أقفاص الهوائية ميكروفلويديك: مقاربة رواية لفي رقاقة كريستال الاصطياد، التلاعب والتحكم المعالجة الكيميائية

ملخص

< p class = 'jove_content'> هنا ، نصف تصنيع وتشغيل نظام موائع دقيقة مزدوج الطبقة مصنوع من بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS). نوضح إمكانات هذا الجهاز للاصطياد وتوجيه مسار التنسيق لمادة جزيئية بلورية والتحكم في التفاعلات الكيميائية على الهياكل المحاصرة على الرقاقة.

الملخص

يعد التوطين الدقيق والمعالجة الكيميائية الخاضعة للرقابة للهياكل على السطح من التحديات الكبيرة لتقنيات المختبرات الشائعة. هنا ، نقدم تقنية قائمة على الموائع الدقيقة ، باستخدام جهاز موائع دقيقة مزدوج الطبقة ، والذي يمكنه حبس وتوطين الهياكل المركبة في الموقع وخارج الموقع على أسطح قنوات الموائع الدقيقة. بشكل حاسم ، نوضح كيف يمكن استخدام مثل هذا الجهاز لإجراء تفاعلات كيميائية خاضعة للرقابة على الهياكل المحاصرة على الرقاقة ونوضح كيف يمكن تعديل المسار الاصطناعي لمادة جزيئية بلورية وموقعها داخل قناة ميكروسويديك بدقة باستخدام هذه التقنية. يوفر هذا النهج فرصا جديدة للتجميع الخاضع للرقابة للهياكل على السطح ومعالجتها لاحقا.

المقدمة

منذ فترة طويلة ودرس المواد الجزيئية في الأوساط العلمية بسبب عددهم واسعة من التطبيقات في مجالات مثل الالكترونيات الجزيئية وعلم البصريات وأجهزة الاستشعار ^1-4. من بين هؤلاء، الموصلات العضوية هي فئة خاصة مثيرة من المواد الجزيئية بسبب دورها المركزي في شاشات العرض المرنة وأجهزة وظيفية متكاملة ^5،6. ومع ذلك، يتم تقييد المنهجيات المستخدمة لتمكين نقل الشحنة الإلكترونية في المواد التي تقوم الجزيئية لتشكيل مجمعات النقل تهمة (CTCs) والأملاح النقل تهمة (CTSS) ^7-10. في كثير من الأحيان، يتم إنشاؤها CTCs وCTSS بواسطة الطرق الكهروكيميائية أو عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال الكيميائية المباشرة؛ العمليات التي تعرقل تحول رقابة من الجهات المانحة أو متقبل الأنصاف إلى أبنية أكثر تعقيدا حيث يمكن تصور تعدد الوظائف. وفقا لذلك، وتوضيح أساليب منهجية جديدة للجيل السيطرة والتلاعب الجزيئي قاعدةتبقى المواد د تحديا كبيرا في مجالات علوم المواد والهندسة الجزيئية، وإذا نجحت سوف تؤدي بلا شك إلى وظائف جديدة والتطبيقات التكنولوجية الجديدة.

