Name: 用于研究和教育应用的定制微流体器件的快速制造 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-11-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 33 s
Description: 学习快速制造定制微流体器件的方法，用于生物医学工程研究和教育应用。该技术成本低、操作简单，可在实验室内独立完成设备设计与制作，实现快速迭代。

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本手稿中的工作部分得到了美国国家科学基金会（NSF）（项目编号 CBET-1553826）（及相关的ROA补充项目）和美国国立卫生研究院（NIH）（项目编号 R35GM124935）对J.Z.的资助，以及圣母大学Melchor访问学者基金对F.O.的资助。我们感谢Jenna Sjoerdsma和Basar Bilgiçer提供了哺乳动物细胞及培养方案，并感谢Fabio Sacco在补充图绘制方面提供的帮助。

1. 设计
<ol>
	<li>确定设备的应用场景，并列出所需的通道/腔室组件。 
	注意：所有设备都需要输入和输出通道。用于显微成像的设备需要成像腔室。更复杂的设备需要在多个层中设置通道和腔室。</li>
	<li>首先手绘每一层，考虑各层叠加后对设备功能的影响。</li>
	<li>使用任何可绘制线条和形状的软件在计算机上绘制最终设计。
	<ol>
		<li>使用黑色实线和无阴影的形状分别绘制每一层。建议线宽为6点或以上。在此阶段，通道和腔室特征的尺寸不如整体比例重要。</li>
		<li>在创建特征和叠加层时使用复制粘贴功能。参见 图1B 中的层结构绘图示例。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将每一层导入裁剪仪软件（图1C）。可通过截取设计图并采用拖放方式完成。
	<ol>
		<li>在裁剪仪软件中创建新文档（可免费下载）。将图像文件拖放到显示的裁剪垫上。该软件可识别大多数图像文件。</li>
		<li>通过从角落拉伸来放大图像，以便于处理。此时可使用“追踪”功能使软件识别设计。 
		注意：用户也可直接在该软件中从头设计（使用设计面板中的绘图工具）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>为追踪设计，选择窗口右侧的 Trace 图标（蝴蝶形状），并完全选中已导入的设计。
	<ol>
		<li>选择标记为 outline 的 Trace Preview 选项。根据需要调整 Threshold 和 Scale 参数，使黄色追踪线与设计轮廓匹配。</li>
		<li>当黄色追踪线与设计一致后，从 Trace 菜单中选择 Trace。此时通道将以红色轮廓显示。若红色轮廓与设计相符，可选中并删除原始导入的图像。设计现已导入，准备进行尺寸调整。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>通过选中已追踪的设计，并利用软件提供的网格来调整设备尺寸。通过拉伸改变通道和腔室的宽度和长度。 
	注意：软件提供测量功能，可临时绘制细线（使用窗口左侧的 design palette）以测量设备内部尺寸。功能性通道宽度范围为100 µm至900 µm。在测试初始原型后可能需要调整尺寸。所有层必须按相同比例缩放，以确保组装时正确对齐。
	<ol>
		<li>设计尺寸调整完成后，选择形状绘图菜单中的矩形工具，在设备每一层周围绘制一个方形/矩形框。所有层的该框尺寸应相同。示例见 图1C。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>创建一个独立的顶层，包含通向通道的接入孔。简单设计通常包括一个主（中间）通道层、一个底部密封层（通常为玻璃）以及一个应包含圆形穿孔以接入通道（入口/出口）的顶层。 
	注意：包含三层以上的设计需要在多个层中设置入口/出口穿孔（见 图1C 和 图5A）。这些穿孔可能已在设计中包含，也可在此阶段添加。
