Abstract
Polidimetilsiloksan (PDMS), kalıplama ve bağlama kolaylığı ve saydamlığı mikroakışkan cihazları olmak için geçerli olan yapı malzemesidir. Nedeniyle PDMS malzemenin yumuşak olması, ancak, nanochannels oluşturmak için PDMS kullanmak zordur. kanallar plazma yapıştırılması sırasında çöker kolayca eğilimindedir. Bu yazıda alt-50, iki mikrokanallar arasında gözenekler nm nanofluidic kavşaklar oluşturmak için silika koloidal nanoparçacıkların bir buharlaşma odaklı kendini montaj yöntem mevcut. gözenek boyutu yanı sıra nanofluidic kavşak yüzey yükü sadece öz-montaj işleminden önce bir şişeye monte mikroakışkan cihazın dışında koloidal silis boncuk boyutu ve yüzey fonksiyonelleşmesine değiştirerek ayarlanabilir olduğunu. 300 nm, 500 nm ve 900 nm arasında bir kordon boyutu Nanopartiküllerin kendini düzenlemesi kullanılarak, sırasıyla, bir gözenek 45 nm ~ büyüklüğü, ~ 75 nm ve ~ 135 nm gözenekli bir membranın imal etmek mümkün olmuştur. elektrik altındaEl potansiyeli, bir katyon seçici membran gibi bu nano-gözenekli membran başlatılan iyon konsantrasyon kutuplaşma (ICP) oyunculuk 15 dakika içinde ~ 1.700 kat DNA konsantre. Bu sigara litografik nanofabrikasyon süreci PDMS mikroakışkan çip içinde iyonların ve moleküllerin nano taşıma süreçlerinin çalışma için ayarlanabilir bir nanofluidic kavşak inşa etmek için yeni bir fırsat açılır.
Introduction
10 2 nm - NANO AKIŞKAN 10 1 uzunluğu ölçeğinde biyolojik süreçleri ya da iyonların taşınım olaylarını ve molekülleri incelemek için μ TMS ortaya çıkan bir araştırma alanı (Micro Toplam Analiz Sistemleri) 'dir. Gerekirse bu tür nanochannels olarak nanofluidic araçları gelişine, moleküllerin ve iyonların taşıma işlemleri sadece ayrılma ve tespiti için bu uzunluk ölçekte kullanılabilen özellikleri istismar ederek, benzeri görülmemiş bir hassasiyetle takip ve manipüle edilebilir. 1,2 Bir bu karakteristik nano ölçekli özellikleri bir yük dengesizliğe neden ve nanochannel ve Mikrokanallı arasındaki iyon konsantrasyonu kutuplaşma (ICP) başlatabilir nanochannels toplu ücret (veya Dukhin numarasına) yüzeyinin yüksek bir orandır. 3
Nanofluidic süreçleri için bir ortak cihaz platformu bir birleşme olarak nanochannels dizisi ile bağlı bir, iki mikro sisteminden oluşur. 4-6 7 Bununla birlikte, silisyum cihaz fabrikasyonu pahalı maskeleri ve temiz oda tesiste işleme önemli gerektirir. 8- nedeniyle kalıplama ve plazma yapıştırma, polidimetilsiloksan (PDMS) aracılığıyla cihaz imalat kolaylık 10. yaygın Mikroakiskan için bir yapı malzemesi olarak kabul edilmiştir ve bunun yanı sıra NANO AKIŞKAN için ideal bir malzemedir olacaktır. Ancak, düşük Young modülü 360-870 KPa etrafında, plazma yapıştırılması sırasında PDMS kanal kolayca katlanabilir hale getirir. nanochannel derinliği 100 nm altında olması olan, standart fotolitografi vasıtasıyla PDMS cihazların imalat, bir kanal genişliği gerektiren, son derece zorlu hale geleceği anlamına gelir: 1 nanochannel (derinliğine genişliği) minimum en-boy oranı en az 10 olması gerekir photolith mevcut sınırından daha azcivarında 1 mikron coğrafyayı. Bu sınırlamayı aşmak için, böyle bir plazma tedaviden sonra 78 nm 11 veya oluşturmak için kırışıklıkların ortalama derinliği ile çatlaklar başlatmak için germe olmayan lithographical yöntemlerle PDMS nanochannels oluşturmak için girişimleri olmuştur. 12 mekanik basınç ile PDMS kanal izin çöken bir 60 nm gibi düşük nanochannel yüksekliği. 13
