由弹性微阀阵列控制的微流控芯片

微流控技术为细胞生物学家提供了需要精确流体操控的高通量实验手段。大家好，我是来自华盛顿大学生物工程系Folk实验室的Nin Chen Lee。今天我将向您展示如何利用PDMS微阀阵列来制备可控的微流控移液头。

该装置由三层组成。第一层为流体层，包含不同尺寸的微腔室；第二层为控制层，位于两层之间，包含通道。由于PMS具有疏水性和柔顺性，因此中间有一层薄的PMS膜。

膜与基底密封，从而将各个流体腔室相互隔离开。若通过控制通道施加真空，PDMS膜便会发生形变，连通原先彼此隔离的流体腔室。今天我将向您展示一种并行混合器，可实现不同混合比例的亚纳升级别水溶液的混合。

接下来，来自我们实验室的Crisp将向您展示一种集成化的微流控系统，该系统可将多种溶液持续灌注到细胞培养环境中。让我们开始吧。在这里，我向您展示的是一个主模具，其顶部硅晶圆上具有SUH结构的微细特征。

该模具采用标准的SUH摄影工艺从这些母模制作而成。我们可以反复制作PDMS复制品。为了便于将PDMS从母模上脱模，我们首先需要对母模进行硅烷化处理。

我们通常使用F食品对模具进行处理，因为我们正在与佛罗伦萨岛合作。首先将晶圆放入涂布仪中，滴加森林溶液的液滴，然后关闭台面旋涂腔室，开启真空泵，抽真空1、2、3分钟后关闭真空。让其蒸发半小时，然后取出液滴。在复制PDMS之前，我们需要先将PDMS预聚物与固化剂按10比1的比例进行预混合。

首先称取31克预聚物，然后称取3.1克固化剂，充分混合五分钟。所得混合物如图所示。随后将混合物放入真空烘箱中脱泡5至10分钟，直至材料变得透明。

在等待 PMS 去除气泡的过程中，我可以将硅胶管粘接到控制层的相应区域。我们选择硅胶管是因为其材质与 PMS 相同，因此后续可将其嵌入装置中，形成气密且防液体泄漏的密封。现在，我在一小段硅胶管的末端涂上少量 D 型胶水，然后将其压接到母模的进样区域。

因此，为了避免管路过度延伸，切割硅胶管时必须使其切面非常平整，且不要在顶部涂抹过多胶水，同时需说明按压胶水的方式。我们来看一下。在通风口两侧均形成区域后，将盖子取下。

现在PS已经制备完成。我将把PS倒在母模上方。注意小心拉出环绕在管路周围的PGAs。

现在我将聚苯乙烯（PS）倒入另一个具有流体层结构的模具中。将PS倒入模具后，需在防尘脱泡仪中再次脱泡5到10分钟。脱泡完成后，将PMS置于65至70摄氏度的烘箱中固化，时间从1小时至24小时不等。

很好，经过两小时后，PMS 已完成固化。现在我们将 PMS 器件从 SU 母模上切下，并制备控制层的周期结构。

开启管路模式后，我们清除进样区域的胶水。在我们的装置中，进样区域位于三层结构层和控制层上，但我们仅将硅胶管路连接到其中一层。

例如，此处仅在控制层进行操作。为了实现对流体层的通路，我们可以在硅胶管路下方刺穿膜以创建通道。这样，我们就可以从顶部接触所有这些装置，从而更方便地进行体视显微镜和传统倒置显微镜的观察。

现在我们进入C室。为了制备CTM S膜，我将向您演示如何使用Headway甩胶机旋转PDFs膜。在将晶圆放置到晶圆检测台顶部之前，我先用塑料网格覆盖住滚珠，并在下方垫上纸巾，以便之后轻松清理可能产生的污染。

