Name: design and development of a three-dimensionally printed microscope mask alignment adapter for the fabrication of multilayer microfluidic devices
Uploaded: 2021-01-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices at JoVE.com

De auteurs willen het Center for Transformative Undergraduate Experiences van texas tech university erkennen voor het verstrekken van financiering voor dit project. De auteurs willen ook de steun van de afdeling Chemical Engineering van de Texas Tech University erkennen.

1. Ontwerpen van de MMAA
<ol><li>Verkrijg de afmetingen van de lade van het beschikbare UV-lichtemissiesysteem als bovengrens voor de afmetingen van de waferhouder (of UV-belichtingseenheid) in figuur 1. Zoals weergegeven in figuur 2A,meet u de diameter (d) van de binnenste cirkelrand, de binnenhoogte (h) van de lade van het UV-lichtemissiesysteem, de totale breedte (b) en lengte (l) van de lade. OPMERKING: Het beschikbare UV-lichtblootstellingssysteem had ...

<ol>
	<li>Betancourt, T., Brannon-Peppas, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-+and+nanofabrication+methods+in+nanotechnological+medical+and+pharmaceutical+devices.">Micro- and nanofabrication methods in nanotechnological medical and pharmaceutical devices.</a> International Journal of Nanomedicine. 1 (4), 483-495 (2006).</li><li>Wheeler, A. R., 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=Microfluidic+device+for+single-cell+analysis.">Microfluidic device for single-cell analysis.</a> Analytical Chemistry. 75 (14), 3581-3586 (2003).</li><li>Kong, D. S., Carr, P. A., Chen, L., Zhang, S., Jacobson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+gene+synthesis+in+a+microfluidic+device.">Parallel gene synthesis in a microfluidic device.</a> Nucleic Acids Research. 35 (8), 61 (2007).</li><li>Yang, M., Li, C. -. W., Yang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+docking+and+on-chip+monitoring+of+cellular+reactions+with+a+controlled+concentration+gradient+on+a+microfluidic+device.">Cell docking and on-chip monitoring of cellular reactions with a controlled concentration gradient on a microfluidic device.</a> Analytical Chemistry. 74 (16), 3991-4001 (2002).</li><li>Keles, H., 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=Development+of+a+robust+and+reusable+microreactor+employing+laser+based+mid-IR+chemical+imaging+for+the+automated+quantification+of+reaction+kinetics.">Development of a robust and reusable microreactor employing laser based mid-IR chemical imaging for the automated quantification of reaction kinetics.</a> Organic Process Research &amp; Development. 21 (11), 1761-1768 (2017).</li><li>Losey, M. W., Jackman, R. J., Firebaugh, S. L., Schmidt, M. A., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+fabrication+of+microfluidic+devices+for+multiphase+mixing+and+reaction.">Design and fabrication of microfluidic devices for multiphase mixing and reaction.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 11 (6), 709-717 (2002).</li><li>Kobayashi, 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=A+microfluidic+device+for+conducting+gas-liquid-solid+hydrogenation+reactions.">A microfluidic device for conducting gas-liquid-solid hydrogenation reactions.</a> Science. 304 (5675), 1305-1308 (2004).</li><li>Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+organ-,+body-,+and+disease-on-a-chip+systems.">Advances in organ-, body-, and disease-on-a-chip systems.</a> Lab on a Chip. 19 (1), 9-10 (2019).</li><li>Kimura, H., Sakai, Y., Fujii, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organ/body-on-a-chip+based+on+microfluidic+technology+for+drug+discovery.">Organ/body-on-a-chip based on microfluidic technology for drug discovery.</a> Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 33 (1), 43-48 (2018).</li><li>Lee, H., 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=A+pumpless+Multi-Organ-on-a-Chip+(MOC)+combined+with+a+Pharmacokinetic-Pharmacodynamic+(PK-PD)+model.">A pumpless Multi-Organ-on-a-Chip (MOC) combined with a Pharmacokinetic-Pharmacodynamic (PK-PD) model.</a> Biotechnology and Bioengineering. 114 (2), 432-443 (2017).</li><li>Kang, S. -. W., Wang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+soft+lithography+for+nano+functional+devices.">Application of soft lithography for nano functional devices.</a> Lithography. , 403-426 (2010).</li><li>Challa, P. K., Kartanas, T., Charmet, J., Knowles, T. P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+devices+fabricated+using+fast+wafer-scale+LED-lithography+patterning.">Microfluidic devices fabricated using fast wafer-scale LED-lithography patterning.</a> Biomicrofluidics. 11, 014113 (2017).</li><li>Li, X., 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=Desktop+aligner+for+fabrication+of+multilayer+microfluidic+devices.">Desktop aligner for fabrication of multilayer microfluidic devices.</a> Review of Scientific Instruments. 86 (7), 075008 (2015).</li><li>Pham, Q. L., Tong, N. -. A. N., Mathew, A., Voronov, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+compact+low-cost+low-maintenance+open+architecture+mask+aligner+for+fabrication+of+multilayer+microfluidics+devices.">A compact low-cost low-maintenance open architecture mask aligner for fabrication of multilayer microfluidics devices.</a> Biomicrofluidics. 12 (4), 044119 (2018).</li><li>Ravi, T., Ranganathan, R., Shunmugam, M. S., Kanthababu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topology+and+build+path+optimization+for+reducing+cost+in+FDM+uPrint+SE.">Topology and build path optimization for reducing cost in FDM uPrint SE.</a> Advances in Additive Manufacturing and Joining. , 189-198 (2019).</li><li>SU-8 Permanent Negative Epoxy Photoresist. Kayaku Advanced Materials Available from: <a target="_blank" href="https://kayakuam.com/wp-content/uploads/2020/09/KAM-SU-8-50-100-Datasheet-9.3.20-Final.pdf">https://kayakuam.com/wp-content/uploads/2020/09/KAM-SU-8-50-100-Datasheet-9.3.20-Final.pdf</a> (2020)</li></ol>

