Think Big ... Dann Shrink

von Prof. Michelle Khine

Abstract:

Die Herausforderung der Mikro-und Nano-Fabrikation liegt in den Schwierigkeiten und Kosten im Zusammenhang mit Musterung bei solch hohen Auflösung verbunden. Anstatt sich auf Tradition Herstellungstechniken - weitgehend aus der Halbleiterindustrie geerbt - für mikrofluidische Anwendungen haben wir einen radikal anderen Ansatz entwickelt. Wir Muster auf der großen Maßstab, die einfach und kostengünstig ist, und verlassen sich auf die Hitze-induzierte Relaxation der vorgespannten Formgedächtnispolymer Blatt (Polystyrol und Polyolefin), unsere gewünschten Strukturen zu erreichen. Mit diesem Ansatz haben wir gezeigt, dass wir voll funktionsfähig und komplett mikrofluidischen Bauteilen mit integrierter Nanostrukturen innerhalb von Minuten zu erstellen. Diese Geräte können für nur Pennys pro Chip und ohne spezielle teure Ausrüstung erstellt werden. Dies ermöglicht es Forschern, um benutzerdefinierte Mikrosystemtechnik auf die Nachfrage nach einer Reihe von Anwendungen von der Grundlagenforschung Biologie-Studium machen, um die Stammzellenforschung zu der Pflege-Diagnostika für Infektionskrankheiten erkennen Punkt. In diesem Vortrag werde ich mein Labor Ansatz zu jedem dieser Bereiche zu überprüfen.

Einführung

Damit mikrofluidischen Technologie, um sein Potenzial, einen signifikanten Einfluss auf Bereiche wie Stammzellen-Technologien, Systembiologie und Point-of-Care-Diagnostik die anhaltende Kluft zwischen akademischer Prototyping und Industrie-Standard-Geräte müssen überbrückt werden zu erfüllen. Während die meisten akademischen Labors Prototyp über Softlithographie in Polydimethylsiloxan (PDMS), ist die Industrie weitgehend intolerant, um den inhärenten materkal Nachteile der PDMS, darunter: Schwellungen, nicht-selektiven Absorption und schlechte mechanische Eigenschaften. Industrie setzt auf Kunststoffe, einschließlich Polystyrol (PS) und Polyolefine (PO) ^ein . Um eine solche feinen Züge in Kunststoffen, jedoch erfordert in der Regel entweder Heißprägen oder Spritzgießen. Beide Ansätze erfordern erhebliche Investitionen in teure Investitionsgüter und aufwändige Verarbeitung Zeit, die weitgehend ausschließt akademischen Prototyping ^{2 , 3} . Wir stellen eine neuartige, schnelle und Ultra-Low-Cost-Strategie für Mikrosysteme mit integrierter Nanostrukturen mit Schrumpffolie Techologie herzustellen.

Wir Muster auf der großen Maßstab, die einfach und kostengünstig ist, und verlassen sich auf die Hitze-induzierte Relaxation der vorgespannten Formgedächtnispolymer Blatt zu unserem gewünschten Strukturen zu erzielen ^4-6 . Unsere bisherigen Arbeiten mit Schrumpffolien haben auf dem Anwendungen aus einem Polystyrol-Spielzeug namens "Shrinky-Dinks" focused ⁷ . PS wurde gezeigt, dass eine 60% ​​ige Reduktion der Fläche, auf Schrumpfung Display und wurde in Verbindung mit einem Laser-Drucker verwendet werden, um Meister für die Herstellung von PDMS mikrofluidischen Bauteilen und Mikro-Brunnen für die Zellkultur herzustellen ^{7 , 8} . Direkte Strukturierung der Blätter durch Ätzen oder Abscheidung wurde gezeigt, dass komplette mikrofluidischen Bauteilen zu schaffen, und wurde auf eine funktionelle Biochip zu erzeugen, erweitert die integrierten Komplex mikrofluidischen Designs und Proteine ​​Flecken.

Abbildung 1. Ultra-schnelle, kostengünstige Herstellungsverfahren der Nano-integrierten Mikrosystemen. Beginnend mit einem leeren thermoplastischen Folie, kann man verschiedene Mikro-und Nanostrukturen entweder durch Aufbringen von Materialien auf oder Entfernen von Material aus dem Kunststoff zu schaffen. Beim Erhitzen des Blattes zieht, dass es zu härteren Materialien (zB Metalle, sich zu verbiegen). Komplette 3D gestapelten mikrofluidischen Chips sind in wenigen Minuten sowie robuste Substrate für die Zell-Studien erreicht.

Kürzlich haben wir gezeigt, dass eine Polyolefin-Schrumpffolie dünne Folie zeigt eine 95% ige Reduktion der Fläche für High-Aspekt Vorlagen für Softlithographie ⁹ . Durch die Kombination mit einem Low-Cost-Digital-Handwerk Cutter, konnten wir auch erreichen, relativ einheitlichen und konsistenten komplette mikrofluidischen Kanälen mit glatten Oberflächen, vertikalen Seitenwänden und hohem Aspektverhältnis Kanäle mit lateralen Auflösungen weit über das Werkzeug zum Schneiden sie ¹⁰ . Die thermische Verbindung der Schichten führt zu einer stark gebundenen Chip, mit auslaufsicheren Kanäle und homogene Oberfläche und Bulk-Eigenschaften. Complex mikrofluidischen Designs können einfach on the fly und Protein-Assays auch leicht in das Gerät integriert gestaltet werden.

Referenzen

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