إنشاء 50 نيوتن متر الفرعية علم الموائع النانوي المفارق في PDMS ميكروفلويديك رقاقة عن طريق عملية التجميع الذاتي من الغروية الجسيمات

يوضح هذا البروتوكول تقنية جديدة وبسيطة للتجميع الذاتي لجزيئات السيليكا النانوية الغروية لإنشاء تقاطع نانوي بين قناتين ميكرويتين في بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان. يمكن استخدام غشاء الخرزة بحجم مسام يبلغ حوالي 45 نانومتر ، والذي يعمل كغشاء انتقائي للكاتيون ، للتركيز الكهروميكانيكي لعينات الحمض النووي والبروتين. نظرة عامة: في الخطوة الأولى ، يتم صب جهاز PDMS المزود بمصائد نانوية من خلال عملية صب مزدوجة.

بالبلازما بركيزة زجاجية ، يتم حقن حبات السيليكا الوظيفية السطحية في القنوات الدقيقة لتشكيل الغشاء الغروي ذاتي التجميع. أخيرا ، يتم تطبيق جهد عبر الغشاء باستخدام مقياس المصدر ومقسم الجهد. لوحظ استنفاد الأيونات وزيادة التركيز باستخدام مجهر epifluorescence مقلوب ، مع كاميرا CCD.

تحضير معلقات الجسيمات الغروية السيليكا: بدءا من حبات السيليكا 300 نانومتر ؛ مخزون حبة دوامة لمدة 30 ثانية ؛ اسحب نظام التعليق سعة 600 ميكرولتر في أنبوب Eppendorf ، وجهاز الطرد المركزي لمدة دقيقة واحدة عند 2 ، 600 جرام. بعد الطرد المركزي ، قم بإزالة المادة الطافية بعناية. أعد تعليق الخرزات ب 400 ميكرولتر من مخزن فوسفات الصوديوم الملكي الواحد ، للوصول إلى تركيز عمل 15٪.

دوامة للوصول إلى تعليق متجانس. كرر نفس الخطوات لتحضير حبات السيليكا 500 نانومتر. بالنسبة لخرز السيليكا الكربوكسيلية 500 نانومتر ، تزن 100 ملليغرام في أنبوب فالكون سعة 15 ملليلترا.

ثم انقل 9.8 مل من كلوريد الصوديوم أحادي المولار لإعادة تعليق الخرز. دوامة الأنبوب بقوة. اقلب الأنبوب عدة مرات لإزاحة الخرزات المتأثرة في الأسفل.

لتعديل شحنة السطح على الخرزات ، نقوم بإعداد اثنين من البوليكتروليتات: PAH و PSS. يتم تحضير PSS 0.9٪ عن طريق إذابة 180 ملليغرام من PSS مع 200 ملليلتر ، كلوريد الصوديوم أحادي المولار. يتم تحضير 0.4٪ PAH عن طريق خداع 300 ميكرولتر من محلول المرق إلى 15 مل من كلوريد الصوديوم أحادي المول.

Vortex كلا الحلين لضمان ذوبهما بالكامل. لإيداع طبقة PAH مشحونة إيجابيا ، أضف 200 ميكرولتر من محلول PAH إلى تعليق الخرز. دوامة لمدة دقيقة واحدة واحتضان التعليق في دوار لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة.

لغسل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات غير المنضمة ، قم بالطرد المركزي للتعليق عند 1 ، 801 جم لمدة دقيقة واحدة ، لتسريع الخرز. قم بإزالة المادة الطافية. ماصة من واحد إلى ملليلتر من الماء في الأنبوب لتعطيل الخرز.

أضف ثمانية ملليلتر المتبقية من الماء ثم دوامة. كرر إجراء الغسيل أربع مرات أخرى. بعد الغسيل الخامس وجهاز الطرد المركزي ، تخلص من المادة الطافية وأعد الخرزات ب 9.8 مل من كلوريد الصوديوم أحادي المول.

