Microfabricage van Chip-en kleinbedrijf Stellingen voor drie-dimensionale celkweek

Hallo, mijn naam is Stefan Re. Ik werk bij het Institute of Biological Interfaces en in het volgende artikel ziet u het fabricageproces van een microgestructureerde scaffold genaamd chip; we maken gebruik van twee verschillende methoden om deze chips te produceren. Momenteel een warmte-embossingsproces gecombineerd met bepaalde daaropvolgende processen en een microthermisch vormproces, dat onlangs hier bij het onderzoekscentrum Squi is ontwikkeld. We bevinden ons nu in een cleanroomtent en wat u hier aan de rechterkant ziet is een typische vacuüm-warmte-embossingsmachine; we gebruiken deze apparatuur voor de fabricage van de microgestructureerde celchip. Allereerst introduceren we een microgestructureerde mal.

Dit is hier gemonteerd in een dergelijke plaat, en hier ziet u twee mallen. Deze mal is vervaardigd via micromachining en is gemaakt van brons. Nu monteer ik de mal met de microstructuur in de machine.

Voor het hotboxing-proces gebruiken we polymeerplaten zoals deze hier, en doorgaans gebruiken we polycarbonaat of PMA voor de productie van de celchip. We plaatsen nu de polymeerplaat in het midden van de machine en sluiten de mal. Na het sluiten van de machine wordt de kamer vacuüm getrokken, waarna de mal, of de gehele tool, wordt verhit tot de vormtemperatuur, waarna het warme polymeer in de mal met de microstructuur wordt geperst.

Na deze gietprocedure wordt de volledige mal afgekoeld en volgt er een automatische ontvormingsprocedure binnen deze machine. Wat u hier ziet, is een dergelijke gegoten celchip met de gegoten onderdelen, twee celchips en een typische restlaag, die voortkomt uit het Hot-and-bussing-proces. Na de Hot-and-bussing-stappen moet de restlaag van de onderdelen worden dunner gemaakt en uiteindelijk volledig worden verwijderd.

Hiervoor worden de onderdelen, de malonderdelen, getrimd en vervolgens op deze montageplaat ingevroren. Na de montage wordt de residuele laag weggefreesd tot een bepaalde dikte van het onderdeel, zodat het microstructuurrooster aan de achterzijde wordt geopend. Tijdens het freesproces worden de wanden van de microcontainer gestabiliseerd door ingevroren water.

Ten slotte verkrijgen we twee gegoten celchips met vrijstaande roosters van MicroCon-containers die aan beide zijden aan de bovenkant open zijn, en aan de onderkant hechten we. Na het freesproces hechten we een poreus membraan aan de achterzijde van deze open MicroCon-containerarrays. We hechten een geperforeerd, commercieel verkrijgbaar polycarbonaatmembraan aan de achterzijde van de open celchip om microporeuze containerarrays te verkrijgen.

Hiervoor plaatsen we dunne polymere track-edge membranen in deze kamer. De membranen hebben een dikte variërend van ongeveer 10 microns, waarna we de celchip bovenop deze membranen plaatsen. Vervolgens sluiten we deze holte en in de eerste stap wordt de kamer vacuüm getrokken.

Vervolgens injecteren we verdampt oplosmiddel om het oppervlak van het polymeer op te lossen, en door kracht uit te oefenen op deze stapel wordt het membraan aan de cell-chip gebonden. In de laatste stap wordt de kamer ontlast en halen we de voltooide cell-chip eruit.onlangs hebben we een nieuwe fabricagetechniek voor de cell-chip ontwikkeld op basis van een thermoformingproces; deze is aangepast aan de microschaal en daarom noemen we het micro-thermoforming.

Voor de vervaardiging van een poreuze scheidingswand gebruiken we polyfils die zijn bestraald met versnelde zware ionen. Dit gebeurt in samenwerking met de faciliteit bij Unilog, waarbij deze zware ionen latente sporen in de polyfilm veroorzaken door volledig door de polymeerfilm heen te dringen. Tijdens het thermoformingsproces blijven deze latente sporen behouden om zo deze poriën te produceren.

Vervolgens volgt het vormingsproces waarbij deze Latijnse sporen worden geëtst tot poriën met een gedefinieerde grootte. Hier ziet u aan de rechterkant de aangepaste machine. Een hot-embossingmachine die is aangepast voor dit microthermische vormingsproces.

Het instrument bestaat hoofdzakelijk uit drie delen: een bovenplaat en een onderplaat. Deze zijn voorzien van aansluitingen voor gasdruk en vacuüm, en een derde deel dat fungeert als het deksei. In de eerste stap plaatsen we een dunne film met een dikte van ongeveer 50 tot 100 microns.

Vervolgens sluiten we het gereedschap en volgt een tweede stap. De kamer die door deze twee platen en het plafond wordt gevormd, wordt vacuüm getrokken. Na de evacuatie wordt de polymeerfolie tussen deze twee platen geperst en wordt deze vervolgens verhit tot de vormtemperatuur. Vorming.

De temperatuur bevindt zich hier in het bereik van de glasovergangstemperatuur, wat betekent dat het polymeer niet gesmolten is, maar dat we een polymeer hebben in een wit-elastische toestand of in een rubber-elastische toestand. In een volgende stap passen we vervolgens een gasdruk toe. Hier gebruiken we stikstof als gas, en door dit gas wordt de rubber-elastische polymeerfilm vervolgens in de eerder vacuüm getrokken micromallen getrokken.

Na deze vormstap wordt de gehele mal afgekoeld en vervolgens geopend. Ten slotte wordt het microstructuur polymeerschuim handmatig uit de mal gehaald. Het voordeel van dit nieuwe proces is dat het aantal processtappen drastisch kan worden verminderd in vergelijking met het standaard micro-spuitgietproces of het hot-embossing proces.

Na het thermoformen van de zwaar gestreken polymeerfilms etsen we deze Latijnse sporen selectief tot poriën met een gedefinieerde grootte. Hiervoor maken we gebruik van een eenvoudige glazen opstelling, waarbij de Latijnse sporen worden geëtst met natriumhydroxide, terwijl ze voorzichtig worden geroerd en worden verhit tot een temperatuur van ongeveer 60 °C. De etsprocedure duurt ongeveer één tot enkele uren om poriën met een verschillende poriegrootte te verkrijgen.

Hier hebben we nu de twee eindproducten: de heetgevormde celchip met het microporeuze membraan aan de achterzijde van de gegoten celchip, en hier in mijn linkerhand de thermoformed dunwandige flexibele celchip. Voordat we ze gebruiken in celculturen, worden ze gereinigd en gesteriliseerd door gammabestraling.