Julio Aleman ist a Bioengineering Ph.D. Student an der Swanson School of Engineering der Universität von Pittsburghwo er Forschung betreibt in mikrophysiologischen Systeme. Wie viele Forscher, er brauchte ein Mikrotiterplatten-Array System mit einzelnen Vertiefungen die haben eine bestimmte Größe, Form und Dichte haben. Tatsächlich benötigte Aleman zwei verschiedene Mikrotiterplattens die die das Spritzgießen Spritzgießen von Hydrogelen und als "Urformen" dienen - Original-Formen, die er replizieren konnte. Im Gegenzugdiese Replikatformen würden für die Herstellung von Mikrotiterplatten verwendet.
Zur Herstellung von Urmodellen wie diesewird die Fotolithografie wird oft verwendet. Der Verfahren beginnt durch Schleuderbeschichtunging a Negativ-Fotoresist auf einen Wafer zur herzustellen. Form Dicke und Mikrovertiefungstiefe. Photopatterning wird durch Belichtung über spezielle hochauflösende Masken erreicht und durch chemische Entwicklung der Masterform abgeschlossen. Anschließend werden Replikate der Masterform hergestellt durch Gießen von Pre-Polymeren über die Negativ-Schablone und polymerisierensie durch thermische Aushärtung. Polydimethylsiloxan (PDMS) Silikon ist das biokompatible Polymer das am häufigsten verwendet wird. Typischerweise, die Herstellung von Urformen und Masken erfordert spezialisierte Einrichtungen und Ausrüstung. Mikro-Spritzgießen kann auch Masterformen formen, aber die Werkzeuge sind teuer und zeitaufwendig in der Herstellunge.
Eine Alternative zum Reinraum Photolithographie und Spritzgießen
Projektions-Mikro-Stereolithographie (PμSL) von Boston Micro Fabrication (BMF) ermöglicht die schnelle Fotopolymerisation einer Harzschicht mit einem Blitz von ultravioletten (UV) Licht mit mikroskaliger Auflösung. PμSL bietet eine Alternative zu Fotoweich lithographiey, Ätzen, Abscheidung, Mikro-Spritzgießenund andere traditionelle Mikroherstellungsmethoden. Die meisten derse traditionellen Methoden zur Form- und Mustererstellung begrenzen die Fähigkeit des Forschers Fähigkeit zur Erstellung komplexe 3D-Kanäle. Sie sind zeitaufwendig und teuerauch.
PμSL, a Form des Mikro-3D-Druck, can produzieren kleine Bauteile mit feinen Merkmalen und engen Toleranzen die sonst die sonst unmöglich zu erzeugen sind. PμSL ist fähig zu erreichen a Auflösung von 2µm~50µm und a Toleranz von +/- 5µm~25µm, wodurch eine ultrahohe Auflösung die mold- und maskenfrei ist für schnelles Prototyping und Endverbraucherteile. Es gibt auch andere 3D-Drucker, die Mikro-Werkzeuge herstellen können, aber wie Aleman erkannt, diese Systeme sind langsam, teueriveund können nicht konkurrieren in Bezug auf Auflösung, Genauigkeit, und Präzision.
Projektanforderungen für Zwei Master-Formen
Das Projekt der Universität Pittsburgh benötigte Urformen für nachgebildete Silikonformen, die wiederum zur Herstellung von biomaterialbasierten Mikrowellen verwendet werden sollten.-basierten Mikrovertiefungen. Normalerweise, Master Normalerweise benötigen Masterformen einen Reinraum und können schwierig zu charakterisieren sein. Forscher können keine Forscher können keine Profilometermessungen durchführen, bevor die Formen eingebrannt sind, und eine Form mit den falschen Abmessungen bedeutet Zeit- und Geldverlust.
Aleman's Projekt erforderte schnelle Durchlaufzeiten und hoheVolumen Produktion. Accuracy, Auflösung, und Präzision waren kritisch wichtig. Mehrere PDMS Replikate die ausgehärtet bei 80° C benötigt wurden und die wiederholte Prozesse auf der Urform hatte wenig haben bis keinen Einfluss aufn die Abmessungen während die Urform wurde auch sicher in einem Substrat fixiert ist. Aleman wusste, dass er Formen in zwei verschiedenen Größen benötigen würde und dass die Silikonformen die Böden der Unterseiten der der Hydrogels Mikrovertiefungen eine konstante und definierte Mengen an Biomaterial nach injiziert und polymerisiert auf einem Glas Objektträger. Nach einigen Vorgesprächen, bestellte er bestellte er Teile bei BMF.
