تصنيع وتصور الجسور الشعرية في هندسة المسام الشق
يناير 9, 2014
يتم تقديم إجراء لإنشاء وتصوير الجسور الشعرية في هندسة المسام الشقية. يعتمد إنشاء الجسور الشعرية على تكوين الأعمدة لتوفير التغايرية الفيزيائية والكيميائية الاتجاهية لتثبيت السائل. يتم تشكيل الجسور الشعرية والتلاعب بها باستخدام microstages وتصور باستخدام كاميرا CCD.
الهدف العام من هذا الإجراء هو تشكيل وتصوير الجسور الشعرية في شق هندسة ضعيفة. يتم تحقيق ذلك عن طريق صنع ركائز عمودية PDMS طويلة الارتفاع أولا باستخدام قوالب الطباعة الحجرية للصور القياسية. تتمثل الخطوة الثانية في تشغيل الجزء العلوي من الأعمدة لإدخال تباين مبلل بين الجزء العلوي والجانبين باستخدام الطباعة الحجرية لنقل البصمة والطبقات الأحادية المجمعة ذاتيا.
بعد ذلك ، يتم وضع العمودين في مواجهة بعضهما البعض في جهاز المرحلة الدقيقة رباعي المحاور. تسمح درجات الحرية الانتقالية والدورانية للمحقق بمحاذاة العمودين المواجهة بشكل صحيح والتحكم في الفصل بين الأعمدة أثناء التجربة. الخطوة الأخيرة هي إدخال السائل بين العمودين المرتفعين وتصوير الجسر الشعري الناتج بكاميرا CCD.
نظرا لتغير ارتفاع صب الشق ، يتم استخدام التغيير في مورفولوجيا الجسر السائل مع زيادة ارتفاع الصب الشقي في النهاية لإظهار أن ضغط لالو للجسر السائل يتحول من الجاذبية إلى المثيرة للاشمئزاز مع زيادة ارتفاع الصب الشقي. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لفهم خصائص ظاهرة الترطيب المثبتة جزئيا. يمكن أيضا تطبيقه على مشاكل مثل تصميم رقاقة الوجه واستعادة الزيت في المواد المسامية والالتصاق المستوحى من الحيوية.
قبل البدء في هذا الإجراء ، قم بتنظيف رقاقة السيليكون بمقدار أربعة بوصات بمحلول بيها بعد Spinco SU eight 2002 على سطح الماء لمدة 40 ثانية عند 500 دورة في الدقيقة. التالى: Spinco SU 8 20 50 ، على الرقاقة مع برنامج مبرمج تدور بخطوتين لمدة 40 ثانية عند 500 دورة في الدقيقة متبوعا بدقيقة واحدة عند 1500 دورة في الدقيقة. بمجرد تجفيف الرقاقة المطلية بالدوران ، ضع قناع شفاف فوقها ، ثم ضعها تحت مصباح الأشعة فوق البنفسجية وقم بتعريضها لمدة 30 ثانية عند 200 واط.
بعد تجفيف الرقاقة على لوح تسخين 95 درجة مئوية ، ضعه في محلول مطور SU eight وقم بتحريكه برفق حتى تتم إزالة كل SU ثمانية غير المكشوفة. ثم اشطف الرقاقة في تيار من كحول الأيزوبروبيل لمدة 30 ثانية وجففها بالنيتروجين. في هذه المرحلة ، امزج بقوة نسبة كتلة 10 إلى واحدة من واقي P-D-M-S-S ، و 180 4 قاعدة لعامل المعالجة في دورق باستخدام قضيب تحريك يمكن التخلص منه Degas ، و PDMS في غرفة مفرغة حتى تختفي جميع الفقاعات.
بعد وضع قالب SU الثمانية المصنع في طبق وانغ بلاستيكي كبير بحجم أربعة بوصات ، اسكب خليط PDMS فوقه. بعد تفريغ القالب وخليط PDMS ، ضع الطبق بالكامل في فرن على حرارة 75 درجة مئوية لمدة ساعتين على الأقل. بمجرد أن تبرد العينة إلى درجة حرارة الغرفة ، اقطع الطبق عن PDMS و PDMS من رقاقة السيليكون بشفرة حلاقة مستقيمة.
