Lab on Chip
-
Upload
kaska-wiczk -
Category
Documents
-
view
385 -
download
2
Transcript of Lab on Chip
Polimerowe Lab-on-a-Chip
Polimerowe Lab-on-a-Chip
Wykład„Funkcjonalne Materiały Polimerowe”
2006/2007
Miniaturyzacja
µlmlJednorazowe urządzenia
System modułowy
korpus
nośnik
meandermikropompy
podłoże z mikrokanalikami
optycznydetektor
próbka
czujniki
kalibracja
System warstwowy
IDEA:Miniaturyzacja
iintegracja
wszystkich etapów analizy
w jednym urządzeniu
Materiały do wytwarzania mikrostruktur
Krzem
Szkło
Polimetakrylan
Poliwęglan
Poli(dimetylosiloksan) (PDMS)
PDMS - poly(dimethylsiloxane)
transparent
stable from – 50 to + 200°C
chemically neutral
low cost
simple technology
easy binding with other
materials
Własności PDMS
Elastomer
Możliwość odwzorowania kształtu
z dokładnością 0.1um
Dobry izolator elektryczny
Korzystne własności optyczne, n=1.43
Własności PDMS
200 400 600 800 1000
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
PDMS "nowy" PDMS "stary"
Abs
orba
ncja
Długośc fa li [nm]
Polimerowe elementy mikroukładów analitycznych – technologia PDMS
forma z "negatywem"
mikrokanału
usunięcie formy
polimeryzacja
płaska płytka PDMS
grawerowanie
laserowe
grawerowanie
laserowe
grawerowanie
laserowe
prepolimer odczynnik sieciujący
Grawerowanie laserowe
Etapy procesu:
Projekt mikrokanału (AutoCAD, COREL)
Optymalizacja parametrów grawerowania
Grawerowanie mikrokanału
Czyszczenie struktury
Polimerowe elementy mikroukładów analitycznych – mikrokanały
150 µmmikrokanały
płytka PDMS
Polimerowe LabChip - technologia PDMS
maska fotorezyst naświetlanie
lampa Hg
wywołanieformausunięcie PDMS
bonding
Spin coating
Polimerowe LabChip - bonding PDMS
plazma tlenowa
Ostateczna struktura mikroprzepływowa
płaska płytka PDMSpłytka PDMS z mikrokanałem
plazma tlenowa
Ostateczna struktura mikroprzepływowa
płaska płytka PDMS
plazma tlenowa
Ostateczna struktura mikroprzepływowa
płaska płytka PDMSpłytka PDMS z mikrokanałem
15
Polimerowe LabChip - technologia PDMS
Polimerowe LabChip - bonding PDMS
Si Si Si
Si Si Si
O O
O O
O OPDMS
PDMS
Możliwość łączenia różnych materiałów
PDMS można łączyć z:
PDMS-em
Szkłem
Krzemem
Azotkiem krzemu
Innymi polimerami
Modyfikacje powierzchni PDMS
Chemiczna modyfikacjaAPTS – 3-aminopropyl triethoxysilane
110°
niemodyfikowany PDMS
86°
PDMS po modyfikacji(10% APTS, 80°C, 2h)
Modifications of PDMS surface
Electroless Ag/Au deposition
Polimerowe elementy mikroukładów analitycznych – technologia PDMS
prepolimer zw. sieciujący
mieszanina dopolimeryzacji
10 1
gładka płytkaPDMS
forma z wypukłymwzorem kanałów
laserowegrawerowanie
usunięcieformy
plazma O2, bonding
trwale zamkniętastruktura PDMS/PDMS
21
Polimerowe LabChip - technologia PDMS
Polymer platform Lab-on-a-Chip
70 mm
PolimeroweLab-on-a-Chip
Miniaturowe detektory polimerowe
PolimeroweLab-on-a-Chip
Miniaturowe detektory polimerowe
Wykład„Funkcjonalne Materiały Polimerowe”
2006/2007
Światłowód włóknisty
Moc optyczna
transmitowanan1 n2pokrycie
rdzeńzanikająca
płaszcz
Sprzęgacz światłowodowy
rdzeń
Moc optyczna
zanikająca
transmitowana
Światłowodowy sprzęgacz chemiczny
Moc optyczna
Światłowodowy sprzęgacz chemiczny
Moc optycznainlet outlet
inputoutput
Światłowodowy sprzęgacz chemicznyukład pomiarowy
LabVIEW
outlet
LED
peristaltic pump
sample
optical fibre optical fibrespectrometermicrofluidic
structure
LabVIEW
outlet
LEDLED
peristaltic pump
sample
optical fibre optical fibrespectrometermicrofluidic
structure
Światłowodowy sprzęgacz chemicznyoznaczanie glukozy
0 5 10 15 20 25 30 35 400,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
air
water
40 % glucose
water
air
Sig
nal/a
.u.
