here.AbstractIntroduction過去15年間、フィールドとしてマイクロフルイディクスは、マイクロメートルスケール1での流体の操作を可能にする新技術の爆発で、急速な成長を遂げています。少量が同時に劇的にスループットが向上し、スケール2、3の経済を活用することでコストを低減しつつ、高速化と感度を実現する可能性を有するので、マイクロ流体システムは、湿式実験室機能の魅力的なプラットフォームです。9、10、及び細胞スクリーニング11。マイクロフルイディクスの中心となる目標は、総生化学分析12のために、単一のデバイス内で複雑な流体操作を行うことが可能なデバイス「ラボオンチップ」の開発です。多層ソフトリソグラフィ技術の開発は、ミキサー、オンチップバルブの作成を可能にすることによって、この目標を実現する助けと積極的に小さな容積内の流体13、14、15を制御するためのポンプいます。その利点と実証されたアプリケーションにもかかわらず、これらのマイクロ流体技術の多くは、非専門家のユーザーによって大部分が未利用のまま。広く採用が原因微細加工施設へのアクセスが制限さに一部挑戦するだけでなく、製造技術の不十分な通信のためにされています。これは、FO特にそうですRバルブや複雑な形状のための構造を備えた多層マイクロ流体デバイス:重要な設計パラメータと製造技術の詳細、実用的な情報の不足は、多くの場合、これらのデバイスの設計と作成に関わるプロジェクトに着手から新たな研究者を抑止します。この記事では、バルブ、高さ可変機能を備えた多層マイクロ流体デバイスを製造する設計パラメータから開始し、すべての製造工程を経て移動するための完全なプロトコルを提示することによって、この知識のギャップに対処することを目的とします。製造の最初のフォトリソグラフィ工程に着目し、このプロトコルは、金型からデバイスをキャストし、具体的な実験を実行するの下流の手順を説明し、他のマイクロフルイディクス・プロトコル16を補完します。モノリシックチップ上の弁を持つマイクロ流体デバイスは、2層で構成されています。興味のある流体は、マイクロに操作される「フロー」層を、チャネル、空気または水を含むマイクロチャネルを選択的流動層14内の流体の流れを調節することができる「制御」層、。これら二つの層は、それぞれのその後呼ばれるプロセスにおいてポリジメチルシロキサン(PDMS)、レプリカ成形に使用される別個のシリコンモールドマスタ上に製造されている「ソフトリソグラフィ17。"多層デバイスを形成するために、PDMSの各層は、それぞれの成形マスター上にキャストした後、互いに整列し、それにより各層のチャネルを有する複合PDMSデバイスを形成しています。バルブは、フローチャネル及び制御チャネルが互いに交差するだけ薄い膜によって分離された位置に形成されています。図1)を変位させる、この膜を偏向させます。アクティブオンチップバルブは、所望の最終用途に応じて、複数の方法で製造することができます。図1)15の上または下であるかに応じて、いずれかの「プッシュダウン」または「押し上げる」幾何学で構成することができます。フローチャネルは、貼り合わせ基板と直接接触するようにするための「プッシュダウン」ジオメトリは、基板表面の選択的官能基化またはパターニングの利点を付与する、許可しながら形状は、下の閉鎖圧力および剥離に対する高いデバイスの安定性を可能にする「押し上げ」後で機能18、19用。バルブはまた、流路の断面形状に応じて、「ふるい」バルブ意図的に漏出性または完全に密閉可能ないずれかになります。SU-8シリーズ)、HAを使用することにより製造されます長方形のプロファイルをVEの。図1)を捕捉することなく、バルブの矩形プロファイルに等方的に偏向します。逆に、完全に密封可能なマイクロ流体バルブは、バルブの位置で丸みを帯びたフォトレジストの小さなパッチを含むことによって製造されます。この幾何学的形状と、制御チャネルの加圧は、流体の流れを停止、完全にチャネルを密封する丸みを帯びた流動層に対して膜を偏向させます。220)を介して生成されます。我々は以前に、弁領域のリフロー後の高さは、選択されたフィーチャ寸法21に依存することを実証しました。このプロトコルには、双方のバルブ形状の製造を実証しますビーズ合成装置です。図1:多層マイクロ流体バルブジオメトリ。ふるいのための典型的な「プッシュアップ」デバイスアーキテクチャおよび(上)と後(下)加圧の前に完全に密封可能なバルブ。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。デバイスはまた、単一の流れ層内の複数の異なる高さの特徴を必要とするカオスミキサー13及びオンチップ抵抗器20のような複雑な受動的な特徴を含むことができます。当社グループは、効果的かつ再現性のある方法であることを、単一の成形マスターに多段階のフォトリソグラフィを発見しました。SU-8シリーズのフォトレジスト)の厚さのチャネルを構築する単純なフォトリソグラフィ技術が用いられます。それぞれの層は、シリコンマスター上製造元の指示25を使用して、その厚さに応じてネガ型フォトレジストでスピンされます。図2)ガラスマスク板に固定され、露光前以前スパン層に位置合わせを使用して層上にパターン化されます。多段階フォトリソグラフィでは、層間の正確な位置合わせは、完全な可変高さの流路を形成するのに重要です。整列後、各層は厚みに依存する露光後ベークに付されます。開発することなく、次の層はシムですilarlyパターン化。このようにして、背の高い機能は、複数のマスクの使用を介して単一の流れウェハ上に層ごとに構築することができます。25μmの層が50μmの機能を行うことができる)複合高機能を生成するために使用することができます。カオスミキサーヘリングボーン溝13とチャネルフロア機能は、以前に露出機能を有する層を用いて作製することができます。