وفي هذا السياق، تم مؤخرا استخدام تقنيات الموائع الدقيقة لتجميع المواد التي تقوم الجزيئية بسبب قدرتها على السيطرة على الحرارة ونقل الجماعي فضلا عن حجم رد الفعل نشر الكواشف خلال عملية الاصطناعية ^11،12. ببساطة، في تدفقات مستمرة وفي أرقام رينولدز منخفضة واجهة مستقرة بين اثنين أو أكثر من تيارات كاشف يمكن تحقيقه، والذي يتيح للتشكيل منطقة تفاعل جيد للرقابة داخل مسار التدفق، حيث يحدث خلط إلا من خلال نشر ^13-16. في الواقع، لقد استخدمنا سابقا التدفقات الصفحي في توطين مسار الاصطناعية المواد الجزيئية البلورية مثل البوليمرات التنسيق (CPS) داخل قنوات الموائع الدقيقة ^17. وعلى الرغم من إظهار هذه المنهجية زوعد ريات في تحقيق النانو رواية CP، والتكامل المباشر لمثل هذه الهياكل على السطوح، فضلا عن العلاج الكيميائي تسيطر بعد تكونها لم تتحقق بعد في الموقع ^18. للتغلب على هذا القيد، لقد أظهرنا مؤخرا أن يشتغل أقفاص الموائع الدقيقة الهوائية (أو صمامات) تأسست في أجهزة ميكروفلويديك طبقة اثنين يمكن أن تستخدم مفيد في هذا الصدد. منذ العمل الرائد لمجموعة الزلزال البالغ عددهم ^19، وكثيرا ما تستخدم الصمامات الهوائية ميكروفلويديك لمحاصرة وحيدة الخلية والعزلة ^20، التحقيقات النشاط الأنزيمية ^21، محاصرة من كميات السوائل صغيرة ^22، توطين المواد الفنية على أسطح ²³ والبروتين تبلور ^24. ومع ذلك، لقد أظهرنا أن الأجهزة ميكروفلويديك طبقة مزدوجة يمكن استخدامها لاعتراض وتوطين ودمج في الموقع شكلت هياكل لقراءة المكونات وعلى أسطح ¹⁸. وعلاوة على ذلك، لقد أثبتنا أيضا أن هذه التكنولوجيا يمكن استخدامها لإجراء العلاجات الكيميائية التي تسيطر على هياكل المحاصرين، وتمكين كل "ميكروفلويديك بمساعدة الصرف يجند" ⁽¹⁸⁾ والتي تسيطر المنشطات الكيميائية للبلورات العضوية ^18،25. في كلتا الحالتين، يمكن توليفها CTCs في ظل ظروف الموائع الدقيقة التي تسيطر عليها، وفي أحدث دراسة، يمكن وصف الوظائف المتعددة في نفس المواد قطعة. هنا، علينا أن نظهر أداء هذه الأجهزة ميكروفلويديك طبقة مزدوجة توظيف التدفقات صبغ لادن، وتوليد والسيطرة على مسار التنسيق لCP فضلا عن توطين على سطح قناة ميكروفلويديك وتقييم أخيرا تسيطر عليها المعالجات الكيميائية على على رقاقة هياكل المحاصرين.

البروتوكول

ملاحظة: تم تصميم طبقتين من جهاز ميكروفلويديك طبقة مزدوجة باستخدام برنامج الرسم، على سبيل المثال، أوتوكاد وطباعتها على شكل أقنعة فيلم عالي الدقة، مع حد ميزة دقة 5 ميكرون. يتم إنشاء القوالب الرئيسية التي كتبها SU-8 الطباعة الحجرية في 4 "رقائق السليكون، والسماح للإنتاج الهياكل 50 ميكرون في الطول.