Die Meisterformen, die die Universität von Pittsburgh BMF mit der Herstellung waren quadratisch miteinem definierten Loch- -Muster. Die erste Form war für ein 64-Mikrozellen-Array. Sie hatte eine Gesamtfläche von 20 mm x 20 mm und eine Dicke von 1,65 mm. Der Durchmesser für jedes Loch und der Abstand zwischen den Löchern betrug 600 Mikrometer bzw. 0,6 mmund die Basis von jeder von der Mikrotiterplattenshatte eine Höhe von 50 Mikrons von der Oberfläche. Die zweite Form war für ein 484-Microwell-Array. Die Gesamtfläche war die gleiche wie bei der ersten Form (20 mm x 20 mm), aber die Dicke für diee Die Dicke der zweiten Form war mit 1 mm deutlich geringer. Außerdem gab es mehr Löcher - die Löcher waren kleiner.Diese schächtemaßen nur 150 Mikrometer, also 0,15 mmim Durchmesser mit einer ähnlichen Bodenhöhe von 50 Mikrometern.
Kompetente Beratung und Flexible Materialauswahl
BMFs Anwendungsteam prüfte die Entwürfe für die Universität von Pittsburgh formen. Sie empfahlen, die Dicke der zweiten Form auf mehr als 1 mm zu erhöhen. Andernfalls würde eine Form, die ist zu dünne Form kann sonst während des Druckvorgangs Verformungen oder innere Spannungen während des Druckvorgangs auftreten. Aleman überarbeitete die Dicke und BMF dann erstellte Muster Teile unter Verwendung von GR-Harz, einem technischen Hochleistungsmaterial, das schwarz ist, Temperaturen bis zu 102 °C standhält und die Sterilisation unterstützt.
Weil die COVID-19-Pandemie den Zugang von Aleman zu den Einrichtungen der Universität einschränkte, beschränkte der Diplomforscher seine Schimmelbeurteilung auf die Mikroskopie. Das wiederum bedeutete, dass Teile, einem dunklen Harz schwieriger schwieriger zu inspizierensein würden. Zur Unterstützung mikroskopischen Techniken, brauchte Aleman ein Harz, das mehr Licht durchlässt, damit die mehr deutlicher zu erkennen wäre. Die Lösung war, ein HLT-Harz zu verwenden. Dieses gelbe Harz von BMF bietet eine höhere Transparenz und dennoch eine gute Schlagzähigkeit, Wärmebeständigkeitund Unterstützung für Sterilisation im Autoklaven.
Geschwindigkeit, Genauigkeit und mehr Vorteile des Mikro-3D-Drucks
Dem Forscher der University of Pittsburgh gefiel, dass BMF die Formen in nur zwei Wochen lieferte. Anstatt monatelang auf eine einzige Spritzguss-Form, er cönnte jedem Mitglied des Forschungsteams eine Masterform zur Verfügung stellen. Die Gussformen wiesen auch Dimensionsstabilität auf und, im Gegensatz zur Spin-Beschichtung in FotoLithographie, keine mehrfache mehrere Fabrikationsschritte. Nach hart- -Backen einige Meister Formen über Nacht in einem Ofen gebacken wurden, befestigte Aleman sie mit doppelseitigem Isolierband an einer Oberfläche. Die Gussformen erfuhren nur Die Formen wurden nur um 10 bis 20 Mikrometer verkleinert, was möglicherweise durch das Drücken der Formen gegen die Oberfläche oder das Klebeband verursacht wurde, während die Formen die Formen durch das Backen noch verformbar waren.
Aleman berichtete außerdem, dass nach etwa 10 Zyklen des PDMS-Gießens der BMF Master Formen keine Anzeichen keine Biegung oder Verformung aufwiesen. Um ein Verkleben zu verhindernzu verhindern, wurden die Replikatformen wurden salzhaltig mit Vapor Phase Deposition (VPD). Diese Behandlung, die auch bei den SU8-Formen in FotoFotolithographie verwendet wird, ermöglichte das einfache Ablösen der PDMS-Formen von den BMF-Master-Formen. Aleman berichtet, dass sich die Masterform mit den größeren Merkmalen leicht salzhaltig über eine Stunde belichtet wurde, während die Form mit den kleineren Merkmalen fünf Stunden oder über Nacht belichtet werden musste.
Proof-of-Concept für Ihr nächstes Projekt
Wie das Projekt der University of Pittsburgh zeigt, können Forscher können Forscher den Mikro-3D-Druck nutzen, um die Herstellung von Mikrotiterplatte zu beschleunigen. Wenn Ihre Anwendung Proof-of-Concept-Teile wie Master-Formen erfordert, kann BMF die Leistungsfähigkeitder PμSL Technologie in Ihrem Auftrag nutzen. Wir können Ihnen auch bei der Materialauswahl helfen und den besten microArch Drucker aus unserer wachsenden Familie von ultra-hochauflösenden 3D-Druckern empfehlen.
