Name: soft lithographic procedure for producing plastic microfluidic devices with view-ports transparent to visible and infrared light
Uploaded: 2017-08-17T13:00:00
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Los autores agradece el apoyo financiero de MBI.

1. preparación del molde principal del silicio Nota: un photomask se requiere para la preparación del molde principal. El photomask puede ser adquirido de proveedores independientes o fabricado en la empresa a través de procedimientos de fabricación de la máscara óptica estándar. Un photomask con polaridad de campo claro se utiliza en este caso ( figura 2 a).
<ol><li>Definición del patrón <ol><li>vuelta capa una oblea...

<ol>
	<li>Holman, H. -. Y. N., 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=Synchrotron+infrared+spectromicroscopy+as+a+novel+bioanalytical+microprobe+for+individual+living+cells:+cytotoxicity+considerations.">Synchrotron infrared spectromicroscopy as a novel bioanalytical microprobe for individual living cells: cytotoxicity considerations.</a> BIOMEDO. 7 (3), 417-424 (2002).</li><li>Liu, K. Z., Xu, M., Scott, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomolecular+characterisation+of+leucocytes+by+infrared+spectroscopy.">Biomolecular characterisation of leucocytes by infrared spectroscopy.</a> Br J Haematol. 136 (5), 713-722 (2007).</li><li>Moss, D. 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Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+approaches+to+synchrotron+radiation-based+Fourier+transform+infrared+(SR-FTIR)+spectral+microscopy+of+living+biosystems.">Microfluidic approaches to synchrotron radiation-based Fourier transform infrared (SR-FTIR) spectral microscopy of living biosystems.</a> Protein Pept Lett. 23 (3), 273-282 (2016).</li><li>Dousseau, F., Therrien, M., P&#233;zolet, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Spectral+Subtraction+of+Water+from+the+FT-IR+Spectra+of+Aqueous+Solutions+of+Proteins.">On the Spectral Subtraction of Water from the FT-IR Spectra of Aqueous Solutions of Proteins.</a> Appl Spectrosc. 43 (3), 538-542 (1989).</li><li>Tobin, M. 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=FTIR+spectroscopy+of+single+live+cells+in+aqueous+media+by+synchrotron+IR+microscopy+using+microfabricated+sample+holders.">FTIR spectroscopy of single live cells in aqueous media by synchrotron IR microscopy using microfabricated sample holders.</a> Vibrational Spectroscopy. 53 (1), 34-38 (2010).</li><li>Birarda, G., 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=Infrared+microspectroscopy+of+biochemical+response+of+living+cells+in+microfabricated+devices.">Infrared microspectroscopy of biochemical response of living cells in microfabricated devices.</a> Vibrational Spectroscopy. 53 (1), 6-11 (2010).</li><li>Vaccari, L., Birarda, G., Businaro, L., Pacor, S., Grenci, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+microspectroscopy+of+live+cells+in+microfluidic+devices+(MD-IRMS):+toward+a+powerful+label-free+cell-based+assay.">Infrared microspectroscopy of live cells in microfluidic devices (MD-IRMS): toward a powerful label-free cell-based assay.</a> Anal Chem. 84 (11), 4768-4775 (2012).</li><li>Mitri, E., 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=SU-8+bonding+protocol+for+the+fabrication+of+microfluidic+devices+dedicated+to+FTIR+microspectroscopy+of+live+cells.">SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR microspectroscopy of live cells.</a> Lab Chip. 14 (1), 210-218 (2014).</li><li>Birarda, G., 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=IR-Live:+fabrication+of+a+low-cost+plastic+microfluidic+device+for+infrared+spectromicroscopy+of+living+cells.">IR-Live: fabrication of a low-cost plastic microfluidic device for infrared spectromicroscopy of living cells.</a> Lab Chip. 16 (9), 1644-1651 (2016).</li><li>Wehbe, K., Filik, J., Frogley, M. D., Cinque, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+optical+substrates+on+micro-FTIR+analysis+of+single+mammalian+cells.">The effect of optical substrates on micro-FTIR analysis of single mammalian cells.</a> Anal Bioanal Chem. 405 (4), 1311-1324 (2013).</li><li>Helmut, S., 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=Controlled+co-evaporation+of+silanes+for+nanoimprint+stamps.">Controlled co-evaporation of silanes for nanoimprint stamps.</a> Nanotechnology. 16 (5), 171 (2005).</li><li>Loewen, E. G., Popov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Diffraction Gratings and Applications. , (1997).</li><li>. Technical Note: Optical Materials Available from: <a target="_blank" href="https://www.newport.com/n/optical-materials">https://www.newport.com/n/optical-materials</a> (2017)</li><li>Cai, D., Neyer, A., Kuckuk, R., Heise, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman,+mid-infrared,+near-infrared+and+ultraviolet-visible+spectroscopy+of+PDMS+silicone+rubber+for+characterization+of+polymer+optical+waveguide+materials.">Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet-visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials.</a> J Mol Struc. 976 (1-3), 274-281 (2010).</li></ol>

