Think Big ... Dan Shrink

door professor Michelle Khine

Abstract:

De uitdaging van micro-en nano-fabricage ligt in de moeilijkheden en kosten in verband met patronen op zo'n hoge resolutie. In plaats van te vertrouwen op de traditie fabricagetechnieken - grotendeels overgenomen van de halfgeleiderindustrie - voor microfluïdische toepassingen, hebben we een radicaal andere aanpak. We patroon op de grote schaal, dat is gemakkelijk en goedkoop, en vertrouwen op de warmte-geïnduceerde relaxatie van voorgespannen vormgeheugen polymeer vel (polystyreen en polyolefine) om onze gewenste structuren te bereiken. Met behulp van deze aanpak, hebben we aangetoond dat we kunnen volledig functioneel en compleet microfluïdische apparaten met geïntegreerde nanostructuren binnen enkele minuten te creëren. Deze apparaten kunnen worden gemaakt voor slechts pence per chip en zonder enige speciale dure apparatuur. Dit stelt onderzoekers in staat om op maat microsystemen te maken op de vraag naar een scala van toepassingen van basis-biologisch onderzoek aan stamcelonderzoek tot de punt van zorg diagnostische apparaten aan besmettelijke ziekten op te sporen. In deze presentatie zal ik mijn lab de aanpak herzien om elk van deze gebieden.

Introductie

Om microfluïdische technologie om het potentieel van het maken van een grote invloed op gebieden zoals stamcellen technologieën, systeembiologie, en point-of-care diagnostiek van de hardnekkige kloof tussen de academische prototyping en de industrie-standaard apparaten moet worden overbrugd voldoen. Terwijl de meeste academische laboratoria prototype via zachte lithografie in polydimethylsiloxaan (PDMS), de industrie is grotendeels intolerant om de inherente materkal nadelen van PDMS, zoals: zwelling, niet-selectieve absorptie, en een slechte mechanische eigenschappen. Industrie vertrouwt op kunststoffen, inclusief polystyreen (PS) en polyolefinen (PO) ^een . Voor het maken van zulke fijne functies in de plastics, maar meestal vereist hetzij hot embossing of spuitgieten. Beide benaderingen vereisen aanzienlijke investeringen in dure kapitaalgoederen en uitgebreide verwerkingstijd die grotendeels uitgesloten academische prototyping ^{2 , 3} . We introduceren een nieuwe, snelle, en ultra-low-cost strategie om microsystemen fabriceren met geïntegreerde nanostructuren met behulp van shrink-film Technologie.

We patroon op de grote schaal, dat is gemakkelijk en goedkoop, en vertrouwen op de warmte-geïnduceerde relaxatie van voorgespannen vormgeheugen polymeer platen om onze gewenste structuren te realiseren ^4-6 . Onze vorige werkt met krimpfolie hebben zich gericht op de toepassingen van een polystyreen speelgoed genaamd "Shrinky-Dinks" ⁷ . PS bleek een 60% reductie in het gebied op krimp weer te geven en werd gebruikt in combinatie met een laser printer aan kapiteins voor de fabricage van PDMS microfluïdische apparaten en micro putten voor celkweek fabriceren ^{7 , 8} . Directe patroon van de platen door middel van etsen of afzetting werd aangetoond dat het volledige microfluïdische apparaten te maken, en werd uitgebreid op om een ​​functionele biochip te creëren die geïntegreerd complex microfluïdische ontwerpen en eiwitten plekken.

Figuur 1. Ultra-snelle, low cost productie proces van nano-geïntegreerde microsystemen. Te beginnen met een blanco vel thermoplastische, kan men maken diverse micro-en nano-structuren door ofwel het toepassen van materialen aan of afvoer van materialen uit de plastic. Bij verhitting, het blad trekt, waardoor een stijver materiaal (bijvoorbeeld metalen, tot gesp). Volledige 3D gestapelde microfluïdische chips worden bereikt binnen enkele minuten als robuuste substraten voor cel-studies.

Onlangs hebben we aangetoond dat een polyolefine krimp dunne film vertoont een 95% reductie in het gebied voor high-aspect templates voor zachte lithografie ⁹ . Door het combineren met een low-cost digitale craft kotter, konden we ook bereiken relatief uniforme en consistente compleet microfluïdische kanalen met gladde oppervlakken, verticale zijwanden, en een hoge aspect ratio kanalen met laterale resoluties tot ver buiten de tool gebruikt voor het snijden ze ¹⁰ . De thermische hechting van de lagen resulteert in een sterk gebonden chip, met lekvrije kanalen, en homogene oppervlak en bulk eigenschappen. Complexe microfluïdische ontwerpen kunnen gemakkelijk worden ontworpen on the fly en eiwit assays ook gemakkelijk geïntegreerd in het apparaat.

Referenties

1. CK Fredrickson, Z. Xia, C. Das, R. Ferguson, FT Tavares en ZH Fan, J Microelectromech S, 2006, 15, 1060-1068.
2. P. Abgrall, LN Low en NT Nguyen, Lab Chip, 2007, 7, 520-522.
3. HB Liu en HQ Gong, J. Micromech. Microeng., 2009, 19, 037002.
4. K. Sollier, CA Mandon, KA Heyries, LJ Blum en CA Marquette, Lab Chip, 2009, 9, 3,489 tot 3,494.
5. M. Lange, MA Sprague, AA Grimes, BD Rich en M. Khine, Appl Phys Lett, 2009, 94, -.
6. CS Chen, DN Breslauer, JI Luna, A. Grimes, WC Chin, LP Leeb en M. Khine, Lab Chip, 2008, 8, 622-624.
7. A. Grimes, DN Breslauer, M. Lange, J. Pegan, LP Lee en M. Khine, Lab Chip, 2008, 8, 170-172.
8. D. Nguyen, S. Sa, JD Pegan, B. Rich, GX Xiang, KE McCloskey, JO Manilay en M. Khine, Lab Chip, 2009, 9, 3338 tot 3344.
9. D. Nguyen, D. Taylor, K. Qian, N. Norouzi, J. Rasmussen, S. Botzet, KH Lehmann, K. en M. Halverson Khine, Lab Chip, 2010, 10, 1623-1626.
10. D. Taylor, D. Dyer, V. Lew, M. Khine, Lab Chip, 2010, DOI: 10.1039/c00473.

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org