10 фильмов, в которых вместо компьютерной графики используются практические спецэффекты
Mar 09, 202428 ТикТок
Feb 15, 202434 товара для
Mar 17, 202442 продукта, которые рецензенты назвали «лучшими», которые они пробовали
Feb 08, 202444 крутых находки TikTok, которые вы захотите «добавить в корзину»
Feb 23, 2024Быстрое прототипирование для высоких
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1232 (2023) Цитировать эту статью
2837 Доступов
1 Цитаты
1 Альтметрика
Подробности о метриках
Мягкая литография позволила быстро создавать прототипы точных микрофлюидных характеристик путем нанесения рисунка на деформируемый эластомер, такой как полидиметилсилоксан (ПДМС), с помощью формы с фотолитографическим рисунком. В приложениях микрофлюидики, где гибкость ПДМС является недостатком, было предложено множество более жестких материалов. По сравнению с альтернативами устройства, изготовленные из эпоксидной смолы и стекла, имеют превосходные механические характеристики, разрешение и совместимость с растворителями. Здесь мы представляем подробный пошаговый метод изготовления жестких микрофлюидных устройств из мягкой эпоксидной смолы с литографическим рисунком и стекла. Протокол соединения был оптимизирован, что позволило получить устройства, выдерживающие давление, превышающее 500 фунтов на квадратный дюйм. Используя этот метод, мы демонстрируем использование жестких спиральных микроканалов с высоким соотношением сторон для высокопроизводительной фокусировки клеток.
Методы быстрого прототипирования ускоряют разработку микрофлюидных технологий на ранних стадиях за счет сокращения времени итерации и первоначальных затрат. Вероятно, наиболее широко используемым методом быстрого прототипирования для исследований в области микрофлюидики является мягкая литография, которая обычно включает в себя создание рисунка на детали полидиметилсилоксанового (ПДМС) эластомера из формы пленки фоторезиста с микроузором на кремниевой пластине1. Относительно мягкая и прочная деталь из ПДМС отрывается от твердой силиконовой формы. Основные преимущества мягкой литографии по сравнению с альтернативными методами быстрого прототипирования, такими как 3D-печать, обусловлены превосходным разрешением объектов, обеспечиваемым тонкопленочной фотолитографией на кремниевых пластинах, а также способностью быстро производить несколько эластомерных устройств из одной формы пластины. .
Однако деформируемость PDMS неблагоприятна для приложений микрофлюидики, которые связаны с умеренными давлениями и где важна геометрия канала. Например, это относится практически ко всем исследованиям явлений инерционной микрофлюидики, которые обычно включают потоки относительно высокого давления (P> 30 фунтов на квадратный дюйм) в относительно длинных микроканалах (> 1 см). Устройства PDMS начинают деформироваться уже при давлении 15 фунтов на квадратный дюйм и могут разорваться при давлении около 40–60 фунтов на квадратный дюйм2. Таким образом, использование ПДМС может поставить под угрозу как результаты исследований, где деформируемость может быть существенным источником экспериментальной изменчивости, так и поступательное развитие, поскольку в масштабируемых производственных процессах в подавляющем большинстве используются термопласты, которые намного более жесткие, чем ПДМС. В этих случаях было бы разумно сначала проверить микрофлюидные конструкции в жестком материале, прежде чем нести значительные затраты на инструменты для литья под давлением или тиснения.
Эти соображения побудили несколько групп разработать новые методы прототипирования жестких устройств, которые систематически рассматривались в 2011 году. Эти усилия продемонстрировали изготовление жестких устройств по фотолитографически определенному образцу путем трансферного формования с использованием промежуточной копии PDMS. Среди оцененных материалов рецептура термореактивного материала, впервые описанная в 2007 году, продемонстрировала самую высокую жесткость и наилучшие характеристики склеивания (не менее 150 фунтов на квадратный дюйм)4. Позже другой прозрачный термореактивный материал, эпоксидная смола EpoxAcast 690, был использован для измерения фокусировки частиц при очень высоких скоростях потока и рабочем давлении, приближающемся к 10 000 фунтов на квадратный дюйм5,6. Было также показано, что этот же материал обладает превосходной химической инертностью и газонепроницаемостью7. Также было показано, что эпоксидный чип способен захватывать циркулирующие опухолевые клетки из цельной крови в зависимости от их размера с эффективностью около 80%8. На основании этих исследований можно считать, что устройства из эпоксидного стекла имеют равные или превосходящие характеристики по сравнению со всеми другими изученными материалами для быстрого прототипирования в отношении точности характеристик, жесткости и прочности соединения. В целом, по сравнению с альтернативными методами быстрого прототипирования, такими как 3D-печать или ламинированные пленки с рисунком, устройства с фотолитографическим рисунком имеют самое высокое разрешение элементов и гладкость стенок9. Аналогичным образом, коммерчески доступные эпоксидные смолы более доступны для исследователей, чем нестандартные материалы10.