Çok Katmanlı Mikroakışkan Cihazların İmalatı için Üç Boyutlu Baskılı Mikroskop Maske Hizalama Adaptörü Tasarımı ve Geliştirilmesi
25 Ocak 2021
Bu proje, küçük laboratuvarların hassas çok katmanlı mikroakışkan cihazların üretimi için kullanımı kolay bir platform geliştirmesine izin verir. Platform, 10 μm hizalama hatası olan çok katmanlı mikroakışkan cihazların elde edildiği üç boyutlu baskılı mikroskop maske hizalama adaptöründen < oluşur.
Bu protokol, hassas çok katmanlı mikroakışkan ana kalıpların üretimine yardımcı olan uygun maliyetli ve kullanımı kolay bir platformun üretilmesine izin verdiği için önemlidir. Tekniğin en büyük avantajı, sadece mikroakışkan cihazlar üreten laboratuvarlarda yaygın olarak bulunan 3D baskılı platformun ve standart laboratuvar ekipmanlarının kullanılmasını gerektirmektedir. Bu protokolün görsel gösterimi, 3B baskılı mikroskop maskesi hizalama bağdaştırıcısının nasıl özelleştirildiğini ve kullanılacağını göstermek için kritik öneme sahiptir.
Mevcut UV ışık emisyon sisteminin tepsisinin boyutlarını gofret tutucunun boyutları için üst sınır olacak şekilde elde edin. İç dairesel jantın çapını, UV ışık emisyon sistemleri tepsisinin iç yüksekliğini, tepsinin toplam genişliğini ve uzunluğunu ölçün. Bir bilgisayar tasarım uygulaması kullanarak, gofret tutucuyu UV ışık emisyon sistemleri tepsisine sığacak şekilde özelleştirmek için bu boyutları uygulayın.
Slayt tutucuyu yerinde tutan mevcut dik mikroskop aşamasında vidalar arasındaki uzunluğu ve vidaların genişliğini ölçün. Bir bilgisayar tasarım uygulaması kullanarak, MMAA'nın mikroskopa kolay ve hassas bir şekilde sabitlenmesine izin vermek için manyetik tutucuyu mevcut mikroskopa uyacak şekilde özelleştirmek için bu boyutları uygulayın. Hizalama işaretleyicilerinin kolay tanımlanması için kalınlığın sonraki katmanlardan daha büyük olmasını sağlayarak ana kalıbın ilk katmanını oluşturmak için uygun fotoğraf direncine sahip dört inç silikon gofret kullanın.
İlk katmanın hizalama işaretleyicilerini dört tarafta da renklendirmek için açık renkli bir işaret kalemi kullanın. Fotoğrafı kullanarak üreticinin talimatlarına direnin, fotoğrafı gofret üzerine direnç göstererek ve yumuşak pişirmeyi gerçekleştirerek ana kalıbın ikinci katmanını başlatın. Kaplamalı gofreti MMAA'nın gofret tutucusuna yerleştirin ve kaplamalı gofreti bant kullanarak MMAA'ya sabitleyin.
Manyetik mikroskop bağlantı elemanını kullanarak gofret tutucuyu mevcut dik mikroskopa takın. Gofret üzerindeki renkli hizalama işaretçilerinden biri mikroskop merceğinden görüşene kadar mikroskop aşamasının X ve Y yön düğmelerini kullanarak MMAA'nın konumunu hareket ettirin. Gofret tutucuyu mikroskop aşamasından çıkarın ve ikinci katman fotoğraf maskesini kaplanmış gofretin üstündeki gofret tutucusuna yerleştirin.
İlk katmanın renkli hizalama işaretleyicilerinin fotoğraf maskesindeki hizalama işaretçilerinden kısmen görülebildiğinden ve fotoğraf maskesinin düz kenarının silikon gofretin düz kenarıyla üst üste bindirildiğinden emin olun. Gofret tutucuyu mikroskop aşamasına geri takın ve fotoğraf maskesini bantlı yan kesiklerden birinden bir makas asansörüne takın. Foto maskenin Z yönü konumunu kaplamalı gofretin hemen üstüne gelene kadar ayarlamak için makas asansörü kullanın.
Fotoğraf maskesini hareketsiz tutarken, mikroskop merceğinden bakın ve MMAA'nın konumunu hareket ettirmek için mikroskop aşamasının X ve Y yön düğmelerini kullanarak fotoğraf maskesinin hizalama işaretleyicilerinin altındaki ilk katmanın renkli hizalama işaretlerini tanımlayın. Fotoğraf maskesi üzerindeki hizalama işaretçisi ilk katmandaki renkli hizalama işaretçisiyle üst üste bindirilene kadar MMAA'nın konumunu ayarlayın. Fotoğraf maskesine hafif bir kuvvet uygulayın ve fotoğraf maskesini kaplamalı gofretin üzerine yerleştirmek için bant kullanın.