図3)の機能を有する単一の流れウェハを作成する処理を終了します。ここでは、オンチップバルブおよび複数の高さの流路を作製するのに必要なすべての手順の例を含む多段階フォトリソグラフィのための完全なプロトコルが提供されます。この製造プロトコルは、バルブとvariabを必要とする多層マイクロ流体ビーズシンセサイザーの文脈で提示されますル高さは、その機能のために備えています。この装置は、複数の試薬を含む自動化されたワークフローを可能にするためにポアズイユ性、液滴の成分を均質化するためのカオス混合器を制御し、両方が完全に密封し、篩バルブを介して流量を調節するために、油シースに水滴を生成するためのオンチップ抵抗器をTジャンクションを含みます入力。多段階フォトリソグラフィを用いて、これらの機能は、それぞれ高さまたはフォトレジストに応じて別の層の上に製造されます。ヒドロゲルビーズは、下流アッセイのための選択的な表面機能、薬物のカプセル化、ラディなどの様々な用途に使用することができますotracing撮像アッセイ、および細胞取り込み;我々は以前にランタニドナノ蛍光体20を含むスペクトル符号化されたPEGヒドロゲルビーズを製造するために、これらのデバイスのより複雑なバージョンを使用していました。ここで説明する設計が必要であれば、それらの研究努力で使用する任意の研究室のための参考資料に含まれています。私たちは、このプロトコルは、専門家やマイクロフルイディクスのエントリへの障壁を低くし、製造の成功の可能性を高めるために、バルブや複雑な形状で多層マイクロ流体デバイスを製造するのに似て興味非専門家のためのオープンなリソースを提供することを期待しています。注:異なる高さおよび/またはフォトレジストの特徴は、最終的な複合機能を作成するために、異なる製造工程中にウェハに順次追加する必要があります。図4)に印刷されなければなりません。AutoCADの教育版)をダウンロードします。サークル「4を描画することにより、ウエハ領域」4を定義します。図4、その他のリソース)は例として提供されています。4「ウエハ外形、300μmのポリラインの長方形を使用して、場所デバイスの境界の内側に。フォトリソグラフィの間に位置合わせのために、これらのデバイスの境界線を使用してください。ラウンド流れ、低流量、高流量レイヤーパネルを使用して設計および制御)。対応する層上の特定の所望の高さの設計上の特徴。図4)とのそれぞれを示しています。設計における1陰性)、それ以降、グローバルアライメントのためのすべてのレイヤーに表示されます。(このようなポジ型レジストを用いて製造されている必要があり、完全に密封可能なバルブなど)の異なるフォトレジストの特長は関係なく、高さの、異なる層に表示される必要があります。デバイスの境界内にゼロ幅のポリライン、設計装置の機能を閉じて使用します。成功した製造の可能性を高めるために、表1の設計パラメータを考慮してください。各高さについては、レイヤーパネルでそのレイヤーを選択し、その高さのすべての機能を追加します。レディー各4矩形の境界線「ウエハ円が5内に挿入される「基本マスクファイル(その他のリソース)を使用して、透明フィルム印刷用のデザイン。各層は、それぞれのフォトレジスト層の逐次付加のための別個の透明フィルム上に印刷されます。注:この基本マスクファイルは、印刷に使用される最終的なデザインを表しています。XTバルブ層以外のすべてのレイヤーをオフにし、設計を完了します。デバイスの境界線)とのウェハ全体をコピーします。基本マスクファイルを開き、AZ50のXTバルブと題する長方形にこのデザインを貼り付けます。位置合わせのための外側のウエハの境界線を使用し、その後に貼り付けた後、それを削除します。)層の残りの部分について繰り返します。例の透明ファイル(その他のリソース)が設けられています。FineLineイメージング)。DPIを使用してください。以下が7μm以上の機能が必要な場合は、クロムマスクの代わりに透明フィルムを注文。表1:設計パラメータと提案。マイクロ流体デバイスのCAD設計プロセスの間に共通の落とし穴を避けるための配慮を設計します。この表を見るにはこちらをクリックしてください。(ダウンロードするには、右クリックします。表2の表形式で表示されます。クリーンルーム内のまたは指定された清潔な場所、清潔で、4「テストグレードのシリコンウエハ(片面pを脱水olished)。メタノールでよくウエハをすすぎます。注:以下に記載さSU-8接着層を使用している場合はそれ以上の洗浄工程が必要とされません。HMDS)から外れる他の接着層は、多くの場合、ピラニアエッチングなどのより徹底的な洗浄を必要とします。2または圧縮空気でブロー乾燥。10分で完全に溶媒を蒸発させるために95°Cでアルミニウムホットプレート上で焼きます。2005均一な5ミクロンの厚さの層を作ります。2または圧縮空気でほこりを吹き飛ばすために、真空をオンにします。ウェーハを削除そして65°Cに設定された2つのホットプレートと、以下のプログラムに従って95°Cの間のウエハ切り替えることでソフトベーク:65°C:2分、95°C:3分、65°C:2分。ウエハは室温まで冷却します。2のランプ強度で20秒)。可能な場合は、300μmのウエハを達成するために、ハードコンタクトモードを選択:分離をマスクします。65°Cが:2分、95°Cで4分、65°C:2分を次のように65°Cと95°Cに設定された2つのホットプレートの間でウェハを切り替えることによって、ウエハと露光後ベークを除去します。XTバルブ予測リソース26を使用してください。注:次の手順はDEPOますバルブの定義とリフロー丸め用ポジ型フォトレジストの55μmの層に座ります。2または圧縮空気でほこりを吹き飛ばすために、真空をオンにします。mLをウェハの中心に適用されます。