Con el fin de evaluar y optimizar el protocolo de fabricación, utilizamos un diseño sencillo para el patrón de microfluidos con una cámara rectangular grande (tamaño 5 x 2,5 mm) en el centro, dos pequeñas cámaras rectangulares (tamaño 5,5 x 0,75 mm) separado del circuito principal en el lados superior e inferior y 300 μm ancho en-let/out-realquilar canales. La cámara central se utiliza para la siembra y observación de las células, mientras que las dos cámaras más pequeñas separadas se utilizan para medir e...

Spectro-microscopía Fourier transforma infrarrojo (FTIR) se ha utilizado ampliamente como una técnica de imagen no invasiva y libre de etiqueta para proporcionar toda la información química de una muestra. Esto permite la extracción de información bioquímica para el estudio de la química de las muestras biológicas, con un mínimo de preparación puesto que el espectro de absorción de la muestra lleva las huellas intrínsecas de su composición química1 , 2. recientemente, FTIR se ha aplicado cada vez más al estudio de muestras biológicas vivas, por ejemplo, las células3. Sin embargo, el agua, que es el medio para las células vivas en la mayoría de los casos, muestra una fuerte absorción en la región mediados de-IR. Incluso como una capa delgada, su presencia puede abrumar totalmente la importante información estructural de las muestras.
Durante muchos años, el enfoque común fue la fijación o secado muestras para excluir totalmente la señal de absorción de agua en el espectro. Sin embargo, este enfoque no permite mediciones de tiempo real en células vivas, que es esencial para estudiar el cambio de su composición química y de procesos celulares con el tiempo. Una forma de obtener espectros de absorción confiables de muestras biológicas vivo, es limitar la longitud de trayectoria óptica total en el medio de la viga de IR a menos de 10 μm4.
Un enfoque bien establecido en la vida de los experimentos de la célula ha sido hasta ahora, reflexión Total atenuada (ATR)-FTIR la proyección de imagen, que permite mediciones independientes del espesor de la muestra, permitiendo a las células a mantenerse en una capa más gruesa del medio acuoso. Sin embargo, la pequeña profundidad de penetración de la onda evanescente restringe medidas de muestras a sólo las primera pocas micras de la superficie del cristal ATR5.
Por otra parte, la limitación de la absorción de agua ha sido eludida con la aparición de distintos sistemas de microfluidos, que generalmente se clasifican en dos grandes grupos: abre el canal (donde una de las superficies líquidas se expone a la atmósfera) y cerrado canal (donde dos ventanas IR transparente están separadas por un espaciador con un espesor definido).
Loutherback et al desarrolló un dispositivo de membrana canal abierto que permite a largo plazo IR mediciones continuas de células vivas para hasta 7 días6. El método requiere alta humedad en el ambiente para evitar la evaporación del medio de la superficie de la célula. El sistema funciona mejor con las células que crecen naturalmente en interfases aire-líquido, tales como los tejidos epiteliales de la piel, pulmón y los ojos o biofilms microbianos7.
Una configuración de canal cerrado pretende crear una capa uniforme y delgada entre dos ventanas transparentes IR paralelo, donde las células se mantienen en su medio acuoso. El espesor de esta cavidad es tal que la señal de absorción de agua está por debajo de la saturación. Fondo de agua entonces puede restar para obtener los espectros de la muestra correcta. La mayoría de los métodos de canal cerrado utiliza un espaciador de plástico separa las dos ventanas para formar una cámara de líquidos desmontables3,8,9. Una ventaja de este método es que no requiere microfabricación; sin embargo, las estructuras que son más complejas que una cámara de medición con in y out realquilar canales son extremadamente difíciles de realizar en el separador fino. También hay un problema con la reproducibilidad de la longitud del camino entre las mediciones de IR debido a su dependencia de sujeción mecánica. Para lograr un control más preciso de la separación para una adquisición más confiable del espectro, se han implementado métodos de litografía óptica para fotoresistencia de patrón en la parte superior del sustrato de IR a definir el separador9,10 , 11 , 12. A pesar de esto permite estructuras más complejas en el espaciador, el método requiere acceso a una instalación de microfabricación para producir el patrón en cada sustrato.
En este artículo presentamos una técnica sencilla de fabricación de un dispositivo de microfluidos compatible con IR, con el objetivo de reducir el costo de fabricación y los requisitos de acceso a una instalación de microfabricación. El método presentado aquí (ver figura 1) utiliza un proceso establecido, conocido como litografía blanda. Dos moldes en este caso se requieren. El molde principal está hecho de una oblea de silicio de 4 pulgadas usando un proceso de litografía UV estándar. El molde secundario es su réplica de PDMS, que tiene una polaridad invertida del patrón en el molde de silicona primaria y sirve como el molde principal para la fabricación de dispositivos posteriores.