Fotoğraf maskesini makas kaldırma yerinden ayırın ve fotoğraf maskesindeki dört hizalama işaretçisinin de ilk katmandaki dört hizalama işaretçisiyle hizalı olduğundan emin olun. Hizalama sonrası, gofret tutucuyu mikroskop aşamasından dikkatlice ayırın. İki parça arasındaki boşluğu azaltmak için cam üst plakayı gofret ve foto maskenin üzerine yerleştirin.
Tüm gofret tutucusunu mevcut UV ışık maruziyet sistemine yerleştirin ve ikinci katmanın pozlamasını gerçekleştirin. Gofret tutucuyu UV ışık pozlama sisteminden çıkarın, ardından kaplanmış gofreti gofret tutucudan çıkarın ve fotoğraf maskesini gofretten çıkarın. Pişirme sonrası ve fotoğraf üreticinin talimatlarına direndikten sonra ikinci katmanın geliştirilmesini tamamlayın.
Ana kalıbı alın ve birinci katman ile ikinci katman arasındaki boşluk mesafesini belirlemek için dik mikroskop aşamasına yerleştirin. İkinci katmanın mikrokanal yapılardaki ilk katmandan kaydırılma ve yanlış hizalama mesafesini ölçün. PDMS yongasının net cihaz kenarlarına sahip düz kanal duvarları içerip içermediğini belirlemek için dik mikroskobu kullanın.
Ayrıca, pdms yongasının cihaz işlevselliğini engelleyebilecek olası kusurlara karşı denetleyin. MMAA'nın optimizasyonu ve kullanımı sayesinde, minimum hizalama hatası olan çok katmanlı ana kalıplar imal edildi. Bu sistem ve açıklanan protokol, fotoğraf maskesi üzerindeki işaretleyicilerin ana kalıbın ilk katmanındaki işaretleyicilerle hizalanması için kullanılmıştır.
Balıksırtı desenli bir mikroakışkan cihaz için çift katmanlı SU-8 ana kalıbı imal edildi ve iki katman arasında beş mikrometreden daha az bir boşluk mesafesine sahip olduğu gösterildi. İki katmanlı kalıp daha sonra PDMS mikroçipleri imal etmek için kullanıldı. Tarama elektron mikroskobu görüntüleri, balıksırtı desenli mikroakışkan cihazın, uygun cihaz işlevselliği için gerekli olan net kenarlar, düz kanal duvarları ve iyi hizalanmış katmanlar içerdiğini göstermektedir.
Buna ek olarak, çok katmanlı bir ana kalıbın başarılı bir şekilde hizalamasını göstermek için MMAA kullanılarak basit dairesel özelliklere sahip dört katmanlı bir ana kalıp oluşturuldu. Profilometre verileri, ana kalıbın dört farklı katmanını doğrular. Birinci ve ikinci katmanların hizalama işaretleyicilerini hizalarken ve fotoğraf maskesini kaplamalı gofrete sabitlerken sabırlı olmak ve yavaşça çalışmak önemlidir.
Bu prosedür, daha küçük laboratuvarlardan araştırmacıların daha karmaşık mikroakışkan cihaz tasarımlarını keşfetmelerini sağlayan birçok farklı çok katmanlı ana kalıbın üretimi için kullanılabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu proje, küçük laboratuvarların hassas çok katmanlı mikroakışkan cihazların üretimi için kullanımı kolay bir platform geliştirmelerine olanak tanır. Platform, <10 µm'lik hizalama hataları elde eden, üç boyutlu yazıcıyla üretilmiş bir mikroskop maske hizalama adaptöründen oluşmaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Mikroakışkanlar
- Cihaz Fabrikasyonu
- 3D Yazdırma Teknolojisi
Arka Plan
- Mikroakışkan cihazlar, çeşitli biyolojik uygulamalar için gereklidir.
- Geleneksel üretim yöntemleri karmaşık ve maliyetli olabilir.
- 3B baskı, süreci basitleştirmek için yeni bir yaklaşım sunar.
- Hizalama doğruluğu, cihaz performansı için kritik öneme sahiptir.
Çalışmanın Amacı
- Çok katmanlı mikroakışkan cihaz üretimi için düşük maliyetli bir platform oluşturmak.
- 3D yazıcıyla üretilmiş bir mikroskop maske hizalama adaptörünün kullanımını göstermek.
- Küçük laboratuvarlar tarafından kolayca takip edilebilecek bir protokol sunmak.
Kullanılan Yöntemler
- 3B yazıcı ile üretilmiş bir mikroskop maske hizalama adaptörünün tasarlanması.
- UV ışık yayma sistemi tepsilerinin boyutlarının ölçülmesi.
- Bilgisayar tasarım uygulamaları kullanılarak gofret tutucuların özelleştirilmesi.
- Protokolün anlaşılmasına yardımcı olacak görsel gösterimler.
Ana Sonuçlar
- 10 µm'den küçük hizalama hatalarına sahip çok katmanlı mikroakışkan cihazlar gerçekleştirilmiştir.
- 3D baskılı platformun etkinliği kanıtlanmıştır.
- Laboratuvarların takip edebileceği açık bir protokol sağlanmıştır.
- Yöntemin standart laboratuvar ekipmanları kullanılarak erişilebilir olduğu vurgulanmıştır.
