Fabricação de reatores de microcanais por litografia macia

 

Litografia macia

Na postagem de hoje, irei descrever em linhas gerais a fabricação de reatores de microcanais, ou simplesmente microdispositivos, em polidimetilsiloxano (PDMS) utilizando a técnica de litografia macia. Mais detalhes, o leitor pode consultar um ótimo artigo em português sobre o tema disponível aqui.

Os meus microdispositivos foram fabricados no Laboratório de Microfabricação (LMF/LNNano, Campinas – SP). O processo de fabricação, resumidamente, consiste da escolha do substrato sólido, fotogravação dos microcanais em um polímero fotossensível (fotorresiste), replicação dos dispositivos microfluídicos e selagem dos microdispositivos (Figura abaixo).

Método de fabricação de microdispositivos por litografia macia. Adaptado de Santana et al., 2016. DOI:10.1016/j.cej.2016.05.122

Etapas do processo

Um filme de fotorresiste (SU-8) é depositado pela técnica de “spin coating” sobre a superfície de um substrato (quartzo) (a), sendo em seguida realizado um processo de fotolitografia. A fotolitografia consiste em transferir estruturas micrométricas para um substrato com o auxílio de radiação UV ou raios-X.  Nesse caso a radiação UV atinge a superfície do fotorresiste após atravessar uma máscara, que fica entre a fonte de radiação e o substrato (b).

Máscaras ou fotolitos contém o padrão dos microcanais que estarão nos microdispositivos. No meu caso, esse padrão foi feito com auxílio do software AutoCAD 2015. Depois da gravação, a imagem gravada no fotorresiste é revelada com solventes orgânicos e o molde (substrato, fotorresiste e padrão dos microcanais) está pronto para replicação (c). Para essa etapa, um polímero linear de cadeia longa (Polidimetilsiloxano, PDMS) é misturado a um agente reticulador (polímero de cadeia curta) e despejado sobre o molde. O polímero torna-se sólido após a reticulação e a estrutura do microdispositivo do molde é transferida para o PDMS (d). Nessa etapa, também são inseridos tubos, através dos quais serão bombeados os fluidos para dentro dos dispositivos.

Na última etapa, é realizada a selagem dos microdispositivos. As superfícies do substrato e da cobertura, que pode ser o PDMS ou vidro, são colocadas em contato com plasma, ativando as superfícies desses materiais, resultando em uma ligação covalente entre o PDMS e a cobertura (e).

Abaixo, deixo com vocês um vídeo do canal no YouTube do Microfluidics and Multiphase Flow Laboratory da Universidade de Binghamton (Nova York – USA) que exemplifica algumas etapas descritas anteriormente de forma prática.

 

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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

6 respostas para Fabricação de reatores de microcanais por litografia macia

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