Fabrication of Tapered 3D Microstructure Arrays Using Dual-Exposure Lithography (DEL).

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:43
文章英文标题
Fabrication of Tapered 3D Microstructure Arrays Using Dual-Exposure Lithography (DEL).
正文
三维( 3D )微结构阵列( MSAs )通过提供超疏水表面、细胞相互作用的形貌、光学衍射等,在材料科学和生物医学应用中得到了广泛的应用。这些特性可以通过微结构形状、尺寸、锥度和长径比的工程来调节。然而,目前的制作方法往往过于复杂、昂贵或低吞吐量。这里,我们提出了一种利用双曝光光刻( DEL )和软光刻技术制备锥形3D MSAs的低成本方法。DEL用条状图案的薄膜掩模曝光SU-8光刻胶两次。掩膜在曝光之间( 90°或45° )重新定向,形成一个双曝光区域的阵列。两个曝光的强度分布重叠并在未曝光区域创建了一组3D过切的微口袋。这些微口袋在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中被复制成DEL- MSAs。DEL- MSA的形状和尺寸通过改变DEL参数(如曝光能量、曝光间等待时间和光罩重新定向角度)来调节。此外,我们还对DEL- MSAs的各种性能进行了表征,并研究了其形状和尺寸的影响。与普通PDMS表面相比,所有DEL- MSA均表现出光学衍射能力,疏水性增强。疏水性和衍射角可根据MSA的形状和长径比进行调节。在所制备的五个MSA中,两个最高的DEL- MSA表现出超疏水性(接触角\u003e 150° )。此外,这些最高的结构还显示了模式蛋白(分辨率为6 - 7μm )和哺乳动物细胞,分别通过微接触印刷和直接培养。我们的DEL方法简单、可扩展、成本低廉,可用于制备抗湿、光学和生物应用的结构可调微结构。
文章内容(英文)
Three-dimensional (3D) microstructure arrays (MSAs) have been widely used in material science and biomedical applications by providing superhydrophobic surfaces, cell-interactive topography, and optical diffraction. These properties are tunable through the engineering of microstructure shapes, dimensions, tapering, and aspect ratios. However, the current fabrication methods are often too complex, expensive, or low-throughput. Here, we present a cost-effective approach to fabricating tapered 3D MSAs using dual-exposure lithography (DEL) and soft lithography. DEL used a strip-patterned film mask to expose the SU-8 photoresist twice. The mask was re-oriented between exposures (90° or 45°), forming an array of dual-exposed areas. The intensity distribution from both exposures overlapped and created an array of 3D overcut micro-pockets in the unexposed regions. These micro-pockets were replicated to DEL-MSAs in polydimethylsiloxane (PDMS). The shape and dimension of DEL-MSAs were tuned by varying the DEL parameters (e.g., exposure energy, inter-exposure wait time, and the photomask re-orientation angle). Further, we characterized various properties of our DEL-MSAs and studied the impact of their shape and dimension. All DEL-MSAs showed optical diffraction capability and increased hydrophobicity compared to plain PDMS surface. The hydrophobicity and diffraction angles were tunable based on the MSA shape and aspect ratio. Among the five MSAs fabricated, the two tallest DEL-MSAs demonstrated superhydrophobicity (contact angles \u003e150°). Further, these tallest structures also demonstrated patterning proteins (with ~6-7 μm resolution), and mammalian cells, through microcontact printing and direct culturing, respectively. Our DEL method is simple, scalable, and cost-effective to fabricate structure-tunable microstructures for anti-wetting, optical-, and bio-applications.
来源出处
Journal|[J]MicromachinesVolume 11, Issue 10. 2020.
DOI
https://doi.org/10.3390/mi11100903

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