因此，如果已经确定，就像我们之前处理模具那样，在真空环境中清洁后，我会在硅片上滴加约两毫升的PMS胶，因为我们希望得到一层11到12微米厚的薄膜，硅片将以7,000 RPM的转速旋转20秒，现在开始。此时可以说：大家可以看到硅片正在旋转。我们将根据需要持续旋转一段时间。旋转结束后，将硅片放在热板上，在85摄氏度下加热4分钟。现在PDMS薄膜已经固化。

接下来，我们将PDMS膜和控制层在等离子体炉中进行氧化处理。设定铂功率为75%，氧气压力为30 PSI，流速为5。这些参数可根据不同应用进行相应调整。

打开电极，开启等离子体处理30秒。将控制层放置在膜的上方。数分钟后使其接触，控制层将与膜结合。

几分钟后，取下带有膜的控制层。好的，现在我们准备将控制层与完全透明层对齐。由于我们已不在洁净室中，因此使用透明胶带去除完全透明层上的灰尘。

我们还需要从控制层的入口区域去除膜，以便接触下方的流体层。因此，将带有膜的控制层置于流体层上方。

检查所有腔室、流体腔室和阀门。确保它们从左到右完全对齐。如果未对齐，可以取下控制层并重新安装。

此处可以看到流体层与控制层已对齐。接下来，我将一些较细的管路插入这些入口，以连接流体源和压力源。现在将阀门连接至压力源，并将流体入口连接至流体源。

这里我们使用两种不同的染料，一种蓝色和一种黄色，用于开启和关闭PDMS微阀。我们采用连接至真空源和气压源的电磁阀，并通过Light View软件控制阀门。现在我将打开第一组阀门。

我们可以看到PDMS膜发生形变，阀门处于打开状态。现在我关闭第一组阀门，同时打开第二组阀门。此时所有微阀均已正常工作。

我将用两种不同的骰子填充微流控腔室。我会打开第一组阀门，同时利用真空将两个骰子吸入腔室中。待腔室充满骰子后，我关闭第一组阀门以隔离各个腔室，然后打开第二组阀门。

第二步，混合两个阵列中的配对。阀门打开并进行混合，通常需要一到两分钟。由于我们设计了10种不同尺寸的腔室。

因此，我们共有11种不同的混合比例。混合完成后，我关闭阀门，这样就可以看到各个独立的腔室，每个腔室具有不同的混合比例。

颜色从蓝色变为绿色，再进一步变为黄色。一旦制备完成，这些装置可潜在地应用于生物医学检测，例如药物筛选，或细胞生物学研究，例如趋化性、细胞对不同浓度的化学物质、生长因子或药物的响应。我是Chris Sip，我将演示一种集成式微流控灌注系统装置，它与此前在制备过程中所见的装置非常相似。

唯一的、主要的区别在于，我们不是通过阀门分隔的独立腔室经由扩散进行混合，而是采用了多个入口汇聚并由阀门控制的多路阀控方案。我将演示的是对阀门的选择性驱动，以控制不同入口的开启或关闭。此外，我还将展示集成混合通道的操作以及梯度的引导控制。

屏幕顶部可以看到16个入口，这些入口汇聚后，液体将从上方流经这条垂直通道，进入下游的分叉网络，即细胞培养腔室。现在我们看到入口切换为蓝色染料，染料开始流动，可以观察到液体流经腔室时形成的层流轮廓。接下来我们将使用蓝色和黄色染料的组合，随后可切换为相反的组合。

我们可以将梯度引导至右侧。我们还可以创建其他类型的梯度。现在显示的是阀门的快速切换，因此我们可以在不同溶液之间迅速交替。

现在我们将蓝色和黄色溶液通过该均质器，溶液在腔室内混合后呈现绿色，我们还可以切换任意数量的不同进样口。在此情况下，我们正在引入红色进样口，以取代原有的全部绿色溶液。今天我向您展示了如何制备基于微足阀的装置，并演示了在亚升体积范围内以不同比例混合两种颜色染料的清晰过程。

我们实验室的Chris还演示了用于灌注不同溶液的集成微流控系统。感谢您的观看，祝您自己的实验顺利成功。