Summary
Plastik mikrosıvısal cihazları imalatı için bir protokol ile şeffaf görünümü-liman görünür ve kızılötesi ışık görüntüleme için tanımlanır.
Abstract
Kızılötesi (IR) spectro-mikroskobu yaşayan biyolojik örneklerin uygun mikrosıvısal aygıtları eksikliği ve su emme IR orta aralıktaki tarafından engel oluyor. Burada, plastik mikrosıvısal cihazları imalatı için bir protokol gösterdi, nerede yumuşak tekniğinde teknikleri şeffaf kalsiyum florür (CaF2) görünümü-ports gözlem chamber(s) ile bağlantılı olarak gömmek için kullanılır. Bu yöntem nereye polydimethylsiloxane (PDMS) kalıp standart tekniğinde işlemleri yoluyla üretilen ve sonra plastik bir cihaz üretmek için şablon olarak kullanılacak bir yineleme döküm yaklaşım, dayanır. Plastik Cihaz özellikleri ultraviyole/görünür/kızılötesi (UV/Vis/IR) - şeffaf pencere ile doğrudan gözlem için izin vermek için CaF2 görünür hale ve IR ışık. Önerilen yöntem avantajları şunlardır: plastik vücuda esneklik tasarım, bir temiz oda mikro-üretim tesisi, birden çok görünüm-bağlantı noktaları, kolay ve çok yönlü bağlantınız için bir dış pompalama sistemi erişmek için sınırlı bir ihtiyaç Örneğin , açık/kapalı kanal yapılandırma ve nanoporous membran gibi gelişmiş özellikler eklemek olanağı.
Introduction
Fourier Transform Infrared Spectro-mikroskobu (FTIR) kapsamlı bir örnek ayrıntılı kimyasal bilgi sağlamak için bir etiket içermeyen ve non-invaziv görüntüleme tekniği kullanılmıştır. Bu biyolojik örnekleri, örnek soğurma spektrumu onun kimyasal bileşimi1 içsel parmak taşıyan bu yana hazırlık en az miktarda kimya okumak için biyokimyasal bilgilerini çıkarma sağlar , 2. son zamanlarda, FTIR giderek canlı biyolojik örnekleri, örneğin, hücreleri3çalışma uygulandı. Ancak, çoğu durumda Canlı hücreler için orta su IR orta bölgede güçlü bir Absorbans gösterir. Hatta ince bir tabaka varlığını tamamen önemli yapısal bilgiler örneklerin aşabilir.
Uzun yıllar boyunca, ortak yaklaşım düzeltmeye veya tamamen su emme sinyal spektrumda dışlamak için örnekleri kurutma. Ancak, bu yaklaşım canlı hücreler, gerçek zamanlı ölçümler için değişikliği onların kimyasal bileşimi ve zamanla hücresel süreçler çalışması için gerekli olan izin vermez. Az 10 µm4IR kiriş orta toplam optik yol uzunluğunu sınırlamak için güvenilir soğurma spektrumları canlı biyolojik örneklerinden elde etmenin bir yolu var.
Yaşam köklü bir yaklaşımda hücre deneyleri yapılmış çok çok zayıflatılmış toplam yansıma (ATR)-bağımsız Sulu orta kalın bir katman içinde sürekli olabilir hücreleri sağlayan örnek kalınlığı ölçümleri sağlayan FTIR görüntüleme. Ancak, penetrasyon fani dalgasının küçük derinliği ölçümleri örnekleri için yalnızca ilk birkaç mikron ATR kristal5yüzeyinden kısıtlar.
Alternatif olarak, su emme sınırlama genellikle iki büyük gruba ayrılır çeşitli mikrosıvısal sistemleri ortaya çıkması ile hile: açık kanal (nerede bir sıvı yüzeylerin maruz atmosfer) ve kapalı Kanal (nerede iki IR şeffaf pencere ayırıcı tarafından tanımlanmış kalınlığı ile ayrılır).
Loutherback ve ark. uzun vadeli sürekli IR ölçümleri için 7 gün6canlı hücrelerin sağlayan bir açık-kanal membran aygıt geliştirdi. Yöntem Orta hücre yüzeyinden buharlaşma önlemek için ortamda yüksek nem gerektirir. Sistem en iyi epitel dokular, deri, akciğer ve gözleri veya mikrobiyal biyofilmler7gibi hava-sıvı arabirimleri, doğal olarak yetiştiği hücreleri ile çalışır.
Kapalı-kanal yapılandırma bir Tekdüzen, ince tabaka hücreleri kendi sulu ortamda nerede tutulur iki paralel IR saydam pencereler arasında yaratmayı amaçlamaktadır. Bu boşluğu kalınlığı doygunluk su emme sinyaldir böyle olduğunu. Su arka plan sonra doğru örnek spectra elde etmek için düşülen. Kapalı-kanal yöntemlerin çoğu Demontabl sıvı odası3,8,9formu iki pencere ayıran plastik çıta kullanmaktadır. Bu yöntemin bir avantajı microfabrication gerektirmez olduğunu; Ancak, daha karmaşık bir ölçüm odası - ve çıkış - let kanalları ile daha ince çıta gerçekleştirmek son derece zor yapılardır. Mekanik kilitleme üzerinde güven nedeniyle IR ölçümleri arasında yol uzunluğu tekrarlanabilirlik ile ilgili bir sorun vardır. Daha güvenilir bir spektrum edinme için aralığı daha kesin bir denetim sağlamak için optik litografi yöntemleri için desen fotorezist spacer9,10 tanımlamak için IR substrat üzerine uygulanmıştır , 11 , 12. bu boşluk ekleyici tanımlanması için daha karmaşık yapılar sağlar rağmen yöntem her yüzey üzerinde desen üretmek için bir microfabrication tesis erişmesi gereken.
