Design e desenvolvimento de um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensionalmente para a fabricação de dispositivos microfluidos multicamadas

Resumo

Este projeto permite que pequenos laboratórios desenvolvam uma plataforma fácil de usar para a fabricação de dispositivos microfluidos multicamadas precisos. A plataforma consiste em um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensionalmente usando o qual dispositivos microfluidos multicamadas com erros de alinhamento de < 10 μm foram alcançados.

Resumo

Este projeto visa desenvolver uma plataforma fácil de usar e econômica para a fabricação de dispositivos microfluidos precisos e multicamadas, que normalmente só podem ser alcançados usando equipamentos caros em um ambiente de sala limpa. A parte chave da plataforma é um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensional (3D) (MMAA) compatível com microscópios ópticos regulares e sistemas de exposição à luz ultravioleta (UV). O processo global de criação do dispositivo foi muito simplificado por causa do trabalho feito para otimizar o design do dispositivo. O processo implica encontrar as dimensões adequadas para os equipamentos disponíveis no laboratório e imprimir em 3D o MMAA com as especificações otimizadas. Os resultados experimentais mostram que o MMAA otimizado projetado e fabricado pela impressão 3D funciona bem com um microscópio comum e sistema de exposição à luz. Utilizando um molde mestre preparado pelo MMAA impresso em 3D, os dispositivos microfluidos resultantes com estruturas multicamadas contêm erros de alinhamento de < 10 μm, o que é suficiente para microchips comuns. Embora o erro humano através do transporte do dispositivo para o sistema de exposição à luz UV possa causar maiores erros de fabricação, os erros mínimos alcançados neste estudo são alcançáveis com a prática e o cuidado. Além disso, o MMAA pode ser personalizado para se encaixar em qualquer microscópio e sistema de exposição UV, fazendo alterações no arquivo de modelagem no sistema de impressão 3D. Este projeto fornece aos laboratórios menores uma ferramenta de pesquisa útil, pois requer apenas o uso de equipamentos que normalmente já estão disponíveis para laboratórios que produzem e usam dispositivos microfluidos. O protocolo detalhado a seguir descreve o processo de design e impressão 3D para o MMAA. Além disso, também são descritos os passos para a aquisição de um molde mestre multicamadas usando o MMAA e produzindo chips microfluidos poli (dimetilsiloxano) (PDMS).

Introdução

Um campo bem desenvolvido e promissor em pesquisa de engenharia é a microfabidade devido à vasta extensão de aplicações que empregam plataformas microfluídicas. Microfabricação é um processo em que estruturas são produzidas com características de μm ou tamanho menor usando diferentes compostos químicos. Como a pesquisa microfluida se desenvolveu nos últimos 30 anos, a litografia macia tornou-se a técnica de microfabbricação mais popular com a qual produzir microchips feitos de poli (dimetilsiloxano) (PDMS) ou substâncias similares. Esses microchips têm sido amplamente utilizados para a miniaturização de práticas laboratoriais comuns^1,

Protocolo

1. Projetando o MMAA

1. Obtenha as dimensões da bandeja do sistema de emissão de luz UV disponível para ser o limite superior para as dimensões do porta-wafer (ou unidade de exposição UV) mostradas na Figura 1. Como mostrado na Figura 2A,meça o diâmetro (d) da borda circular interna, a altura interna (h) da bandeja do sistema de emissão de luz UV, a largura total (w) e o comprimento (l) da bandeja.
   NOTA: Como exemplo, o sistema de exposição à luz UV disponível tinha dimensões internas da bandeja de 5 polegadas (") x 5" x 0,25" com um recorte circular de 4". As dimensões do MMAA foram então projetada....

Resultados

Através da otimização e uso do MMAA (Figura 1),foram fabricados moldes mestres multicamadas com erro mínimo de alinhamento. O MMAA final foi fabricado utilizando o processo de impressão 3D de filamento fundido (FFF)(Figura 2). O processo FFF confere maior precisão às dimensões desejadas do dispositivo. O MMAA é composto por duas peças principais (Figura 3): a peça base e o fixador personalizado. A peça base consiste na .......

Discussão

O protocolo acima mencionado descreve o procedimento para impressão 3D de um MMAA e o uso do sistema para criar um molde mestre preciso, multicamada, dispositivo microfluido. Embora o dispositivo seja fácil de usar, existem passos críticos dentro do protocolo que requerem prática e cuidado para garantir o alinhamento adequado das camadas de molde mestre. O primeiro passo crítico é o design do MMAA. É essencial ao projetar o MMAA para determinar as medidas exatas para o dispositivo que permitirá um ajuste adequado.......

Materiais

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