Prototipagem rápida para alta

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1232 (2023) Citar este artigo

2837 Acessos

1 Citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

A litografia suave permitiu a prototipagem rápida de características microfluídicas precisas, padronizando um elastômero deformável, como o polidimetilsiloxano (PDMS), com um molde fotolitograficamente padronizado. Em aplicações microfluídicas onde a flexibilidade do PDMS é uma desvantagem, uma variedade de materiais mais rígidos foram propostos. Em comparação com alternativas, os dispositivos fabricados em epóxi e vidro apresentam desempenho mecânico, resolução de recursos e compatibilidade com solventes superiores. Aqui nós fornecemos um método passo a passo detalhado para a fabricação de dispositivos microfluídicos rígidos a partir de epóxi e vidro com padrão de litografia macia. O protocolo de ligação foi otimizado produzindo dispositivos que suportam pressões superiores a 500 psi. Usando este método, demonstramos o uso de microcanais espirais rígidos de alta proporção para focagem de células de alto rendimento.

As técnicas de prototipagem rápida aceleram o desenvolvimento inicial de tecnologias microfluídicas, reduzindo o tempo de iteração e os custos iniciais. Talvez a técnica de prototipagem rápida mais amplamente utilizada para pesquisa em microfluídica seja a litografia suave, que normalmente envolve a padronização de uma parte de elastômero de polidimetilsiloxano (PDMS) a partir de um molde de filme fotorresistente micropadronizado em uma pastilha de silício . A parte PDMS relativamente macia e resistente é retirada do molde de silicone rígido. As principais vantagens da litografia suave, em comparação com métodos alternativos de prototipagem rápida, como a impressão 3D, decorrem da excelente resolução de recursos proporcionada pela fotolitografia de filme fino em wafers de silício, bem como da capacidade de produzir rapidamente vários dispositivos elastoméricos a partir de um único molde de wafer. .

No entanto, a deformabilidade do PDMS é desfavorável para aplicações microfluídicas que envolvem pressões moderadas e onde a geometria do canal é importante. Por exemplo, este é o caso de praticamente todos os estudos de fenômenos de microfluídica inercial, que geralmente envolvem fluxos de pressão relativamente alta (P > 30 psi) em microcanais relativamente longos (> 1 cm). Os dispositivos PDMS começam a deformar-se a partir de 15 psi e podem romper a pressões de cerca de 40–60 psi2. Portanto, o uso de PDMS pode comprometer tanto os resultados da pesquisa, onde a deformabilidade pode ser uma fonte substancial de variabilidade experimental, quanto o desenvolvimento translacional, uma vez que os processos de fabricação em escala utilizam esmagadoramente termoplásticos que são muito mais rígidos que o PDMS. Nestes casos, seria prudente validar primeiro os projetos microfluídicos em um material rígido antes de arcar com os custos substanciais de ferramentas para moldagem por injeção ou gravação em relevo.

Essas considerações motivaram o desenvolvimento de novas técnicas para prototipagem de dispositivos rígidos por diversos grupos, revisadas sistematicamente em 20113. Esses esforços demonstraram a fabricação de dispositivos rígidos a partir de um padrão definido fotolitograficamente por moldagem por transferência usando uma réplica intermediária de PDMS. Entre os materiais avaliados, a receita termofixa descrita pela primeira vez em 2007 exibiu a maior rigidez e melhor desempenho de ligação (pelo menos 150 psi)4. Mais tarde, outro termofixo transparente, a resina epóxi EpoxAcast 690, foi utilizado para medir o foco de partículas em taxas de fluxo muito altas em pressões operacionais próximas de 10.000 psi5,6. Este mesmo material também demonstrou possuir excelente inércia química e impermeabilidade a gases7. Também foi demonstrado que um chip epóxi tinha a capacidade de capturar células tumorais circulantes do sangue total com base no seu tamanho, com uma eficiência de cerca de 80%8. Com base nesses estudos, os dispositivos de vidro epóxi podem ser considerados como tendo características iguais ou superiores a todos os outros materiais de prototipagem rápida estudados no que diz respeito à fidelidade das características, rigidez e resistência de união. Ao todo, em comparação com métodos alternativos de prototipagem rápida, como impressão 3D ou filmes laminados padronizados, os dispositivos fotolitograficamente padronizados apresentam a mais alta resolução de recursos e suavidade de parede . Da mesma forma, os epóxis disponíveis comercialmente são mais acessíveis aos pesquisadores do que os materiais personalizados10.