Piensa en grande ... y se reducen

por el profesor Michelle Khine

Resumen:

El desafío de la micro-y nano-fabricación se encuentra en las dificultades y los costos asociados con los patrones en una resolución tan alta. En lugar de confiar en las técnicas de fabricación de la tradición - en gran parte heredada de la industria de los semiconductores - para aplicaciones de microfluídica, hemos desarrollado un enfoque radicalmente diferente. Estamos en el patrón de gran escala, que es fácil y barato, y se basan en la relajación inducida por el calor de pre-tensado con memoria de forma láminas de polímero (poliestireno y poliolefina) para lograr nuestras estructuras deseado. Con este enfoque, hemos demostrado que podemos crear dispositivos de microfluídica totalmente funcional y completo, con nanoestructuras integradas en cuestión de minutos. Estos dispositivos pueden ser creados por sólo unos centavos por chip y sin ningún tipo de costosos equipos dedicados. Esto permite a los investigadores para hacer microsistemas personalizada en la demanda de una gama de aplicaciones de los estudios de biología básica a la investigación con células madre hasta el punto de atención de los dispositivos de diagnóstico para detectar enfermedades infecciosas. En esta presentación, voy a revisar el enfoque de mi laboratorio a cada una de estas áreas.

Introducción

Para que la tecnología de microfluidos para cumplir con su potencial de hacer un impacto significativo en campos como las tecnologías de células madre, la biología de sistemas, y el punto de atención de diagnóstico de la brecha persistente entre la creación de prototipos académico y estándares de la industria de dispositivos debe ser superada. Mientras que la mayoría de los prototipos de los laboratorios académicos a través de la litografía blanda, en polidimetilsiloxano (PDMS), la industria está en gran medida con intolerancia a los inconvenientes inherentes materkal de PDMS, incluyendo: hinchazón, no selectivo de la absorción, y los pobres propiedades mecánicas. La industria se basa en los plásticos, incluyendo poliestireno (PS) y poliolefinas (PO) ¹ . Para crear este tipo de rasgos finos en los plásticos, sin embargo, por lo general requiere ya sea estampado en caliente o de moldeo por inyección. Ambos métodos requieren grandes inversiones en bienes de equipo costoso y largo proceso extenso que en gran parte se opone a académicos prototipos ^{2 , 3} . Se introduce una nueva, rápida y de muy bajo costo para la fabricación de microsistemas estrategia con nanoestructuras integradas con encogerse de película Techology.

Estamos en el patrón de gran escala, que es fácil y barato, y se basan en la relajación inducida por el calor de pre-tensado con memoria de forma láminas de polímero para lograr nuestras estructuras deseado ^4-6 . Nuestros trabajos anteriores con películas retráctiles se han centrado en las aplicaciones de un juguete llamado poliestireno "Shrinky-Dinks" ⁷ . PS se muestra para mostrar una reducción del 60% en el área en la contracción y se utiliza junto con una impresora láser para la fabricación de maestros para la fabricación de dispositivos de microfluídica PDMS y pozos micro para el cultivo celular ^{7 , 8} . Patrón directo de las hojas a través de grabado o depósito se demostró que crear completos dispositivos de microfluidos, y se amplió a la creación de un biochip funcional que integra diseños complejos de microfluidos y manchas proteínas.

Figura 1. Ultra-rápido, de bajo costo el proceso de fabricación de nano-microsistemas integrados. A partir de una lámina termoplástica en blanco, se pueden crear diferentes estructuras micro y nano ya sea por la aplicación de materiales o eliminación de materiales de plástico. Por calentamiento, se retrae la hoja, haciendo que cualquier material rígido (por ejemplo, metales, a la hebilla). 3D completo apilados chips de microfluidos se alcanzan en pocos minutos, así como soportes sólidos para estudios de células.

Recientemente, hemos demostrado que una poliolefina retráctil película delgada presenta una reducción del 95% en el área de alto aspecto plantillas para la litografía blanda ⁹ . Mediante la combinación con un cortador de arte digital de bajo costo, hemos sido capaces de lograr también es relativamente uniforme y coherente de canales completa de microfluidos con superficies lisas, paredes verticales, y los canales de alta relación de aspecto de las resoluciones lateral mucho más allá de la herramienta utilizada para cortar ¹⁰ . La unión térmica de los resultados de las capas de un chip fuertemente unido, con canales de prueba de fugas, y la superficie homogénea y propiedades a granel. Complejos diseños de microfluidos se pueden diseñar fácilmente sobre la marcha y ensayos de proteínas también fácilmente integrado en el dispositivo.

Referencias

1. CK Fredrickson, Xia Z., Das C., R. Ferguson, Tavares y FT Fan ZH, J Microelectromech S, 2006, 15, 1060-1068.
2. P. Abgrall, LN baja y Nguyen NT, Chip de laboratorio, de 2007, 7, 520-522.
3. HB Liu Gong y HQ, J. Micromech. Microeng., 2009, 19, 037,002.
4. K. Sollier, Mandon CA, Heyries KA, Blum LJ y Marquette CA, Chip de laboratorio, 2009, 9, 3489-3494.
5. M. Long, MA Sprague, Grimes AA, Rich BD y Khine M., Appl Phys. Lett, 2009, 94, -.
6. CS Chen, Breslauer DN, Luna JI, A. Grimes, WC Chin, Leeb LP y Khine M., Chip de laboratorio, 2008, 8, 622-624.
7. A. Grimes, Breslauer DN, Long M., J. Pegan, Lee LP y Khine M., Chip de laboratorio, 2008, 8, 170-172.
8. D. Nguyen, S. Sa, JD Pegan, B. Rico, Xiang GX, McCloskey KE, Manilay JO y Khine M., Chip de laboratorio, 2009, 9, 3338-3344.
9. D. Nguyen, D. Taylor, Qian K., Norouzi N., J. Rasmussen, Botzet S., Lehmann KH, Halverson K. y M. Khine, Chip de laboratorio, 2010, 10, 1623-1626.
10. D. Taylor, D. Dyer, Lew V., M. Khine, Chip de laboratorio, 2010, DOI: 10.1039/c00473.

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