Bu yazıda, biz mal imalat azaltmak için amaç ve microfabrication tesis erişme gereksinimi ile basit imalat tekniği IR uyumlu mikrosıvısal aygıtının, mevcut. Yöntem burada yumuşak litografi bilinen kurulan bir işlem (bkz. şekil 1) kullanır sundu. İki kalıpları bu durumda gerekli değildir. Birincil kalıp standart bir UV litografi işlemiyle bir 4-inç silikon gofret yapılır. İkincil kalıp desen Ters polarite silikon birincil kalıp ve sonraki aygıt imalat için Ana kalıp olarak hizmet veren PDMS yapılmış onun yinelemedir.
Cihaz iki ayrı katmanları vardır: ilk katman (hangi sunulan çantayı mikrosıvısal kanal, içinde-/ out bırak ve bir gözlem odası bir CaF2 görüntüleme çerçevesi ile oluşan) mikrosıvısal düzeni ve bir düz yüzey (ile ikinci bir katman ki sadece bir CaF2 viewport oluşur).
Burada bir UV tedavi edilebilir optik yapıştırıcı, Norland optik yapıştırıcı 73 (NOA73, bundan böyle NOA kısaltılır), cihazın plastik ana gövdesini oluşturur için kullanılır. Bu optik yapıştırıcı kullanmanın bir çok avantajı vardır: düşük üretim maliyeti, dış sistemleri, iyi optik şeffaflık, düşük viskozite ve en önemlisi, Biyouyumluluk13bağlantı kolaylığı. CaF2 Biyouyumluluk ve mükemmel IR-saydamlık14nedeniyle görüntüleme çerçevesi olarak uygun bir seçim var.
Bu yeni yaklaşım ile bir microfabrication tesise erişim kesinlikle sadece birincil kalıp imalatı için gereklidir. Sonraki imalat işlemleri plastik mikrosıvısal aygıt için bir UV-aydınlatma kaynağı ile donatılmış herhangi bir laboratuvar yapılabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. hazırlık silikon birincil kalıp
Not: bir photomask için birincil kalıp hazırlanması gereklidir. Photomask, şirket içinde standart optik maskesi imalat işlemleri yoluyla fabrikasyon veya bağımsız sağlayıcılarından satın. Bir photomask parlak alan polarite ile ( Şekil 2 bir) bu durumda kullanılır.
- Örüntü tanımını
- Spin kat 4 inç silikon gofret SU-8 3010 negatif fotorezist 30 2300 RPM ile s.
- Yumuşak-pişir fotorezist 2 min için 65 ° C'de ve ardından 8 dakika süreyle 95 ° C sıcak plaka üzerinde
- UV ışık fotorezist maruz (i-line, 365 nm) 100-120 mJ/cm 2; toplam enerji doz için maske aligner altında photomask ile sabit iletişim modu daha iyi bir çözünürlük elde etmek için tercih edilir.
- Gofret kaldırmak ve bir mesaj pozlama fırında 65 ° c için 1 dakika ve sonra 95 ° C'de 2 dakika süreyle uygulayın
- Oda sıcaklığında SU-8 geliştirici kullanarak fotorezist geliştirmek sonra durulama izopropil alkolle ve yavaşça darbe azot ile kuru; ölçülen desen kalınlığı 10 µm olmalıdır ve altı. Şekil 2 b gerçek silikon kalıp resmini için bkz:.
- Silanization silikon kalıp
- 60 W 30 için silikon kalıp oksijen plazma ile tedavi oksijen akışı 20 sccm bir iyimsersin. İşlemi sırasında 1-10 mbar odası basınç ayarlı.
- Kalıp silane 50 µL vakum bir kavanoza yerleştirin ve kavanoz vakum durumu (1-10 mbar) en az 2 h. için terk
Not: PDMS kalıp 15 ' e yapışmasını önler bir hidrofobik yüzey kaplama silanization işlemi oluşturur. Birincil kalıp da silikon kuru gravür içerir alternatif bir yöntem kullanarak sahte olduğu olduğunu unutmayın. Bu durumda, photomask Ters polarite (karanlık alanı) olacak ve adım 1.1 model tanımında bir pozitif fotorezist kullanacak.
2. PDMS ikincil kalıp hazırlanması
- PDMS karıştırma
- Mix PDMS elastomer ve kür Ajan, 10:1; öyle ki elde edilen PDMS kalınlığı yaklaşık 1-1,5 mm olan toplam tutardır.
- Ayrıntılı karıştırma sonra karışımı bu vakum devlet (1-10 mbar) vakum kavanozda yaklaşık 15dk için terk ederek degas veya görünür hava kabarcığı yok; olana bu karışımı içinde kapana kısılmış herhangi bir hava kaldırmaktır.
- Kalıp çoğaltma
- Adım 1 fabrikasyon silikon kalıp üzerinde PDMS karışımı dökün ve adım 2.1.2 olduğu gibi aynı ayarlarla herhangi bir kapana kısılmış havayı çıkarmak için karışım degas. Karışım tedavisi için sıcak bir tabak 2 h için 70 ° C ısıda.
