Doc.dr hab. Piotr Garstecki Dr Adam Samborski Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Doc.dr hab. Piotr Garstecki Dr Adam Samborski Grupa Badawcza Mikroprzepływów i Płynów Złożonych Przygotowanie technik mikrofabrykacji wielowarstwowych układów mikrofluidycznych Opracowanie technik modyfikacji chemii powierzchni i mikrokanałów ADam Samborski Dominika Ogończyk, Judyta Węgrzyn, Piotr Garstecki Grupa Badawcza Mikroprzepływów i Płynów Złożonych Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Mikroukłady potrzeba oznaczania składników próbek analitycznych o małej objętości i niskim stężeniu analitów (selektywne sensory chemiczne; µTAS- micro total chemical analysis system ) możliwość działania zintegrowanych miniaturowych modułów oszczędność: - czasu przestrzeni - materiałów - kosztów G.M. Whitesides, Nature 2006 442 368 Warszawa, 24 czerwca 2009 r. 2

Dwie metody wykonywania układów mikroprzepływowych: Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Dwie metody wykonywania układów mikroprzepływowych: metoda fotolitografii (PDMS- Polydimethylsiloxane) -metoda wykorzystująca mikrofrezowanie w poliwęglanie (PC) Przygotowanie technik mikrofabrykacji wielowarstwowych układów mikrofluidycznych Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

metoda fotolitografii Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” metoda fotolitografii Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

metoda fotolitografii Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” metoda fotolitografii Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Układy z PDMS Wady: przepuszczalny dla gazów ulega pęcznieniu pod wpływem rozpuszczalników mały współczynnik elastyczności wysokie koszty obróbki – fotolitografia (cleanroom, itp.) Zalety: przepuszczaly dla gazów transparentny nie absorbuje promieniowania UV tani materiał Warszawa, 24 czerwca 2009 r. 6

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” mikrofrezowanie Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Układy z „twardych” polimerów Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Układy z „twardych” polimerów Zalety: przeważnie transparentne wytrzymałe mechanicznie słabo reaguje z substancjami chemicznymi tanie niski koszt obróbki Wady: mogą absorbowaćć promieniowanie UV nieodporne na niektóre rozpuszczalniki organiczne nieprzepuszczalne dla gazów Warszawa, 24 czerwca 2009 r. 8

polimerowych mikroukładów Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Metody sklejania polimerowych mikroukładów Termiczne: - sklejanie, - laminowanie Chemiczne: - rozpuszczanie powierzchniowej warstwy materiału - modyfikacja chemii powierzchni Adhezyjna - wprowadzanie „kleju” Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Metoda Termiczna materiał - 3 płytki poliwęglanowe (PC) temperatura T = 139 oC ciśnienie p = 2 t czas t = 45 min ‘We have successfully integrated PCR, hybridization, and hybridization wash functions into a single, low-cost, disposable monolithic device.’ Y.Liu et al,. Anal. Chem. 2002 74 3063 Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Metoda Laminowania materiały: – płytka akrylowa (laminat Mylar®) warunki: T=105 °C t=5 min R.M. McCormick et al. Anal. Chem. 1997 69 2626 Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Metoda Chemiczna materiał: 2 płytki z kopolimeru CO warunki klejenia: 60oC / 180 psi / 20min rozpuszczalnik: 80 : 20 wt% etanol : dekalina Fig.3 Optical micrographs showing cross-section of 1mm x 70 µm microfluidic channels prepered using (a) case-II enhanced bonding T.I. Wallow et al. Lab Chip 2007 7 1825 Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Metoda Adhezyjna materiały – PMMA z PMMA, PMMA z PI spoiwo – dwuskładnikowa żywica epoksydowa (t = 12h), bądź UV- utwardzalny metakrylan (t = kilka sekund) Microsystem Technologies 1999 6 19 D. Maas, et al. IEEE Xplore 1996 331 Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Metoda oparta na modyfikacji powierzchni Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Metoda oparta na modyfikacji powierzchni materiały – PGMA z PAAm warunki – 70oC / ~0,1 bar / 12h S.G. Im, et al. Lab Chip 2009 9 411 Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Porównanie dwóch metod sklejania polimerowych mikroukładów Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Porównanie dwóch metod sklejania polimerowych mikroukładów Termicznej Chemicznej Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Termiczne sklejanie - zalety Termiczne sklejanie - wady Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Termiczne sklejanie - zalety Termiczne sklejanie - wady proste w wykonaniu tanie – nie wymaga drogiej specjalistycznej aparatury otrzymane spoiwo charakteryzuje się słabą siłą wiązania (wykorzystanie jedynie sił adhezji) może przyczyniać się do naruszania struktury kanałów (konieczność podgrzania do temperatury przejścia szklistego (Tg)) Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Chemiczne sklejanie materiały – 2 lub 3 płytki poliwęglanowe Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Chemiczne sklejanie materiały – 2 lub 3 płytki poliwęglanowe rozpuszczalnik organiczny – chlorowcopochodna węglowodoru warunki – odpowiednia T / p / t Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Chemiczne sklejanie - zalety Instytut Chemii Fizycznej PAN „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie” Chemiczne sklejanie - zalety Chemiczne sklejanie - wady uzyskanie stosunkowo silnego spoiwa (o umożliwia m. in. stosowanie wyższych ciśnień (rozszerzenie skali pomiarowej) zwiększenie trwałości układów mikroprzepływowych w czasie (zmniejszenie podatności układów na rozklejanie się) brak konieczności stosowania temperatur bliskich Tg ryzyko naruszenia geometrii kanałów związane z użyciem zbyt silnych organicznych rozpuszczalników możliwość pęcznienia materiałów polimerowych pod wpływem stosowania rozpuszczalników Warszawa, 24 czerwca 2009 r.

Instytut Chemii Fizycznej PAN Warszawa, 24 czerwca 2009 r.