لإيداع طبقة PSS سالبة الشحنة ، أضف 200 ميكرولتر من محلول PSS إلى تعليق الخرزة. دوامة لمدة دقيقة واحدة واحتضان التعليق في الدوار لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة. اغسل الخرزات خمس مرات بماء DI كما هو الحال مع طلاء PAH.

بعد الغسيل الأخير ، تخلص من المادة الطافية ، وأعد تعليق الخرزات ب 650 ميكرولتر من محلول فوسفات الصوديوم الملي واحد مع 0.05٪ توين 20. انقل تعليق الخرزة إلى أنبوب eppendorf. لتحضير حبات السيليكا الأمينية 500 نانومتر ، كرر نفس الإجراء لإيداع طبقة PSS واحدة سالبة الشحنة.

تصنيع رقاقة الموائع الدقيقة PDMS: لتصنيع سيد السيليكون ، قم أولا بطلاء مقاوم للضوء بسمك ميكرومتر واحد عند 4 ، 000 دورة في الدقيقة على رقاقة السيليكون. ثم استخدم الطباعة الحجرية الإسقاط والنقش الأيوني التفاعلي لإنشاء قنوات نانوية مستوية بعمق 700 نانومتر وعرض ميكرومتر كمصائد نانوية للخرز. ثم قم بتدوير طبقة مقاومة الضوء الثانية عند 2 ، 000 دورة في الدقيقة وقم بإجراء محاذاة مع المصائد النانوية المزخرفة سابقا.

أضف القنوات الدقيقة عبر الطباعة الحجرية التلامسية والنقش الأيوني العميق التفاعل للسيليكون. لإنشاء طبقة التحرير ، قم بتسخين سيد السيليكون في وعاء مفرغ من الهواء يحتوي على 50 ميكرولتر ثلاثي كلورو سيلان ، طوال الليل. لصب قالب PDMS ، امزج قاعدة PDMS مع عامل المعالجة بنسبة 10: 1.

صب المزيج فوق سيد السيليكون. ضع السيد مع PDMS في وعاء مفرغ من الهواء لإزالة فقاعات الهواء واخبزها في الفرن على حرارة 70 درجة مئوية لربط PDMS. بعد الخبز لمدة ساعتين ، قم بإزالة لوح PDMS بعناية من سيد السيليكون.

عالج السطح بالبلازما لإنشاء رابطة دائمة برقاقة سيليكون فارغة. قم بإرفاق شريط على طول الحافة لتمييز خط التقسيم لخطوة صب PDMS التالية. لإنشاء طبقة لتحرير القالب ، قم بتشكيل قالب PDMS في وعاء مفرغ من الهواء طوال الليل.

قم بصب PDMS فوق قالب PDMS ونقله إلى وعاء مفرغ من الهواء للتفريغ. ثم اخبزيها في الفرن. انزع لوح PDMS المعالج من قالب PDMS على طول خط التقسيم المميز بشريط لاصق.

قم بقطع الأجهزة بعناية وقم بعمل ثقوب باستخدام خزعة 1.5 ملم في الخزانات. بعد تنظيف السطح بشريط لاصق و IPA ، قم بربط البلازما بجهاز PDMS على شريحة زجاجية مجهرية مقاس 25 ملم × 75 ملم. مباشرة بعد الترابط بالبلازما ، قم بحقن 10 ميكرولتر من التعليق في المداخل الأربعة والسادسة من قنوات توصيل الخرزة.

بعد ملء قنوات توصيل الخرزة ، قم بتغطية جميع الخزانات باستثناء المنفذين الأول والتاسع ، من قنوات توصيل الخرز. جفف الجهاز بالهواء لمدة ثلاث ساعات في درجة حرارة الغرفة وخزنه على درجة حرارة أربع درجات مئوية قبل الاستخدام. تظهر الصور المجهرية للجهاز أن الجسيمات الغروية تتجمع داخل قنوات توصيل الخرزة العلوية والسفلية.