bu son derece yaratıcı olmayan taşbaskı yöntemler derinlemesine 100 nm altında bina nanochannels izin olsa da, nanochannel imalat boyutlu kontrol edilebilirlik hala nanofluidic cihazlar için bir yapı malzemesi olarak PDMS geniş bir kabul bir engel teşkil etmektedir. nanochannels bir diğer önemli bir sorun, ister silikon veya PDMS, iyonlar veya moleküller manipülasyonu için bir kanal duvarı yüzey yükünün değiştirilmesi için bir ihtiyaç vardır durumunda yüzey işlevselleştirilmesi. bağlanması aracılığıyla cihaz grubu sonra nanochannels zor olannedeniyle difüzyon ile sınırlı taşıma yüzey fonksiyonlandırmalar için ulaşır. Yüksek boyutlu sadakat ve kolay bir yüzey fonksiyonlandırmalar bir nano kanalı oluşturmak için, mikroakışkan cihazlar buharlaşma 14-16 tarafından uyarılan kolloidal parçacıkların öz-montaj yöntemi umut verici yaklaşımlardan biri olabilir. Gözenek boyutu ve yüzey özelliği kontrol edilebilirliği yanı sıra, ayarlamak için bir olasılık sıcaklık, 17 pH, 18,19 ve iyonik kuvvete kontrol ederek polielektrolitler ile kaplanmış koloidal parçacıklar kullanılarak in-situ gözenek boyutu da vardır. Çünkü bu 18 elektrokromatografi, 20 biyosensörler, 21 protein konsantrasyonu 22 ve Mikroakiskan proteinlerin ve DNA'nın ayrılması. 14,23 Bu çalışmada için avantajlar, kolloidal parçacıkların öz-montaj yöntemi zaten bulduğu uygulamaları, biz bir inşa etmek için bu öz-montaj yöntemi konuşlandırılmış elektrokinetik zenginleştirme cihazıİki mikro arasındaki nanofluidic birleşim gerektirir PDMS. 24 elektrokinetik konsantrasyonda arkasındaki temel mekanizma, iyon konsantrasyon kutuplaşma (ICP) dayanır. Imalat ve montaj adımları 25 ayrıntılı bir açıklaması aşağıdaki protokole dahil edilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Silika Kolloidal Boncuk Cezalar 1. Hazırlık
- 300 nm ve 500 nm silika kordon süspansiyonların hazırlanması
- Vorteks 30 sn için silika kordon stok süspansiyonu (% 10 ağırlık / su hac). Homojen bir süspansiyon elde edildi. 1 dakika için 2600 x g'de, 1.5 ml tüp ve santrifüj içine 600 ul stok süspansiyonu toplam Pipet.
- 1 mM sodyum fosfat tampon maddesi (PB, pH 7.0), 400 ul süpernatant değiştirin.
- vorteks yoluyla pH 7.0'da 1 mM sodyum fosfat çözeltisi içinde% 15 nihai konsantrasyonu silis boncuklar askıya alınması.
- Poli yüzey işlevselleştirilmesi 500 nm silika karboksil boncukları (allilamin hidroklorür, PAH) ve poli (sodyum stiren sülfonat, PSS) polielektrolitler
- % 1 10 mi, 1 M NaCl (pH 7.0) (w / v) boncuk süspansiyonu ile karboksil grubu ile 500 nm silis boncuklar 0.1 g süspanse edin.
- 1 M nac 0.4% PAH (MW 65K) hazırlayın1 M NaCl, 15 ml stok çözeltisi 300 ul (% 20 ağırlık / su içinde hac) çözülmesiyle l. 20 mi, 1 M NaCl çözeltisi içinde 0.18 g PSS çözülmesiyle, 1 M NaCl çözeltisi içinde% 0.9 PSS (MW 70K) hazırlayın. Vortex hem 1 dakika için çözümler. tamamen polielektrolit çözmek için.
- karboksil fonksiyonel grup ile silis boncuklar üzerinde pozitif yüklü polielektrolit tabakası biriktirilmesi için 15 ml'lik bir tüp içinde% 1 silis karboksil boncuk 9.8 ml PAH çözeltisi 200 ul ekle. 1 dakika için boncuk süspansiyonu vorteksleyin. ve 60 dakika boyunca bir tüp rotator üzerinde inkübe edin. Oda sıcaklığında karıştırıldı.
- 1 dakika boyunca 1.801 xg'de boncuk süspansiyonu santrifüj. ve 10 ml DI su ile ilişkisiz PAH beş kez yıkayın. Her bir santrifüj ve süpernatan çıkarılmasından sonra boncuklar yoğun tüpün altındaki sıkıştırıldı. Boncuklar yeniden süspanse edildi ve bir sonraki santrifüj aşamasından önce yıkanabilir ve böylece DI, 8 ml su ilave edilmeden önce DI 2 ml su ile kuvvetli bir şekilde pipetleme kordon yığın bozabilir.
- takipPSS kaplama 1.2.3 ve 1.2.4 adımları boncuklar üzerinde, negatif yüklü bir tabaka yatırmak. PSS birikimi öncesinde 1.2.4 5 inci yıkama adımından DI su süpernatant çıkardıktan sonra 1 M NaCl 9.8 ml boncuk yeniden askıya.
- 15 ml tüp altındaki köşe yığın parçalamak ve daha sonra 1 M NaCl, 8 ml eklemek için 1 M NaCl 2 ml kullanılarak alan güçlü pipetleme adımı kullanın. Tek PAH tabaka tevdi silis boncuklar 9.8 ml PSS çözeltisi 200 ul ekle. 1 dakika boyunca vorteks sonra. ve 60 dakika boyunca kuluçkalama. Tüp rotator, DI su ile 5 yıkama adımları tekrarlayın.
- doğru gerçekleştirilmiştir polielektrolit yerleştirme işlemini kontrol etmek için, üreticinin protokolüne uygun olarak, bir dinamik ışık saçma sistemi kullanılarak her bir polielektrolit kaplama öncesi ve sonrası boncukların zeta potansiyelinin ölçülmesi (Tablo 1 e bakınız).