Het bovengenoemde protocol schetst de procedure voor het 3D-printen van een MMAA en het gebruik van het systeem om een nauwkeurige, meerlaagse, microfluïdische apparaatmodelvorm te maken. Hoewel het apparaat gemakkelijk te gebruiken is, zijn er kritieke stappen binnen het protocol die oefening en zorg vereisen om een goede uitlijning van de hoofdmaslagen te garanderen. De eerste kritische stap is het ontwerp van de MMAA. Het is essentieel bij het ontwerpen van de MMAA om de exacte metingen voor het apparaat te bepalen d...

Een goed ontwikkeld en veelbelovend gebied in technisch onderzoek is microfabrication vanwege de enorme uitgestrektheid van toepassingen met microfluïdische platforms. Microfabrication is een proces waarbij structuren worden geproduceerd met μm- of kleinere kenmerken met behulp van verschillende chemische verbindingen. Naarmate microfluïdisch onderzoek zich in de afgelopen 30 jaar heeft ontwikkeld, is zachte lithografie de meest populaire microfabrication-techniek geworden waarmee microchips kunnen worden gemaakt van poly (dimethylsiloxaan) (PDMS) of soortgelijke stoffen. Deze microchips zijn op grote schaal gebruikt voor de miniaturisatie van gemeenschappelijke laboratoriumpraktijken1,2,3,4 en zijn krachtige onderzoeksinstrumenten geworden voor ingenieurs om reactieprocessen na te bootsen5,6,7, studiereactiemechanismen en organen na te bootsen die in vitro in het menselijk lichaam zijn gevonden (bijv. orgaan-op-een-chip)8,9,10. Naarmate de complexiteit van de toepassing toeneemt, is het echter typisch dat een complexer microfluïdisch apparaatontwerp een betere replicatie mogelijk maakt van het real-life systeem dat het moet imiteren.
De basisprocedure voor zachte lithografie omvat het coaten van een substraat met een fotoresistische stof en het plaatsen van een fotomasker over het gecoate substraat voordat het substraat wordt onderworpen aan UV-licht11. Het fotomasker heeft transparante gebieden die het gewenste patroon van de microfluïdische apparaatkanalen nabootsen. Bij het onderwerpen van het gecoate substraat aan UV-licht, laten de transparante gebieden het UV-licht door het fotomasker dringen, waardoor de fotoresist wordt gekruist. Na de belichtingsstap wordt de niet-gekruiste fotoresist weggespoeld met behulp van een ontwikkelaar, waardoor solide structuren achterblijven bij het beoogde patroon. Naarmate de complexiteit van de microfluïdische apparaten groter wordt, vereisen ze een meerlaagse constructie met uiterst nauwkeurige afmetingen. Het proces van meerlaagse microfabsoenatie is veel moeilijker in vergelijking met eenlaagse microfabation.
Meerlaagse microfabrication vereist een nauwkeurige uitlijning van de kenmerken van de eerste laag met de ontwerpen op het tweede masker. Normaal gesproken wordt dit proces uitgevoerd met behulp van een commerciële maskeruitlijner, die duur is en training vereist om de machines te bedienen. Het proces van meerlaagse microfabrication is dus meestal onbereikbaar voor kleinere laboratoria die de fondsen of tijd voor dergelijke inspanningen missen. Hoewel verschillende andere op maat gemaakte maskeruitlijners zijn ontwikkeld, vereisen deze systemen vaak de aankoop en assemblage van veel verschillende onderdelen en kunnen ze nog steeds vrij complex zijn12,13,14. Dit is niet alleen duur voor kleinere laboratoria, maar vereist ook tijd en training om het systeem te bouwen, te begrijpen en te gebruiken. De maskeruitlijner die in dit document wordt beschreven, probeerde deze problemen te verlichten, omdat er geen behoefte is aan de aankoop van extra apparatuur, waarvoor alleen apparatuur nodig is die meestal al aanwezig is in laboratoria die microfluïdische apparaten produceren en gebruiken. Bovendien wordt de maskeruitlijner vervaardigd door 3D-printen, dat met de recente vooruitgang van 3D-printtechnologie gemakkelijk beschikbaar is geworden voor de meeste laboratoria en universiteiten tegen betaalbare kosten.
Het protocol dat in dit document wordt beschreven, is bedoeld om een kosteneffectieve en eenvoudig te bedienen alternatieve maskeruitlijner te creëren. De maskeruitlijner die hierin wordt beschreven, kan meerlaagse microfabrication haalbaar maken voor onderzoekslaboratoria zonder conventionele fabricagefaciliteiten. Met behulp van de microscope mask alignment adapter (MMAA) kunnen functionele microchips met complexe functies worden bereikt met behulp van een gewone UV-lichtbron, optische microscoop en gemeenschappelijke laboratoriumapparatuur. De resultaten laten zien dat de MMAA goed presteert met een voorbeeldsysteem met behulp van een rechtopstaande microscoop en een UV-lichtbelichtingsbox. De MMAA geproduceerd met behulp van het 3D-printproces werd gebruikt om een tweelaagse mastervorm van een visgraatmicrofluïdisch apparaat te verkrijgen met minimale uitlijningsfouten. Met behulp van de master mal vervaardigd met een 3D-geprinte MMAA, werden microfluïdische apparaten bereid met meerlagige structuren met uitlijningsfouten van < 10 μm. De uitlijningsfout van <10 μm is minimaal genoeg om de toepassing van het microfluïdische apparaat niet te belemmeren.