Sonuçlar
- Geliştirilen platform, küçük laboratuvarlar için önemli bir ilerlemedir.
- Hassas mikroakışkan cihazların üretimini kolaylaştırır.
- Mikroakışkan teknolojilerinin araştırmalarda daha yaygın şekilde benimsenmesini teşvik eder.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Endüstriyel Uyumluluğu
Hassas çok katmanlı mikroakışkan cihaz üretimi, erken keşif süreçlerindeki gelişmiş analiz geliştirme ve karmaşık biyolojik modelleme çalışmaları için kritik bir kolaylaştırıcıdır. 3D yazıcı ile üretilen mikroskop maske hizalama adaptörü (MMAA), yüksek sadakatli çok katmanlı üretime erişimi demokratikleştirerek maliyetli temiz oda altyapısına olan bağımlılığı azaltır ve küçük Ar-Ge ekipleri için prototipleme yeteneklerini genişletir. Bu platform, hızlı iterasyon ve tekrarlanabilirliği destekleyerek translasyonel araştırmaların ve cihaz odaklı tarama iş akışlarının hızını ve kalitesini doğrudan etkiler.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Fonksiyonel biyolojik assayler için çok katmanlı mikroakışkan cihazların hızlı prototiplemesini sağlar.
- Cihaz üretiminde hassas uzamsal kontrol sağlayarak, hedef sorgulamasındaki mekanistik belirsizliği azaltır.
- Yolakların açıklığa kavuşturulması ve hipotez testi için iteratif tasarım döngülerini kolaylaştırır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Kantitatif analiz çıktılarını destekleyen, 10 µm'nin altında hizalama hatalarına sahip, tekrarlanabilir çok katmanlı ana kalıplar sağlar.
- Cihaz üretimini standartlaştırarak projeler arası analiz karşılaştırılabilirliğini ve ölçeklenebilirliğini artırır.
- Güvenilir bileşik tarama ve değerlendirmesi için doğrulanmış mikroakışkan platformlar hazırlar.
Translasyonel ve Klinik Öncesi Araştırmalar
- Hastalıkla ilgili modelleme ve biyobelirteç çalışmaları için karmaşık cihaz mimarilerinin üretimini mümkün kılar.
- Özel cihaz gereksinimlerini destekleyerek, keşif aşamasından preklinik doğrulamaya kadar olan sürekliliği sağlar.
- Translasyonel iş akışlarında cihaz kaynaklı artefakt riskini azaltır.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
MMAA tabanlı iş akışı, erken keşif aşamasından analiz geliştirmeye ve klinik öncesi cihaz doğrulamasına kadar olan süreci entegre ederek yeniden kullanılabilir ve özelleştirilebilir bir üretim kabiliyeti sağlar.
- Keşif Biyolojisi: Hassas çok katmanlı hizalama yoluyla hipotez odaklı cihaz tasarımını ve biyolojik risklerin azaltılmasını destekler.
- Tarama: Cihaz üretimindeki hizalama hatalarını minimize ederek analiz hazırlığını ve tekrarlanabilirliği sağlar.
- Analitik: Hizalamanın ve cihaz sadakatinin kantitatif ölçümüne olanak tanıyarak sağlam veri üretimini destekler.
- Translasyonel Araştırma: Cihaz üretimini, gelişen preklinik ve biyobelirteç ihtiyaçlarıyla uyumlu hale getirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Özelleştirilebilir tasarım dosyaları, farklı mikroskoplara ve UV sistemlerine adaptasyona izin vererek platform faydasını maksimize eder.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Cihaz destekli çalışmalarda öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Üretimi kolaylaştırır, tekrarlanabilirliği artırır ve küçük laboratuvarlar için engelleri azaltır.
- Stratejik Değer: Hızlı cihaz iterasyonuna olanak tanıyarak "devam/tamam" kararlarını hızlandırır ve sermaye verimliliğini artırır.
- Portföy Etkisi: Birden fazla program için güvenilir ve ölçeklenebilir cihaz üretimi sağlayarak riskle uyumlu önceliklendirmeyi destekler.
Uygulama Hususları
- Adaptör özelleştirmesi için temel CAD yetkinliği ve 3D yazdırma kaynaklarına erişim gerektirir.
- Mikroakışkanlar laboratuvarlarında yaygın olarak bulunan standart dik mikroskoplara ve UV maruziyet sistemlerine dayanır.
- Fabrikasyon sırasında insan kaynaklı hataları minimize etmek için dikkatli manuel hizalama ve sabır gerektirir.
- Tasarım dosyalarının modifikasyonu yoluyla çeşitli cihaz geometrilerine ve laboratuvar düzeneklerine uyarlanabilir.
- Hizalama hassasiyeti, kullanıcı deneyimi ve ekipman toleranslarıyla sınırlı olabilir.
Biyofarma SSS
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:42
Designing the Microscope Mask Alignment Adapter (MMAA)
1:29
Creation of Bilayer Master Mold Using the MMAA (photolithography) and Determination of the Alignment Error
4:40
Results: Design, Customization, and Characterization of the Master Molds Fabricated Using MMAA
5:44
Conclusion