- Tek PSS katmanda aşağıdaki DI suyla beş yıkama adımları tekrarlayınyerleştirme ve% 0.05 Tween 20 öncesinde akışkanlık arttırmak için mikroakışkan cihaz kullanmak (a / h% 15) ile 1 mM sodyum fosfat tampon 650 ul boncuk yeniden askıya.
- PSS tek bir tabakası bırakmak üzere özellikle amin fonksiyonel grubu ile 500 nm silis boncuklar 1.2.6 etmek 1.2.5 yukarıda açıklanan prosedürü izleyin.
PDMS mikroakışkan Chip 2. Fabrikasyon
- Silikon master mikroüretim
- aşağıdaki gibi mikroüretim teknikleri kullanılarak PDMS kalıplama için silikon ana imal.
- Spin kat silikon gofret 4,000 rpm'de 1 mikron ince fotorezist. Desen projeksiyon litografi (pozlama süresi 170 milisaniye.) Ve 700 nm derin ve 2 mikron genişliğinde düzlemsel nanochannels etch kullanarak katman reaktif iyon aşındırma ile (silis boncuklar nanotraps olarak hareket).
- CHF 3 (45 sccm: 3.5 nm / s aşındırma oranı elde etmek için aşağıdaki aşındırma parametrelerini kullanın), CF 4 (15 sccm), Ar (100 sccm), basınç 100 mTorr'luk, RF güç 200 W
- Spin kat, ikinci 1 mikron kalınlığında fotorezist 2.000 rpm'de katman ve daha önce desenli nanotraps bir hizalama gerçekleştirin. mikrokanalların iletişim litografi yoluyla ve silikon derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) tarafından Desen. DRIE Tablo 2'de 26 parametreleri kullanın.
- aşağıdaki gibi mikroüretim teknikleri kullanılarak PDMS kalıplama için silikon ana imal.
- PDMS kalıp imalatı
- Bir vakum kavanoz O / N trichlorosilane (50 ul) ile silikon ustası Silanize.
DİKKAT: Tricholorosilane zehirli ve korozif bir malzemedir. Her zaman uygun kişisel koruyucu ekipman ile kimyasal bir kaput kullanabilirsiniz. - 10 de sertleştirme maddesi başlangıç karışımı: silanize silikon ana 1 oranı ve döküm PDMS ve bir konveksiyon fırınında 2 saat boyunca 70 ° C 'de tedavi.
- Bir pl sonra plazma temizleyici kullanarak boş bir gofret bir bıçak ve plazma bağı onunla silikon ustadan PDMS levha çıkarın1 dakika boyunca plazma temizleyici asma tedavisi. adımı döküm aşağıdaki PDMS için bir bölüm çizgi işaretlemek için kenarı boyunca kasetleri takın.
- triklorosilan (50 ul), O / N oranı ile bir vakum kavanoza PDMS kalıp Silanize.
- PDMS döküm (baz:: 1 oranında 10 sertleştirici) silanize PDMS kalıp ve bir konveksiyon fırınında 2 saat boyunca 70 ° C 'de tedavi.
- Bir vakum kavanoz O / N trichlorosilane (50 ul) ile silikon ustası Silanize.
- PDMS cihazın imalatı
- bant ile işaretlenmiş bölüm hattı boyunca PDMS kalıp tedavi PDMS levha soyun.
- Bir bant ile temiz 1,5 mm biyopsi yumruk ile Punch rezervuar delikleri, izopropil alkol (IPA) ve azot ile kuru ile durulayın.
- Plazma bağı, 1 dakika için bir plazma temizleme bir plazma tedavi sonrası 25 mm x 75 mm mikroskop cam slayt PDMS cihaz.
- Ultrasonicate 60 dakika boyunca boncuk süspansiyonu. Dolum için ultrasonik banyoda önce. 10 ul boncuk süspansiyonu pipetle (300 nm olmayan işlevselleştirilmiş silika olmakreklamlar veya PAH-PSS tabakaları ile 500 nm, silika karboksil boncuklar ya da girişler 4 ve 6 bir PSS tabakası ile 500 nm silika amin boncuk) her biri için (Şekil 1 A, B) hemen PDMS çip plazma bağ sonra bkz cam alt-tabaka. boncuk ambalaj geliştirmek için bir pipet ile PDMS çip üzerinde hafifçe dokunun.
- boncuk dağıtım kanallarının doldurduktan sonra, bant ile 1 ve 9 hariç tüm girişleri kapsamaktadır. . Kullanımdan önce 4 ° C'de 3 saat ve mağaza cihazı Hava kuruması 2 kolloidal kendinden montaj işleminin adım adım şematik verir Şekil.
DNA'nın Elektrokinetik Konsantrasyon 3. Deney
- hazneleri 3, 7, bir tampon çözeltisi ile (1 mM PB 10 | il) ve hazne 5, bir DNA örneği ile (1 mM PB 10 nM 10 ul) doldurun ve rezervuar 2 ters pipet ucu ile hafifçe negatif bir basınç uygulamak 8 ve 10 (bkz kabarcıkları olmadan çözümleri ile kanal doldurmak için
- basıncı dengelemek ve 5 dakika beklemek 10 Rezervuara rezervuar 2 ve 8 ve 10 nM DNA 10 ul 1 mM PB 10 ul ekle. dengeye ulaşmak için.
