Tenk Big ... Så Shrink

av professor Michelle Khine

Abstract:

Utfordringen av mikro-og nano-fabrikasjon ligger i vanskelighetene og kostnadene forbundet med mønster i så høy oppløsning. I stedet for å stole på tradisjon fabrikasjon teknikker - i stor grad arvet fra halvlederindustrien - for microfluidic søknader, har vi utviklet en radikalt annerledes tilnærming. Vi mønster på stor skala, som er lett og billig, og er avhengige av varme-indusert avslapning av pre-stresset formen minne polymer ark (isopor og polyolefin) for å oppnå våre ønskede strukturer. Ved hjelp av denne tilnærmingen har vi vist at vi kan skape fullt funksjonelle og komplett microfluidic enheter med integrerte nanostrukturer i løpet av minutter. Disse enhetene kan opprettes for bare pennies per chip og uten dedikert kostbart utstyr. Dette gjør forskerne å lage tilpassede mikrosystemer på etterspørselen etter en rekke søknader fra grunnleggende biologi studier til stamcelleforskning å peke omsorg diagnostisk utstyr for å oppdage smittsomme sykdommer. I denne presentasjonen vil jeg vurdere min lab tilnærming til hvert av disse områdene.

Innledning

For microfluidic teknologi for å oppfylle sitt potensial til å gjøre en betydelig innvirkning på områder som stamcelleforskningen teknologier, systemer biologi, og point-of-care diagnostikk den vedvarende kløften mellom akademiske prototyping og industri-standard enheter må være bro. Mens de fleste akademiske labs prototype via myk litografi i polydimetylsiloksan (PDMS), er industrien i stor grad intolerant de iboende materkal ulempene med PDMS, inkludert: hevelse, ikke-selektive absorpsjon, og dårlige mekaniske egenskaper. Industrien er avhengig av plast, herunder polystyren (PS) og polyolefiner (PO) ¹ . Å lage slike fine funksjoner i plast, men krever vanligvis enten varmt preging eller sprøytestøping. Begge disse metodene krever betydelige investeringer i dyre kapital utstyr og omfattende saksbehandlingstid som i stor grad utelukker akademisk prototyping ^{to , tre} . Vi introduserer en roman, rask og ultra-low-cost strategi for å dikte mikrosystemer med integrert nanostrukturer bruk av krympe-film teknologi.

Vi mønster på stor skala, som er lett og billig, og er avhengige av varme-indusert avslapning av pre-stresset formen minne polymer ark for å oppnå våre ønskede strukturer ^4-6 . Våre tidligere arbeider med krympe filmene har fokusert på anvendelser av et polystyren leketøy kalt "Shrinky-Dinks" ⁷ . PS ble vist for å vise en 60% reduksjon i areal på krymping og ble brukt i forbindelse med en laserskriver å dikte mestere for fabrikasjon av PDMS microfluidic enheter og micro brønner for cellekultur ^{7 , 8} . Direkte mønster av arkene gjennom etsning eller deponering ble vist å lage komplette microfluidic enheter, og ble utvidet ved å skape en funksjonell biochip at integrert kompleks microfluidic design og proteiner flekker.

Figur 1. Ultra-rask, lavpris produksjonsprosessen av nano-integrerte mikrosystemer. Starte med en tom termoplast ark, kan man lage forskjellige mikro-og nano strukturer ved enten å bruke materialer til eller fjerne materiale fra plast. Ved oppvarming, arket trekkes, forårsake noen stivere materialer (f.eks metaller, å spenne). Komplett 3D stablet microfluidic chips er oppnådd i løpet av minutter samt robust underlag for celle studier.

Nylig viste vi at en polyolefin krympe tynn film viser en 95% reduksjon i området for høy-aspektet maler for myk litografi ⁹ . Ved å kombinere med en rimelig digital håndverket cutter, kunne vi også oppnå relativt ensartet og konsistent komplett microfluidic kanaler med glatte flater, vertikale sidevegger og høyt sideforhold kanaler med lateral oppløsning godt utover verktøyet brukes til å kutte dem ¹⁰ . Den termiske liming av lagene resulterer i et sterkt limt chip, med lekkasje bevis kanaler og homogen overflate og bulk egenskaper. Komplekse microfluidic design kan enkelt utformet på fly og protein analyser også lett integreres i enheten.

Referanser

1. CK Fredrickson, Z. Xia, C. Das, R. Ferguson, FT Tavares og ZH Fan, J Microelectromech S, 2006, 15, 1060-1068.
2. P. Abgrall, LN Lav og NT Nguyen, Lab Chip, 2007, 7, 520-522.
3. HB Liu og HQ Gong, J. Micromech. Microeng., 2009, 19, 037002.
4. K. Sollier, CA Mandon, KA Heyries, LJ Blum og CA Marquette, Lab Chip, 2009, 9, 3489-3494.
5. M. Long, MA Sprague, AA Grimes, BD Rich og M. Khine, Appl Phys Lett, 2009, 94, -.
6. CS Chen, DN Breslauer, JI Luna, A. Grimes, WC Chin, LP Leeb og M. Khine, Lab Chip, 2008, 8, 622-624.
7. A. Grimes, DN Breslauer, M. Long, J. Pegan, LP Lee og M. Khine, Lab Chip, 2008, 8, 170-172.
8. D. Nguyen, S. Sa, JD Pegan, B. Rich, GX Xiang, KE McCloskey, JO Manilay og M. Khine, Lab Chip, 2009, 9, 3338-3344.
9. D. Nguyen, D. Taylor, K. Qian, N. Norouzi, J. Rasmussen, S. Botzet, KH Lehmann, K. Halverson og M. 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