1. ماستر العفن التصنيع باستخدام SU-8 الطباعة التصويرية

1. وضع رقاقة السيليكون على طبق ساخن وضعت في 200 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة ليذوى.
   ملاحظة: رقاقة السيليكون الجفاف يوفر اتصال أفضل ويضمن انتشار مقاوم الضوء SU-8 خلال الخطوة تدور طلاء.
2. تبريد رقاقة المجففة وصولا الى درجة حرارة الغرفة على مدى فترة من 3 دقائق.
3. تحميل رقاقة على المغطي تدور ودائع 4 مل من SU-8 مقاومة للضوء (حوالي 1 مل من SU-8 في شبر من الركيزة) في مركز الرقاقة.
   1. أولا، نشر المودعة SU-8 ببطء في 500 revolutiالإضافات في الدقيقة (دورة في الدقيقة) لمدة 10 ثانية. هذه سرعة دوران يضمن أن يتم زيادة SU-8 تغطية على سطح رقاقة بأكمله.
   2. الثانية، والسيطرة على سمك SU-8 عن طريق الدوران الركيزة عند السرعات العالية. في التجارب الحالية، واستخدام سرعة دوران 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية لتوليد SU-8 يضم 50 ميكرون عالية.
4. مسح حبة حافة الرقاقة بعناية مع قطعة من القطن مسح بينما الغزل في دورة في الدقيقة منخفضة (عادة 100 دورة في الدقيقة).
5. تسخين رقاقة المغلفة تدور على طبق ساخن في درجة حرارة 95 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة لإزالة المذيبات المتبقية من SU-8 (أي، "خبز لينة").
   ملاحظة: وجود أنماط أو "التجاعيد" في مقاومة طبقة يشير إلى إزالة كاملة من المذيبات.
6. تبريد رقاقة خبز تتراجع إلى درجة حرارة الغرفة والاتصال الجانب مستحلب مطبوعة من الضوئية الرئيسية مع رقاقة قبل التعرض.
7. تشغيل وحدة الأشعة فوق البنفسجية مصباح والتعرض، والسماح للنظام تستقر على مدى فترة من 10 مفي. قياس كثافة مصباح في 365 نانومتر باستخدام الأشعة فوق البنفسجية مقياس البصر، وتقدير الوقت المطلوب التعرض (وفقا لآخر = التعرض الطاقة / كثافة في 365 نانومتر).
   ملاحظة: تم احتساب الطاقة التعرض في التجارب الحالية لتكون 250 ميغا جول / سم ^2.
8. فضح الضوئية الرئيسية على رقاقة المغلفة تدور لضوء الأشعة فوق البنفسجية للمرة المقدرة في الخطوة السابقة. هنا، كشف عن 79.6 ثانية.
9. مباشرة بعد التعرض، خبز الرقاقة تعرض على طبق ساخن عند 65 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة، وبعد ذلك في درجة حرارة 95 درجة مئوية لمدة 5 دقائق. في هذه الخطوة، وشرعت في رد فعل من جانب خفيفة للأشعة فوق البنفسجية وأكمل بعد الخبز.
10. ترك الرقاقة بعد خبز ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة على مدى فترة من 3 دقائق.
11. تطوير SU-8 غير crosslinked على الرقاقة عن طريق إذابة في المطور SU-8 أكثر من 8 دقائق. لضمان إزالة كاملة من غير crosslinked-SU-8، وتقسيم العملية إلى خطوتين.
    1. في البداية، وتزج الرقاقة في حل المطور لمدة 5 دقائق، وإعادةتحريك الأغلبية من غير crosslinked SU-8.
    2. ثم تزج الرقاقة في حل جديد من مطور لمدة 3 دقائق لإذابة ما تبقى غير crosslinked SU-8 (عادة محاصرين بين الهياكل crosslinked).
12. شطف الرقاقة المتقدمة مع الأيزوبروبانول والسماح للرقاقة وجود هياكل نمط (المشار إليها فيما يلي باسم "القالب الرئيسي") يقف لتجف. رصد بقايا حليبي على بدهن القالب الرئيسي يشير إلى أن التنمية غير مكتملة.
13. تسخين القالب الرئيسي المجففة على طبق ساخن على حرارة 200 درجة مئوية لمدة 2-5 دقيقة إلى "خبز الصعب" الركيزة ويصلب الشقوق المحتملة في مقاومة.
14. السماح القالب الرئيسي ملفقة ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
15. وضع القالب الرئيسي في مجفف (متصلة مضخة فراغ) داخل غطاء الدخان.
16. صب 100 ميكرولتر من كلوريد trimethylsilyl (TMCS) في كوب زجاجي ووضع هذا داخل المجفف.
    تنبيه: TMCS غير قابلة للاشتعال، corrosivه وسامة. وبالتالي، يجب أن يتم تنفيذ التعامل مع الخطوات تحت غطاء الدخان، مع المستخدم ارتداء قفازات واقية، نظارات واقية ومعطف المختبر.
17. وضع المجفف تحت الفراغ والانتظار على الأقل 1 ساعة للسماح للبخار TMCS إلى الودائع على سطح القالب الرئيسي.
18. بعد 1 ساعة، تتوازن ببطء الضغط داخل المجفف ومفتوحة إلى الغلاف الجوي.
    تنبيه: لا تتنفس مباشرة فوق مجفف مفتوحة.
19. إزالة سيد silanized وإغلاق مجفف.

2. تصنيع طبقة مزدوجة أجهزة ميكروفلويديك

ملاحظة: بروتوكول حساسة بشكل خاص إلى الوقت ودرجة الحرارة. أي فشل في متابعة للإطار الزمني ودرجة الحرارة قد يؤدي إلى تصنيع أجهزة غير المقيد، وبالتالي، غير وظيفية.