Time/min0 10 20 30 40
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
Sig
nal/a
.u.
Concentration (%)
concentration: increase decrease
Mikrodetektory polimerowe- etapy technologii PULL OUT
• montaż rurki w formie• zalanie formy ciekłą mieszaniną PDMS• sieciowanie polimeru
Mikrodetektory polimerowe- etapy technologii PULL OUT
• usunięcie rurki z bloku PDMS• wyjęcie usieciowanego polimeru z formy
Mikrodetektory polimerowe- etapy technologii PULL OUT
• wykonanie otworów wlotowych• montaż króćców
Mikrodetektory polimerowe- etapy technologii PULL OUT
• montaż światłowodów
światłowody PMMA
MINIATUROWY MODUŁDETEKTORA
światłowód 1
światłowód 2
światłowód 3
obj.4 ml
pomiar fluorescencjiświatłowód 1 i 3
pomiar absorbancjiświatłowód 1 i 2
obj. 7,5 µl obj. 0,75 µl
Fluorescencyjne oznaczanie chininy
0 10 20 30 40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.0 µg/ml
0.1 µg/ml
1 µg/ml
2.5 µg/ml
5 µg/ml
7.5 µg/ml
10 µg/mlFl
oure
scen
ce in
tens
ity [c
ps]
Time [min]
0 2 4 6 8 10
Concentration [µg/ml]
λex= 350 nm
λem= 450 nm
Polimerowe Lab-on-a-Chip
mikrotechnologie polimerowe
Polimerowe Lab-on-a-Chip
mikrotechnologie polimerowe
Wykład„Funkcjonalne Materiały Polimerowe”
2006/2007
Fotolitografia
Fotorezyst SU-8 50 opis procesu (1AD/50):
Podłoże – płytka szklana (szkło borokrzemowe), średnica 50 mm, grubość 1.1 mmGrubość warstwy fotorezystu – 50 µm
1. Czyszczenie podłożaa. myjka ultradźwiękowa: stężony H2SO4, czas 30 min lub H2SO4 + H2O2b. płukanie: woda dejonizowanac. suszenie: azot
2. Dehydratacja a. hotplate: 200 oC, czas: 5 minb. ochłodzić do temperatury pokojowej
3. Spin coatinga. objętość SU8: 3 mlb. obroty: 500 rpm (przyspieszenie 100 rpm/s), czas łącznie z przyspieszaniem: 10 s c. obroty: 2000 rpm (przyspieszenie 300 rpm/s), czas łącznie z przyspieszaniem: 30 s
Fotolitografia
4. Soft bakea. włączona hotplate: 65 oC, czas: 6 minb. hotplate: 95 oC, czas: 20 minc. wyłączyć hotplate, ochłodzić do temperatury pokojowej
5. Naświetlaniea. i-linia (365 nm), energia: 200 mJ/cm2, czas: 90 s
6. Post exposure bakea. włączona hotplate: 65 oC, czas: 3 minb. hotplate: 95 oC, czas: 10 minc. wyłączyć hotplate, ochłodzić do temperatury pokojowej
7. Wywoływaniea. wywoływacz Microchem, czas: 6 min, roztwór powinien być mieszany
8. Obróbka końcowaa. płytkę przemyć alkoholem izopropylowym a następnie wodą destylowanąb. suszenie w delikatnym strumieniu powietrza
POLIMERY FOTOREAKTYWNE
- Żywice ulegające sieciowaniu pod wpływem promieniowania
(farby drukarskie, fotorezysty negatywne, stereolitografia,produkcja dysków wizyjnych CD)
- Polimery ulegające degradacji
(rezysty pozytywne)
- Polimery ulegające izomeryzacji
(efekty fotochromowe, wskaźniki fototermiczne, nieliniowe materiały optyczne, zapis informacji)
- Układy polimerowe generujące ładunek elektryczny
PODSTAWY FOTOLITOGRAFII
rezyst
substratpokrywanie
Zapis przez maskę lub bezpośredniekspozycja
wywołanie Polimer jest usuwanyz miejsc naświetlonych
fotorezystynp. drukowanie
chipówprzekazanie wzoru
żywice fotoutwardzalnenp. drukowanie
pozytyw negatyw
Polimer pozostajew miejscach naświetlonych
etap trawienie
usunięcie rezystu
REZYSTY POZYTYWOWEWZROST ROZPUSZCZALNOŚCI PO NAŚWIETLENIU
OH
CH2O H+/H2O
OH
CH2
ON2
R
R
C
O
R
COOH
R
COO
O
R
+ N2
H2O
Chinone diazide (DNQ)Oleofilowy, inhibitor rozpuszczania
hν
Ketocarbon
Przegrupowanie Wolffa
H2O, pH 12-13
Wywołanie
Keten
Indene carbonic acidRozpuszczalny w wodnych
roztworach alkalicznychPromotor rozpuszczania
Nowolak
Rezyst pozytywowyŻywica nowolakowa nie zmieniona pod wpływem napromieniowania.
