متعدد الألوان كشف الإسفار عن القطرة على microfluidics عن طريق الألياف البصرية

الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار تطبيق بسيط للكشف عن مضان الموائع الدقيقة بالقطرات باستخدام الألياف الضوئية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في الفحص البيولوجي عالي الإنتاجية ، مثل تحديد الأنماط الظاهرية النادرة والتطور الموجه للإنزيمات. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بتطبيق بسيط وغير مكلف للكشف عن التألق في الموائع الدقيقة للقطرات.

للبدء ، ضع رقاقة سيليكون بقطر ثلاثة بوصات تم تنظيفها مسبقا على ظرف الفراغ لآلة الطلاء الدورانية. بعد ذلك ، ضع ملليلتر واحدا من SU-8 3050 في وسط الرقاقة ، وقم بتدوير الرقاقة لتوفير طبقة من مقاومة الضوء بسمك 80 ميكرومتر. قم بإزالة الرقاقة المطلية من المغطي الدوار وضعها على لوح تسخين مسخن مسبقا إلى 135 درجة مئوية.

بعد 30 دقيقة ، قم بإزالة الرقاقة واتركها تبرد مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، ضع الرقاقة على سطح مستو وقم بمحاذاة قناع الطبقة الأولى على الرقاقة. قم بتعريض الرقاقة تحت مصباح LED موزاة 190 مللي واط و 365 نانومتر لمدة ثلاث دقائق.

بعد التعرض ، ضع الرقاقة على لوح تسخين 135 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة ثم اتركها لتبرد مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة. بمجرد أن تبرد ، ضع الرقاقة مرة أخرى على المغطي الدوار وألصقها على الظرف. ضع ملليلتر إضافيا من SU-8 3050 في وسط الرقاقة وقم بتدويرها لمدة 20 ثانية عند 500 دورة في الدقيقة.

تليها 30 ثانية عند 5,000 دورة في الدقيقة. بعد ذلك ، اخبز الرقاقة على لوح تسخين. اتركه ليبرد مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة ثم ضعه مرة أخرى على سطح محاذاة القناع.

استخدم نطاق التشريح لمحاذاة قناع الطبقة الثانية يدويا مع علامات المحاذاة المنقوشة على الرقاقة. بمجرد محاذاة الرقاقة بشكل صحيح ، قم بتعريض الرقاقة المطلية لمدة 4-1 / 2 دقيقة باستخدام نفس الظروف كما كانت من قبل. بعد التعرض ، ضع الرقاقة على لوح تسخين على حرارة 135 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة ، ثم قم بتبريد الرقاقة وقم بتثبيتها مرة أخرى على المغطي الدوار.

ضع ملليلترا واحدا من SU-8 3050 على الرقاقة للمرة الثالثة وقم بالدوران لإضافة 100 ميكرومتر إضافي من مقاومة الضوء. أخرجي الرقاقة واخبزيها على لوح تسخين 135 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. ثم قم بتبريده إلى درجة حرارة الغرفة وضعه على سطح المحاذاة.

قم بمحاذاة قناع الطبقة الثالثة مع الهندسة السابقة وكشف الرقاقة المطلية باستخدام الشروط السابقة لمدة تسع دقائق. بعد التعرض ، ضع الرقاقة على لوح تسخين 135 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة ثم قم بتبريدها إلى درجة حرارة الغرفة. بمجرد أن تبرد ، قم بتطوير الأقنعة عن طريق غمر الرقاقة في حمام متحرك للمطور لمدة 30 دقيقة.

أخيرا ، اغسل الرقاقة في الأيزوبروبانول ثم اخبزها مرة أخيرة لمدة دقيقة واحدة على لوح تسخين على حرارة 135 درجة مئوية. قم بتخزين السيد المطور في طبق بتري مقاس 100 ملم حتى التشكيل. قم بإعداد خليط 10: 1 من PDMS عن طريق الجمع بين 50 جراما من قاعدة السيليكون وخمسة جرامات من عامل المعالجة في كوب بلاستيكي.

امزج المحتويات بأداة دوارة ، ثم قم بإزالة الخليط من داخل المجفف لمدة 30 دقيقة ، أو حتى تتم إزالة كل فقاعات الهواء. صب PDMS منزوع الغاز فوق السيد المحضر لإعطاء سمك ثلاثة ملليمترات. بعد ذلك ، ضع طبق بتري مرة أخرى في المجفف لمزيد من التفريغ.

بمجرد إزالة جميع الفقاعات ، اخبز الجهاز على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 80 دقيقة. بمجرد أن يبرد ، قم بقص الجهاز من القالب باستخدام مشرط بحيث يمكن الوصول إلى كل من الهندسة عن بعد 120 ميكرومتر و 220 ميكرومتر من جانب الجهاز. ثم قم بثقب مداخل ومخارج السوائل بكمة خزعة 0.75 مم.

تعالج البلازما الجهاز بجانب مميز لأعلى جنبا إلى جنب مع شريحة زجاجية مسبقة التنظيف وبلازما أكسجين 1 مللي بار لمدة 20 ثانية في منظف بلازما 300 واط. اربط الجهاز عن طريق وضع الجانب المزخرف لجهاز PDMS بإحكام على الجانب المعالج بالبلازما من الشريحة الزجاجية. ثم ضع الجهاز في فرن جهاز 80 درجة مئوية وأعد الجهاز المجمع لمدة 40 دقيقة.