Bovendien werd de succesvolle uitlijning van een vierlaagse master mold geproduceerd met behulp van de MMAA bevestigd en werden uitlijningsfouten vastgesteld op < 10 μm. De functionaliteit van het microfluïdische apparaat en minimale uitlijningsfouten valideren de succesvolle toepassing van de MMAA bij het maken van meerlaagse microfluïdische apparaten. De MMAA kan worden aangepast aan elke microscoop en UV-belichtingssysteem door kleine wijzigingen aan te brengen in het bestand in de 3D-printer. Het volgende protocol beschrijft de stappen die nodig zijn om de MMAA af te stemmen op de beschikbare apparatuur in elk laboratorium en de MMAA 3D-print met de vereiste specificaties. Bovendien beschrijft het protocol hoe u een meerlaagse mastermammel kunt ontwikkelen met behulp van het systeem en vervolgens PDMS-microfluïdische apparaten kunt produceren met behulp van de master mold. Het genereren van de master mold en microfluïdische chips stelt de gebruiker vervolgens in staat om de effectiviteit van het systeem te testen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), 3D Printing Filament</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by the Texas Tech University 3D printing facility</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BX53, Upright Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form 2, Stereolithography 3D printer</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Advanced Hot Plate Stirrer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97042-642</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoproyl Alcohol, 70% (v/v)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH7999-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light Colored Marker</td>
			<td>Sharpie</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnets, 3 mm x 3 mm</td>
			<td>WOTOY</td>
			<td></td>
			<td>ASIN #: B075PLVW8W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>DOW</td>
			<td>4019862</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri Dish, 150 mm x 15 mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25384-326</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed Photomasks</td>
			<td>CAD/Art Services, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum Support Jack - 8&#34; x 8&#34;, Scissor Lift</td>
			<td>VWR</td>
			<td>12620-904</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon Wafer</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td>452</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonication Bath</td>
			<td>Branson</td>
			<td>CPX3800H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin Coater</td>
			<td>Laurell Technologies Corporation</td>
			<td>Model WS-650MZ-23NPPB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STRATASYS SR-30</td>
			<td>MakerBot Industries, LLC</td>
			<td>SR-30</td>
			<td>Dissolvable support material for 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys uPrint SE 3D Printer</td>
			<td>Computer Aided Technology, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 50</td>
			<td>Kayaku</td>
			<td>Y131269 0500L1GL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 100</td>
			<td>Kayaku</td>
			<td>Y131273 0500L1GL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 Developer</td>
			<td>Kayaku</td>
			<td>Y020100 4000L1PE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super glue</td>
			<td>Gorilla Glue</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>448931-10G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tape</td>
			<td>Scotch</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form Cure, UV Curing Chamber</td>
			<td>Formlabs</td>
			<td>FH-CU-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-KUB2, UV Light-Exposure Box</td>
			<td>Kloe</td>
			<td>UV-KUB2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and development of a three-dimensionally printed microscope mask alignment adapter for the fabrication of multilayer microfluidic devices

