Exemples de moulage

Méthode

Fabrication des moules. Les moules de MAAL ont été fabriqués en utili-sant la lithographie molle multicouche [15]. La couche inférieure, utilisée pour le réseau d'aspiration est moulée à partir d'une galette de silicium contenant des structures en résine SU8 2010 (cf. annexe B.1) de 10 µm d'épaisseur. Dans toutes les expériences présentées ici, ces structures en PDMS moulées consistaient en des canaux de 100 µm de large séparés par 100 µm, couvrant toute la surface du dispositif. Après un traitement au TMCS comme agent antiadhésif, le moule est utilisé pour mouler une couche de 5 mm d'épais-seur de PDMS. La couche supérieure de PDMS est une membrane de 20 µm d'épaisseur, obtenue par spin-coating du PDMS sur les structures à répliquer. Après réticulation, les deux couches sont collées après une activation de leurs surfaces au plasma.

Les expériences ont été réalisées aussi bien par impression directe que par remplissage du matériau à mouler par capillarité. L'opération de moulage proprement dite est suivie par un traitement UV, thermique ou l'évaporation du solvant. Pour les impressions hautes résolutions, la matrice de départ a été fabriquée par lithographie à faisceau d'électrons sur une couche de PMMA déposé par spin-coating. Après développement du PMMA, les structures ont été transférées dans le silicium par gravure ionique réactive avec un plasma de SF₆. Les motifs contenus sur le moule étaient des séries de matrices de piliers de 150 nm de diamètre, 150 nm de profondeur gravée et 300 nm de période sur une surface de 2 mm2. Pour les expériences de moulage capillaire, les moules d'origine ont été fabriqués par photolithographie de couches de 10 et 20 µm de résine AZ9260.

58 Chapitre 4. motifs d'autres types de matière Méthode

Impression directe.Une couche de PMMA de 300 nm d'épaisseur a été étalée par spin-coating sur une galette de silicium. Après un recuit à 180◦C pendant 1 min. sur une plaque chauante, une résine réticulable par UV (LR8765, BASF) a été déposée par spin-coating sur une épaisseur de 200 nm. Le moule en PDMS est ensuite placé sur la couche de résine et l'aspiration est appliquée à l'aide d'une ligne de vide. Une minute après la résine est exposée aux UV à 450 mJ/cm2. Le moule est ensuite décollé, laissant apparaître des structures bien dénies sur l'échantillon de silicium.

Micro moulage capillaire assisté par micro-aspiration. Trois types de moulage assisté par aspiration ont été testés :

1. Moulage de microstructure de PDMS : Pendant l'expérience, le moule assisté par micro-aspiration est placé sur une lame de verre standard, qui a été auparavant activée par un plasma oxygène pour que le PDMS se lie de manière covalente sur le verre. Ensuite, la pompe à vide est allumée et un mélange de PDMS :réticulant 10:1 est étalé à l'entrée du moule (sur sa bordure). Quand la cavité du moule est remplie, après 2 minutes, le montage est placé sur une plaque chauante à 90◦C pen-dant 2 min. pour réticuler le PDMS des structures. Après avoir refroidi jusqu'à température ambiante, le moule est enlevé, laissant la réplique de PDMS sur le verre.

2. Dépôt de quantum dot (QD) : Une solution aqueuse de QD CdSe/ZnS a été utilisée pour la démonstration du dépôt guidé par aspiration. La solution de quantum dot a été introduite dans les cavités du moule en utilisant la même procédure que pour le moulage du PDMS. A la place du traitement thermique, le solvant contenu dans la solution de quantum dot a juste été laissée évaporer à travers la membrane de PDMS. Après 10 min. d'aspiration, le moule est séparé du substrat, laissant apparaître des dépôts de QDs bien délimités.

3. Moulage de gel d'agar : La même technique a été utilisée pour mouler des structures en gel d'agar. Une fois le gel préparé (1,5%wt dans de l'eau DI à 80◦C), il a été aspiré dans le moule au dessus de sa tempéra-ture de fusion (70◦C). Après 5 min, le temps du remplissage, le moule a été refroidi jusqu'à la température ambiante puis séparé du substrat. Nous avons obtenu de cette manière des structures de gel d'agarose solidié sur le substrat.

La gure 4.13 montre les résultats obtenus par MAAL en utilisant les dif-férentes stratégies de moulage. Plus particulièrement, la gure 2A montre les motifs nanométriques obtenus par MAAL. La planéité des motifs sur de longues distances n'est pas très homogène, ce qui peut rendre dicile le transfert sur une couche inférieure. Ce défaut pourrait être évité en réduisant la taille du réseau de micro-aspiration et en augmentant l'épaisseur de la membrane de PDMS.

Le remplissage capillaire des moules de MAAL permet la formation de struc-tures avec des matériaux plus exotiques. La gure 4.13B montre des microstruc-tures fabriquées par remplissage capillaire MAAL après un traitement de 2 min. à 90◦C. Bien que le remplissage capillaire puisse être réalisé sans aspiration, 3 min. seulement sont nécessaires pour remplir complètement la surface du moule (4 cm2), alors que plus de 20 min. seraient nécessaires sans aspiration. Evi-demment, la MAAL permet de largement accélérer les procédés de moulage et permet de remplir plus facilement les structures d'où l'air ne peut s'échapper. De plus, les matériaux non-mouillants peuvent également être moulés de cette manière, ce qui n'est pas le cas du MIMIC classique. Bien que cette technique se

4.2. Moulage par microaspiration 59

A B

C D

Figure 4.13  Exemple de réalisation par lithographie assistée par microaspi-ration. A) Image SEM de piliers de 150 nm de diamètre, 150 nm de hauteur, réalisé par UV-NIL assisté par micro-aspiration. B) Image optique en trans-mission de trous de 100 µm de diamètre dans une membrane de PDMS de 20 µmd'épaisseur réalisée par lithographie capillaire assistée par micro-aspiration. C) Image de microscopie en uorescence de bandes de QD de 40 µm de large réalisées par lithographie capillaire assistée par micro-aspiration. D) Image de microscopie en transmission d'un mur d'agarose de 20 µm de haut et 40 µm de large réalisé par lithographie capillaire assistée par micro-aspiration.

60 Chapitre 4. motifs d'autres types de matière limite à la fabrication de structures connexes, nous pensons qu'elle pourra être utile pour de nombreuses applications. Par exemple, elle permet de fabriquer des membranes de PDMS trouées, structures diciles à obtenir étant donné que le PDMS se grave dicilement. Pour montrer la large applicabilité de cette tech-nique, le remplissage capillaire a été utilisé pour produire des motifs de quantum dot (gure 4.13C) ou des structures en gel d'agar (gure 4.13D) pour des ap-plications particulières, par exemple dans le domaine de la nano-photonique et l'électrophorèse microuidique.

Cette méthode pourrait également être utilisée pour fabriquer des matrices pour la croissance de tissus articiels complexes [64] qui nécessitent la fabrication de structures tridimensionnelles de matériaux biocompatibles et/ou biodégra-dables, souvent des gels naturels ou articiel [65, 66] qui ne sont pas compatibles avec les procédés de photolithographie classique.