ثم قم بقص منطقة PDMS بالأعمدة من الجزء الأكبر وقم بتخزينها في طبق بتري نظيف. بعد تبخير 20 نانومتر من الذهب مباشرة على رقاقة سيليكون نظيفة ، ضعها في مفاعل بلازما ونظفها باستخدام بلازما الأكسجين عند ضغط 300 ميل بقوة 50 واط لمدة 10 دقائق. عند الانتهاء ، ضع الرقاقة في طبق بيركس بتري مليء ب 200 مادة من الإيثانول لمدة 10 دقائق على الأقل.
بعد إزالة الرقاقة من الطبق ، اشطفها بالإيثانول وجففها بالنيتروجين. قم بعد ذلك بتغطية محلول التولوين MPTS المعد مسبقا على الرقاقة بسرعة 500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ، متبوعا ب 2 ، 750 دورة في الدقيقة لمدة دقيقة واحدة. بمجرد شطف الرقاقة وتجفيفها ، ضعها في طبق بيركس بتري الذي يحتوي على ما يكفي من محلول حمض الهيدروكلوريك 16 مللي مولار لغمر الرقاقة بالكامل.
بعد خمس دقائق على الأقل من الغمر ، قم بإزالة الرقاقة من المحلول وجففها بالنيتروجين. ثم ضع أعمدة PDMS في غرفة البلازما وقم بإجراء بلازما الأكسجين عند ضغط 300 ميلور وقوة 50 واط لمدة 30 ثانية. بعد إزالة ركائز PDMS من مفاعل البلازما ، اربط الجزء الخلفي من كل منها بشريحة زجاجية نظيفة عن طريق الضغط الخفيف عليها.
اقلب ركائز PDMS المدعومة بالزجاج واضغط على الأعمدة لأسفل على أغشية الذهب الوظيفية MPTS. بمجرد تطبيق الضغط المعتدل ، ضع وزنا يبلغ حوالي 100 جرام على الشريحة الزجاجية لضمان التلامس المطابق بعد 12 ساعة على الأقل ، افصل كل ركيزة PDMS عن الرقاقة واستخدم شفرة حلاقة مستقيمة. إذا كانت ركيزة PDMS عالقة ، فاستخدم مجهرا ضوئيا للتحقق من عدم تشقق الفيلم الذهبي أو عدم وجود أجزاء مفقودة على طول العمود.
بعد ذلك ، اغمر ركيزة PDMS في ركيزة معدة مسبقا. محلول ملي مولار MHA ثنائي ميثيل سلفوكسيد لمدة 24 ساعة على الأقل. بعد الشطف بالماء منزوع الأيونات والتجفيف ، ضع ركيزة PDMS في غرفة مفرغة بضغط أقل من 100 ميل عند 25 درجة مئوية لمدة 12 ساعة على الأقل باستخدام ركيزتين عموديتين.
ضع واحدا في الأعلى والآخر في الحاملات السفلية لمجموعة المرحلة الدقيقة ذات المحاور الأربعة. قم بتأمين الركائز باستخدام مسامير الشد الجانبية. في هذه المرحلة ، قم بتجميع الجهاز عن طريق ربط مرحلة الركيزة العلوية بلوح التجارب بحيث تكون الركيزة العلوية أعلى من الركيزة السفلية تقريبا.
قلل الارتفاع بين العمودين المتقابلين إلى حوالي ملليمتر واحد باستخدام مقابض x و y والدوران. في مرحلة الركيزة السفلية. قم بمحاذاة الشرائط الذهبية للركيزتين بحيث تكون متوازية.
ثم ضع الكاميرا لإلقاء نظرة على طول عمود PDMS باستخدام تغذية الكاميرا الحية على شاشة الكمبيوتر بشكل أكبر ، واضبط موضع الركيزة السفلية بحيث تكون الأعمدة متوازية. بعد ذلك ، حرك الكاميرا إلى الجانب الآخر من الجهاز وكرر الخطوتين السابقتين. باستخدام تغذية الكاميرا المباشرة ، قلل الفصل بين العمودين حتى يتلامس العمود العلوي مع العمود السفلي.
ثم قم بتصفير المرحلة الرقمية الدقيقة وقم بزيادة ارتفاع المسام إلى حوالي 200 ميكرومتر. قم بتركيب حقنة تحتوي على محلول ماء جلسرين بنسبة 80٪ على مرحلة ترجمة المحقنة XY و Z باستخدام المشبك الميكانيكي. ثم اضبط الميكرومتر على مرحلة وضع المحقنة بحيث تتناسب إبرة القياس 30 مع صب الشق.
