 40 μm의 (그림 3 참조) 및 35 μm의 헤링본 홈을 포함 .
14. 반복 SU-8 2025 그 헤링본 홈을 보장하는 다음과 같은 수정과 헤링본 레이어 마스크가, 흐름 높은 채널 설명 내에 완전히 있습니다 사용 3.10-3.3 단계를 반복합니다.
    1. 다음 소프트 베이크 프로그램을 사용하여 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 7 분, 65 ° C : 2 분.
    2. 148 mJ의 UV 증착 (~ 6.2 mW의 24 S / cm ^2)에 노출.
15. 모든 층이 완성 된 후 3.5 분 동안 또는 기능이 명확히 나타날 때까지 6 "유리 접시에 SU-8 현상액의 25 ㎖의 교반 용기에 웨이퍼를 침지시켜 개발한다. 그 featur을 점검ES는 입체경을 사용하여 명확한 정의 기능의 한계를 가지고있다.
16. 다음과 같이 하드 핫 플레이트의 모든 포토 레지스트의 기능을 안정화하기 위해 웨이퍼를 구워 : 65 ° C - 165 ° C, 2 시간 30 분, 120 ° C / 시간 램핑 속도.
17. 프로파일로 (10.5 mg을 스타일러스 힘)를 사용하여 모든 레이어의 기능을 높이 평가합니다.

4. 제어 웨이퍼 제조

1. 면도, 탈수, 및 제 4와 같이 새로운 4 "실리콘 웨이퍼 상에 5 ㎛의 접착층을 제조.
2. SU-8 2025 네가티브 포토 레지스트를 사용하여 25 ㎛의 제어 층을 제조.
3. 스핀 코터에 웨이퍼를 배치 스핀 척에 부착 진공 켜고 N ₂ 또는 압축 공기로 먼지를 날려.
4. 웨이퍼와 회전의 중심에 SU-8 2025 네가티브 포토 레지스트의 1-2 ml의 적용을 다음과 같이 확산 : 500 rpm으로, 10 초, 133 회전 / s의 가속도; 캐스트 : 3,500 rpm으로, 40 초, 266 회전 / 초 가속.
5. 사이를 전환하여 웨이퍼와 소프트 베이크 제거두 핫 플레이트는 65 ° C로 설정하고 95 ° C를 다음과 같이 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 5 분, 65 ° C : 2 분.
6. 웨이퍼를 실온으로 냉각시킨다.
7. 5 "유리 접시에 제어 투명 마스크를 맞추고 UV 마스크 얼 라이너로로드합니다.
8. UV 마스크 얼 라이너의 척에 웨이퍼를 놓고 155 mJ의 UV 증착 (~ 6.2 mW의 / cm ² 램프 강도 25 초)에 노출.
9. 65 ° C : 2 분, 95 ° C : 6 분, 65 ° C : 2 분 65 ° C로 설정이 핫 플레이트 95 ° C 다음과 같이 사이를 전환하여 웨이퍼 노광 후 베이킹을 제거합니다.
10. 1 분 동안 6 "유리 접시에 SU-8 개발자의 25 ML의 교반 조에서 웨이퍼를 침지하거나 기능이 등장 할 때까지 개발한다. 입체경을 사용하여 기능을 확인하십시오.
11. 다음과 같이 하드 포토 레지스트의 기능을 안정화하기 위해 웨이퍼를 구워 : 65 ° C - 165 ° C, 2 시간 30 분, 120 ° C / 시간 램핑 속도.

쉬운 PDMS 리프트 - 오 5. 실란 웨이퍼 처리FF

1. 물이나 수용성 시약의 무료 흄 후드 내부 벨 항아리 진공 데시 케이 터 내에서 웨이퍼 랙에 완성 된 웨이퍼를 놓습니다.
2. 후드, 데시 케이 터 내부 유리 슬라이드와 장소에 트리클로로 1 방울 (1 H 1, H 2, H 2, H의 -perfluorooctyl) 실란 (PFOTS)을 적용 할 적기를 사용합니다.
3. 데시 케이 뚜껑을 닫고 1 분 동안 진공을 적용합니다.
4. 1 분 후, 재 가압 또는 벨 항아리 대피하지 않고 진공을 해제합니다.
5. 혼합물 에어로졸 PFOTS 코트 웨이퍼 표면 동안 10 분 동안 앉아 보자.
6. 벨 항아리 뚜껑을 열고 핀셋을 사용하여 웨이퍼를 제거합니다. PDMS 복제 성형 용 페트리 접시에 놓습니다. 적절한 유해 폐기물의 실란 코팅 슬라이드 폐기하십시오.
   참고 : 플루오르 실란으로 코팅 된 웨이퍼를 재 처리하지 않고 시간의 수천 수백 사용할 수 있습니다. 1시 10분 PDMS의 희생 층은 전자를 제거하는 제 실란 처리 후에, 웨이퍼 상에 캐스팅, 경화, 및 폐기 될 수있다웨이퍼 표면으로부터 xcess 실란 기이다.