- Tedavi PDMS sıcak plaka kaldırmak ve aşağı oda sıcaklığına kadar soğumaya bırakın. PDMS silikon kalıp kenarları boyunca bir tıraş bıçağı ile kesti.
- Bir köşe kesme PDMS cımbız çifti ile pinch ve dikkatle PDMS yineleme silikon kalıp kapalı soyma; ikincil bu kalıp üzerinde elde edilen mikrosıvısal desen birincil kalıp (Ters polarite bir çıkıntı olduğunu Resim 2 c).
- Silanization PDMS çoğaltma (Adım 1.2 aynıdır)
- 60 W 30 için PDMS kalıp oksijen plazma ile tedavi oksijen akışı 20 sccm bir iyimsersin. İşlemi sırasında 1-10 mbar odası basınç ayarlı.
- Bir vakum kalıp silane 50 µL ile jar ve vakum devlet (1-10 mbar) kavanoza en az 2 h. bırakın yer
3. PDMS şablonları hazırlanması
Not: nesnenin şeklini ve boyutunu son cihazların standartlaştırmak ve ana özellikleri ile uyum içinde iki yarısı kolaylaştırmak için iki ayrı PDMS şablonları, geometri cihazın tanımlamak kullanıldı saydam pencere ve içinde - ve çıkış - let bağlantıları yerleşimi. İlk PDMS şablon aygıt düz yarısı imalatı kolaylaştırmak için ikinci yardımcı olur ise cihazın desenli yarısı imalatı aids.
- Tasarım bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımıyla şablonları. şekil 3 bir lay-out ve cihazın desenli Yarı imal için kullanılan şablon boyutlarını gösterir. Aygıt düz yarısı imal etmek, 1.5 mm çapında delik tasarımından kaldırmak.
- Elde etmek bir dış sağlayıcısından veya bir iç mekanik atölye şablonları kullanılabilir durumdaysa.
Not: Akrilik malzeme imalat kolaylığı nedeniyle ve düşük şablon standart herhangi bir atölyede ulaşılabilir mal gibi kullanıldı. 3D baskı gibi alternatif seçenek. - Mix PDMS elastomer ve kür Ajan 10:1; PDMS Şablonlar tamamen batırmak için yeterli miktarda hazırlamak emin olun.
- Ayrıntılı karıştırma sonra karışımı vakum devlet (1-10 mbar) yaklaşık 15 dk ya vardır kadar (hangisi daha sonraysa) görünür hiçbir kabarcıklar vakum kavanozda bırakarak degas; bu karışımı içinde kapana kısılmış herhangi bir hava kaldırmaktır. Onların en üst yüzeyi yaklaşık 1 mm sıvı yüzeyinin altında batık kadar
- akrilik şablonlarındaki PDMS karışımı dökün. Yine 3.4 olduğu gibi aynı ayarlarla herhangi bir kapana kısılmış havayı çıkarmak için PDMS degas. Bu karışım tedavisi için düzeltilmiş elektrikli Ocak 2 h için 60 ° C'de ısı.
- Tedavi PDMS sıcak plaka kaldırmak ve aşağı oda sıcaklığına kadar soğumaya bırakın. Bir tıraş bıçağı ile akrilik şablonları kenarları boyunca PDMS kes.
- Bir çift cımbız ile bir köşe kesme PDMS çimdik ve dikkatle PDMS akrilik şablonları kapalı soyma.
Not: Resim 3 b lay-out ve cihazın desenli Yarı imal eskiden PDMS Yineleme boyutları gösterir. - İkinci PDMS yineleme düz imalatı için cihazın yarısı yinelenen adımlar 3.3-3.7 ama 1,5 mm çapında delik akrilik şablonu kullanarak hazırlayın.
4. Mikrosıvısal cihaz imalat
- aygıt (örneğin, aygıt yerleşimli) desenli yarısı imalatı
- tedavi CaF 2 pencere oksijen plazma ile 60 W 30 s 20 sccm oksijen akışı ile. Bu aşağıdaki imalat sırasında NOA akışını artırmak için yapılır.
Not: Bu adım zorunlu değildir.
( şekil 4 bir) - yer dikkatle ilk PDMS şablona (1.5 mm çap ayağı ile bir) düz bir yüzey, örneğin, bir soda kireç plaka. Bir CaF 2 pencere üstünde tepe-in PDMS tak merkezli yerleştirin ve Tak ( şekil 4 b) ile iyi iletişim içinde öyle ki pencerenin hafifçe bastırın. 2. adımda ve arka orta odası ( şekil 4 konumu ile uyumlu kalıp, bir ince UV-şeffaf plaka (Bu durumda, bir kuvars plaka, 500 µm kalınlığında ve 1,5 cm x 1,5 cm boyutunda) yerleştirin PDMS kalıp
- Al c). kuvars plaka PDMS kalıp ile iyi iletişim içinde olduğundan emin olun.
Not: The kuvars plaka engelleyen istenmeyen alan kalıp kolayca CaF 2 pencere ile temas geliyor. - Yavaşça CaF 2 pencereye doğru CaF 2 pencerenin ortasına hizalanmış sıvı odası ile bu PDMS kalıp ön yüzü aşağı dönük yerleştirin. (Şablon, kalıp ve pencere) tüm öğeleri iyi temas halinde ve ( şekil 4 c-4 d) uyumlu olduğundan emin olun.