1. صب خليط من المطاط الصناعي PDMS وكيل علاج (5: 1 في الوزن) في طبق وزنها المتاح وتخلط تماما مع ملعقة بلاستيكية. في التجربة الحاليةالصورة، استخدم 50 غ من المطاط الصناعي و 10 غرام من وكيل علاج لتشكيل طبقة PDMS حوالي 5 ملم في الطول ^19،26.
2. ضع PDMS مختلطة جيدا في مجفف تحت فراغ لديغا وإزالة فقاعات المحاصرين لمدة 15 دقيقة.
3. مزيج PDMS المطاط الصناعي وكيل علاج (20: 1 في الوزن) في طبق وزنها المتاح (على سبيل المثال، 10 غرام المطاط الصناعي و 0.5 ز وكيل المعالجة) ^19،26.
4. إصلاح "طبقة السيطرة" القالب الرئيسي في إطار (في التجارب الحالية، وهي 11 ملم جولة تترافلوروإيثيلين (PTFE) حلقة).
5. بعد 15 دقيقة، ضع 20: مزيج 1 PDMS في مجفف تحت فراغ لإزالة الغازات.
6. في نفس الوقت الخطوة السابقة، واخراج 5: خليط 1 PDMS من المجفف وتصب هذه على "طبقة السيطرة" القالب الرئيسي الذي يقع داخل إطار الجولة. وضع الإطار الذي يحتوي على PDMS والقالب الرئيسي في المجفف تحت فراغ كذلك. الحفاظ على PDMS الفائض.
7. بعد 45 دقيقة (و 30 دقيقة بعد قذفةجي على حد سواء PDMS مخاليط في مجفف)، تتخذ كل PDMS خليط من المجفف ووضع الإطار الذي يحتوي 5: 1 PDMS و "طبقة السيطرة" القالب الرئيسي في فرن عند 80 درجة مئوية.
8. في نفس الوقت، تبدأ في الدوران معطف "طبقة الموائعية" القالب الرئيسي مع 20: 1 خليط PDMS. يتم تحديد سرعة دوران لطلاء تدور استنادا إلى الارتفاع المطلوب، وقد ذكرت في مكان آخر ^(27). تهدف إلى إنهاء طلاء تدور في 60 دقيقة والحفاظ على PDMS المتبقية.
9. بعد 60 دقيقة، وضعت "فلويديك طبقة" سيد العفن تدور المغلفة مع 20: 1 PDMS في فرن عند 80 درجة مئوية.
10. في 75 دقيقة، واتخاذ كل من القوالب الرئيسية من الفرن.
11. تقشر فقط 5: PDMS 1 من "طبقة السيطرة" القالب الرئيسي، الزهر الركيزة بشفرة ولكمة ثقوب لطبقات التحكم مع الناخس خزعة 1 ملم على مواقع مداخل المحددة في التصميم. هنا، وطبقة التحكم هي 24 ملم في الطول و 24 ملم في العرض.
12. Rالحطام emove من رقائق مكعبات باستخدام شريط لاصق.
13. تجميع يدويا مكعبات واللكم رقائق طبقة التحكم في أعلى 20: تدور 1 PDMS المغلفة على "طبقة فلويديك" القالب الرئيسي باستخدام مجهر تشريحي مع التكبير من 500X (الشكل 1).
14. صب ورسم PDMS المتبقية حول رقائق تجميعها لجعل طبقة PDMS سمكا وبالتالي تسهيل إزالة طبقات الموائعية والسيطرة المستعبدين في نهاية المطاف.
15. وضع "طبقة الموائعية" القالب الرئيسي الذي يحتوي على أجهزة طبقتين في الفرن على 80 درجة مئوية وتخزينها بين عشية وضحاها.
16. في اليوم التالي، واتخاذ الجمعية الشفاء من الفرن والسماح لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
17. انزع التجمع PDMS من "طبقة فلويديك" القالب الرئيسي، الزهر وملفقة الأجهزة طبقة مزدوجة مع شفرة (24 ملم في الطول و 24 ملم في العرض) ولكمة الموائعية مداخل / مخارج مع خزعة الناخس 1.5 مم.
18. علاج سطح رقائق مع مكتب مستشار رئيس الوزراءن القنوات وcoverslips الزجاج (24 ملم × 40 ملم) مع كورونا التفريغ وعلى الفور السندات معا. علاج عن طريق تحريك كورونا التفريغ على PDMS بلاطة والزجاج ساترة أكثر من 1 دقيقة. بدلا من ذلك، استخدام نظام البلازما الفوق لتسهيل الترابط.
19. تخزين المستعبدين رقائق طبقة مزدوجة في الفرن على 70-80 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 4 ساعة.

3. الجمعية نظام ميكروفلويديك

1. بعد أن تم تجميعها الجهاز ميكروفلويديك، ربط مداخل طبقة الموائعية للرقاقة إلى الخزانات الموائعية (الحقن) باستخدام تترافلوروإيثيلين (PTFE) أنابيب (0.8 ملم معرف).
2. ربط مصدر إمداد الضغط على مداخل طبقة التحكم باستخدام أنابيب السيليكون والمطاط وصلات معدنية التي تحتوي على القطر الخارجي من 1.6 ملم.
3. فتح وإغلاق الصمامات عن طريق تطبيق الهواء المضغوط في 3 بار باستخدام مصدر الضغط التي تعمل يدويا. السوائل العرض على القنوات باستخدام سلسلة من مضخات حقنة الكمبيوتر التي تسيطر عليها.
4. تصور يشتغل من الصمامات وتشغيل الجهاز مع كاميرا عالية الدقة التي شنت على مجهر مقلوب. استخدام 5X إلى 63X التكبير.