- rezervuar 3, 5, 7, 10 içine Pt teller yerleştirin.
- Bir kaynak metre ve Pt tel bağlı bir gerilim bölücü kullanılarak nanofluidic kavşak arasındaki gerilimi uygulayın. İlk rezervuarların 5, rezervuarlar 3, 7, 10 ve GND üzerinde 30 V uygulayın.
- ~ 30 saniye sonra rezervuar 10 25 V gerilim azaltın.
- DNA floresan sinyalleri kaydederken numunenin photobleaching en aza indirmek için, her 5 saniyede bir aralıklarla açıklık ile mekanik bir deklanşör kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
İki Mikrokanallarda arasında kendi kendine monte nanofluidic kavşak içeren PDMS bir elektrokinetik yoğunlaştırıcı çip) Şekil 1A gösterilmiştir. Cihazın ortasında kanal 50 mikron genişliğinde boncuk dağıtım kanalı (Şekil 1B) üzerinden bir DNA numune çözeltisi ile doldurulmuş ve her iki tarafta iki tampon çözelti kanallar ile çevrili. silika koloidal süspansiyon numune ve tampon çözelti kanalı arasında bir nanofluidic kavşak oluşturmak için hemen plazma bağ sonra boncuk dağıtım kanalı içine akıtılır. Derin 700 nm ve 2 mikron genişliğinde nanochannels oluşan nanotrap dizisi tuzak koloidal parçacıklar kullanılır. Bir temassız yüzey profiler ile elde Onun Taranan görüntü) Şekil 1C 'de gösterilmiştir. Buharlaştırma sonrası kolloidal boncuk membranlar) Şekil 1D gösterilmiştir. Şekil 1 E'deki SEM) silis boncuklar tuzak gösterirboncuk dağıtım kanalının örnek kanalı ayıran düzlemsel nanotrap dizisi de ped. 300 nm silika boncuk ambalaj son derece konsantrasyon davranışı (Şekil 1F) bir varyasyonu neden olabilir bazı küçük kusurlar altıgen ambalaj sipariş gösterir. Boyutlarıyla PDMS yoğunlaştırıcı çip tasarımı bulunabilir burada ve Yan Files.
Entegre bir alt 50 nm nano-gözenekli kavşak ile PDMS Şekil 1. Mikroakışkan yoğunlaştırıcı. (A) PDMS konsantratörü cihazın Fotoğraf. Örnek ve tampon solüsyonu kanalı arasında bir kordon dağıtım kanalı ile mikro nanofluidic cihazın (B) şematik. Gerilim örnek kanalı ve tampon çözelti ch arasındaki boncuk membranlar boyunca uygulanırannels. 2 um genişliğinde ve 700 nm'lik bir derinliğe sahip PDMS nanotrap dizinin (c) yüzey profili. Buharlaştırmadan sonra boncuk iletim kanalının içinde kolloidal parçacık düzeneğinin aygıtın (D) mikrografı. (E) Taramalı elektron numune arasındaki nanotrap dizileri ile kendi kendini monte 300 nm silika koloidal parçacıkların mikrografı ve kanal tampon. 300 nm boncuk yüzey gerilimi nedeniyle nanotraps girişinde sıkışıp kalırlar. (F) altıgen buharlaşma sonra boncuk teslim Mikrokanallı içinde 300 nm silika boncuk dolu. (Ref uyarlanmıştır. Kimya Royal Society izniyle 25) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
PDMS concentrato için mikroüretim adımların şematikr cihaz Şekil 2'de gösterilmiştir. Bir PDMS cihaz yapmak için, bir çift PDMS döküm gereklidir. PDMS deriştirme aygıtı içinde, topuk kısmı dolgu işlemi, Şekil 3 'de gösterilmiştir. Mikroimalat ve doldurma işlemi için ayrıntıları, kullanılan protokol bulunabilir. olmaksızın polielektrolit kaplama ile silis boncuklar zeta potansiyeli Tablo 1 'de gösterilmiştir.
Silikon ana PDMS master ve PDMS yoğunlaştırıcı cihaz için üretim sürecinin Şekil 2. şematik. İki Fotolitografik ve gravür adımlarından sonra, silikon kalıp PDMS ile atıldı. Bir çift kalıp sonra PDMS cihaz plazma bağlanması yoluyla monte edilir ve bir boncuk süspansiyonu ile dolu. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Koloidal silis boncuk kendini montaj için Şekil 3. Adım adım şematik. Boncuk süspansiyonu 10 ul hemen plazma tedaviden sonra boncuk dağıtım kanallarına pipetle edildi. Boncuk dağıtım kanalı doldurulduktan sonra, iki giriş 1 ve 9, ancak tüm bant ve kullanım öncesinde 3 saat kurutuldu, cihazlar, hava ile kaplanmıştır. (Ref yeniden basılmıştır. 25 Kimya Royal Society izniyle) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| Koloidal parçacıkların (500 nm) | Zeta potansiyeli (mV) |
| silis | -2,04 |
| silika amin | 19.6 |
| silika karboksil | -19,73 |
| silika carboxyl, PAH, kaplamalı | 31.8 |
| Silika karboksil, PAH, PSS kaplı | -28,5 |
| Silika amin, PSS kaplı | -31,2 |
25 ° C'de silis boncuklar Tablo 1. Zeta potansiyeli. % 0.1 (ağırlık / hacim) kolloidal çözeltiler ölçümleri için kullanıldı (n = 3).
