ラボオンチップアプリケーション向けのポリスチレン光酸素センサーフィルムの製造とレーザーパターニング

酸素感受性のポリスチレン薄膜をパターン化するための斬新でシンプルな方法を提示し、マイクロ流体Lab-on-a-chipデバイスとの統合の可能性を示しています。埋め込まれた発光酸素感受性色素を持つポリスチレンで構成される光酸素センシングフィルムは、マイクロ流体およびラボオンチップデバイスの酸素レベルの測定に便利なオプションを提供します。ただし、フィルムをポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）マイクロ流体デバイスとパターン化および統合することは、後続のPDMS結合を阻害する乾燥エッチングパターニング後の残基のために困難であることが証明されています。当社の新しい方法では、市販のレーザーアブレーションシステムによるマスクレスレーザーアブレーションを使用して、構造の輪郭を定義し、その後の水性リフトオフによるバルクフィルム除去を定義しています。バルクフィルムはエッチングではなく基板から剥がれたり持ち上げたりするため、このプロセスは標準のPDMSプラズマ結合と互換性があります。TOF-SIMS分析を使用して、レーザーアブレーションがこの製造プロセスを促進する方法と、乾燥エッチングポリスチレンがPDMS血漿結合を阻害する理由を調査しました。この分析の結果は、これらの効果を生成できるレーザーアブレーションおよび乾燥エッチングプロセス中に形成された化学種の証拠を示しました。当社の新しい方法のマスクのない性質、シンプルさ、速度、およびPDMSボンディングとの互換性により、シングルユースラボオンチップアプリケーションには理想的に適しています。PDMSマイクロ流体とのメソッドの互換性を実証するために、マイクロ流体酸素勾配ジェネレーターデバイスへのセンサーの統合の実証も示します。

We present a novel and simple method for patterning oxygen-sensitive polystyrene thin films and demonstrate its potential for integration with microfluidic lab-on-a-chip devices. Optical oxygen sensing films composed of polystyrene with an embedded luminescent oxygen-sensitive dye present a convenient option for the measurement of oxygen levels in microfluidic and lab-on-a-chip devices; however, patterning and integrating the films with poly(dimethylsiloxane) (PDMS) microfluidic devices has proven difficult due to a residue after dry etch patterning that inhibits subsequent PDMS bonding. Our new method uses mask-less laser ablation by a commercial laser ablation system to define the outline of the structures and subsequent bulk film removal by aqueous lift-off. Because the bulk film is peeled or lifted off of the substrate rather than etched, the process is compatible with standard PDMS plasma bonding. We used ToF-SIMS analysis to investigate how laser ablation facilitates this fabrication process as well as why dry etching polystyrene inhibits PDMS plasma bonding. The results of this analysis showed evidence of chemical species formed during the laser ablation and dry etching processes that can produce these effects. Our new method's mask-less nature, simplicity, speed, and compatibility with PDMS bonding make it ideally suited for single-use lab-on-a-chip applications. To demonstrate the method's compatibility with PDMS microfluidics, we also present a demonstration of the sensors' integration into a microfluidic oxygen gradient generator device.