4. التلاعب في نظام تدفق رقائقي التي تعمل بالهواء المضغوط قفص يشتغل

ملاحظة: الطبقة الموائعية تتكون من قناتين المتقاربة مدخل، والتي هي 150 ميكرون في العرض، إلى القناة الرئيسية على نطاق أوسع 300 ميكرون في العرض. وطبقة التحكم لديها سلسلة من الصمامات مستطيلة متطابقة (250 ميكرون × 200 ميكرون) التي تقع على قمة القناة الموائعية الرئيسية.

1. بمجرد توصيل مجموعة المتابعة إلى ضخ حقنة وأنظمة تحكم تعمل بالهواء المضغوط، وإدخال تدفق صبغ مائي عبر إحدى القنوات مدخل بمعدل تدفق 20 ميكرولتر / دقيقة.
2. إغلاق صمام المشغلات ذلك في 3 بار.
3. كن على علم أن السائل لا تزال تتدفق في جميع أنحاء صمام. هذه الميزة مهمة في تحقيق المعالجة الكيميائية التي تسيطر عليها هياكل المحاصرين ^{18،25 <}/ سوب>.
4. فتح صمام الافراج عن الضغط.
5. بينما يتدفق محلول الصبغة من خلال القناة الأولى، حقن السائل المائي آخر في قناة مدخل الثانية في 20 ميكرولتر / دقيقة. يتم تشكيل حلقة وصل بين اثنين من التدفقات المائية بسبب نظام تدفق الصفحي موجودة في الجهاز ميكروفلويديك.
6. إغلاق صمام المشغلات ذلك في 3 بار. في هذه الحالة، ويشتغل صمام يغير واجهة اثنين من التدفقات المائية، نتيجة لذلك والتي يمكن استخدامها لتعديل مسار الاصطناعية خلال تشكيل CP (راجع أدناه) ^18،28.
7. تغيير معدلات تدفق السوائل إلى 30 ميكرولتر / دقيقة و 10 ميكرولتر / دقيقة ومراقبة لأسفل أو لأعلى، تحولت توجيه من واجهة ولدت بين السوائل اثنين.

5. توطين المجهرية الدقيقة

1. ربط ملفقة رقاقة طبقة مزدوجة إلى ضخ حقنة وأنظمة تحكم الهوائية.
2. تحضير محلول مائي يحتوي على 10 بالوزن. البوليسترين٪الجسيمات الفلورية (5 ميكرون في القطر، والإثارة والحد الأقصى للانبعاثات في 468 نانومتر و 508 نانومتر، على التوالي).
3. استخدام مصدر الإثارة الليزر التي تعمل على طول موجي 488 نانومتر.
4. إدخال السائل الجسيمات لادن إلى قسمين القنوات مدخل بمعدل تدفق ما مجموعه 20 ميكرولتر / دقيقة.
5. الانتظار لمدة 2 دقيقة حتى يتم تأسيس تدفق مستقر.
6. تحفيز صمام في 3 بار إلى إغلاقه. سيتم المحاصرين عدة جسيمات تحت صمام ومحلية على السطح بينما يتم الحفاظ على تدفق.

6. الجيل والحد من التحكم من بوليمر التنسيق (CP)

1. إعداد 2.5 ملي محلول مائي من نترات الفضة (AGNO _3).
2. إعداد محلول 2.5 ملي مائي من السيستين (السيستئين).
3. إعداد محلول حامض الاسكوربيك المشبعة في الإيثانول ^18.
4. استخدام الشريحة نفسها طبقة مزدوجة وحقن الكواشف اثنين الى اثنين من القنوات مدخل (كاشف واحد لكل مدخل) كل بمعدل تدفق50 ميكرولتر / دقيقة.
5. مراقبة تشكيل الفضة والبرامج القطرية السيستين (حج (I) السيستئين) في واجهة اثنين ستندفع المتدفق المشترك.
6. تحفيز صمام في 3 بار إلى اعتراض شكلت حج (I) السيستئين البرامج القطرية تحت صمام.
7. الماء المقطر دافق في القنوات مدخل بمعدل تدفق 50 ميكرولتر / دقيقة ليغسل الكواشف فائض المستخدمة أثناء عملية الاصطناعية.
8. الافراج عن الضغط وفتح صمام. لا تزال الأحزاب الشيوعية ولدت تحت صمام في ظل ظروف توقف تدفق.
9. من أجل إجراء تخفيض الكيميائية الخاضعة للرقابة المحاصرين حج (I) السيستئين البرامج القطرية، والإفراج عن ضغط صمام في 1 بار وتدفق محلول حمض الاسكوربيك المشبعة في الإيثانول بمعدل تدفق 10 ميكرولتر / دقيقة.
10. نلاحظ تغيير لون واضح أن ينسب إلى الحد من حج (I) إلى الفضي المعدني (حج (0)) من حمض الاسكوربيك ^18.