El dispositivo tiene dos capas separadas: una primera capa con la disposición de microfluidos (que en el actual caso consiste en el canal microfluídico, en-let/out-let y una cámara de observación con una vista de2 de CaF) y una segunda capa con una superficie plana ( que consiste en sólo una ventana de2 CaF).
Aquí se utiliza un pegamento óptico UV-curable, pegamento óptico Norland 73 (NOA73, abreviado como NOA en adelante), para formar el cuerpo plástico principal del dispositivo. Hay varias ventajas de utilizar este adhesivo óptico: fabricación bajo costo, facilidad de conectividad con sistemas externos, buena transparencia óptica, baja viscosidad y lo más importante, biocompatibilidad13. CaF2 es una opción conveniente como el punto de visión debido a su biocompatibilidad y excelente transparencia IR14.
Con este nuevo enfoque, el acceso a una instalación de microfabricación es estrictamente necesario para la fabricación del molde principal. Procesos de fabricación subsiguientes para el dispositivo de microfluidos plástico pueden realizarse en cualquier laboratorio equipado con una fuente de iluminación UV.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="856">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Chemical</td>
			<td style="width:212px;"></td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:291px;">Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane 97%</td>
			<td style="width:212px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:112px;">448931-10G</td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:291px;">Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td style="width:212px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;">Polydimethylsiloxane or in short, PDMS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Norland Optical Adhesive 73</td>
			<td style="width:212px;">Norland Products Inc.</td>
			<td style="width:112px;">7304</td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">SU8 3010 photoresist</td>
			<td style="width:212px;">MicroChem</td>
			<td style="width:112px;">Y311060</td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">SU8 developer</td>
			<td style="width:212px;">MicroChem</td>
			<td style="width:112px;">Y020100</td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Material</td>
			<td style="width:212px;"></td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Silicon wafer, 4 inch, prime grade</td>
			<td style="width:212px;">Bonda Technology Pte Ltd</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">CaF2 IR-grade windows</td>
			<td style="width:212px;">Crystran, UK</td>
			<td style="width:112px;">CAFP10-1</td>
			<td style="width:243px;">10 mm diameter, 1 mm thickness</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Acrylic templates</td>
			<td style="width:212px;"></td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;">Custom made</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Equipment</td>
			<td style="width:212px;"></td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">UV-KUB 2 (UV LED exposure system)</td>
			<td style="width:212px;">KLOE</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;">Emission spectrum 365nm &#177; 5nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Newport UV lamp</td>
			<td style="width:212px;">Newport</td>
			<td style="width:112px;">Model 66902</td>
			<td style="width:243px;">50-500 Watt Hg arc lamp</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">CEE Spin coater</td>
			<td style="width:212px;">Brewer Science</td>
			<td style="width:112px;">Model 200x</td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">MJB4 mask aligner</td>
			<td style="width:212px;">SUSS MicroTec</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Precision digital hot plate</td>
			<td style="width:212px;">Harry Gestigkeit GmbH</td>
			<td style="width:112px;">2860SR</td>
			<td style="width:243px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:291px;">Plasma Surface Technology</td>
			<td style="width:212px;">Diener Electronic GmbH + Co. KG</td>
			<td style="width:112px;"></td>
			<td style="width:243px;">For O2 plasma treatment</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:291px;">IDP-3 Dry Scroll Vacuum Pump</td>
			<td style="width:212px;">Agilent Technologies</td>
			<td></td>
			<td>ultimate pressure 3.3 x 10-1 mbar</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Bruker IFS 66v/s FTIR Spectrometer</td>
			<td style="width:212px;">Bruker</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