Şekil 4'te gösterildiği gibi, kurutmadan sonra, tane paketleme kanalından alınan SEM görüntüleri, 60 nm, 91 nm ve 170 nm arasında değişen bir gözenek boyutuna göstermektedir. Gözenek boyutlu boncuk büyüklüğü yaklaşık 20%, 300 nm, 500 tekabül nm ve sırasıyla 900 nm, (boncuk çapının% 15 teorik gözenek boyutu).
Şekil 4. Kendi kendine monte 300 nm'de (A), 500 nm SEM görüntüleri (B) ve 900 nm (c) silika koloidal boncuk ambalaj. PDMS cihazlar tersine çevrilebilir negatif basınç ile kanal uçakla cam slaytlar ve tanelere bağlandı. Hava-kurutma cihazları O / N, PDMS cihazlar dikkatle cam soyulmuş ve görüntülü yapıldıktan sonra. Bu gözenek boyutları, 60 ± 2 olduğu tahmin edildi 91 ± 5 ve sırası ile, 300 nm, 500 nm ve 900 nm boncuk 170 ± 7 nm (s = 9). Bu gözenek boyutları boncuk çapının ~% 15, teorik boyutuna yakın idi. (Ref uyarlanmıştır. Kimya Royal Society izniyle 25) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
300 nm boncuk zarından 30 V gerilim uygularken, bir iyon tükenmesi zonu ile dolu bir mikrokanal içinde kolloidal membranın yakın gözlendiFloresan etiketli DNA (Şekil 5 a, b). Sol tarafında 25 V gerilim düşürücü zaman, DNA molekülleri, bir fiş biçiminde biriken ve konsantrasyonu örnek kanalı boyunca 30 V, 25 V bir voltaj farkı ile tahrik elektroozmotik akışla (Şekil 5 Cı nedeniyle artan var , d).
Şekil 5. Time-lapse mikroskop fotoğrafları DNA (10 nM başlangıç konsantrasyonu) ile dolu kanalda nanofluidic koloidal kavşaklar yakın bir iyon tükenmesi bölgenin oluşumunu göstermektedir. Iyon tükenmesi bölge t = 10 s ve konsantre DNA fiş başlatıldı V2 üretilen 30 V = ve örnek kanal genelinde V1 = 25 V tampon kanalları topraklı ise. Noktalı çizgiler kanalları duvarları vurgulamak için kullanılmıştır. ~ 1700 kat bir konsantrasyon faktörü: 15 dakika içinde elde edilmiştir. u300 nm kolloidal membran şarkı. (Ref yeniden basılmıştır. 25 Kimya Royal Society izniyle) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Cy 5 için ~ at 1,700 kez yüksek konsantrasyon faktörü gösterdi nm 300 nm ve 500 boncuk boyutu ile silis membranlar 15 dakika içinde DNA (CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C) etiketledi. (Şekil 6 A, B). polielektrolit kaplanmış silika kordon zarları 15 dakika sonra, DNA konsantrasyonunda 200- 1,000 katlık bir artışa yol açtı. (Şekil 6, C, D).
(A), 300 nm silis boncuklar (B) 500 nm silis taneleri için zamanın bir fonksiyonu olarak DNA Şekil 6. Floresan yoğunluğu birD (C), 500 nm, PSS-kaplanmış silika amin boncuklar ve (D), 500 nm PAH / PSS kaplanmış silika karboksil boncuk. noktalı çizgiler 10 nM (A, B, C ve D), 17 uM için floresans sinyali yoğunluğu seviyesini temsil (A, B), 2 uM (C) ve 10 um (D) DNA. Sonuçlar eşiğe karşı normalize edilmiş. (Ref yeniden basılmıştır. 25 Kimya Royal Society izniyle) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| İşlem süresi | etch mod | pasivasyon modu |
| İşlem süresi | 6 s | 4,5 s |
| taşması | 0,5 s | 0 s |
| Merdane jeneratör Güç | 80 W | 60 B |
| Bobin jeneratör Güç | 600 W | 600 W |
| Gaz | SF 6 70 sccm | C 4 F 8 35 sccm |
| aşındırma oranı | / Dakika 1.47 um | |
Tablo 2. DRIE parametreleri.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
NANO AKIŞKAN incelemek için ortak cihaz tasarım düzeni takiben, nanochannels bir dizi desenlendirme lithographically kolloidal nanoparçacıkların buharlaşma odaklı kendini takımı kullanılarak yerine iki mikroakışkan kanallar arasında bir nanofluidic kavşak fabrikasyon. topuk kısmı dağıtım kanalı, 700 nm lik bir derinliği ve 100 nm'lik toplam genişlikte kordon dağıtım kanalının her iki tarafta 2 um genişliğinde nanotraps bir diziye kolloidal parçacıklar akan zaman akmasını boncuk süspansiyonu engelledi nedeniyle nanotraps yüzey gerilimi kanalı tampon ve örnek. Bir kez, hızla boncuk dağıtım kanalı paketlenmiş kolloidal parçacıkları tuzak ve numune arasındaki Nanogeçirgen kavşak oluşturduğu ve kanal tampon.
