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

الهدف العام من هذا النهج هو إظهار إمكانات هذا الجهاز للاصطياد ، وتوجيه مسار التنسيق للمادة الجزيئية البلورية والتحكم في التفاعلات الكيميائية على الهياكل المحاصرة على الرقاقة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال علوم المواد مثل تأثير المعالجات الكيميائية الخاضعة للرقابة على خصائص الهياكل ذاتية التجميع. ومن المهم التأكيد على أن عدد التقنيات التي تتيح المعالجة الكيميائية الخاضعة للرقابة في ظل الظروف الديناميكية محدود للغاية حاليا ، مما يجعل هذا النهج جذابا للغاية في المجال المتعلق بالمواد.

للبدء ، قم بإعداد قالب رئيسي سيلاني باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية SU8. جسيم القاذورات حساس بشكل خاص لكل من الوقت ودرجة الحرارة. قد يؤدي أي فشل في اتباع الإطار الزمني ودرجة الحرارة الموصوفة إلى تصنيع جهاز غير مرتبط ، وبالتالي غير وظيفي.

تحضير خليط PDMS عن طريق الجمع بين 50 جراما من المطاط الصناعي و 10 جرامات من عامل المعالجة في طبق وزن يمكن التخلص منه. امزج المكونات تماما باستخدام ملعقة بلاستيكية. بعد ذلك ، ضع PDMS المختلط جيدا في مجفف تحت الفراغ لمدة 15 دقيقة لتفريغ الخليط وإزالة الفقاعات المحبوسة.

أثناء تفريغ الدفعة الأولى من PDMS ، امزج دفعة ثانية باستخدام 10 جرامات من المطاط الصناعي و 0.5 جرام من عامل المعالجة. بعد ذلك ، قم بإصلاح القالب الرئيسي الذي يحتوي على طبقة التحكم في إطار PTFE دائري مقاس 11 ملم. بمجرد تفريغ الخليط من خمسة إلى واحد من PDMS ، قم بإزالته من غرفة التفريغ.

الآن ، صب الخليط من خمسة إلى واحد من PDMS على قالب طبقة التحكم الرئيسي حتى يصل الخليط إلى مستوى الجدار الرأسي المستقيم لإطار PTFE. ثم ضعه في المجفف. في الوقت نفسه ، ضع أيضا مزيجا من 20 إلى واحد من PDMS في المجفف واسحب الفراغ مرة أخرى.

قم بإزالة كل من القالب الرئيسي المطلي ونسبة 20 إلى واحد من PDMS لمدة 30 دقيقة إضافية. بعد ذلك ، أخرجهما كلاهما من المجفف وضع القالب الرئيسي لطبقة التحكم في فرن تم تسخينه مسبقا إلى 80 درجة مئوية. أثناء خبز طبقة التحكم ، ضع القالب الرئيسي للطبقة السائلة على آلة طلاء الدوران.

صب حوالي 4 مل من خليط 20 إلى واحد من PDMS على القالب الرئيسي للطبقة السائلة وقم بتدوير الرقاقة لمدة 40 ثانية عند 1200 دورة في الدقيقة للحصول على طبقة بسمك 60 ميكرومتر. بعد ساعة واحدة من الوقت الإجمالي المنقضي ، افتح الفرن ، ضع الرقاقة المطلية بالدوران بجوار طبقة التحكم واخبزها معا لمدة 15 دقيقة إضافية عند 80 درجة مئوية. ثم ، بعد 75 دقيقة من إجمالي الوقت المنقضي ، أخرج كل من الرقائق من الفرن.

أولا ، انزع خليط الخمسة إلى واحد من PDMS لطبقة التحكم. قطع الرقائق باستخدام شفرة حلاقة. ثم قم بثقب ثقوب المداخل باستخدام لكمة خزعة بملليمتر واحد.

بعد ذلك ، استخدم شريطا لاصقا لإزالة أي حطام من رقائق طبقة التحكم المقطعة. بمجرد تنظيف الرقائق ، استخدم مجهر استريو لمحاذاة شريحة طبقة التحكم أعلى القالب الرئيسي للطبقة السائلة. ثم اسكب وارسم PDMS المتبقي حول الرقائق المجمعة.

وضع الإعداد بالكامل في فرن على حرارة 80 درجة مئوية. اخبز الأجهزة المجمعة بين عشية وضحاها. في اليوم التالي ، أخرج المجموعة المعالجة من الفرن واتركها تبرد حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة.

ثم انزع مجموعة PDMS من القالب الرئيسي للطبقة السائلة. بمجرد التحرر من القالب الرئيسي ، قم بتقطيع الأجهزة ذات الطبقة المزدوجة المصنعة بشفرة واستخدم لكمة خزعة 1.5 ملم لتشكيل مداخل ومخارج السوائل. بعد ذلك ، قم بمعالجة الأغطية الزجاجية والطبقة السائلة للجهاز المجمع بتفريغ الهالة لمدة دقيقة واحدة أو استخدم بلازما الأكسجين ثم اربط السطحين معا على الفور لإكمال جهاز الموائع الدقيقة.