soft lithographic procedure for producing plastic microfluidic devices with view-ports transparent to visible and infrared light

Infrarrojo (IR) spectro-microscopia de muestras biológicas vivas es obstaculizada por la absorción de agua en la gama mediados de-IR y por la falta de dispositivos microfluídicos adecuado. Aquí, se demuestra un protocolo para la fabricación de dispositivos microfluídicos plástico, donde se utilizan técnicas de litografía blandas para incrustar transparente fluoruro de calcio (CaF2)-puertos de vista en relación con cámaras de observación. El método se basa en un enfoque de fundición réplica, donde un molde de polidimetilsiloxano (PDMS) se produce mediante procedimientos litográficos y luego utilizado como plantilla para producir un dispositivo plástico. Cuenta con el dispositivo plástico ultravioleta/visible/infrarrojo (UV/Vis/IR) - transparentes ventanas de CaF2 para permitir la observación directa con visible y luz infrarroja. Las ventajas del método propuesto incluyen: una menor necesidad de acceder a una instalación de fabricación de micro limpio, múltiples puertos de vista, una conexión fácil y versátil con un sistema de bombeo externo a través del cuerpo plástico, flexibilidad del diseño, p. ej. , abierto/cerrado la configuración de canales y la posibilidad de añadir características sofisticadas tales como membranas nanoporosas.

La figura 6 presenta los espectros de transmitancia de una nueva ventana de CaF2 , la mitad con el dispositivo y el dispositivo completo. Todos los tres espectros exhiben excelente transparencia para IR medio con más de 80% de transmitancia. El patrón de interferencia visible en el espectro del dispositivo completo (curva amarilla en la figura) es causado por el boquete de aire en el rango de 9-10 μm entre dos ventanas. Estos espectros demuestra...

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Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Se describe un protocolo para la fabricación de dispositivos microfluídicos plástico con puertos de vista transparentes para la proyección de imagen de luz visible e infrarroja.

Procedimiento suave litográfica para la producción de dispositivos microfluídicos plástico con puertos de vista transparentes a luz Visible e infrarroja

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...

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