تظهر صورة SEM جزيئات غروية من السيليكا ذاتية التجميع بحجم 300 نانومتر محاصرة بمصفوفات المصيدة النانوية ، بين العينة والقناة العازلة. املأ المداخل الثالثة والسبعة من القنوات العازلة ب 10 ميكرولترات من محلول فوسفات الصوديوم المليمولي واحد. املأ مدخل قناة العينة الخامس ب 10 ميكرولترات من عينة الحمض النووي 10 نانومولار.

استخدم ضغطا سلبيا لطيفا باستخدام طرف ماصة مقلوب على جميع المنافذ لملء القنوات بالمحاليل بدون فقاعات هواء. أضف 10 ميكرولترات من المخزن المؤقت لفوسفات الصوديوم إلى الخزانين الثاني والثامن، و10 ميكرولترات من عينة الحمض النووي إلى الخزان 10، لتثبيت الضغط لمدة خمس دقائق. تجربة التركيز الكهروميكانيكي للحمض النووي: قم بتوصيل شريحة الموائع الدقيقة بمقسم جهد متصل بمقياس المصدر.

أدخل أسلاك PT في الخزانات الثالثة والسبعة والخامسة و10. تطبيق الجهد عبر تقاطع الموائع النانوية. قم أولا بتطبيق 30 فولت على الخزانات خمسة و 10 ، وقم بالأرض على الخزانات الثالثة والسابعة.

اخفض الجهد إلى 25 فولت في الخزان 10 بعد 30 ثانية تقريبا. نتائج التركيز المسبق للحركة الكهروالحركية: تمتلئ قناة الموائع الدقيقة بالحمض النووي ، بتركيز أولي عند 10 نانو مولار. تظهر الصور المجهرية ذات الفاصل الزمني تكوين منطقة استنفاد الأيونات ، إما تقاطعات غروية نانوية.

بدأت منطقة استنفاد الأيونات في 10 ثوان. تم إنشاء قابس DNA مركز عند تطبيق الجهد على قناة العينة ، بينما تم تأريض القنوات العازلة. تم استخدام الخطوط المنقطة لتسليط الضوء على جدران القناة.

يتم تحقيق عامل تركيز يبلغ حوالي 1 ، 700 ضعف في غضون 15 دقيقة باستخدام غشاء غروي 300 نانومتر. يتزايد متوسط شدة التألق للحمض النووي كدالة للوقت في الميمبراب النانوي. تمثل الخطوط المنقطة مستوى الإشارة للحمض النووي 10 نانومولار و 17 ميكرومولار واثنين من الميكرومولار و 10 ميكرومولار.

يتم إنشاء السدادة المركزة في الغشاء النانوي الذي يسهل اختراقه لخرز السيليكا 300 نانومتر. حبات السيليكا 500 نانومتر ؛ حبات أمين السيليكا 500 نانومتر ، مطلية بطبقة واحدة من PSS ؛ وخرز كربوكسيل السيليكا 500 نانومتر ، مطلية بطبقتين من الهيدروكربوكسل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات و PSS. الاستنتاجات: باستخدام غشاء السيليكا الغروي المجمع ذاتيا بحجم مسام يقدر ب 45 نانومتر ، أظهرنا استقطاب تركيز الأيونات بالقرب من تقاطع الموائع النانوية ، ومركزنا عينة من الحمض النووي بمقدار 1700 مرة في غضون 15 دقيقة. بالمقارنة مع القنوات النانوية القائمة على السيليكون ، فإن الميزة الرئيسية للغشاء الغروي المجمع ذاتيا ، هي إمكانية أداء وظائف السطح تماما خارج جهاز الموائع الدقيقة المختوم ، في قارورة منفصلة.

نعتقد أن هذا النهج يفتح إمكانية تصنيع منصة نانوية دقيقة بسرعة بأحجام مسام قابلة للضبط بسهولة ، من خلال التحكم في حجم الخرزة أو القوة الأيونية أو قيمة الأس الهيدروجيني للمحلول العازل لدراسة النقل الأيوني والجزيئي في نطاق 10 إلى 100 نانومتر.