النتائج

تتكون أجهزة ميكروفلويديك طبقة مزدوجة من اثنين من رقائق ميكروفلويديك المستعبدين منظم في PDMS كما هو مبين في الشكل 1. الطبقة الأولى، والتي هي في نفس الوقت المستعبدين إلى السطح، ويتم استخدامها لتدفق السوائل (طبقة السائل)، في حين أن الطبقة الثانية، فيه ترتبط مباشرة إلى طبقة PDMS الأولى، ويستخدم لتدفق الغاز (طبقة التحكم).

الشكل 1. طبقة مزدوجة جهاز ميكروفلويديك. (A) توضيح تخطيطي و (ب) صورة مجهرية من الجهاز ميكروفلويديك طبقة مزدوجة تستخدم في تحقيقاتنا. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ضخ الغاز من خلال القنوات فيطبقة التحكم ساقيها طبقة السائل نحو السطح (الشكل 2A و 2B الشكل)، مما يسمح للمحاصرة وتوطين الهياكل على سطح قناة ميكروفلويديك. PDMS الغشاء يشتغل يمكن استخدامها لتوليد أقفاص الهوائية و / أو الصمامات الصغيرة التي يتم التحكم فيها بواسطة وحدة تحكم هوائي. كنماذج يحتذى من يشتغل الغشاء، وتبين لنا كيف أن انحراف كامل للطبقة السوائل تساعد على تجنب تدفق صبغ لادن أن تعمم تحت صمام بعد يشتغل في (الشكل 2C) ومحاصرة المجهرية الدقيقة الفلورسنت على سطح متناهية (الشكل 2D و 2E) .

الشكل 2. يشتغل غشاء ومحاصرة من الهياكل. (A) الجانبية و (ب) أعلى الرسوم التوضيحية رأي يظهر الجهاز ميكروفلويديك طبقة مزدوجة يكونالصدارة (أعلى) وبعد (أسفل) يشتغل صمام هوائي. (C) الميكروسكوب من جهاز ميكروفلويديك طبقة مزدوجة من قبل (أعلى) وبعد الضغط من طبقة السوائل (أسفل). في لوحة أسفل، ويتم تعبئة طبقة السوائل مع محلول مائي من صبغة رودامين لتصور أفضل لليشتغل الغشاء. (D) الميكروسكوب مشرق الميدان من جهاز ميكروفلويديك طبقة مزدوجة من قبل (أعلى) وبعد (أسفل) يشتغل صمام مع تدفق محلول يحتوي على جزيئات الفلورسنت البوليسترين المائية (10 وزن٪). الصور (E) نيون الصور المجهر الضوئي هو مبين في D. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ويوضح الشكل 3A محاصرة من في الموقع إنشاء الأحزاب الشيوعية داخل جهاز ميكروفلويديك طبقة مزدوجة من خلال actuatأيون قفص الهوائية. لاحظ أن مسار التنسيق الجديد يتم إنشاء بعد يشتغل صمام الأول. ويشتغل صمام يضمن محاصرة من حج (I) السيستئين CP ولدت في واجهة اثنين من تيارات الكاشف ويسهل تشكيل مسار التنسيق الجديد (الشكل 3A). والخواص الكيميائية مفصل من حج (I) السيستئين CP ولدت في واجهة اثنين من تيارات كاشف يمكن العثور عليها في دراسات سابقة ^17،18. بالإضافة إلى ذلك، وبعد إزالة الفائض الكواشف حلول مع تدفق المياه النقية (الشكل 3B)، يمكن إضافة محلول حمض الاسكوربيك المشبعة في الإيثانول إلى قناة ميكروفلويديك للحد من المواد الكيميائية الخاضعة للرقابة على رقاقة الهياكل المحاصرين (الشكل 3C). تخفيض ضغط صمام من 3 بارات إلى 1 شريط يفضل العلاج الكيميائي تسيطر المحاصرين CP حج (I) السيستئين تحت منطقة فرضت ^18. تغيير لون المحاصرين البرامج القطرية حج (I) السيستئين إلى البني الداكن هوttributed في الحد من الفضة األحادية لهذا المعدن، بما يتوافق مع الملاحظات السابقة ^18،29.

