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Apr 29, 2023

높은 수준을 위한 신속한 프로토타이핑

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1232(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

소프트 리소그래피는 포토리소그래피로 패턴화된 몰드를 사용하여 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 변형 가능한 엘라스토머를 패턴화함으로써 정밀한 미세유체 특징의 신속한 프로토타이핑을 허용했습니다. PDMS의 유연성이 단점인 미세유체 응용 분야에서는 더욱 견고한 다양한 재료가 제안되었습니다. 대안에 비해 에폭시와 유리로 제작된 장치는 기계적 성능, 기능 해상도 및 용매 호환성이 뛰어납니다. 여기에서는 소프트 리소그래피 패턴의 에폭시와 유리로 견고한 미세 유체 장치를 제작하기 위한 자세한 단계별 방법을 제공합니다. 본딩 프로토콜은 500psi를 초과하는 압력을 견딜 수 있는 최적화된 항복 장치였습니다. 이 방법을 사용하여 우리는 높은 처리량의 셀 포커싱을 위해 견고한 고종횡비 나선형 마이크로채널의 사용을 보여줍니다.

신속한 프로토타이핑 기술은 반복 시간과 초기 비용을 줄여 미세유체 기술의 초기 단계 개발을 가속화합니다. 아마도 미세 유체 연구에 가장 널리 사용되는 신속한 프로토타이핑 기술은 소프트 리소그래피일 것입니다. 이는 일반적으로 실리콘 웨이퍼의 미세 패턴 포토레지스트 필름 몰드에서 폴리디메틸실록산(PDMS) 엘라스토머 부품을 패턴화하는 작업을 포함합니다1. 상대적으로 부드럽고 견고한 PDMS 부품이 단단한 실리콘 몰드에서 들어 올려집니다. 3D 프린팅과 같은 대체 고속 프로토타이핑 방법과 비교할 때 소프트 리소그래피의 주요 장점은 실리콘 웨이퍼의 박막 포토리소그래피가 제공하는 탁월한 기능 해상도와 단일 웨이퍼 몰드에서 여러 탄성 장치를 신속하게 생산할 수 있는 능력에서 비롯됩니다. .

그러나 PDMS의 변형성은 적당한 압력을 포함하고 채널 형상이 중요한 미세 유체 응용 분야에는 바람직하지 않습니다. 예를 들어, 이는 상대적으로 긴 마이크로채널(> 1cm)에서 상대적으로 높은 압력 흐름(P > 30psi)을 일반적으로 포함하는 관성 미세유체 현상에 대한 거의 모든 연구의 경우입니다. PDMS 장치는 15psi 정도의 작은 압력에서도 변형되기 시작하고 약 40~60psi2의 압력에서 파열될 수 있습니다. 따라서 PDMS를 사용하면 변형성이 실험적 변동성의 실질적인 원인이 될 수 있는 연구 결과와 병진 개발이 모두 위태로워질 수 있습니다. 대규모 제조 공정에서는 PDMS보다 훨씬 더 견고한 열가소성 수지를 압도적으로 사용하기 때문입니다. 이러한 경우 사출 성형이나 엠보싱을 위한 상당한 툴링 비용을 부담하기 전에 먼저 강성 재료의 미세 유체 설계를 검증하는 것이 현명할 것입니다.

이러한 고려 사항은 20113년에 체계적으로 검토된 여러 그룹의 강성 장치 프로토타이핑을 위한 새로운 기술 개발에 동기를 부여했습니다. 이러한 노력은 중간 PDMS 복제본을 사용하여 트랜스퍼 몰딩을 통해 포토리소그래피로 정의된 패턴에서 강성 장치를 제작하는 것을 보여주었습니다. 평가된 재료 중에서 2007년에 처음 기술된 열경화성 레시피는 가장 높은 강성과 최고의 결합 성능(최소 150psi)을 나타냈습니다4. 나중에 또 다른 투명한 열경화성 수지인 에폭시 수지 EpoxAcast 690을 사용하여 10,000psi에 가까운 작동 압력에서 매우 높은 유속으로 입자 초점을 측정했습니다5,6. 이 동일한 재료는 화학적 불활성 및 가스 불투과성이 뛰어난 것으로 나타났습니다7. 또한 에폭시 칩은 크기에 따라 전혈에서 순환하는 종양 세포를 약 80%의 효율로 포획할 수 있는 능력을 갖고 있는 것으로 나타났습니다8. 이러한 연구를 바탕으로 에폭시-유리 장치는 기능 충실도, 강성 및 결합 강도와 관련하여 연구된 다른 모든 쾌속 프로토타이핑 재료와 동일하거나 우수한 특성을 갖는 것으로 간주될 수 있습니다. 전체적으로 3D 프린팅이나 패턴화된 라미네이트 필름과 같은 대체 고속 프로토타이핑 방법과 비교할 때, 포토리소그래피 방식으로 패턴화된 장치는 가장 높은 특징 해상도와 벽 매끄러움을 가지고 있습니다9. 마찬가지로, 상업적으로 이용 가능한 에폭시는 맞춤형 재료10보다 연구자가 더 쉽게 접근할 수 있습니다.