Los investigadores se han centrado principalmente en polímeros como el PDMS para fabricar sus dispositivos microfluídicos. Sin embargo, fueron precisamente el vidrio y el silicio los materiales con los que se crearon los primeros dispositivos microfluídicos, es decir, para la cromatografía de líquidos y de gases. Estos materiales presentan numerosas ventajas para una amplia gama de aplicaciones.
Compararemos tres procesos de microfabricación que permiten transformar estos materiales en dispositivos microfluídicos: el micromecanizado superficial, las técnicas de canales enterrados y el micromecanizado en masa.
Micromecanizado superficial
La técnica de micromecanizado superficial consiste en el uso de una capa sacrificial que se moldea para definir los canales de fluido deseados; a continuación, se deposita una capa estructural y, por último, se graba la capa sacrificial. Cabe señalar que, aunque el micromecanizado superficial ofrece un mayor potencial para la fabricación de dispositivos multicapa en comparación con el micromecanizado en masa, implica, no obstante, un mayor número de pasos de proceso por capa. Se han descrito varios dispositivos microfluídicos prometedores fabricados mediante micromecanizado superficial [James CD et al. 2006 J Micromech Microeng]. El micromecanizado superficial resulta especialmente interesante para la fabricación de nanocanales. De hecho, el espesor de la capa sacrificial, que corresponde a la altura final del canal, puede controlarse fácilmente con una precisión de un nanómetro. El micromecanizado en masa, por el contrario, no permite ese control de la altura de los canales debido a las variaciones espaciales en la velocidad de grabado.
Tecnología de canal enterrado
En la tecnología de canales enterrados, la idea consiste en crear una zanja de acceso profunda mediante el grabado iónico reactivo profundo anisotrópico (DRIE) directo del silicio. Las paredes laterales se pasivan mediante deposición química en fase de vapor (CVD) y, a continuación, se graba de forma isotrópica un canal circular, con el fondo de la zanja de acceso situado en el centro [Paick SJ et al. Sens Actuators A]. Además, esta tecnología da buenos resultados cuando se utilizan estructuras de acceso muy profundas y estrechas. Esto requiere litografía a escala micrométrica y un DRIE con una elevada relación de aspecto.
También se utiliza ampliamente una variante de esta técnica: se emplea el método isotrópico DRIE para grabar silicio macizo bajo una máscara de nitruro de silicio perforada. A continuación, se utiliza la técnica CVD para sellar los orificios de acceso de la máscara [Dijksta M et al. 2007 J Micromech Microeng]. El inconveniente de este método es la estabilidad mecánica de la capa superior de película delgada, lo que supone una limitación en algunas aplicaciones.
Micromecanizado a gran escala
El método de fabricación que sigue siendo el más utilizado en la actualidad es, sin duda, el micromecanizado en serie. En este método, los canales micro y nanofluídicos se forman eliminando el material sobrante de una oblea y uniéndola o adhiriendo otra oblea para encapsular los canales.
En la tabla que figura a continuación encontrarás protocolos que te permitirán elegir diferentes opciones de microfabricación en función de tu aplicación, utilizando vidrio y/o silicio. Además, esta tabla te ofrece información sobre los distintos procesos que intervienen en la microfabricación, como los métodos de unión o la conexión de fluidos.
Paso | Selección que hay que realizar | Ruta A | Ruta B |
1 | Materiales utilizados en el proceso de microfabricación | –Vidrio/vidrio(elige esta opción si la aplicación requiere que el dispositivo sea ópticamente transparente) | –Vidrio/silicio(una vía más habitual y consolidada) |
2 | Método de patrón: microcanales | –Grabado húmedoen HF/HCl* -Grabado en seco (recomendado únicamente si se requieren paredes verticales o estructuras con una relación de aspecto elevada) | –Grabado en secodel silicio -En el caso de los dispositivos microfluídicos complejos que requieren varias capas de canales, la oblea de silicio puede grabarse por ambas caras y pueden grabarse orificios de paso a través de la oblea para conectarlas; como alternativa, también puede grabarse el vidrio (mediante grabado en húmedo), así como el silicio. |
2 | Método de patrón: Orificios pasantes para puertos fluídicos | –Grabado en húmedo –Chorro de arena – Perforación | –Grabado en seco – Perforación con láser – Chorro de arena |
| 3 | Método de unión: sin conexión eléctrica; el dispositivo funciona a temperaturas superiores a 200 °C. | –Unión por fusión -Unión anódica con una capa metálica o de silicio atómico (a:Si) | –Unión anódica |
| 3 | Método de unión: sin conexión eléctrica; el dispositivo funciona a una temperatura inferior a 200 °C. | –Unión adhesiva -Unión anódica con una capa metálica o de silicio amorfo (a:Si) -Unión por fusión | –Unión anódica – Unión adhesiva |
| 3 | Método de unión: con conexión eléctrica; el dispositivo funciona a temperaturas superiores a 200 °C | –Unión anódica(el espesor de la capa metálica puede ser determinante) -Unión mediante una capa intermedia | –Unión anódica(el espesor de la capa metálica puede ser determinante) |
| 3 | Método de unión: con conexión eléctrica; el dispositivo funciona a una temperatura inferior a 200 °C | –Unión adhesiva -Unión anódica (el espesor de la capa metálica puede ser determinante) |
–Unión adhesiva – En la unión anódica, el espesor de la capa metálica puede ser determinante) |
| 4 | Conexiones fluídicas | – Permanente: encaje a presión tube en los puertos de polímero (opcionalmente, se puede fijar con pegamento o PDMS) – Virola fijada de forma permanente con capilar extraíble (p. ej., Nanoport) – Temporal: conexión por encaje a presión del capilar tube en el dispositivo de PDMS (permanente si el PDMS ha sido tratado con plasma) – Portapastas con sujeción mecánica |
Permanente: encaje a presión tube en los puertos de polímero (se puede fijar opcionalmente con pegamento o PDMS) – Virola fijada de forma permanente con capilar extraíble (p. ej., Nanoport) – Temporal: conexión por encaje a presión del capilar tube en el dispositivo de PDMS (permanente si el PDMS ha sido tratado con plasma) – Portapastas con sujeción mecánica |
* HF/HCl: Solución de fluoruro de hidrógeno y cloruro de hidrógeno
Tabla 1: Selección del proceso de fabricación en función de los requisitos de la aplicación (ópticos, geométricos, eléctricos y térmicos). Las opciones de proceso preferidas aparecen en negrita. Extraído de Iliescu et al., 2012, «Biomicrofluidics».