- Yavaş yavaş NOA damla izin PDMS şablonun içinde dağıtmak ve yavaş yavaş boşluğu doldurmak sağlar. Reçine pencerenin kenarına temas olduğunda, kılcal damar akışı PDMS kalıp CaF 2 penceresi ( şekil 4 e-4f) arasında ince boşluk (~ 10 µm) dolduracaktır. Kavite tamamen dolu sonra
- UV ışık (örneğin, bir UV LED pozlama sistemi, şekil 4 g ile) maruz NOA tedavisi.
Not: Buna göre pozlama süresi değişebilir UV kaynak enerji ile. 90 civarında 24 mW/cm 2 güç yoğunluğu sağlar, UV-LED pozlama sistemi gerektirir s % 100 güç ve sürekli pozlama modu. - Dikkatli bir şekilde ince kuvars plaka PDMS kalıp arkasından çıkarın ve sonra yavaşça NOA Katmanı ( şekil 4 h) üst PDMS kalıp soyma. Son olarak, NOA katman PDMS şablonundan ( şekil 4 ben) kaldırın.
Not: Elde edilen cihaz düzen tedavi NOA üzerinde birincil silikon kalıp desen aynı polarite olurdu.
- tedavi CaF 2 pencere oksijen plazma ile 60 W 30 s 20 sccm oksijen akışı ile. Bu aşağıdaki imalat sırasında NOA akışını artırmak için yapılır.
- (Yani, aygıt düzeni olmadan) aygıt düz yarısı imalatı
- oksijen plazma 60 W 30 ile CaF 2 pencere tedavi s 20 sccm oksijen akışı ile.
Not: Bu adım zorunlu değildir. - Dikkatle ikinci PDMS şablonu (bir 1.5 mm çap ayağı olmadan) yer düz bir yüzey, örneğin, bir soda kireç plaka üzerinde. Bir CaF 2 pencere üstünde tepe-in PDMS tak merkezli yerleştirin ve fişi ile iyi iletişim içinde öyle ki pencerenin hafifçe bastırın.
- 5 cm x 3,5 cm boyut ile 1 mm kalınlığında PDMS sac PDMS şablon Merkezi'yle uyumlu PDMS levha ile CaF 2 pencere üstünde tepe-in yer. PDMS sayfası penceresi ile iyi iletişim içinde olduğundan emin olun.
- Yavaş yavaş NOA damla izin PDMS şablonun içinde dağıtmak ve yavaş yavaş boşluğu doldurmak izin. Kavite tamamen dolu sonra
- UV ışık (örneğin, bir UV LED pozlama sistemi ile) maruz NOA tedavisi.
Not: Buna göre pozlama süresi değişebilir UV enerji kaynağı ile. 24 mW/cm 2 güç yoğunluğu sağlar, UV-LED pozlama sistemi ile bu 50 civarında gerektirir s % 100 güç ve sürekli pozlama modu. - Peel off NOA katmanın üst PDMS sacdan ve dikkatle tedavi NOA kat PDMS şablondan kaldırmak.
- oksijen plazma 60 W 30 ile CaF 2 pencere tedavi s 20 sccm oksijen akışı ile.
- Cihazın iki yarısı bağ
- öyle ki her iki CaF 2 windows uyumlu aygıt iki yarısı hizalayın. Yavaşça parmak-NOA katmanları köşesinde iki yarıyı da öyle ki iki yarısı konumunu sabit basın.
- Bir 8 mm çap zımba ( şekil 5 bir) kullanarak 1 mm kalınlığında PDMS sac dışında iki adet dairesel diskler kesti.
- Aygıt (4 cm x 2,5 cm) aynı boyutta iki dikdörtgenin bir 1 mm kalınlığında PDMS sac kesme. Her iki PDMS dikdörtgenler kanallar ve içinde-let/çıkış-let cihazın karşılık gelen açıklıklar kesti.
Not: Kanal acil sırasında çöken önlemek için PDMS dikdörtgenler önceden kesilmiş açıklıklar içindir. - Yığın aşağıdaki sipariş alt: önceden kesilmiş açıklıklar olan bir PDMS dikdörtgen, tek bir PDMS disk (temas adım 4.3.2 kesmek belgili tanımlık alt pencere,), cihazın (en üst pencere üzerinde oturan), ikinci PDMS disk iki parmak preslenmiş yarısı ve son olarak İkinci PDMS dikdörtgen ile önceden kesilmiş açıklıklar ( şekil 5 b).
- Öyle ki 2 tabak arasında gözükeceksin vakum basın kurulumunda bu derleme yerleştirin ve plastik torba ( şekil 5 c) mühür. Vakum pompası açmak ve derleme tahliye edin. Vakum pompası onun temel basınç ulaşmak veya vakum en az 10 dakika süreyle geçerli izin
Not: elde temel basınç vakum pompası kullanılan ve plastik poşet conta kalitesini bağlıdır. - UV 270 W 15 dk. çevirmek için vakum pompası ve yavaş yavaş derleme delik derleme son aygıttan kaldırmadan önce atmosferik basınç için izin, bir geniş bant Hg gaz lambalı tahliye derlemeye maruz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 6 , yepyeni bir CaF2 penceresinin cihaz ve tam aygıt desenli yarısı geçirgenliği spectra sunar. Tüm üç spectra geçirgenliği % 80'den daha büyük ile orta IR mükemmel şeffaflık sergi. Kesişim deseni tam aygıt (sarı eğrideki rakam) spektrum görünür iki pencere arasında 9-10 µm yelpazesi içinde hava boşluğu nedeniyle oluşur. Burada sunulan imalat yaklaşım CaF2 orta IR aralıktaki saydamlığını değiştirmez bu spectra göstermektedir.