Dit project heeft tot doel een gebruiksvriendelijk en kosteneffectief platform te ontwikkelen voor de fabricage van nauwkeurige, meerlaagse microfluïdische apparaten, die meestal alleen kunnen worden bereikt met dure apparatuur in een cleanroomomgeving. Het belangrijkste onderdeel van het platform is een driedimensionaal (3D) geprinte microscoop masker uitlijning adapter (MMAA) compatibel met gewone optische microscopen en ultraviolet (UV) licht belichtingssystemen. Het algehele proces van het maken van het apparaat is enorm vereenvoudigd vanwege het werk dat is gedaan om het apparaatontwerp te optimaliseren. Het proces omvat het vinden van de juiste afmetingen voor de apparatuur die beschikbaar is in het laboratorium en het 3D-printen van de MMAA met de geoptimaliseerde specificaties. Experimentele resultaten tonen aan dat de geoptimaliseerde MMAA ontworpen en vervaardigd door 3D-printen goed presteert met een gemeenschappelijk microscoop- en lichtblootstellingssysteem. Met behulp van een master mold bereid door de 3D-geprinte MMAA, bevatten de resulterende microfluïdische apparaten met meerlagige structuren uitlijningsfouten van < 10 μm, wat voldoende is voor gangbare microchips. Hoewel menselijke fouten door het transport van het apparaat naar het UV-lichtblootstellingssysteem grotere fabricagefouten kunnen veroorzaken, zijn de minimale fouten die in deze studie worden bereikt met oefening en zorg haalbaar. Bovendien kan de MMAA worden aangepast aan elk microscoop- en UV-belichtingssysteem door wijzigingen aan te brengen in het modelleringsbestand in het 3D-printsysteem. Dit project biedt kleinere laboratoria een nuttig onderzoeksinstrument omdat het alleen het gebruik vereist van apparatuur die meestal al beschikbaar is voor laboratoria die microfluïdische apparaten produceren en gebruiken. Het volgende gedetailleerde protocol schetst het ontwerp- en 3D-printproces voor de MMAA. Bovendien worden de stappen voor het verkrijgen van een meerlaagse master mold met behulp van de MMAA en het produceren van poly(dimethylsiloxaan) (PDMS) microfluïdische chips hierin ook beschreven.

