Den mikroflödessystem Probe: Drift och användning för lokaliserad ytbehandling

Summary

I denna video presenterar vi mikroflödessystem sond

Abstract

Mikroflödessystem enheter gör analyser som ska utföras med små mängder av prov och har nyligen använts för att styra mikromiljö av celler. Mikrofluidik är ofta förknippad med slutna mikrokanaler som begränsar deras användning till prover som kan införas, och odlade i fallet av celler inom en begränsad volym. Å andra sidan har micropipetting system som använts för att lokalt BEGJUTA celler och ytor, bland annat med hjälp av push-pull konfigurationer där en pipett fungerar som källa och den andra som sjunker, men förlossning av flödet är svårt i tre dimensioner. Dessutom pipetter är ömtåliga och svåra att placera och därför används i statisk konfiguration bara.

Den mikroflödessystem sond (MFP) kringgår de begränsningar som för konstruktion av slutna mikroflödessystem kanaler och istället för att bifoga provet i mikroflödessystem kan mikroflödessystem flödet direkt levereras på prov, och skannade hela provet med hjälp av MFP. . Injektionen och öppningar strävan ligger inom några tiotals mikrometer i varandra så att en microjet sprutas in i gapet är begränsad av de hydrodynamiska krafterna i den omgivande vätskan och helt aspireras tillbaka i den andra öppningen. Den microjet kan spolas över substratet ytan och ger ett exakt verktyg för lokal deponering / leverans av reagens som kan användas över stora områden genom att skanna sonden över ytan. I denna video presenterar vi mikroflödessystem givare ¹ (MFP). Vi förklarar i detalj hur man monterar MFP, montera den på toppen av ett inverterat mikroskop, och rikta in det i förhållande till underlaget ytan, och slutligen visar hur man använder det för att bearbeta ett substrat yta nedsänkt i en buffert.

Protocol

1. Mikrofabrikation av sonden huvudet (processen inte visas i videon)

1. En Si ² rånet, fyra inches i diameter, 525 ìm tjocka, med ett 1 mm tjockt termisk SiO2 lager spincoated med fotoresist (PR) för 45 sekunder vid 4000 rpm.
2. Skivan är prebaked på 110C i 50 s och exponeras genom en mask med alla de element (hamnar och mikrokanaler) i 5 s, utvecklats och sköljas i DI.
3. Den avslöjade SiO2 etsas bort i en 1:07 buffrad fluorvätesyra (BHF) lösning i ≈ 15 min (dewetting av substratet där SiO2 har etsat indikerar slutförandet av etch). En O2 plasma eller aceton används för att aska eller remsor resterande PR.
4. En andra PR-lager är spin-belagd vid 1500 rpm för 45 s, vilket ger en tjock overlayer av ≈ 10 mikrometer [31]. Den SiO2 mönster under denna PR-lager är fortfarande synliga och används för att anpassa skivan med en andra mask med hamnarna bara.
5. Efter exponering och utveckling av PR, är rånet sköljs, torkas och postbaked på 95C i 20 min.
6. Den Si wafer är monterad på ett stöd för rånet med smält vit vax för att skydda chucken.
7. Ett induktivt kopplad plasma (ICP) DRIE används för att överföra PR och inbäddade SiO2 mönster i rånet topografin i en process i tre steg:
   1. DRIE att göra ≈ 500μmdeep hamnar i Si (mönster definieras av tjocka PR).
   2. Utan lossning rånet från DRIE maskin, är PR-förbränts med en plasma.
   3. De exponerade SiO2 mönster fungerar som mask för en andra torr etch, skapa 50 ìm djupa kanaler och öppna fyllningen och hamnar avluftning genom rånet. Efter lossning, är stödet rånet lossnat under rinnande varmt vatten. Den micromachined wafer är då rengörs med aceton, etanol och DI.
8. Individuella MFP chips är tärnade.
9. Ett PDMS gränssnitt block tillverkas genom gjutning till en micromould består av två strukturerade poly (metylmetakrylat) (PMMA) element, en polerad stålplåt bildar botten, och två kapillärer (var in i en av de två Vias tillgång hål-i stålplåt) tjänstgör som platshållare för fluidic anslutning hålen. Den PDMS är härdad i ugn på 60C i minst 1 h.
10. Den PDMS block är bunden till en tärnad MFP-kisel-chip genom att aktivera båda delarna i luften plasma vid 1 mbar i 24 s på 230W, och som förbinder de två tillsammans med en hemmagjord mekanisk anpassning stöd.
11. Monteringen är kvar att obligation i en 60C ugn i minst 1 timme