Şekil 7 bir iyi bir çoğaltma örneği NOA PDMS ikincil kalıp mikrosıvısal lay-out ile gösterilir. Sonra kısmen UV tedavi CaF2 penceresinin üstünde yapısı nedeniyle PDMS kalıp NOA katmandan temiz peeling biçimi uygun. Hiçbir NOA kalıp veya kalıp çıkıntılar temas pencere yüzeyinde kalmalıdır. Kalıp sıkışmış herhangi bir NOA NOA yapısı sızıntıları final aygıt akış deneyler sırasında neden olacak penceresinde eksik içine çevirir. Buna ek olarak, iki parçayı iyi mühürleme elde etmek için NOA hala yarım katmanları UV Işınlarına maruz kalma sonra yapışkan olmalıdır. Yapışkan olmayan ise NOA aşırı tedavi olur. Maruz kalma doz böyle sonuç elde etmek için optimize edilmelidir.
Şekil 7 b bunun yerine, NOA CaF2 pencere üzerinde desen düzgün tanımlanmamış nerede başarısız çoğaltma gösterir. Çoğunlukla yetersiz UV maruz kalma doz tarafından Yani, neden olduğu altında-kür NOA. Bu gibi durumlarda, NOA hala bir kısmı için PDMS kalıp sopa neden biraz ıslak oluyor. Düz-se bile belgili tanımlık doğru pozlama doz verilen NOA hala PDMS kalıp bagli, ancak, bu silane kaplama (Yani, Anti-sopa katman) olmanın bir semptom olabilir zaman içinde bozulmuş. PDMS yumuşak bir kalıp olduğundan, bu kadar uzun ömürlü silikon birincil kalıp olarak değil. Kullanan bir dizi sonra değiştirilmesi gerekir.
Şekil 1: Plastik mikrosıvısal cihazların imalat süreci: (a-e) İmalat işleminin şematik. (f) ve onun kesit şematik resim gerçek bir aygıt. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2: Photomask, silikon birincil kalıp ve PDMS ikincil kalıp silikon kalıp çoğaltılan bakış: (bir) Photomask ile parlak alanın polarizasyon (sol üst); Lay-out photomask (sağda) şeklinde oluşan: izin ve 2 mm çap (1 ve 2) ve aralarında 300 µm genişliği (3), Kanal 3 cm mesafe ile dışarı izin iki başvuru chambers ile 5.5 mm (4) 0,75 mm boyut x, 5 x 2.5 mm boyutu () ile orta odası 5), kırınım Izgaralar olarak görsel bir kılavuz çizgileri 10 µm geniş ve 20 µm boşluğu (6); Zum lay-out kırınım ızgara (sol altta) gösterilen orta odası. (b) desenli silikon birincil kalıp resmini SU-8 fotorezist tanımlı. (c) resim PDMS ikincil kalıp ile Ters polarite birincil kalıp ile ilgili. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: Cihaz imalat kolaylaştırmak şablon oluşturma araçları hazır: (bir) Akrilik şablon: gerçek şablonu (üst) ve onun kesitsel şematik (altta). Akrilik şablonun kopyası (b) PDMS: gerçek yineleme (üst) ve onun kesitsel şematik (altta). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: İşlem akışı cihazın desenli yarısı imalatı için: (bir) yer PDMS şablonu düz bir yüzeye. Burada, biz soda kireç cam kullanılır. (b)2 yerleştirilir CaF PDMS fiş üzerine yoğunlaştı. (c-d) PDMS kalıp yüz aşağı doğru CaF2 pencerenin ortasına hizalanmış sıvı odası ile yerleştirilir. Tüm öğeleri iyi temas halinde ve uyumlu olun. (e-f) NOA döküm içinde izin ve yavaş yavaş boşluğu doldurmak izin ile. (g) NOA UV ışık altında teşhir ederek tedavi edildi. Maruz kalma doz kullanılan UV kaynağı enerji bağlı olarak değişebilir. (h) dikkatle soyma PDMS kalıp ve şablon tedavi NOA serbest bırakmak için. (Ben) tamamlandı aygıt katmanla NOA mikrosıvısal yapıları. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 : Tam bir aygıt oluşturmak için aygıt iki yarısı basarak için vakum basın Kurulum: (bir) PDMS dairesel disk (8 mm çapı) ve PDMS dikdörtgen (4 x 2, 5 cm) ile önceden kesilmiş açıklıklar. Her ikisi de bir 1 mm kalınlığında PDMS sac kesilir. (b) basarak önce katman yığınının genel bakış. (c) vakum basına bakış. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 : Orta-kızılötesi t çıplak bir CaF'ın bir ransmittance spectra 2 pencere (kırmızı), bir cihazın yarısı desenli (mavi) ve tam aygıt (sarı). Tüm üç spectra geçirgenliği 80 büyük ile orta IR mükemmel şeffaflık sergi% Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 7: Cihazın yarısı desenli: (bir) NOA düzgün biçimli mikrosıvısal yapısında örneği. Karanlık alanı penceresinde açıkça Orta Odası, iki referans odaları ve kanalları gösteren iyi tanımlanmış bir yapı gösterir. (b) undercuring nedeniyle bir hatalı biçimlendirilmiş mikrosıvısal yapısında NOA örneği. Kırmızı oklar tarafından belirtildiği şekilde yeniden NOA, akış vardır. Bir başvuru odalarının da (Yeşil ok) eksik. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 8 : Dış sıvı devreleri için fabrikasyon aygıtı bağlama mikrosıvısal jig. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 9: PDMS yerleşim kalıp sırasında cihazın desenli yarısı imalatı: (bir) iyi örnek yerleşim CaF2 penceresinde PDMS kalıp. Yalnızca açıkça Orta Odası, iki referans odaları ve (koyu alan tarafından gösterilen) kanalları gösteren PDMS kalıp üzerinde çıkıntı ile temas penceredir. Cihazın etrafında ve Orta Odası ortasındaki kırınım Izgaralar için görsel bir kılavuz PDMS kalıp yerleştirme sırasında içindir. (b) kötü bir yerleşim CaF2 penceresinde PDMS kalıp örneği. Koyu alan da kırmızı oklarla gösterilmiş pencere ile temas halinde olan kalıp, istenmeyen bir alan olduğunu gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Değerlendirmek ve imalat protokolü en iyi duruma getirmek için biz basit bir düzeni üzerinde ana devre ayrılmış mikrosıvısal desen bir büyük dikdörtgen Odası (5 x 2.5 mm boyut) Merkezi, iki küçük dikdörtgen chambers (5,5 x 0,75 mm boyut) için kullanılan alt ve üst kenarları ve 300 µm geniş içinde-let/çıkış-let kanal. Orta Odası tohum için kullanılır ve gözlem FTIR sırasında hava arka plan ölçmek için iki ayrı daha küçük Odalar ise hücre başvurusu odası bir önceki yayın13' te anlatıldığı gibi deneyler. -Bırak ve dışarı izin orta odası dış sıvı sisteme bağlayın.