Door de optimalisatie en het gebruik van de MMAA (figuur 1) werden meerlaagse mastermallen met minimale uitlijningsfout vervaardigd. De uiteindelijke MMAA werd vervaardigd met behulp van het 3D-printproces 3D-printproces (FFF) van fused filament fabrication(FFF). Het FFF-proces zorgt voor een grotere nauwkeurigheid voor de gewenste apparaatafmetingen. De MMAA bestaat uit twee hoofdstukken(afbeelding 3):het basisstuk en de aangepast...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices at JoVE.com

Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices

Dit project stelt kleine laboratoria in staat om een eenvoudig te gebruiken platform te ontwikkelen voor de fabricage van nauwkeurige meerlaagse microfluïdische apparaten. Het platform bestaat uit een driedimensionaal geprinte microscoopmaskeruitlijnadapter waarmee meerlaagse microfluïdische apparaten met uitlijningsfouten van <10 μm werden bereikt.

Ontwerp en ontwikkeling van een driedimensionaal gedrukte microscoopmaskeruitlijnadapter voor de fabricage van meerlaagse microfluïdische apparaten

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically ...

Dit protocol is belangrijk omdat het het mogelijk maakt om een kosteneffectief en eenvoudig te gebruiken platform te genereren dat helpt bij de productie van nauwkeurige meerlaagse microfluïdische mastermallen. Het belangrijkste voordeel van de techniek is dat het alleen het gebruik vereist van het 3D-geprinte platform en standaard laboratoriumapparatuur die vaak worden aangetroffen in laboratoria die microfluïdische apparaten produceren. Visuele demonstratie van dit protocol is van cruciaal belang om te demonstreren hoe u de 3D-geprinte microscoopmaskeruitlijnadapter kunt aanpassen en gebruiken.Verkrijg de afmetingen van de lade van het beschikbare UV-lichtemissiesysteem als bovengrens voor de afmetingen van de waferhouder. Meet de diameter van de binnenste cirkelrand, de binnenhoogte van de lade met UV-lichtemissiesystemen, de totale breedte en lengte van de lade. Pas deze afmetingen toe met behulp van een computerontwerptoepassing om de waferhouder aan te passen aan de lade voor UV-lichtemissiesystemen.Meet de lengte tussen de schroeven en de breedte van de schroeven op het beschikbare staande microscoopstadium dat de schuifhouder op zijn plaats houdt. Gebruik een computerontwerptoepassing en pas deze afmetingen toe om de magnetische houder aan te passen aan de beschikbare microscoop om een eenvoudige en nauwkeurige bevestiging van de MMAA op de microscoop mogelijk te maken. Gebruik een vier inch siliconen wafer met de juiste fotoweerstand om de eerste laag van de hoofdmal te maken, zodat de dikte groter is dan de volgende lagen voor eenvoudige identificatie van de uitlijningsmarkeringen.Gebruik een lichtgekleurde markeerstift om de uitlijningsmarkeringen van de eerste laag aan alle vier de zijden in te kleuren. Gebruik de instructies van de fabrikant om de foto te weerstaan, start de tweede laag van de hoofdvorm door de foto op de wafer te laten coaten en de zachte bakbewerking uit te voeren. Steek de gecoate wafer in de waferhouder van de MMAA en bevestig de gecoate wafer met tape aan de MMAA.Bevestig de waferhouder met behulp van de magnetische microscoopsluiting aan de beschikbare rechtopstaande microscoop. Verplaats de positie van de MMAA met behulp van de X- en Y-richtingsknoppen van het microscoopstadium totdat een van de gekleurde uitlijningsmarkeringen op de wafer zichtbaar is door de microscooplens. Verwijder de waferhouder uit het microscoopstadium en steek het fotomasker van de tweede laag in de waferhouder bovenop de gecoate wafer.Zorg ervoor dat de gekleurde uitlijningsmarkeringen van de eerste laag gedeeltelijk zichtbaar zijn via de uitlijningsmarkeringen op het fotomasker en dat de rechte rand van het fotomasker wordt over elkaar heengeimposeerd met de rechte rand van de siliconen wafer. Bevestig de waferhouder terug op het microscoopstadium en bevestig het fotomasker aan een schaarlift door een van de zijuitsparingen met tape. Gebruik de schaarlift om de Z-richtingspositie van het fotomasker aan te passen totdat deze recht boven de gecoate wafer ligt.Terwijl u het fotomasker stil houdt, kijkt u door de microscooplens en identificeert u de gekleurde uitlijningsmarkeringen van de eerste laag onder de uitlijningsmarkeringen van het fotomasker met behulp van de X- en Y-richtingsknoppen van het microscoopstadium