Die Mikrofluidik-Probe: Betrieb und Nutzung für lokalisierte Oberflächenbearbeitung

Summary

In diesem Video stellen wir Ihnen die mikrofluidischen Sonde

Abstract

Mikrofluidik-Geräte ermöglichen die Tests durchgeführt mit winzigen Mengen der Probe werden und haben vor kurzem benutzt worden, um die Mikroumgebung der Zellen steuern. Die Mikrofluidik ist häufig mit geschlossenen Mikrokanälen, die ihren Einsatz einschränken, um Proben, die eingeführt werden, und können kultiviert im Falle von Zellen innerhalb eines begrenzten Volumens verbunden. Auf der anderen Seite haben Mikropipettiersystem verwendet worden, um vor Ort perfuse Zellen und Oberflächen, vor allem mit Push-Pull-Setups, wo eine Pipette dient als Quelle und der andere als sinken, aber die Beschränkung der Strömung wird in drei Dimensionen schwierig. Darüber hinaus sind Pipetten zerbrechlich und schwierig zu positionieren und damit in eine statische Konfiguration nur verwendet.

Die mikrofluidischen Sonde (MFP) umgeht die Einschränkungen durch den Bau von verschlossenen mikrofluidischen Kanälen verhängt und statt der Beifügung der Probe in die Mikrofluidik-System, der mikrofluidischen Durchfluss kann direkt auf die Probe geliefert werden, und gescannte über die Probe, mit dem MFP. . Die Injektion und Ansaugöffnungen sind in wenigen zehn Mikrometern voneinander entfernt, so dass ein microjet in den Spalt injiziert durch die hydrodynamischen Kräfte der umgebenden Flüssigkeit beschränkt ist und ganz wieder in die andere Öffnung abgesaugt. Die microjet kann über die Substratoberfläche gespült werden und liefert ein präzises Werkzeug für lokalisierte Ablagerung / Lieferung von Reagenzien, die über große Flächen durch das Scannen der Sonde auf der Oberfläche verwendet werden können. In diesem Video stellen wir Ihnen die mikrofluidischen Sonde ¹ (MFP). Wir erklären im Detail, wie Sie die MFP montieren, montieren Sie ihn oben auf einem inversen Mikroskop, und richten Sie sie in Bezug auf die Substratoberfläche und schließlich zeigen, wie man es verwenden, um eine Substratoberfläche in einem Puffer eingetaucht Prozess.

Protocol

1. Microfabrication des Tastkopfes (Prozess nicht in dem Video zu sehen)

1. Ein Si ^2-Wafer, vier Zentimeter im Durchmesser, 525 um dick, mit einer 1 um dicken thermischen SiO2-Schicht mit einem Photoresist (PR) für 45 s bei 4000 rpm aufgeschleudert.
2. Der Wafer wird bei 110C für 50 s vorgebackenen und ausgesetzt durch eine Maske mit allen Elementen (Häfen und Mikrokanäle) für 5 s, entwickelt und gespült, DI.
3. Die freigelegten SiO2 liegt versteckt in einer 1.07 geätzt gepufferter Flusssäure (BHF)-Lösung in ≈ 15 min (Entnetzung des Substrats, wo SiO2 geätzt wurde zeigt Abschluss der Etch). Ein O2-Plasma oder Aceton wird zu Asche verwendet oder Streifen die restlichen PR.
4. Ein zweiter PR-Schicht ist durch Spin-Coating bei 1500 rpm für 45 s, was eine dicke Deckschicht von ≈ 10 pm [31]. Die SiO2-Muster unter diesem PR-Schicht ist noch sichtbar und wird verwendet, um den Wafer mit einer zweiten Maske mit den Häfen nur auszurichten.
5. Nach der Belichtung und Entwicklung des PR wird der Wafer gespült, getrocknet und postbaked bei 95C für 20 min.
6. Die Si-Wafer wird auf einen Träger-Wafer mit geschmolzener weißer Wachs auf das Futter zu schützen befestigt.
7. Ein induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) DRIE wird verwendet, um die PR übertragen und SiO2-Muster eingebettet in Wafer-Topographie in einem dreistufigen Prozess:
   1. DRIE auf ≈ 500μmdeep Ports in Si (Muster, das durch die dicken PR definiert) zu machen.
   2. Ohne Entladen der Wafer aus der DRIE Maschine, ist die PR verascht mit einem Plasma.
   3. Die freiliegenden SiO2-Muster dient als Maske für eine zweite Trockenätzprozess, wodurch 50 um tiefe Kanäle, und die Öffnung der Befüllung und Entlüftung Ports durch den Wafer. Nach dem Entladen wird die Unterstützung Wafer unter einem Strom von warmem Wasser gelöst. Der mikromechanische Wafer wird dann mit Aceton, Ethanol und DI gereinigt.
8. Individuelle MFP-Chips werden in Würfel geschnitten.
9. Ein PDMS-Interface-Block wird durch Gießen in eine micromould von zwei strukturierten Poly (Methylmethacrylat) (PMMA)-Elemente, eine polierte Stahlplatte bildet den Boden, und zwei Kapillaren (jeweils in einer der beiden Vias-Zugang eingeführt Löcher-in den zusammengesetzten hergestellt Stahlplatte) dienen als Platzhalter für die fluidische Verbindung Löcher. Das PDMS wird in einem Ofen bei 60 ° C für mindestens 1 h ausgehärtet
10. Die PDMS-Block ist es, eine gewürfelte MFP Silizium-Chip durch die Aktivierung beider Teile in Luft Plasma bei 1 mbar für 24 s bei 230W und Zusammenfügen der beiden zusammen mit einem hausgemachten mechanische Ausrichthilfe verklebt.
11. Die Montage ist auf Bindung in einem 60C Ofen für mindestens 1 Stunde links