kılcal kuvvet çıkış r girişinde silika boncuk süspansiyonu kadar sürücüler, böylece plazma bağ hemen sonra boncuk süspansiyonu yüklemek için önemlidirgeçici olarak hidrofil boncuk dağıtım kanalı olarak eservoirs. giriş haznesinde akışını bloke eden bir hava kabarcığı önlemek için, son derece bir pipet ucu ile haznenin alt ulaşmak ve rezervuara boncuk süspansiyonu serbest bırakmak için tavsiye edilir. polielektrolitler ile yüzey fonksiyonalizasyonuna boncuk durumunda, bunların akışkanlık ölçüde yüzey işlevsellik olmadan silika taneciklerine kıyasla daha kolay bir araya getiren ve dolum işlemi sırasında kanal yüzeyine yapışma eğiliminde indirgendi. polielektrolit kaplanmış boncuklarla kanalının tıkanmasını önlemek için amacıyla, boncuk süspansiyonuna, Tween 20,% 0.05 bir yüzey aktif madde ilave edildi. durumunda yine dolum sırasında tıkanma sorun vardı, bir pipet ile PDMS çip üzerinde hafif bir vurma genellikle bunu çözmek için yardımcı oldu.
Ayrıca, inf zor olurdu çünkü boncuk süspansiyonu tamamen buharlaşma sonra kurutulmuş değil ki önemli olanTekrar sodyum fosfat tampon solüsyonu ile topuk kısmı membran iltrate. Bu nedenle, kısmen buharlaştırma 3 saat sonra, tüm giriş ve PDMS cihazın satış bantlanmış ve boncuk ambalaj nemli kalır, böylece kullanımdan önce depolama için 4 ° C'de tutulmuştur. zenginleştirme deneyleri sırasında, kendi kendine bir araya kordon çoğunlukla yapısal stabilitesini korudu. Bununla birlikte, birkaç örneği olarak, mikro boncuk kusurlu ambalaj belirtilen tanelerin çıkık görülmektedir. Aşağı kendini montajdan sonra 300 nm, 900 nm çapında değişen kendi kendini monte silis taneleri, Şekil 4 kordon ambalaj solüsyonu 45 nm teorik gözenek boyutu koloidal partikülün yaklaşık ~% 15 görülebilir çap. Biz SEM analizi kullanılarak gözenek boyutu onaylamak ve paketleme sonra yaklaşık boncuk çapının% 20 bir gözenek boyutuna ölçülen olabilir.
na bir şekilde kendi kendini monte 300 nm ve 500 nm kolloidal parçacık zarları kullanarak iyon-seçicinoporous kavşak, biz 30 V de iyon tükenmesi bölgesini başlatmak ve 10 nM Cy5 1 mM sodyum fosfat tamponu DNA (CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C) etiketli (Şekil 5) konsantre olabilir. Sürekli bir gerilim farkı V = 5 V 2 -V 1, biz 15 dakika içinde ~ 1.700 kat ilk DNA konsantrasyonu artırabilir bir elektro- akışı ile iyon tükenmesi bölgesine doğru DNA örneği akan. (Şekil 6a, b). Şekil 6b) 'de gösterildiği gibi, 500 nm boncuklar, 300 nm boncuklar daha güçlü DNA konsantrasyonu sağladı. Elektrokinetik konsantrasyon elektroozmotik kuvvet ve son derece doğrusal olmayan elektroforetik güçler arasında bir kuvvet dengesine dayalı olduğundan, ortaya çıkan konsantrasyon faktörü bu kuvvet dengesi elektrokinetik konsantrasyon sırasında korunabilir hangi derecesine göre belirlenir. 27
Bir nanofluidic birleşme oluşturmak için kolloidal parçacıkları dağıtmak bir diğer önemli avantajı Surfac kolaylığıdıre işlevsellik gerçekleştirilebilir. Bunun yerine ilk bağlamasıyla bir nanochannel oluşturma ve daha sonra bunun üzerinde bir yüzey fonksiyonelleşmesine gerçekleştirme, biz sadece birinci cihazın dışında bir şişe içinde kolloidal parçacıkları işlevselleştirmek yüzey ve daha sonra kendi kendine montaj için kanal içine akar. Bu yaklaşımın temel alarak, (düşük voltajlarda PAH, PSS (Şekil 6, C ve D) bir tabaka ile kaplanmış bir PSS tek kat 500 nm silika karboksil parçacıkları ile kaplanmış 500 nm silika amin parçacıklar kullanılarak 8 ICP başlatabilir V ve yüzey fonksiyonlandırmalar (30 V) olmadan kolloidal parçacıkların 10 V, sırasıyla). Bu sonuç, kendi kendine montaj öncesinde kolloidal parçacıkların yüzey işlevsellik kolloidal parçacıkların yüzey yükü geliştirmek için etkili olduğunu ve daha yüksek bir ICP ile sonuçlandığını göstermektedir. Bununla birlikte, elde edilen yoğunlaştırıcı faktörü açısından, yüzey işlevselleştirilmiş boncuk nanofluidic birleşme olmayan işlevselleştirilmiş si daha az etkili olduğunuLICA boncuklar. karboksil / PAH / PSS boncuk membran 15 dakika sonra 1000 kat artış gösterdi, amin / PSS kaplı boncuklar, ~ 200 faktör sağladı. (Şekil 6d). Bu sonuç, daha az kararlı konsantrasyonu