Новости

Aug 06, 2023

Изготовление массива микроклапанов с использованием селективного связывания ПДМС (полидиметилсилоксана) через перфтороктил.

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12398 (2022) Цитировать эту статью

883 Доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

Чтобы повысить универсальность и надежность микрофлюидных аналитических устройств для исследования космоса, была реализована программируемая микрофлюидная матрица (ПМА) для поддержки различных миссий. При проектировании РМА предпочтительно использовать нормально закрытые клапаны, поскольку они позволяют избежать перекрестного загрязнения и утечек. Однако необходим стабильный метод изготовления, чтобы предотвратить прилипание и склеивание этих клапанов с течением времени. В этой работе показано, как полидиметилсилоксан (ПДМС) можно избирательно связывать с помощью химической пассивации, чтобы преодолеть проблему прилипания ПДМС во время долгосрочных космических исследований. Сначала на штампе ПДМС испаренный перфтороктилтрихлорсилан (ПФТСС) наносится в условиях – 80 кПа и 150 °C. Затем PFTCS переносили на подложки из PDMS или стекла, контролируя температуру и время, и 15 минут при 150 ° C обеспечивают оптимальный перенос PFTCS для селективного склеивания. С такими характерными параметрами мы успешно продемонстрировали изготовление ПМА для поддержки долгосрочных космических миссий. Чтобы оценить стабильность штампованного PFTCS, PMA регулярно тестировали в течение трех лет, и не наблюдалось прилипания или изменения характеристик. Были проведены летные испытания ракеты Cessaroni L1395 для испытаний на высокую перегрузку и вибрацию, и нет никакой разницы в характеристиках PMA после воздействия условий запуска и посадки. Эта работа обещает быть простой и надежной методикой, которая расширит стабильность и возможности PMA для исследования космоса.

Микрофлюидные аналитические инструменты для космических исследований были разработаны для определения химического состава небольших образцов почвы или частиц1,2,3,4,5. Однако для совместимости с более широкими задачами программируемость и надежность требуют дальнейшего развития. Программируемая микрофлюидная матрица (ПМА) предназначена для осуществления автономных манипуляций с жидкостью, таких как вытягивание, толкание, смешивание и распределение жидкости с высокой точностью. Конструкция микроклапана и рабочие параметры могут быть определены для достижения желаемого объема дозирования и скорости потока. PMA был продемонстрирован для программной подготовки проб, флуорометрических анализов и биосенсорства, демонстрируя универсальность использования нормально закрытых микроклапанов4,6,7,8,9,10,11,12. Типичные нормально закрытые клапаны имеют конструкцию затвора либо со стороны гибкой мембраны, либо со стороны микроканала, чтобы блокировать поток без срабатывания12,13,14. Несмотря на то, что это отличный аспект для жидкостного контроля, изготовление ПМА требует селективных процедур склеивания ПДМС, чтобы минимизировать проблему залипания клапана после воздействия плазмы15. Кроме того, ПДМС может слабо связываться со стеклом после длительного контакта. Эмпирические данные ПМА, полученные в нашей лаборатории, показывают, что если клапаны отдыхают более 6 месяцев, ворота микроклапанов прилипают к стеклу и подложкам ПДМС. Типичный график достижения целевых планет, таких как Марс, Европа и Энцелад, составляет около семи месяцев16, пяти лет17 и семи лет18 путешествия соответственно, и, таким образом, чтобы использовать PMA для исследования этих планет, необходимо решить проблему стабильности микроклапана. решено получить ожидаемую производительность PMA.

Типичные ПМА изготавливаются с использованием метода мягкой литографии с использованием полидиметилсилоксана (ПДМС)19,20 и упаковываются кислородной плазмой, которая обрабатывает все открытые поверхности19,21,22. Некоторое избирательное соединение возможно за счет ручного нанесения пассивирующего химиката, ручной блокировки участков или обработки поверхности необработанным ПДМС23,24. Однако их возможности ограничены изготовлением 3D-структур вместо селективного склеивания со сложными микроизготовленными штампами без исследования какого-либо долгосрочного эффекта и стабильности23,24.

Химическая обработка проводилась с использованием различных силанов для изменения свойств поверхности микрофлюидных устройств PDMS. Среди них перфтороктилтрихлорсилан (ПФТСС) часто используется для формирования супергидрофобной поверхности23,25,26,27,28, поскольку он легко осаждается на поверхностях из-за низкого давления пара. PFTCS также образует стабильные слои на гидроксилированных поверхностях, таких как поверхность PDMS или стекла после обработки кислородной плазмой, посредством реакции конденсации23,29. В то время как ручная пассивация PFTCS без каких-либо методов формирования рисунка, таких как ручное нанесение жидкости, может использоваться для изготовления с низкой точностью, исполнительные устройства с высокой точностью требуют масштабируемого метода выборочного соединения.