الشكل 3. محاصرة من حج (I) السيستئين البرامج القطرية والحد من المواد الكيميائية التي تسيطر عليها. (أ) صورة المجهر الضوئي تظهر محاصرة لفي الموقع synthetized حج (I) السيستئين CP وجيل من مسار التنسيق الجديد. (ب) صورة مجهرية من البرامج القطرية المحاصرين تحت منطقة فرضت بعد إزالة حلول الكواشف الفائض مع تدفق المياه، وفي (C)، صورة مجهرية من نفس صمام الصغير بعد عملية اختزال. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

يمكن تعديل النهج المبلغ عنه بسهولة لتصنيع أشكال صمامات مختلفة لتحمل تطبيقات أخرى مثل حبس السوائل. في الواقع ، تسمح مرونة هذا البروتوكول أيضا بتعديل سمك الطبقة السفلية ، وبالتالي غشاء PDMS ، من بضع عشرات إلى بضع مئات من الميكرون لتلبية أي تطبيق مثير للاهتمام. علاوة على ذلك ، يمكن تحسين أبعاد الهياكل في كل طبقة من الجهاز للتطبيق المطلوب ويمكن تحقيق ارتفاعات مختلفة من الهياكل على القوالب الرئيسية ببساطة عن طريق تدوير المقاوم للضوء بسرعات مختلفة. يؤدي تدوير مقاومة الضوء بسرعة أعلى إلى هياكل أرق.

لتنفيذ البروتوكول بشكل أفضل ، تعد بيئة الغرفة النظيفة لتصنيع القوالب الرئيسية ضرورية إلى حد كبير. خلاف ذلك ، سيؤدي إجراء التصنيع إلى قوالب رئيسية معيبة وبالتالي إلى أجهزة الموائع الدقيقة غير الصالحة للاستعمال. يجب التأكيد على جانبين حاسمين في هذا البروتوكول: 1) درجة الحرارة الثابتة للفرن التي تحتاج إلى تعديل إلى 80 درجة مئوية و 2) الفترة الزمنية المبرمجة بين العمليات التي يجب الامتثال لها بدقة. قد يؤدي أي تعديل لدرجة الحرارة والإطار الزمني في البروتوكول إلى رقائق غير مرتبطة ، وبالتالي إلى أجهزة غير وظيفية.

تم استخدام الظروف "الخالية من الاضطرابات" التي تتم مواجهتها عادة في أنظمة الموائع الدقيقة مؤخرا لتوليد الهياكل المجهرية أو المواد الجزيئية داخل³⁰ وخارج رقائق الموائع الدقيقة أحادية الطبقة³¹. في رقائق الموائع الدقيقة ذات الطبقة المزدوجة ، يمكن معالجة نظام التدفق الرقائقي ، وبالتالي ، يمكن التلاعب بالواجهة المتولدة بين التدفقات المشتركة المستمرة باستخدام أقفاص تعمل بالهواء المضغوط^18،28. توفر هذه الأجهزة أيضا تحكما فعالا في المسار الاصطناعي ، والذي بدوره يؤدي إلى توطين دقيق ومحاصرة على الأسطح¹⁸.

كما ذكرنا سابقا ، تم استخدام التشغيل الهوائي في رقائق الموائع الدقيقة ذات الطبقة المزدوجة سابقا لتطبيقات مختلفة مثل محاصرة الخلايا²⁰ ودراسات النشاط الأنزيمي²¹ وتبلور البروتين²⁴. ومع ذلك ، فإن الهدف الرئيسي من النهج المبلغ عنه هو اقتراح منصة لاستخدامها في محاصرة وتوجيه مسار التنسيق للمادة الجزيئية البلورية والتحكم في التفاعلات الكيميائية على الهياكل المحاصرة على الرقاقة^18،25.

لا تسمح الطريقة الموصوفة بحبس الهياكل متباينة الخواص فحسب ، بل يمكن استخدامها لتوطين الجسيمات على الأسطح. يمكن توجيه الدراسات المستقبلية بشكل فعال نحو تصميم أشكال صمامات جديدة لتطبيقات إضافية في علم الأحياء وعلوم المواد وتقنيات الاستشعار. يمكن استخدام الجمع بين أشكال الصمامات المختلفة بالإضافة إلى ارتفاعات القنوات المتغيرة وسمك الغشاء للوفاء بتطبيقات محددة ، مثل الدراسات الكيميائية القائمة على الخلط المنتشر وتوطين نمو المواد.

تطبيق آخر للمنصات الدقيقة الموصوفة هو المنشطات الكيميائية الخاضعة للرقابة للبلورات ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تكوين عقلاني للواجهات في الهياكل البلورية¹⁹. يوفر هذا النهج أيضا مجموعة واسعة من المعالجات اللاحقة للهياكل المحاصرة على الرقاقة. منهجية ستفتح بلا شك آفاقا جديدة في هندسة المواد.