DNQ pełni funkcję inhibitora rozpuszczania lub (po ekspozycji) promotora rozpuszczania.
R=H: używane w druku offsetowym; R=z.B. SO3Ar: używane w mikrolitografii (lampa Hg)
KLASYCZNE ŻYWICE FOTOUTWARDZALNE/REZYSTY NEGATYWOWE (FOTODIMERYZACJA)
Rezyst negatywowy
Kwas cynamonowy przyłączany jest do PVA
Obszary naświetlone stają się nierozpuszczalne na skutek sieciowania
Cykloaddycja [2π+2π]
Problem: potrzeba używania rozpuszczalników organicznych
Absorpcja kwasu cynamonowego bez fotouczulacza 290 nmz fotouczulaczem 360 nm dobre do naświetlania lampą Hg UV
Cl
O
OO
nPVA
OO
OO
hν
Usieciowany, nierozpuszczalny
STEREOLITOGRAFIA
A soft-imprint technique for submicron-scale patterns using a PDMS mold
W.M. Choi, Microel. Engineering, 2004, 178-183
45
Polimerowe LabChip - technologia PDMS
Microcontact printing using a PDMS mold
PDMSpour onPDMS
cure &peel off
stamp
soak with ink
master
gold
monolayer
printing
thiol or thioether inksubstrate
wet etching
Y. Xia, G.M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 550
47
48
49
Polimerowe LabChip - technologia PDMS
Hot embossing
Hot embossing
Hot embossing
Hot embossing
Hot embossing
Hot embossing
Mikroforma
Injection molding
Lab-on-a-Chip, 2004, p. 27
58
Polimerowe LabChip - technologia PDMS
59
62
63
64
szkło
szkłoszkłoSU
-8
SU-8
SU-8
SU-8
PDMS
PDMS PDMS
Fabrication of carbon microelectrodes with micromolding technique ......
PDMS microchannel (130 µm wide, 100 µm deep, 2 cm long
M.L. Kovarik, Analyst, 129 (2004) 400-405
Fabrication of carbon microelectrodes with micromolding technique ......
Final el. was 6 µm in height
Continuous pumping of fluorescein through the flow channel
M.L. Kovarik, Analyst, 129 (2004) 400-405
Fabrication of carbon microelectrodes with micromolding technique ......
500 µm of catechol, injection volume 500 nLVarying amounts of catechol
M.L. Kovarik, Analyst, 129 (2004) 400-405
Fabrication of carbon microelectrodes with micromolding technique ......
Nafion-coated carbon microelectrode
response of dopamine (100 µm)
response of ascorbic acid (100 µm)
response of ascorbic acid (100 µmusing non-modified electrode
M.L. Kovarik, Analyst, 129 (2004) 400-405
Polimerowe układy analityczne – mikrokanały 100µm, fotorezyst SU-8
szkło
SU-8
szkło
SU-8
szkło
SU-8
PDMS
SU-8
PDMS PDMS
Polyimide and SU-8 microfluidic devices manufactured by heat-depolymerizable
safricicial material technique
PPC – poly(propylene) carbonate, PEC – poly(ethylene) carbonate
Ph. Renaud, LabChip, 2004, 114-120
Polymer membrane formation inside microchannel
Lab-on-a-Chip, 2004, p. 300
Polymer membrane formation inside microchannel
Lab-on-a-Chip, 2004, p. 301
Polimerowe Lab-on-a-Chip
przykłady rozwiązań
Polimerowe Lab-on-a-Chip
przykłady rozwiązań
Wykład„Funkcjonalne Materiały Polimerowe”
2006/2007