2. Montering av MFP

1. Gastäta glassprutor är fyllda med lämpligt reagens med hjälp av plast sprutor och nålar för att se till att inga luftbubblor förekommer. Vanligtvis använder vi ett 1 -10 mikroliter injektionsspruta, och en spruta med 5-10 gånger större volym för aspiration.
2. Sprutorna är anslutna till kapillär slangarna med Nanotight armaturer med låg dödvolym.
3. Kapillärer är fyllda och kontrolleras för bubblor under mikroskop.
4. MFP chip är förifyllt med buffert lösning för att förhindra fångst av bubbla när du ansluter kapillärer.
5. Kapillärerna är anslutna till PDMS-anslutningen bit i sonden huvudet

3. Set-up av MFP

1. Sonden huvudet spänns fast i sonden hållaren och monterad på sonden stationen på toppen av ett inverterat mikroskop
2. Sprutorna är placerade i hög precision spruta pumpar.
3. Underlaget, t.ex. en glasskiva, sätts in i en hemmagjord hållare som är fäst på mikroskop scenen.
4. Parallelliteten av mesa i MFP och underlaget justeras med hjälp av ett par goniometers genom att observera Newtons ringar (interferensfransar) som visas när MFP är i kontakt med underlaget. Kontaktpunkten och frekvensen av ringarna fungerar som indikation på tilt. När MFP är i linje med ytan, sträcker sig en enda störning ringen över hela ytan. Denna åtgärd bidrar också till att kalibrera avståndet mellan MFP och substrat.
5. Gapet mellan MFP och underlaget är avgörande för processer yta mönstring. Eftersom underlaget behandlas genom att skanna den under MFP, har den horisontella anpassning som ska justeras med mikrometer precision och sker med hjälp av ett tre punkt stöd bildas av tre mikrometer skruvar.

4. Drift av MFP

1. Dosering styrs via LabView programvara. Enhet drift visualiseras genom ögat och med hjälp av en CCD-kamera. Injektionen: aspiration förhållandet varierar från 1:03 till 1:10 beroende på diffusivitet av reagenset med det omgivande buffert och önskad geometriska flödet mönster.
2. För att kontrollera för korrekt drift av aspiration sprutan och förekomsten av bubblor, först injicera vätskan med ambitionen sprutan innan riktig ambition.
3. Start insprutning av flytande och övervaka flödet och inneslutning av pärlor eller av fluorescerande spårämne färg.
4. Använd sonden för den aktuella ansökan, dvs scanna över hela ytan för bearbetning för deponering, etsning eller färgning av yt-eller celler.

Discussion

Den mikroflödessystem sond (MFP) är mångsidigt eftersom det är (i) mobil, (ii) anpassningsbar för att användas med olika typer av reagenser och substrat och det kan (iii) att drivas över stora områden.

Oönskade bubblor kan leda till störningar av flödet för att undvika bubblor, alla komponenter behöver fyllas med vätska före montering. Gapet mellan sonden och ytan är bara några mikrometer, ändå Mesa är flera hundra mikrometer breda och avstånd i intervallet centimeter skannas. Därför är både horizontality av den skannade ytan och parallellitet mellan MFP mesa och substratet måste anpassas med stor omsorg. Slutligen har förhållandet mellan anspråk och injektion för att vara tillräckligt stor för att fånga alla de reagens sprutas in i gapet mellan MFP och substratet.

MFP-enheten kan användas för mönstring ytor med proteiner under milda förhållanden att bearbeta vävnader eller enskilda celler nedsänkta i fysiologisk buffert, eller till etch mönster i en yta.

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