تخبز رقائق البطاطس ذات الطبقات المزدوجة في فرن على حرارة 70 إلى 80 درجة مئوية لمدة أربع ساعات على الأقل. من أجل معالجة فوج التدفق باستخدام مضخة حقنة ووحدة تحكم تعمل بالهواء المضغوط ، قم أولا بتوصيل المحاقن التي تم تحميلها مسبقا ووضعها في مضخة حقنة بمداخل السوائل الدقيقة لجهاز السوائل الدقيقة ونظام التحكم الهوائي بمداخل التحكم في جهاز الموائع الدقيقة. لتصور التدفق ، قم بتحميل إحدى المحاقن بصبغة مائية وقم بتدفقها إلى الغرفة بمعدل تدفق 20 ميكرولتر في الدقيقة.

ثم استخدم نظام التحكم الهوائي لإغلاق الصمام عن طريق تشغيله عند ثلاثة بار. من المهم ملاحظة أن السائل لا يزال يتدفق حول الصمام بمجرد إغلاقه ، وهذه الميزة مهمة لتحقيق المعالجة الكيميائية الخاضعة للرقابة للهيكل المحبوس ، مثل بوليمرات التنسيق. لفتح الصمام ، ما عليك سوى استخدام نظام التحكم لتحرير الضغط.

بينما يتدفق محلول القالب عبر القناة الأولى ، قم بحقن سائل مائي آخر في قناة المدخل الثانية بنفس معدل التدفق لتشكيل واجهة بين التدفقين المائيين. ثم أغلق الصمام عن طريق تشغيله عند ثلاثة بار. يؤدي تشغيل الصمام أثناء التدفق المزدوج إلى تغيير واجهة التدفقين المائيين.

بعد ذلك ، قم بتغيير معدلات تدفق السوائل للحقنتين إلى 30 ميكرولتر في الدقيقة و 10 ميكرولتر في الدقيقة على التوالي من أجل تحويل الواجهة بين السائلين. من أجل تصور قدرة الصمام على حبس الجسيمات الدقيقة ، قم أولا بإعداد محلول مائي يحتوي على 10٪ من الجسيمات الدقيقة الفلورية من البوليسترين بالوزن. أدخل السائل المحمل بالجسيمات في قناتي المدخل بمعدل تدفق إجمالي يبلغ 20 ميكرولتر في الدقيقة.

انتظر لمدة دقيقتين حتى يتم إنشاء تدفق مستقر. ثم قم بإثارة حبات الفلورسنت باستخدام مصدر بطول موجي يبلغ 488 نانومتر لعرض الخرزات بشكل أفضل. عندما تصبح جاهزا ، قم بتشغيل الصمام عند ثلاثة بار لإغلاقه.

قم بتصوير منطقة الصمام لرؤية العديد من الجسيمات المحبوسة أسفل الصمام والموضعية على السطح أثناء الحفاظ على التدفق. يؤدي حقن الغاز عبر القنوات في طبقة التحكم إلى ضغط طبقة السائل نحو السطح. يمكن استخدام هذا لتحويل السوائل حول المنطقة التي يتحكم فيها المشغل هنا المشار إليه من خلال الغياب أو صبغة الرودامين.

يمكن أيضا استخدام هذه المحركات الهوائية لاحتجاز الجسيمات أو الخلايا مثل هذه الجسيمات الدقيقة الفلورية التي كانت محاصرة على سطح القناة الدقيقة. ميزة أخرى لهذا الجهاز هي قدرته على احتجاز بوليمرات التنسيق التي تم إنشاؤها بواسطة NC2 من خلال تشغيل القفص الهوائي. لهذا الإعداد ، يتم استخدام تدفقين كاشفين ويحدث تفاعل كيميائي متحكم فيه عند واجهة السائلين في التدفق الرقائقي.

بمجرد محاصرتها ، يمكن معالجة بوليمرات التنسيق كيميائيا بطريقة خاضعة للرقابة من خلال استخدام الصمامات الهوائية. إذا كنت تشاهد هذا الفيديو ، فيجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع جهاز مائل دقيق مزدوج الطبقة بشكل فعال يمكن استخدامه لإجراء تفاعلات كيميائية خاضعة للرقابة على هياكل أنبوبية مختلفة. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تكون مقيدا بالإطار الزمني ودرجة الحرارة المبلغ عنها في البروتوكول الحالي.

خلاف ذلك ، قد يؤدي جهدك إلى تصنيع أجهزة غير مرتبطة أو معيبة وبالتالي غير وظيفية. بعد تطويرها ، تمهد هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال علوم المواد لاستكشاف أنواع مختلفة من المعالجات الكيميائية التي يتم التحكم فيها داخل الأنبوب بدقة عالية باستخدام منصة موائع دقيقة مزدوجة الطبقة.