微流控气动笼:在芯片水晶捕获，处理的新方法和控制化学处理

在本文中，我们描述了由聚二甲基硅氧烷 （PDMS） 制成的双层微流体系统的制造和作。我们展示了该器件在捕获、引导晶体分子材料的配位途径和控制化学反应到片上捕获结构方面的潜力。

这种方法的总体目标是证明该器件在捕获、引导晶体分子材料的配位途径和控制化学反应到片上捕获结构方面的潜力。这种方法可以帮助回答材料科学领域的关键问题，例如受控化学处理对自组装结构性能的影响。需要强调的是，目前在动态条件下实现受控化学处理的技术数量非常有限，因此这种方法在材料相关领域非常有吸引力。

首先，使用 SU8 光刻技术准备硅烷化母模。结垢颗粒对时间和温度都特别敏感。任何未能遵守所描述的时间框架和温度都可能导致制造非粘合设备，因此无法正常工作。

通过在一次性称重皿中混合 50 克弹性体和 10 克固化剂来制备 PDMS 混合物。使用塑料刮刀将组分完全混合。接下来，将充分混合的 PDMS 放入干燥器中，在真空下 15 分钟，以对混合物进行脱气并去除捕获的气泡。

在对第一批 PDMS 进行脱气时，使用 10 克弹性体和 0.5 克固化剂混合第二批。然后，将包含控制层的母模固定到一个圆形的 11 毫米 PTFE 框架中。PDMS 的 5：1 混合物脱气后，将其从真空室中取出。

现在，将 PDMS 的 5 比 1 混合物倒入控制层母模上，直到混合物达到 PTFE 框架的直线垂直壁的水平。然后将其放入干燥器中。同时，将 20 比 1 的 PDMS 混合物放入干燥器中，然后再次抽真空。

涂布的母模和 PDMS 的 20：1 比例再脱气 30 分钟。然后，将它们都从干燥器中取出，将控制层母模放入已预热至 80 摄氏度的烤箱中。当控制层烘烤时，将流体层的母模放在旋涂机上。

将大约 4 毫升 20 比 1 的 PDMS 混合物倒入流流体层的母模上，并以 1200 rpm 的速度旋涂晶圆 40 秒，以获得 60 微米厚的层。总共经过一小时后，打开烤箱，将旋涂的威化饼放在控制层旁边，然后将它们一起在 15 摄氏度下再烘烤 80 分钟。然后，在总共经过 75 分钟后，从烤箱中取出两块晶片。

首先，剥离 PDMS 的 5：1 混合物作为控制层。使用剃须刀片切出切屑。然后使用 1 毫米的活检打孔器为入口打孔。

接下来，使用胶带去除切成丁的控制层芯片上的任何碎屑。芯片清洁后，使用体视显微镜将控制层芯片对准流体层母模顶部。然后，在组装好的芯片周围倒入并拉伸残留的 PDMS。

并将整个装置放入 80 摄氏度的烤箱中。将组装好的设备烘烤过夜。第二天，将固化的组件从烤箱中取出，让它冷却至室温。

然后从流体层母模上剥离 PDMS 组件。从母模中取出后，用刀片将制造的双层装置切成丁，并使用 1.5 毫米的活检打孔器形成流体入口和出口。接下来，用电晕放电处理玻璃盖玻片和组装装置的流体层一分钟或使用氧气等离子体，然后立即将两个表面粘合在一起以完成微流体装置。

粘合的双层薯片放入 70 至 80 摄氏度的烤箱中烘烤至少四个小时。为了使用注射泵和气动控制器纵流团，首先将先前加载并放置在注射泵中的注射器连接到微流体装置的流体入口，并将气动控制器系统连接到微流体装置的控制入口。为了观察流速，在其中一个注射器中加入水性染料，并以每分钟 20 微升的流速将其流入腔室。

然后使用气动控制器系统以 3 bar 的压力驱动阀门，从而关闭阀门。需要注意的是，一旦阀门关闭，流体仍然可以在阀门周围流动，这一特性对于实现对滞留结构（如配位聚合物）的受控化学处理非常重要。要打开阀门，只需使用控制器系统释放压力即可。

当模具溶液流经第一个通道时，以相同的流速将另一种水性流体注入第二个入口通道，以在两个水流之间形成界面。然后以 3 bar 的压力驱动阀门，将其关闭。双流期间阀门的驱动会改变两个水流的界面。

接下来，将两个注射器的流体流速分别更改为每分钟 30 微升和 10 微升/分钟，以改变两种流体之间的界面。为了可视化阀门捕获微粒的能力，首先制备含有 10% 聚苯乙烯荧光微粒（按重量计）的水溶液。以每分钟 20 微升的总流速将含有颗粒的流体引入两个入口通道。

等待 2 分钟，直到建立稳定的流。然后使用波长为 488 纳米的光源激发荧光珠，以最好地观察荧光珠。准备好后，在 3 bar 处启动阀门以将其关闭。

对阀门区域进行成像，可以看到几个颗粒被困在阀门下方，并在保持流动时定位在表面上。通过控制层中的通道注入气体，将流体层挤压到表面。这可用于使流体在由致动器控制的区域周围偏转，此处由不存在或罗丹明染料表示。

这些气动致动器还可用于捕获被困在微通道表面的颗粒或细胞，例如这些荧光微粒。该装置的另一个特点是它能够通过气动笼的驱动捕获 NC2 产生的配位聚合物。对于这种设置，使用两个试剂流，并在层流中两种液体的界面处发生受控的化学反应。

一旦被捕获，配位聚合物就可以通过使用气动阀以受控方式进行化学处理。如果您正在观看此视频，您应该对如何有效地制造双层微流体装置有很好的了解，该装置可用于在各种管结构上进行受控化学反应。在尝试此程序时，重要的是要限制在当前协议中报告的时间范围和温度。

否则，您的努力可能会导致制造非粘合或有缺陷的设备，从而导致设备无法正常工作。该技术开发后，为材料科学领域的研究人员使用双层微流控平台高精度探索各种类型的管内受控化学处理铺平了道路。