Burada, şablon oluşturma araçları (bkz. iletişim kuralı adım 3) fabrikasyon sürecini kolaylaştırmak için tanıtıldı. Daha önce sürekli olarak tam olarak ne zaman cihazın iki yarısı hizalama sorunları nedeniyle son aygıt Merkezi'nde CaF2 windows yerleştirmek zordu. Şablon kullanımı pencere yerleştirmek için görsel bir kılavuz sağlar ve konumu her zaman benzer sağlar. Bu şablonlar için geometrik gereklilikleri çok sıkıdır değil, standart ve ucuz üretim teknolojileri kullanılabilir. Bu durumda, onlara dışarı bir atölyede işleme ile akrilik plastik yaptık, ama aynı derecede uygun ve ucuz seçimli 3D baskı.
Öyle ki onlar aşağıdaki özelliği akrilik şablonları tasarıma sahiptir (şekil 3bir): ikinci delik; ise (a) bir şablon her tarafında iki küçük delik ile tasarlanmıştır 1.5 mm çap boyutu ve derinliği, (b) hem şablonları ortasında 8 mm çap ve 500 µm derinliği ile dairesel bir delik var ve (c) her şablonu boyutunu, şeklini ve kalınlığı yarım cihazın; tanımlamak için bir dikdörtgen çıkıntı var 1.5 mm delikleri vardır 4 cm x 2,5 cm uzunluk/genişlik ve 1,5 mm kalınlıkta dikdörtgendir.
Akrilik şablonlardan çoğaltılan elde edilen PDMS şablonları Ters polarite (şekil 3b) sahip olacaktır: (a) bir şablon iki ayak 1.5 mm çapında ve 1.5 mm yükseklik ile her iki tarafta içinde izin formu ve dışı, izin olacaktır Cihazın yarısı NOA döküm sonra desenli; Ikinci şablonu ayağı, (b) her şablonu yok bir 500 µm uzun boylu ayağı kolaylaştırmak için ortadaki CaF2 windows; yerleşimini Bu özellik "PDMS Tak" ifade edilecektir ve (c) her iki Şablonlar son şekli ve her yarı cihazın boyutunu tanımlayan bir boşluğu ile olan: bir dikdörtgen şekil 4 cm x 2,5 cm boyut ve 1.5 mm kalınlığı ile bu durumda.
Daha fazla üretim sürecini kolaylaştırmak için kırınım Izgaralar photomask için birincil silikon kalıp tasarımı dahil edilmiştir. Bu silikon kalıp PDMS kopyası (olan yüksekliği az 10 µm) sığ çıkıntılar PDMS optik saydamlığını nedeniyle görmek zor. Ancak, bir kolayca görünür girişim deseni16ile 20 µm farkı 10 µm geniş çizgiler bir ızgara içinde düzenlenmiş eğer sığ çıkıntılar oluşturmak. Bu kesişim deseni PDMS kalıp içinde mikrosıvısal lay-out konumunu tanımlamak için görsel bir kılavuz olarak istismar edildi. Kalıp tasarım cihazın genel geometri tanımlamak için ızgara yapılmış bir çerçeve içermektedir. Başka bir ızgara daha fazla ortasında mikrosıvısal düzeninin Odası Merkezi CaF2 pencere ile uyum kolaylaştırmak için eklendi. Bu bir dizi orta odası kenarına bağlı olmayan kısa boşluklar oluşur gibi ızgara orta odasında son cihazda üretilecek değil dikkati çekiyor. Bu nedenle, akan NOA bu boşluklar erişmek mümkün olmaz.