6. PDMS 복제 성형

1. 기존의 오픈 액세스 프로토콜 ^(16)에 따라 유리에 "밀어"기하학에 다층 미세 유체 장치를 제조.
   주 : 자세한 프로토콜이 추가로 웹 사이트 ^(27)에서 찾을 수 있습니다.
2. 육안 검사로, 모든 밸브는 라인 (두 흐름 제어 레이어) 모든 입구를 제어하기 위해 올바르게 정렬 진행하기 전에 완전히 천공 확인합니다.

물방울에서 하이드로 겔 비즈 7. 생산

1. 튜브를 연결 (예 : 타이곤) 흐름 제어 시스템에 물 로케이션 (예를 들면, 시린지 펌프, 유체 제어기, 또는 저장조 ^(28)와 오픈 소스 솔레노이드 밸브 배열).
2. 튜브에 금속 핀을 연결하고 제어 라인 입구에서 장치 포트에 연결합니다. 유동 계속 설정하여 장치 제어 라인 가압각 라인 25 PSI에 대한 선택의 ROL 시스템. 있는지 확인 밸브를 닫고 다시 열어 현미경 검사에 의해.
   참고 : 선택의 유량 제어 시스템 제조 업체의 지침을 따르십시오. 본 연구에서는 사용자 지정 소프트웨어로 제어 공압 시스템은 25 psi의 압축 공기 (가압) 및 (감압) 대기압 사이를 전환 솔레노이드 밸브를 사용하여 각 라인에 압력을 적용합니다. 이 시스템에 대한 자세한 내용은 토론에서 찾을 수 있습니다.
3. 시약 및 석유 로딩을위한 맞춤형 미세 유체 압력 용기를 준비합니다.
   1. 푸시 핀을 사용하여, 저온 바이알 관의 상부에 두 개의 구멍을 펀칭 한 구멍 PEEK 모세관 튜브를 삽입하고, 제 2 구멍으로 배관에 접속 된 금속 핀을 삽입한다.
   2. 에폭시와 장소에 튜브를 밀봉합니다. 1 시간 동안 건조 할 수 있습니다.
4. 기다리는 동안 미세 원심 분리 관에, DI 물 100 ㎕에 LAP 광개시제 3.9 mg의 정지 광개시제를 제조 ([LAP]는 39 ㎎ / ㎖를 =)솔루션은 구슬을 하이드로 겔에 방울을 중합에 사용됩니다. 빛으로부터 보호합니다.
5. 제 microcentrifuge 관에서, 하이드로 겔 액적 용액을 132 μL의 DI 물 172 μL PEG 디 아크릴 레이트, 12 μL LAP 용액 85 μL HEPES 완충액을 추가한다.
6. 완성 극저온 튜브 용기 하이드로 겔 용액 방울을 전송.
   참고 : 이러한 나노 결정, 자기 입자 또는 생물학적 분자와 같은 다른 응용 프로그램 용 첨가제는 HEPES 구성 요소에 포함 할 수 있습니다.
7. 제어 가능한 압력 소스에 극저온 튜브 용기의 튜브를 연결하고 장치 시약 입구에 PEEK 튜브를 연결합니다.
8. 2 % V / V 비이 온성 계면 활성제로 라이트 미네랄 오일을 10 ㎖를 준비한다 (예를 들면, 스팬 80) 오일 에멀젼 액적 및 0.05 % EM90. 제 극저온 튜브 용기에 0.22 ㎛의 주사기 필터 및 부하 한 용액을 사용하여 필터.
9. 방울의 수집을위한 장치 출구에서 PEEK 튜브를 삽입합니다.
10. 공기 bubbl를 제거오일, 물 또는 PEG 액 유입구 (4 PSI 작동 압력)를 가압하여 장치로부터 에스. 모든 밸브를 켭니다. 순차적으로 1 분 후 또는 기포가 PDMS 장치를 통해 투과 될 때까지 유체 통로의 각 밸브의 전원을 끄십시오. 예를 들어, 디 거품합니다 헤링본 믹서, 밸브에 입구 1, 믹스 1 아웃 및 혼합 폐기물을 켭니다. 모든 거품이 사라 때까지, 입구 1 감압 1 아웃을 혼합하고, 혼합 폐기물.
11. 장치가 거품 제거 후 재 가압 될 때, RO1 오일 밸브, 10 PSI로 설정 유압을 감압.
12. 밸브 상류 압력 저하, (9)에 PSI (입구 1 1 방울) PEG 혼합물의 압력을 설정하고, 원하는 크기의 액 적을 생성하기 위해 필요에 따라 조정한다. 액적 크기는 50 FPS 이상으로 카메라를 이용하여 현미경을 통해 결정될 수있다.
13. 물방울이 안정화되면, UV 광원으로부터 5mm 지점 위치 (예컨대, 액체 광 가이드 (LLG) 또는 포커싱 된 자외선 LED와 UV 스폿 경화 시스템)가 (D)의 중합 영역 위에1111) (3.3.8 및 UV 소스에서 100 mW의 / cm ² UV (365 nm의)를 적용합니다.
14. 중합 구슬 수집하고 물방울이 구슬로 강화했는지 확인 볼 비드 체 밸브를 가압. 전체 중합을 달성하기 위해 필요에 따라 LLG을 조정합니다.
15. 비드 체 밸브를 감압 및 출구 PEEK 튜브를 통해 튜브에 비즈를 수집합니다.