من المهم التأكيد على أن عدد التقنيات التي تمكن من التفاعلات الكيميائية الخاضعة للرقابة في ظل الظروف الديناميكية وعلى المواد البلورية محدود للغاية في الوقت الحاضر ، مما يجعل هذا النهج جذابا للغاية في المجالات المتعلقة بالمواد. ومع ذلك ، فإن أحد القيود الرئيسية لهذه التكنولوجيا هو استخدام PDMS. المطاط الصناعي PDMS غير متوافق مع العديد من المذيبات العضوية ، مما يحد من عدد التفاعلات التي يمكن إجراؤها داخل هذه الرقائق الدقيقة. في المستقبل ، ستكون هناك حاجة ماسة إلى تطوير اللدائن الأخرى التي يمكن أن تتحمل وتكون مستقرة ضد عدد أكبر من المذيبات العضوية من أجل توسيع هذا المجال من البحث ليشمل مواد وكيمياء أخرى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
أقنعة فيلم عالية الدقة	Microlitho ، المملكة المتحدة	-	الميزات وصولا إلى 5 &# 956 ؛ m
SU8 مقاوم للضوء	MicroChem Corp. ، الولايات المتحدة الأمريكية	SU8-3050-رقائق
السيليكون	Silicon Materials Inc. ، ألمانيا	4 "رقائق السيليكون	السطح الأمامي: مصقول ، السطح الخلفي: محفور
سيليكون المطاط الصناعي كيت (PDMS)	داو كورنينج ، الولايات المتحدة الأمريكية	سيلجارد & ريج ؛ 184-سبينر
	سويس مايكروتك ، ألمانيا	دلتا 80 الدوار	-
UV-Optometer	Gigahertz-Optik Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية	X1-1-Mask
Aligner	Suiss MicroTech ، ألمانيا	Karl Suss MA / BA6   ؛	-
SU8 المطور	Micro resist technology GmbH ، ألمانيا	mr-Dev 600-Trimethylsilyl
chloride   ؛	سيجما ألدريتش ، سويسرا	386529	& ge ؛ 97٪ تنبيه: تعامل معها فقط تحت غطاء الدخان.
مثقاب الخزعة	Miltex GmBH ، ألمانيا	33-31AA-P / 25	1 مم
لكمة خزعة	Miltex GmBH ، ألمانيا	33-31A-P / 25	1.5 مم
غطاء زجاجي	Menzel-Glaser ، ألمانيا	BB024040SC	24 مم & مرات 60 مم ، # 5
مختبر معالج كورونا	منتجات Electro-Technic ، الولايات المتحدة الأمريكية	BD-20ACV   ؛	-
أنابيب PTFE	PKM SA ، سويسرا	AWG-TFS-XXX	AWG 20TFS ، لفة 100   ؛ م
أنابيب مطاط السيليكون	منتجات Hi-Tek ، معرف المملكة المتحدة	-	1 مم
مضخات حقنة neMESYS	Cetoni GmbH ، ألمانيا	الضغط المنخفض (290N)	-
كاميرا عالية الدقة	Zeiss ، ألمانيا	Axiocam MRc
5-Fluorescent المجهر المقلوب	Zeiss ، ألمانيا	Axio Observer A1	قابلة للتشغيل بطولين موجيين ، i.< / em> ، 350 نانومتر و 488 نانومتر
جسيمات فلورسنت البوليسترين الخضراء	فيشر العلمية ، سويسرا	11523363	الحجم: 5.0 &# 956; م ، المحتوى الصلب: 1٪
نترات الفضة (AgNO3< / sub>)	Sigma-Aldrich ، سويسرا	209139	& ge ؛ 99.0٪
L-Cysteine (Cys)	Sigma-Aldrich ، سويسرا	W326305	& ge ؛ 97.0٪
طبق وزن يمكن التخلص	سيجما ألدريتش ، سويسرا	Z154881	لتر ومرات ؛ W & مرات H : 86  مم & مرات ؛ 86  مم & مرات ؛ 25  مم
طبق وزن يمكن التخلص	منه سيجما ألدريتش ، سويسرا	Z708593	سداسية ، مقاس XL
ملعقة بلاستيكية	Semadeni ، سويسرا	3340	لتر & مرات ؛ العرض: 135 مم × 14 مم
صبغ ، Bemacron ROT E-G	Bezema ، سويسرا	BZ 911.231	مجهر مجسم أحمر
	Wild Heerbrugg ، سويسرا	Wild M8	تكبير 500x
مشارط يمكن التخلص منها	B. Braun ، سويسرا	233-5320	Nr. 20
L-Ascorbic	acid Sigma-Aldrich ، سويسرا	A4403	-

منه