daha uzak köşe membrandan ve dolayısıyla Örnek konsantrasyonu fiş iterek iyon tüketim bölgesinde artmış bir uzunluğuna yol yüzeyi işlevselleştirilmiş nanopores daha yüksek bir yüzey yükü ile açıklanabilir. Şu anda 1 mm (örnek kanalına boncuk membran paralel bölümü) dan nano-gözenekli boncuk zarın toplam genişliği kısaltılması bu istikrarsızlık sorununu azaltmak inanıyoruz. Daha önceki araştırmaya göre, nano-gözenekli kavşak genişliği. Içinden genişliği artar, iyonik akım arttıkça 28 iyonik akım geçen miktarını belirler ve daha katyonlar membranı, tükenme uzunluğu arttıkça ve konsantrasyon tıkaç yoluyla göç beri daha uzakta nano-gözenekli kavşağından itilir. Therefore, birikim daha az sınırlı bir şekilde ortaya çıkar ve örnek fişi daha az kararlı hale gelir. Ampirik olarak, nano-gözenekli kavşak genişliği ~ 100-400 mikron olmalıdır. geliştirmek için başka bir özellik örnek kanal ve boncuk doğum arasındaki 15 mikron PDMS duvarının yetersiz kalınlığı oldu. Bu ince PDMS bölüm tampon ve örnek kanal arasındaki bir iyonik akımı etkin yetersiz bağ yol açtı. Bu nedenle, örnek kanal bütün topuk membran kısmı paralel (genişliğinde 1 mm), bir nano-gözenekli birleşme olarak hareket bile kordonun sadece 100 mikron nanotrap dizinin toplam genişliğine uygun bir nano-gözenekli birleşim zarı olarak düşünülmüştü bile. PDMS duvar kalınlığı en az 25 um veya daha yüksek olmalıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Bu çalışma NIH R21 EB008177-01A2 ve New York Üniversitesi Abu Dabi (NYUAD) Araştırma Geliştirme Fonu 2013 Biz mikrofabrikasyon sırasında verdikleri destek nedeniyle MİT MTL teknik personele teşekkürlerimi ifade ve James Weston ve onların için NYUAD Nikolas Giakoumidis tarafından desteklenen SEM fotoğraf çekmek ve sırasıyla bir gerilim bölücü bina desteği. PDMS cihaz imalat NYUAD ve mikroimalat çekirdek tesisi yapılmıştır. Son olarak, biz video çekimi ve düzenleme için dijital Burs NYUAD Merkezi'nden Rebecca Pittam teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(Styrenesulfonic Acid) Sodium Salt | Polysciences | 08772 | |
| Poly(allylamine) Solution | Sigma Aldrich | 479144-5G | |
| Silica Microsphere - 300 nm | Polysciences | 24321 | |
| Silica Microsphere - 500 nm | Polysciences | 24323 | |
| Silica Microsphere Carboxyl Functional - 500 nm | Polysciences | 24753 | |
| Silica Microsphere Amine Functional - 500 nm | Polysciences | 24756 | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer kit | Dow Corning | ||
| Trichlorosilane | Sigma Aldrich | 175552 | |
| Ultrasonic Cleaner | Branson | 3510 | |
| Tube Rotator | VWR | 10136-084 | |
| Vortex Mixer | WiseMix | VM-10 | |
| Microcentrifuge | VWR | Micro 1207 | |
| Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-001-HP | |
| PDMS Mixer | Thinky | ARE-250 | |
| Oven | Thermo Scientific | PR305220M | |
| Epi-fluorescence Microscope | Nikon | Eclipse Ti | |
| CCD Camera | Andor | Clara | |
| Platinum Electrodes | Alfa Aesar | 43014 | |
| Source Meter | Keithley | 2400 | |
| Digital Multimeter | Extech | 410 | |
| Microscopy Glass Slides | Thermo Scientific | 2951-001 | |
| Tween 20 | Merck Millipore | 822184 | |
| Sodium chloride | Fisher Scientific | 7646-14-5 | |
| Sodium phosphate monobasic | Sigma Aldrich | 71505 | |
| Sodium phosphate dibasic | Sigma Aldrich | S3264 | |
| DNA | IDT | CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C | |
| B-Phycoerythrin | Life Technologies | P-800 | |
| Dynamic light scattering system for Zeta Potential Measurement | Malvern | Zetasizer Nano S | |
| Photoresist | Shipley | SPR700-1.0 | |
| Projection lithography | Nikon | NSR2005i9 | |
| Reactive Ion Etcher | Applied Materials | AME P5000 | |
| ICP deep reactive ion etcher | STS | STS-6" | |
| Contact lithography | Electronic Visions | EV620 | |
| Photoresist Coater Developer | SSI | SSI 150 | |
| Non-contact surface profiler | Wyko | NT 9800 |
References
- Mawatari, K., Kazoe, Y., Shimizu, H., Pihosh, Y., Kitamori, T. Extended-Nanofluidics: Fundamental Technologies, Unique Liquid Properties, and Application in Chemical and Bio Analysis Methods and Devices. Anal Chem. 86, 4068-4077 (2014).