قلل من ارتفاع صب الشق بحيث تتلامس الأسطح العلوية والسفلية برفق مع الإبرة بعد توزيع السائل ببطء من المحقنة في صب الشق. استخدم الميكرومترات في مرحلة وضع المحقنة لإزالة الإبرة من المسام الشقية. يمكن تقسيم الجهاز التجريبي إلى أربعة أجزاء رئيسية.
مرحلة الركيزة العلوية ، ومرحلة الركيزة السفلية ، ومرحلة الترجمة XY للحقنة ، ومرحلة الترجمة Z ، وبصريات الكاميرا وحامل الكاميرا. راجع بروتوكول النص للحصول على تفاصيل حول الجهاز التجريبي في نقل الذهب إلى ركيزة PDMS ، من المهم فصل جهاز PDMS عن رقاقة السيليكون. تظهر بسلاسة وبعناية فيما يلي صورة مجهرية لعمود A-P-D-M-S بالذهب بعد نقل ناجح في الصورة.
فيما يلي صورة تظهر رقائق الذهب الزائدة من الرقاقة التي تم نقلها إلى العمود بسبب سوء النقل. لتسهيل نقل الفيلم الذهبي ، يمكن استخدام ماكينة حلاقة أمان حادة لنزع حافة واحدة من عمود PDMS برفق من رقاقة السيليكون. بالإضافة إلى ذلك ، يجب سحب ركيزة PDMS في اتجاه طبيعي على سطح الرقائق لمنع رقائق الذهب الإضافية من الالتصاق بحافة الركيزة. تفعيلك.
فيما يلي صورة توضح كيف يمكن أن تتشكل الشقوق في الطبقة الذهبية بعد النقل إذا خضعت ركيزة PDMS لقص أو انحناء كبير. بمجرد الانتهاء من عملية التصنيع ، من المهم التحقق من جودة الطبقة الأحادية MHA من خلال اختبار زاوية ملامسة الماء. يظهر هنا قطرة ماء سائلة على ركيزة PDMS ذهبية بعد تشغيلها باستخدام MHA.
تشير زاوية التلامس المنخفضة على PDMS إلى أن العملية كانت ناجحة. يظهر الجزء الداخلي قطرة ماء سائلة موضوعة على أحد الأعمدة المرتفعة بعد الإجراء المكتمل. توضح زاوية التلامس 140 درجة أن الجمع بين عدم التجانس الفيزيائي والكيميائي يسمح بتثبيت القطرة على جانبي الأعمدة.
بمجرد تصنيع الركائز وتثبيتها في حاملات المرحلة الصغيرة ، يمكن ملء القنوات باستخدام المحقنة XY ، مرحلة الترجمة Z الموضحة هنا عبارة عن مسام شق مملوءة بمنظور عمودي على عرض العمود في الصورة. فيما يلي منظور متعامد مع الصورة الأولى المتعامدة مع طول المسام الشقية. تظهر هنا عملية ملء القناة من نفس منظور الصورة الثانية ، ومن الأهمية بمكان خلال مرحلة التعبئة الاستغناء عن السائل من المحقنة.
ببطء ، يمكن للقوة الناتجة عن معدلات التدفق الكبيرة المفاجئة أن تثبت السائل بعمق من أعلى العمود ، مما يتسبب في انتشاره على مناطق PDMS الكارهة للماء. إذا حدث هذا ، فيجب تنظيف الركائز وتجفيفها في عملية التعبئة المتكررة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تشكيل ركائز PDMS.
قم بتشغيلها باستخدام طبقات أحادية التجميع ذاتية التجميع ومحاذاة لتشكيل جسور شعرية. لا تنس أن العمل مع piran يمكن أن يكون خطيرا للغاية والاحتياطات مثل غطاء الدخان العام. نظارات السلامة هي درع للوجه.
يجب استخدام معطف المختبر في قفازات النيوبرين الكاملة عند إجراء هذا الإجراء.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة إجراءً لإنشاء وتصور الجسور الشعرية في هندسة الشق المسام. تتضمن الطريقة تكوين أعمدة توفر تنوعًا ماديًا وكيميائيًا اتجاهيًا لتثبيت السائل، مما يسمح بالتحكم في الجسور الشعرية وتصورها.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الفيزياء الحيوية
- ديناميكا الموائع
الخلفية
- الجسور الشعرية مهمة في العديد من العمليات البيولوجية والفيزيائية.