Hücre enjeksiyon ve medyası takası için her aygıt kendi izin ve dışı bırak el ile sızdırmazlık önce yumruk ihtiyacı var. Bu delik tekrarlanabilir sigara konumlandırma sonuçlandı. Bağlantı metalik bir iğne açıklıkların, yapıştırma ve atık toplayıcı olarak diğer ucunda plastik su deposu ekleme sağlanır bu yana bu işlemi her aygıtın sınırı. Bu nedenle, delik konumlarını değişen dışında endişe daha karmaşık bir imalat düzeni pahasına değil. Basitleştirmek için ve her aygıt, sabit içinde-let/çıkış-let yerlerde ile özel bir sıvı jig test ve son kullanım standartlaştırmak için tanıtılan (bkz. şekil 8), PIN ve rezervuar eklemek gerek kaldırıyor. Bu nedenle, içinde-let/çıkış-let delik tutarsız pozisyonlar ile bir sorunu sunacak. İki 1.5 mm çapında delik PDMS kalıp ayağı olacak fabrikasyon akrilik şablonu (iletişim kuralı adım 3), birleşmeyle, el ile delikler mikrosıvısal kanalları ucunda gerek kaldırılır. Ayrıca, kendi konumunu sabit ve her aygıt için aynı.
Cihazın sızıntıları yokluğu ile aynı kontrol edilebilir başka bir yerde Yani13 , cihazın floresein de-iyonize su çözeltisi ile besleyerek anlatıldığı gibi yordamı.
İletişim kuralı kritik adımlar
Cihazın desenli yarısı imalat sırasında PDMS kalıp CaF2 penceresinin üstünde yerleşimini dikkatle yapılmalıdır. Pencerede temas için izin verilen tek kalıp üzerinde 10 µm yüksek çıkıntılar yapılardır. İstenmeyen bir temas bölgesinin her kalıp yerleştirme adım redone. Şekil 9b kalıp istenmeyen yüzölçümü ile temas pencere nerede yoksul yerleşim örneği gösterirken göstermek için Şekil 9bir kalıp dikkatli yerleştirme pencerenin üzerinde gösterir. Şekil 9 b bir eksik NOA yapısı penceresinde neden olur. (Adım 4.1.3, Şekil 2c) protokolünde bahsedilen küçük kuvars plaka kolayca CaF2 pencere ile temas gelen istenmeyen alan kalıp engeller kalıp yerleştirme yardımcı olur. Böylece bunlar yeterince hafif ve UV17,18şeffaf kuvars plaka ve PDMS kalıp da ince vardır.
Doğru UV maruz kalma doz için yarım kat bulma da imalat süreci için çok önemlidir. NOA yetersiz bir doz ile maruz kaldığında iyileşmemiş NOA, peeling sırasında yapı tanımını kaybına neden olan ve muhtemelen CaF2 yüzey taşan yeniden akışı. Öte yandan, aşırı, NOA NOA yapışkan olmayan bir duruma dönüm, kür içinde bir maruz kalma doz sonuçlarının çok yüksek. Desenli yarım katman üzerinde yapışkan olmayan NOA CaF2 penceresine düz yarım katmandaki bir bağ değil çünkü iki yarısı sonraki bağ acı çeker. İdeal olarak, doğru doz kısa pozlama olmalıdırNOA hala yapışkan durumunu koruyarak yapısı güvenilir bir şekilde çoğaltılmasını sağlayan doz. NOA yapışkanlık artık bağ için mümkün olana zamanla yavaş yavaş azalır olarak doğru pozlama doz belirleme yanı sıra, iki yarım bağ en kısa zamanda, 30 dk içinde yapılmalıdır.
Vakum basın sistem bağ için kullanırken dikkat edilmesi gereken diğer noktalar vardır. (Yani, cihazın sandviç PDMS yaprak ince) uyumluluk katmanları tek tip basınç dağılımı için nispeten düzgün kalınlık üstünde belgili tanımlık aygıt olmalıdır. Bu amaçla, özel yapım bir akrilik jig ile tanımlanmış spacer kalınlık böyle PDMS sayfaları oyuncular için kullanıldı. Uyum sayfaları da özellikle kırılgan CaF2 pencere üzerinde yerel baskı tanıtımı önlemek için temiz olmalıdır.
Varolan yöntemlerine göre yöntemin avantajları
İmalat yaklaşımımız plastik cihaz FTIR ölçümleri ile uyumlu üretim gösterdi. Mikro-üretim tekniği boyut özelliği üzerinde iyi kontrol sağladığından, mikrosıvısal kanalları yüksekliğini ulaşılabilir denetime (örneğin, diğer imalat yaklaşımlar ile elde edilebilir daha çok daha hassas plastik çubukları).
Bu iletişim kuralı çok önemli bir avantajı bu plastik bir cihaz ile UV-Vis-IR şeffaf görünümü-liman içinde sonuçları olduğunu; FTIR tüm daha önce gösterdiği mikrosıvısal cihazlarý litografi adım her aygıt10,11,12için gerektiren bir büyük IR şeffaf substrat, üzerine üretildi. Mevcut yaklaşım, fabrikasyon karmaşıklığını ve maliyetini düşürülür sadece Si kalıp üretimi litografi gerektirdiğinden.
Son olarak, bir UV tedavi edilebilir kullanarak reçine (NOA73 içinde bu gösteri) ana plastik gövdeli bir dış sıvı iletim sistemi aygıtına bağlantı yapıştırma veya plastik gövdeli bağlantıları ekleme veya akışkan bir jig için daha fazla hızlı kullanarak kolaylaştırır cihaz üretimi veya kullanımı.