2. Versammlung der MFP

1. Gasdichte Glasspritzen sind mit den entsprechenden Reagenzien mit Kunststoff-Spritzen und Nadeln, um sicherzustellen, dass keine Luftblasen gefüllt sind. Normalerweise verwenden wir einen 1 -10 Mikroliterspritze zur Injektion, und eine Spritze mit 5-10 mal größeres Volumen für Aspiration.
2. Die Spritzen sind mit den Schläuchen Kapillare mit Nanotight Armaturen mit geringem Totvolumen.
3. Kapillaren sind gefüllt und geprüft Blasen unter dem Mikroskop.
4. Die MFP-Chip ist mit Pufferlösung zu verhindern Einfangen von Blasen beim Anschließen der Kapillaren vorausgefüllt.
5. Die Kapillaren sind in die PDMS Stutzen gesteckt im Sondenkopf

3. Set-up des MFP

1. Der Messkopf wird in die Sonde Halterung eingespannt und befestigt an der Sonde Station oben auf einem inversen Mikroskop
2. Die Spritzen werden in hochpräzisen Spritzenpumpen platziert.
3. Das Substrat, wie z. B. eine Glasplatte, in eine hausgemachte Halter, die auf dem Mikroskoptisch angebracht wird eingefügt.
4. Die Parallelität der mesa des MFP und das Substrat wird mit Hilfe eines Paares von Goniometer durch Beobachtung der Newtonschen Ringe (Interferenzstreifen), wenn der MFP ist in Kontakt mit dem Substrat gebracht erscheinen. Die Anlaufstelle und die Häufigkeit der Ringe dienen als Indiz für die Neigung. Wenn der MFP mit der Oberfläche ausgerichtet ist, erstreckt sich eine einzelne Störung Ring über die gesamte Fläche. Auch diese Maßnahme dient dazu, die Trennung zwischen MFP und Substrat zu kalibrieren.
5. Die Kluft zwischen dem MFP und das Substrat ist von entscheidender Bedeutung für die Oberflächenstrukturierung Prozesse. Da das Substrat durch Scannen sie unter dem MFP verarbeitet wird, hat die horizontale Ausrichtung, mit Mikrometer-Präzision eingestellt werden und wird durch eine Drei-Punkt-Unterstützung durch drei Mikrometerschrauben gebildet.

4. Der Betrieb des MFP

1. Dispensing über LabView-Software gesteuert. Bedienung des Gerätes wird visualisiert durch Auge und mit einer CCD-Kamera. Die Injektion: aspiration Verhältnis variiert von 1.03 bis 01.10 Uhr, abhängig von der Diffusivität des Reagenzes mit der umgebenden Puffer und der gewünschten geometrischen Strömungsmuster.
2. Um zu überprüfen, für den ordnungsgemäßen Betrieb der Aspirationsspritze und das Vorhandensein von Blasen, zuerst spritzen Flüssigkeit mit dem Aspirationsspritze bevor richtigen Aspiration.
3. Start Einspritzen von flüssigen und Monitor fließen und der Entbindung von Perlen oder fluoreszierender Tracer-Farbstoff.
4. Verwenden Sie die Sonde für die jeweilige Anwendung, dh über Oberflächen-Scan für die Verarbeitung für die Abscheidung, Ätzen oder Beizen der Oberfläche oder Zellen.

Discussion

Die mikrofluidischen Sonde (MFP) ist vielseitig, weil es (i) mobil ist, (ii) zur Verwendung mit verschiedenen Arten von Reagenzien und Substrat, und es kann (iii) über große Flächen betrieben werden.

Unerwünschte Blasen können zu einer Störung der Strömung, um Blasen zu vermeiden, führen, müssen alle Komponenten mit Flüssigkeiten vor der Montage befüllt werden. Die Kluft zwischen der Sonde und die Oberfläche ist nur wenige Mikrometer, noch die Mesa ist mehrere hundert Mikrometer breit und Abstände im Bereich von Zentimetern werden gescannt. Deshalb werden die beiden Horizontalität der gescannten Oberfläche und die Parallelität zwischen den MFP mesa und das Substrat muss mit großer Sorgfalt eingestellt werden. Schließlich hat sich das Verhältnis zwischen Anspruch und Injektion groß genug sein, um alle Reagenzien in den Spalt zwischen dem MFP und das Substrat gespritzt zu erfassen.

Der MFP kann zur Strukturierung Oberflächen mit Proteinen unter milden Bedingungen verwendet werden, um Gewebe oder einzelne Zellen in physiologischen Puffern getaucht verarbeiten oder zu ätzen Muster in einer Oberfläche.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
microfluidic connectors	Upchurch Scientific	Micro- and Nano-tight fittings and sleeves
2-component manual dispenser	Conprotec Inc.	DM400	To dispense and mix PDMS mixture
LabVIEW	National Instruments	Version 8.0
Mechanical Convection Oven	VWR international	1330FM
Glass syringes	Hamilton Co
Capillary tubing	Polymicro Technologies
Plasma Chamber	Tegal Corporation	Plasmaline 415
Inverted Microscope	Nikon Instruments	TE2000-E
Syringe pumps	Cetoni	neMESYS
Sylgard 184	Ellsworth Adhesives	184 Sil Elast Kit
Camera	Photometrics	QuantEM 512SC
Microscope stage
Microfluidic probe holder goniometers	Melles Griot	07GON504
Linear stage	Applied Scientific Instrumentation	LS-50	For z-control of the MFP
Manual linear stage	Newport Corp.	443-4 Series	For x- and y- axis control of the MFP
Microscope stage	Applied Scientific Instrumentation	PZ-2000	With x-, y- and z- control