- Tsukahara, T., Mawatari, K., Kitamori, T. Integrated extended-nano chemical systems on a chip. Chem Soc Rev. 39, 1000-1013 (2010).
- Mani, A., Zangle, T. A., Santiago, J. G. On the Propagation of Concentration Polarization from Microchannel-Nanochannel Interfaces Part I: Analytical Model and Characteristic Analysis. Langmuir. 25, 3898-3908 (2009).
- Aizel, K., et al. Enrichment of nanoparticles and bacteria using electroless and manual actuation modes of a bypass nanofluidic device. Lab Chip. 13, 4476-4485 (2013).
- Wang, Y. C., Stevens, A. L., Han, J. Million-fold preconcentration of proteins and peptides by nanofluidic filter. Anal Chem. 77, 4293-4299 (2005).
- Karnik, R., et al. Electrostatic control of ions and molecules in nanofluidic transistors. Nano letters. 5, 943-948 (2005).
- Mao, P., Han, J. Y. Fabrication and characterization of 20 nm planar nanofluidic channels by glass-glass and glass-silicon bonding. Lab Chip. 5, 837-844 (2005).
- Mao, P., Han, J. Massively-parallel ultra-high-aspect-ratio nanochannels as mesoporous membranes. Lab Chip. 9, 586-591 (2009).
- Balducci, A., Mao, P., Han, J. Y., Doyle, P. S. Double-stranded DNA diffusion in slitlike nanochannels. Macromolecules. 39, 6273-6281 (2006).
- Yamada, M., Mao, P., Fu, J. P., Han, J. Y. Rapid Quantification of Disease-Marker Proteins Using Continuous-Flow Immunoseparation in a Nanosieve Fluidic Device. Anal Chem. 81, 7067-7074 (2009).
- Huh, D., et al. Tuneable elastomeric nanochannels for nanofluidic manipulation. Nat Mater. 6, 424-428 (2007).
- Chung, S., Lee, J. H., Moon, M. W., Han, J., Kamm, R. D. Non-lithographic wrinkle nanochannels for protein preconcentration. Adv Mater. 20, 3011-3016 (2008).
- Park, S. M., Huh, Y. S., Craighead, H. G., Erickson, D. A method for nanofluidic device prototyping using elastomeric collapse. Proc Natl Acad Sci. 106, 15549-15554 (2009).
- Zeng, Y., Harrison, D. J. Self-assembled colloidal arrays as three-dimensional nanofluidic sieves for separation of biomolecules on microchips. Anal Chem. 79, 2289-2295 (2007).
- Malekpourkoupaei, A., Kostiuk, L. W., Harrison, D. J. Fabrication of Binary Opal Lattices in Microfluidic Devices. Chem Mat. 25, 3808-3815 (2013).
- Merlin, A., Salmon, J. -B., Leng, J.
- Schepelina, O., Zharov, I. PNIPAAM-modified nanoporous colloidal films with positive and negative temperature gating. Langmuir. 23, 12704-12709 (2007).
- Schepelina, O., Zharov, I. Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)-Modified Nanoporous Colloidal Films with pH and Ion Response. Langmuir. 24, 14188-14194 (2008).
- Smith, J. J., Zharov, I. Ion transport in sulfonated nanoporous colloidal films. Langmuir. 24, 2650-2654 (2008).
- Gaspar, A., Hernandez, L., Stevens, S., Gomez, F. A. Electrochromatography in microchips packed with conventional reversed-phase silica particles. Electrophoresis. 29, 1638-1642 (2008).
- Lee, S. Y., et al. High-Fidelity Optofluidic On-Chip Sensors Using Well-Defined Gold Nanowell Crystals. Anal Chem. 83, 9174-9180 (2011).
- Hu, Y. L., et al. Interconnected ordered nanoporous networks of colloidal crystals integrated on a microfluidic chip for highly efficient protein concentration. Electrophoresis. 32, 3424-3430 (2011).
- Zhang, D. -W., et al. Microfabrication-free fused silica nanofluidic interface for on chip electrokinetic stacking of DNA. Microfluid Nanofluid. 14, 69-76 (2013).
- Syed, A., Mangano, L., Mao, P., Han, J., Song, Y. A. Creating sub-50 nm nanofluidic junctions in a PDMS microchip via self-assembly process of colloidal silica beads for electrokinetic concentration of biomolecules. Lab Chip. 14, 4455-4460 (2014).
- Kim, S. J., Song, Y. A., Han, J. Nanofluidic concentration devices for biomolecules utilizing ion concentration polarization: theory, fabrication, and applications. Chem Soc Rev. 39, 912-922 (2010).
- Fu, J. P., Mao, P., Han, J. Y. Continuous-flow bioseparation using microfabricated anisotropic nanofluidic sieving structures. Nat Protoc. 4, 1681-1698 (2009).
- Plecis, A., Nanteuil, C., Haghiri-Gosnet, A. M., Chen, Y.
- Ko, S. H., et al. Nanofluidic preconcentration device in a straight microchannel using ion concentration polarization. Lab Chip. 12, 4472-4482 (2012).