Yöntem gelecekte uygulamaları
Olası gelişmeler ve keşfedilmeyi olabilir geliştirme iki en acil ve önemli vardır. İlk olarak, geniş bant optik saydamlık görünümü noktasının FTIR kavraması ile aynı platform üzerinde yüksek çözünürlüklü Floresans mikroskobu öneriyor. Bu kolayca yüksek sayısal diyafram ve yüksek büyütme hedefleri ile çalışma mesafesi gereklerine uymak için CaF2 Windows kalınlığı azaltarak takip edilebilir. İkinci olarak, bu imalat düzeni için daha karmaşık sıvı düzenler izin verebilirsiniz. Birden fazla gözlem odaları ve onları karıştırıcılar ve sorters, gibi bağlayan işlevsel öğeler onların geometri windows altında açık boşlukları tanımlar sürece uygulanabilirler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar MBI maddi destek minnetle kabul etmiş oluyorsunuz.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Chemical | |||
| Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane 97% | Sigma Aldrich | 448931-10G | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Polydimethylsiloxane or in short, PDMS | |
| Norland Optical Adhesive 73 | Norland Products Inc. | 7304 | |
| SU8 3010 photoresist | MicroChem | Y311060 | |
| SU8 developer | MicroChem | Y020100 | |
| Material | |||
| Silicon wafer, 4 inch, prime grade | Bonda Technology Pte Ltd | ||
| CaF2 IR-grade windows | Crystran, UK | CAFP10-1 | 10 mm diameter, 1 mm thickness |
| Acrylic templates | Custom made | ||
| Equipment | |||
| UV-KUB 2 (UV LED exposure system) | KLOE | Emission spectrum 365nm ± 5nm | |
| Newport UV lamp | Newport | Model 66902 | 50-500 Watt Hg arc lamp |
| CEE Spin coater | Brewer Science | Model 200x | |
| MJB4 mask aligner | SUSS MicroTec | ||
| Precision digital hot plate | Harry Gestigkeit GmbH | 2860SR | |
| Plasma Surface Technology | Diener Electronic GmbH + Co. KG | For O2 plasma treatment | |
| IDP-3 Dry Scroll Vacuum Pump | Agilent Technologies | ultimate pressure 3.3 x 10-1 mbar | |
| Bruker IFS 66v/s FTIR Spectrometer | Bruker |
References
- Holman, H. -Y. N., et al. Synchrotron infrared spectromicroscopy as a novel bioanalytical microprobe for individual living cells: cytotoxicity considerations. BIOMEDO. 7 (3), 417-424 (2002).
- Liu, K. Z., Xu, M., Scott, D. A. Biomolecular characterisation of leucocytes by infrared spectroscopy. Br J Haematol. 136 (5), 713-722 (2007).
- Moss, D. A., Keese, M., Pepperkok, R. IR microspectroscopy of live cells. Vibrational Spectroscopy. 38 (1-2), 185-191 (2005).
- Rahmelow, K., Hubner, W. Infrared Spectroscopy in Aqueous Solution: Difficulties and Accuracy of Water Subtraction. Appl Spectrosc. 51 (2), 160-170 (1997).
- Kazarian, S. G., Chan, K. L. ATR-FTIR spectroscopic imaging: recent advances and applications to biological systems. Analyst. 138 (7), 1940-1951 (2013).
- Loutherback, K., Chen, L., Holman, H. Y. Open-channel microfluidic membrane device for long-term FT-IR spectromicroscopy of live adherent cells. Anal Chem. 87 (9), 4601-4606 (2015).
- Loutherback, K., Birarda, G., Chen, L., Holman, H. -Y. Microfluidic approaches to synchrotron radiation-based Fourier transform infrared (SR-FTIR) spectral microscopy of living biosystems. Protein Pept Lett. 23 (3), 273-282 (2016).
- Dousseau, F., Therrien, M., Pézolet, M. On the Spectral Subtraction of Water from the FT-IR Spectra of Aqueous Solutions of Proteins. Appl Spectrosc. 43 (3), 538-542 (1989).
- Tobin, M. J., et al. FTIR spectroscopy of single live cells in aqueous media by synchrotron IR microscopy using microfabricated sample holders. Vibrational Spectroscopy. 53 (1), 34-38 (2010).
- Birarda, G., et al. Infrared microspectroscopy of biochemical response of living cells in microfabricated devices. Vibrational Spectroscopy. 53 (1), 6-11 (2010).
- Vaccari, L., Birarda, G., Businaro, L., Pacor, S., Grenci, G. Infrared microspectroscopy of live cells in microfluidic devices (MD-IRMS): toward a powerful label-free cell-based assay. Anal Chem. 84 (11), 4768-4775 (2012).
- Mitri, E., et al. SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR microspectroscopy of live cells. Lab Chip. 14 (1), 210-218 (2014).
- Birarda, G., et al. IR-Live: fabrication of a low-cost plastic microfluidic device for infrared spectromicroscopy of living cells. Lab Chip. 16 (9), 1644-1651 (2016).
- Wehbe, K., Filik, J., Frogley, M. D., Cinque, G. The effect of optical substrates on micro-FTIR analysis of single mammalian cells. Anal Bioanal Chem. 405 (4), 1311-1324 (2013).
- Helmut, S., et al. Controlled co-evaporation of silanes for nanoimprint stamps. Nanotechnology. 16 (5), 171 (2005).
- Loewen, E. G., Popov, E. Diffraction Gratings and Applications. , Taylor, Francis. (1997).
- Technical Note: Optical Materials. , Available from: https://www.newport.com/n/optical-materials (2017).
- Cai, D., Neyer, A., Kuckuk, R., Heise, H. M. Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet-visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials. J Mol Struc. 976 (1-3), 274-281 (2010).