om de positie van de MMAA te verplaatsen. Pas de positie van de MMAA aan totdat de uitlijningsmarkering op het fotomasker wordt overlappen met de gekleurde uitlijningsmarkering op de eerste laag. Breng voorzichtig een lichte kracht aan op het fotomasker en gebruik tape om het fotomasker op zijn plaats te zetten bovenop de gecoate wafer.Maak het fotomasker los van de schaarlift en zorg ervoor dat alle vier de uitlijningsmarkeringen op het fotomasker in lijn zijn met de vier uitlijningsmarkeringen op de eerste laag. Plaats de uitlijning en maak de waferhouder voorzichtig los van het microscoopstadium. Plaats de glazen bovenplaat bovenop de wafer en het fotomasker om de opening tussen de twee stukken te verkleinen.Plaats de hele waferhouder in het beschikbare UV-lichtblootstellingssysteem en voer de belichting van de tweede laag uit. Verwijder de waferhouder uit het UV-lichtblootstellingssysteem, verwijder vervolgens de gecoate wafer uit de waferhouder en maak het fotomasker los van de wafer. Voltooi de na-bakken en ontwikkeling van de tweede laag volgens de instructies van de foto weerstaan fabrikant.Haal de hoofdmal op en plaats deze op het podium van de rechtopstaande microscoop om de afstand tussen de eerste en tweede laag te bepalen. Meet de afstand waarmee de tweede laag wordt verschoven en verkeerd uitgelijnd vanaf de eerste laag op de microkanaalstructuren. Gebruik de rechtopstaande microscoop om te bepalen of de PDMS-chip kanaalwanden bevat die recht zijn met duidelijke apparaatranden.Controleer bovendien de PDMS-chip op mogelijke defecten die de functionaliteit van het apparaat kunnen belemmeren. Door de optimalisatie en het gebruik van de MMAA werden meerlaagse mastermallen met minimale uitlijningsfout vervaardigd. Dit systeem en het beschreven protocol werden gebruikt voor het uitlijnen van de markeringen op het fotomasker met de markeringen op de beginlaag van de hoofdmal.De dubbellaagse SU-8 master mold voor een microfluïdisch apparaat met een visgraatpatroon is gefabriceerd en heeft een tussenruimte van minder dan vijf micrometer tussen de twee lagen. De tweelaagse master mold werd vervolgens gebruikt om PDMS-microchips te fabriceren. Scanning elektronenmicroscoopbeelden tonen aan dat het microfluïdische apparaat met het visgraatpatroon duidelijke randen, rechte kanaalwanden en goed uitgelijnde lagen bevat, die essentieel zijn voor de juiste apparaatfunctionaliteit.Bovendien is een vierlaagse master mold met eenvoudige cirkelvormige functies gemaakt met behulp van de MMAA om een succesvolle uitlijning van een meerlaagse master mold te laten zien. Profilometergegevens bevestigen de vier verschillende lagen van de hoofdmal. Het is belangrijk om geduld te hebben en langzaam te werken bij het uitlijnen van de uitlijningsmarkeringen van de eerste en tweede laag en bij het bevestigen van het fotomasker aan de gecoate wafer.Deze procedure kan worden gebruikt voor de productie van veel verschillende meerlaagse mastermallen, waardoor onderzoekers uit kleinere laboratoria complexere microfluïdische apparaatontwerpen kunnen verkennen.

Research

JoVE Journal

Engineering

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

Ontwerp, fabricage en karakterisatie van Plasmonische Fotogeleidende Terahertz emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

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

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Tijdafhankelijk Diëlektrische Breakdown in de Transmission Electron Microscope: een mogelijkheid om het faalmechanisme in Microelectronic Devices Begrijp

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Methoden voor het meten van de oriëntatie en de draaisnelheid van de 3D-gedrukte Deeltjes in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Fabricage en werking van Acoustofluidic Devices Ondersteunend Bulk Acoustic Staande golven voor Sheathless scherpstellen van Deeltjes

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Oplosmiddel Bonding voor de productie van PMMA en COP microfluïdische apparaten

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Stroom-bijgewoonde diëlektroforese: Een Low-Cost methode voor de fabricage van hoogwaardige oplossing-verwerkbaar Nanowire apparaten

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

Ontwerp en fabricage van een optische vezel gemaakt van Water

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with ...