بمجرد خبزها ، استخدم حقنة لغسل الجهاز بسائل معالجة السطح المفلور لجعل القنوات كارهة للماء. ثم اخبز الجهاز على الفور على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 10 دقائق لتبخر المذيب. قم بإعداد ألياف إثارة ليزر عن طريق إزالة العزل من آخر خمسة ملليمترات من الألياف الضوئية.

أيضا ، قم بإعداد الألياف لجمع إشارة الفلورسنت عن طريق إزالة العزل من آخر خمسة ملليمترات من الألياف الضوئية الأكبر. افحص أطراف جميع الألياف تحت المجهر. إذا لم تنته النصائح بسطح مستو ، فقم بربط النهايات باستخدام كاتب ألياف.

بعد ذلك ، قم بتوصيل مقرنة ألياف الليزر بجهاز ليزر 50 مللي واط 405 نانومتر وقم بتوصيل أحد الألياف الأساسية 105 ميكرومتر بالليزر. قم بتوجيه الطرف المجرد لمستشعر مقياس طاقة الليزر واستخدم التعديلات الدقيقة لمقرنة الليزر لزيادة طاقة الليزر إلى أقصى حد. قم بإجراء نفس العملية لضبط الألياف الأخرى باستخدام ليزر 50 مللي واط 473 نانومتر.

بعد ذلك ، قم بتركيب مرشح ممر النطاق الرباعي على أنبوب مضاعف الصورة باستخدام أنابيب العدسة لحجب ضوء الليزر ونقل التألق المنبعث. قم بتوصيل قارنة توصيل الألياف بحيث ينتقل الضوء عبر المرشحات قبل ضرب أنبوب مضاعف الصورة. بعد ذلك ، قم بتوصيل ألياف التجميع بمقرنة الألياف.

ضع شريحة الموائع الدقيقة المصنعة على مسرح المجهر المقلوب إلى جانب كاميرا رقمية قادرة على سرعات غالق لا تقل عن 100 ميكروثانية. العمل بعناية من الجانبين ، أدخل الألياف المقترنة بالليزر 473 نانومتر في أبعد قناة 120 ميكرومتر. احرص على عدم ثقب قناة التدفق الرئيسية.

بعد ذلك ، أدخل الألياف المقترنة بالليزر 405 نانومتر في أبعد قناة جانبية بارتفاع 120 ميكرومتر ، مما يوفر تباعدا بين الألياف يبلغ 300 ميكرومتر. أخيرا ، أدخل أنبوب مضاعف الصور الأكبر المقترن بالألياف في القناة التي يبلغ ارتفاعها 220 ميكرومتر العادية لألياف إثارة الليزر. املأ حقنة سعة خمسة ملليلتر مملوءة ب HFE 7500 تحتوي على 2٪ من مادة الفلورو السطحية الأيونية وقم بتثبيتها على مدخل زيت الفاصل لجهاز الكشف باستخدام أنبوب PE2.

بعد ذلك ، املأ حقنة بمستحلب FITC مختلط وصبغة زرقاء وقم بتثبيتها على مضخة حقنة موجهة رأسيا مقترنة بالجهاز كمدخل لإعادة حقن القطرات باستخدام أنبوب PE2. قم بتوصيل طول أنبوب البولي إيثيلين من مخرج الجهاز بحاوية النفايات. بعد ذلك ، قم بتجهيز الجهاز عن طريق تشغيل كل مضخة بسرعة 1,000 ميكرولتر في الساعة حتى ينظر إلى كل من الزيت والقطرات على أنها تتحد بانتظام في الجهاز وتتدفق في اتجاه مجرى النهر.

اضبط معدلات التدفق بحيث يعمل زيت الفاصل بسرعة 6,000 ميكرولتر في الساعة ، والقطرات بسرعة 100 ميكرولتر في الساعة ، مما يوفر مسافات كبيرة بين القطرات التي تنتقل عبر منطقة الكشف. ثم قم بتشغيل الليزر وابدأ برنامج الحصول على البيانات. بعد ذلك ، اضبط كسب أنبوب مضاعف الصورة لتوفير إشارات تزيد عن 100 ضعف أرضية ضوضاء خط الأساس.

أخيرا ، اضبط طاقة الليزر بحيث تكون جميع القمم المزدوجة مرئية بوضوح على تتبع زمني واحد ذي مقياس خطي. تصادف القطرة المتدفقة عبر قناة الكشف مناطق إثارة منفصلة أمام كل من الألياف الضوئية المقترنة بالليزر. تسجل ألياف الكشف التألق المنبعث مع تحول زمني مع فصل الذروة الذي يرتبط بالوقت الذي تستغرقه القطرة للانتقال من منطقة إثارة إلى أخرى.

هذا يلغي الحاجة إلى مزيد من تصفية الضوء وأنابيب مضاعف الصور المنفصلة. تم اختبار فعالية مخطط الكشف عن طريق الكشف عن مستحلب مختلط من القطرات التي تحتوي على أصباغ تثير عند 405 نانومتر و 473 نانومتر. يوضح هذا الرسم البياني فصلا واضحا بين أنواع القطرات الأربعة المعاد حقنها عند تدفقها عند حوالي 50 هرتز.

تم فحص النطاق الديناميكي والحساسية المطلقة للكاشف عن طريق قياس قطرات الفلورسين فقط. تظهر البيانات قدرة النظام على اكتشاف تركيزات الصبغة التي تتراوح من 0.1 إلى 100 نانو مولار. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تنفيذ نظام بسيط ومضغوط للكشف عن التألق من خلال استخدام مجموعة من الألياف الضوئية المدرجة وكاشف صور واحد.