결과

여기서는 액적으로부터 폴리 에틸렌 글리콜 (PEG) 하이드로 겔 비드를 생성 할 수있는 장치를 만들어 판막 가변 높이 미세 다층 형의 제조를 증명 (그림 2). 전체 제조 공정의 개요는도 전작으로부터 설계 요소를 이용하여 (3)에 포함되는 비드의 합성 (1) 층류 변조 (55 μm의) (2) 유동 AZ50의 XT 밸브 둥근 포함한 흐름 층 (4)의 ?...

토론

이 작품은 우리의 온라인 도구 ^(26)와 제조업체 지침 ^25을 기반으로 제작 매개 변수에 대한 간단한 수정을 모든 응용 프로그램에 맞게 조정 할 수 있습니다 밸브 및 가변 높이 구조와 다층 미세 유체 소자를위한 완벽한 여러 단계의 포토 리소그래피 프로토콜을 보여줍니다. 이 프로토콜은 단순한 수동적 하나의 계층 형 이상 미세 유체 장치를 구성하고자하는 연?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Materials
Mylar Transparency Masks, 5"	FineLine Plotting
5" Quartz Plates	United Silica	Custom
4" Silicon Wafers, Test Grade	University Wafer	452
SU8 2005, 2025, 2050 photoresist	Microchem	Y111045, Y111069, Y111072
Az50XT	Integrated Micromaterials	AZ50XT-Q
SU8 Developer	Microchem	Y020100
AZ400K 1:3 Developer	Integrated Micromaterials	AZ400K1:3-CS
Pyrex 150 mm glass dish	Sigma-Aldrich	CLS3140150-1EA
Wafer Petri Dishes, 150 mm	VWR	25384-326
Wafer Tweezers	Electron Microscopy Sciences (EMS)	78410-2W
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane (PFOTS)	Sigma-Aldrich	448931-10G
2" x 3" glass slides	Thomas Scientific	6686K20
RTV 615 elastomeric base and curing agent PDMS set	Momentive	RTV615-1P
Tygon Tubing, 0.02" O.D.	Fischer Scientific	14-171-284
Capillary PEEK tubing, 510 μm OD, 125 μm ID	Zeus	Custom	360 μm PEEK is readily available by Idex (catalog number: 1571)
Cyro 4 ml tube	Greiner Bio-One	127279
Epoxy, 30 min	Permatex	84107
Metal Pins, 0.025" OD, .013" ID	New England Small Tube	NE-1310-02
Poly(ethylene glycol) diacrylate, Mn 700	Sigma-Aldrich	455008-100ML
Lithium Phenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinate photoinitator	Tokyo Chemical Industry Co.	L0290	We typically synthesize LAP in-house.
HEPES	Sigma-Aldrich	H4034-25G
Light mineral oil	Sigma-Aldrich	330779-1L
Span-80	Sigma-Aldrich	85548
ABIL EM 90	UPI Chem	420095
Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment	Equivalent equiptment or homebuilt setups will work equally as well
Mask Aligner	Karl Suss	MA6
Profilometer	KLA-Tencor	Alpha-Step D500
Spin Coater	Laurell Technologies	WS-650-23	Any spincoater can be used that accepts 100 mm wafers
Vacuum Dessicator, Bell-Jar Style	Bel-Art	420100000
Oven	Cole-Palmer	WU-52120-02
UV Spot Curing System with 3 mm LLG option	Dymax	41015	UV LEDs, Xenon Arc Lamps, or other UV sources of the same intensity work equally as well
MFCS Microfluidic Fluid Control System	Fluidgent	MFCS-EZ	Syringe pumps, custom pneumatics or other control systems can also be used
Automated control scripting	MATLAB
Hotplate	Tory Pines Scientific	HP30	Any hotplate with uniform heating (i.e., aluminum or ceramic plates) will suffice.