Microfabbricazione di chip di dimensioni Ponteggi per tridimensionale coltura cellulare

Ciao, mi chiamo Stefan Re. Lavoro presso l'Istituto di Interfacce Biologiche e, nel seguente articolo, vedrete il processo di fabbricazione di un impalcatura microstrutturata chiamata ship, e stiamo utilizzando due metodi diversi per produrre questi chip. Attualmente un processo di goffratura cardiaca abbinato a determinati processi successivi e un processo di formatura microtermica, recentemente sviluppato qui presso il centro di ricerca chiamato Squi. Ora ci troviamo in una tenda da camera bianca e ciò che potete vedere qui sul lato destro è una tipica macchina da incapsulamento sottovuoto riscaldata, che utilizziamo per la fabbricazione del chip cellulare microstrutturato. Per prima cosa, introduciamo una matrice microstrutturata.

Questo è montato qui su una piastra di questo tipo, e potete vedere due stampi. Questo stampo è realizzato mediante micro lavorazione ed è fatto di resina. Ora sto montando lo stampo con microstruttura nella macchina.

Per il processo di hotboxing, utilizziamo lastre polimeriche come questa qui, e in genere impieghiamo policarbonato o PMA per la produzione del chip cellulare. Ora stiamo inserendo la lastra polimerica nella macchina, al centro della piastra, chiudendo l'utensile. Dopo la chiusura della macchina, la camera viene evacuata, quindi il modulo dello stampo, o l'intero utensile, viene riscaldato fino alla temperatura di formatura, e successivamente il polimero caldo viene premuto nello stampo con la microstruttura.

Successivamente a questa procedura di stampaggio, l'intero stampo viene raffreddato e all'interno di questa macchina avviene un processo automatico di sformatura. Quello che si può vedere qui è un chip per cellule stampato con le parti modellate, due chip per cellule e un tipico strato residuo, risultato del processo di termosaldatura e bussatura. Dopo i passaggi di termosaldatura e bussatura, lo strato residuo delle parti deve essere assottigliato e infine completamente eliminato.

Per questo, le parti vengono rifilate, ovvero le parti dello stampo, e successivamente congelate su questa piastra di montaggio. Dopo il montaggio, si esegue una fresatura dello strato residuo fino a raggiungere uno spessore determinato del pezzo, in modo da esporre la griglia della microstruttura sul retro. Durante il processo di fresatura, le pareti dei microcontenitori vengono stabilizzate dall'acqua congelata.

Infine, otteniamo due chip cellulari stampati con griglie autonome di contenitori MicroCon aperti su entrambi i lati in alto e, nella parte inferiore, procediamo all'incollaggio. Successivamente al processo di fresatura, applichiamo una membrana porosa sul retro di questi array di contenitori MicroCon aperti. Fissiamo una membrana di policarbonato perforata, disponibile in commercio, sul retro del chip cellulare aperto per ottenere array di contenitori microporosi.

Per questo, stiamo inserendo membrane sottili di polimero con bordo a traccia all'interno di questa camera. Le membrane hanno uno spessore compreso tra circa 10 micron, e successivamente posizioniamo il chip cellulare sopra queste membrane. Chiudiamo quindi questa cavità, e nella prima fase la camera viene evacuata.

Successivamente, iniettiamo un solvente vaporizzato per sciogliere la superficie del polimero e, applicando una forza su questo stack, la membrana viene legata alla cell ship. Nell'ultima fase, la camera viene sigillata e rimuoviamo la cell ship completata. Recentemente abbiamo sviluppato una nuova tecnica di fabbricazione per la sechi basata su un processo di termoformatura, adattata alla scala microscopica e pertanto denominata micro termoformatura.

Per la fabbricazione di un sechi poroso, utilizziamo polimeri irradiati con ioni pesanti accelerati. Questo viene eseguito in collaborazione con il CASE presso l'Unilog e, durante il processo, gli ioni pesanti producono tracce latenti nel film polimerico penetrando completamente attraverso il film. Durante il processo di termoformatura, queste tracce latenti vengono preservate per produrre i pori.

Successivamente, al termine del processo di formazione, in cui si incideranno questi tracciati latini in pori di dimensioni definite. Qui a destra si può vedere la macchina adattata: una macchina per la stampa a caldo modificata per questo processo di microtermoformatura.

Lo strumento è composto principalmente da tre parti: una piastra superiore e una piastra inferiore. Esse sono dotate di connettori per la pressione del gas e per il vuoto, e una terza parte funge da soffitto. Nel primo passaggio, si inserisce un sottile film con uno spessore compreso tra circa 50 e 100 micron.

Quindi chiudiamo lo strumento e, in un secondo passaggio, la camera formata da queste due piastre e dal soffitto viene evacuata. Dopo l'evacuazione, il film polimerico viene premuto tra le due piastre e riscaldato fino alla temperatura di formatura. Formatura.

La temperatura qui è nell'intervallo della temperatura di transizione vetrosa, il che significa che il polimero non è fuso, ma abbiamo un polimero in uno stato elastico rigido o in uno stato elastico gommoso. In un passaggio successivo, quindi, si applica una pressione di gas. Qui utilizziamo azoto come gas, e mediante questo gas, il film polimerico elastico gommoso viene stirato negli stampi microscopici precedentemente evacuati.

Dopo questa fase di formatura, l'intero utensile viene raffreddato e aperto. Infine, la schiuma polimerica microstrutturata viene sformata manualmente. Il vantaggio di questo nuovo processo è che il numero di fasi operative può essere notevolmente ridotto rispetto al processo standard di microiniezione o al processo di goffratura a caldo.

Dopo la termoformatura dei film polimerici pesanti laminati, si procede all'incisione selettiva di queste tracce latenti in pori di dimensioni definite. A tale scopo, si utilizza un semplice impianto in vetro, nel quale le tracce latenti vengono incise con idrossido di sodio, delicatamente agitate e riscaldate fino a una temperatura di circa 60 gradi. La procedura di incisione dura da una a diverse ore, a seconda delle dimensioni desiderate per i pori.

Ecco qui i due prodotti finiti: il chip cellulare caldo e stampato con la membrana microporosa sul retro del chip modellato e, nella mia mano sinistra, il chip cellulare flessibile termoformato con pareti sottili. Prima di utilizzarli nella coltura cellulare, vengono puliti e sterilizzati mediante irradiazione con raggi gamma.