- فهم تكوين هذه الجسور والتحكم فيها يمكن أن يؤدي إلى رؤى في علوم المواد والبيولوجيا.
- يسمح استخدام المراحل المصغرة بالتحكم الدقيق أثناء التجارب.
- تصور هذه الجسور ضروري لتحليل خصائصها.
هدف الدراسة
- تطوير طريقة موثوقة لتشكيل الجسور الشعرية.
- تمكين تصور هذه الهياكل لتحليل إضافي.
- استكشاف تأثيرات تصميم العمود على سلوك السائل.
الطرق المستخدمة
- إنشاء ركائز عمودية طويلة من PDMS باستخدام التصوير الضوئي.
- تفعيل قمم الأعمدة لإنشاء تباين في التبلل.
- مواءمة الأعمدة باستخدام جهاز مراحل مصغرة رباعي المحاور.
- إدخال السائل بين الأعمدة والتصور باستخدام كاميرا CCD.
النتائج الرئيسية
- تشكيل ناجح للجسور الشعرية بين الأعمدة المحاذاة.
- تبيان التحكم في فصل المحاذاة الأعمدة.
- تصور الجسور الشعرية يوفر رؤى حول ديناميكا الموائع.
- يمكن تطبيق المنهجية على إعدادات تجريبية مختلفة.
الاستنتاجات
- تعمل الإجراء بشكل فعال على إنشاء وتصور الجسور الشعرية.
- يمكن أن تعزز النتائج فهم سلوك السائل في الأشكال الهندسية المقيدة.
- تمتلك هذه التقنية تطبيقات محتملة في كل من البحث والصناعة.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Capillary bridge formation and visualization in slit-pore geometry enables precise study of fluid interface behavior under controlled physical and chemical heterogeneity. This capability is strategically relevant for biopharma R&D teams investigating microfluidic phenomena, adhesion mechanisms, and wetting dynamics in engineered systems. The method supports predictive confidence in early-stage device prototyping and materials assessment for applications such as bio-inspired adhesion and microfluidic chip design.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of fluid interface stability and wetting phenomena relevant to device and assay development.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying the role of physical and chemical heterogeneity in interface pinning.
- Facilitates predictive assessment of material and surface modifications for functional device integration.
Screening & Assay Development
- Provides a validated platform for reproducible formation of capillary bridges in microfluidic and surface-based assays.
- Enables quantitative imaging and morphological characterization of fluid interfaces for assay standardization.
- Supports scalability and platform reuse by allowing controlled variation of geometry and surface chemistry.
Translational & Preclinical Research
- Offers insight into adhesion and wetting relevant to bio-inspired device design and preclinical model systems.
- Facilitates continuity from discovery-stage material evaluation to preclinical device prototyping.
- Supports risk-adjusted advancement of microfluidic and adhesion-based technologies.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-prototyping continuum for microfluidic devices, adhesion platforms, and surface engineering workflows.
- Discovery Biology: Clarifies fluid interface behavior and pinning mechanisms for hypothesis-driven device design.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative morphological outputs for comparative evaluation of surface modifications.
- Analytics: Provides high-resolution imaging and measurement of capillary bridge morphology for data-driven decision making.
- Translational Research: Bridges early discovery findings to preclinical device and material validation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable experimental platform for iterative testing of new materials and geometries.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in fluid interface engineering and device material selection.
- Operational Value: Standardizes fabrication and imaging workflows for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for device and material advancement, reducing late-stage technical risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of microfluidic and adhesion-based technology platforms.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, surface chemistry, and precision alignment.
- Demands access to photolithography, plasma treatment, and high-resolution imaging infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization of fabrication and imaging protocols for reproducibility.
- Adaptation across different pillar geometries and surface chemistries may require protocol optimization.
- Careful handling is needed to avoid defects in gold transfer and monolayer formation, as supported by source observations.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:31
Fabrication of the Polydimethylsiloxane Pillars
3:33
Functionalization of the Tops of the Pillars
6:05
Formation and Characterization of the Capillary Bridges
7:57
Results: Formation and Imaging of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry
10:47
Conclusion