	<ol>
		<li>选择屏幕左侧的 drawing tool，在设计的入口和出口端口上方绘制圆形。</li>
		<li>复制并粘贴原始设计和圆形，然后擦除底层设备中的通道。 
		注意：这将使入口/出口端口保留在与原始设计相对应的正确位置。也可在每层边缘添加对齐辅助形状。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将所有待切割的层排列在显示的裁剪垫上。设备现已准备就绪，可进行切割。</li>
</ol>
2. 切割
<ol>
	<li>将一层所需厚度的 PET/EVA 薄膜（或其他材料）（3 mil 为标准厚度）贴附到粘性切割垫上。确保粘性面（哑光面）朝上，塑料面（光亮面）朝下。 
	注意：使用洁净手套，以避免向各层引入油脂和微粒。</li>
	<li>将薄膜压平贴合于垫面（图 1D），排除可能夹入的所有空气。可使用戴着手套的手或压辊完成此操作。</li>
	<li>将切割垫边缘对准切割机上标示的刻线。在切割机上按下加载垫板以装入垫板。根据薄膜厚度，将切割刀片的设置保持在 3 至 5 之间。</li>
	<li>将切割机的 USB 线缆连接至计算机。
	<ol>
		<li>选择发送选项卡，并选择一项切割设置。 
		注意：级联菜单中提供多种设置。“-贴纸纸张，透明-”这一设置适用于厚度为 3–5 mil（75–125 μm）的 PET/EVA 薄膜。针对不同材料调整设置，并保存自定义设置以供将来使用。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>点击发送，开始切割（图 1E）。确保切割机后方有足够的空间，使垫板能够无障碍移动。切割完成后，在切割机上选择卸载以取出垫板。切勿在未执行卸载操作前直接拉出垫板。</li>
</ol>
3. 电泳
<ol>
	<li>将切割垫放置在洁净表面旁边。戴着手套，使用镊子将微流控装置的每一层从切割垫上轻轻取下（图1F）。在通道的弯道和弯曲处需格外小心；这些区域特别脆弱，容易撕裂或变形。</li>
	<li>将微流控装置的各层放置在洁净表面上，并按照其在装置中从上到下的顺序排列（图1G、图2A、图5A 和 图7A）。</li>
	<li>裁剪若干小块双面胶（约 3 mm × 10 mm），用于临时固定各层。</li>
	<li>从底层开始，逐层叠加各层。在两层之间的角落处添加一小块双面胶，远离任何通道或进出口（图1G，箭头所示）。尽管使用双面胶并非必需，但它可固定各层，防止在层压过程中发生位移。对于层数超过4层的装置，可使用金属丝对准夹具辅助层间对齐（补充图3）。</li>
	<li>确保薄膜的粘合层（哑光-EVA）始终朝向装置内部（层间部分）。 
	警告：暴露的粘合层会在层压机内熔化并粘附于其内部部件，不仅会导致装置报废，还会影响层压机的后续使用性能。</li>
	<li>当所有层叠加完成后，检查装置。每两层之间应至少有一层EVA，且不应有EVA外露。当引入非EVA涂层材料（如聚氯乙烯（PVC）薄膜、玻璃）时，可能需要使用双面均涂覆EVA的薄膜，尤其是在结构更复杂的装置中（图5）。</li>
</ol>
4. 层压
<ol>
	<li>打开覆膜机，并将其设置为所需的厚度档位。部分覆膜机提供3密耳和5密耳的设置选项，而有些则不具备。对于包含4层或更多层的任何装置，应使用5密耳档位。</li>
	<li>当覆膜机准备就绪后，将装置通过覆膜辊进行覆膜处理（图1H–I）。为获得最佳效果，应将已粘贴双面胶的一端先行放入。 
	注意：在制备五层或更多层的装置时，可将其多次通过覆膜机。</li>
	<li>取出已完成覆膜的装置。 
	注意：建议装置尺寸应足够大，以便于从覆膜机中顺利取出。此考虑不影响微通道或芯片结构的实际尺寸，仅要求设计一个可轻松通过覆膜机而不会卡住的“边框”。</li>
</ol>
5. 进样口/出样口
<ol>
	<li>使用旋转工具和1/32英寸钻头在家具缓冲垫中心钻一个小孔。或者，使用1 mm活检打孔器对缓冲垫进行穿孔。 
	注意：建议使用台式钻床。尽管尺寸各异，推荐使用2 mm × 6 mm直径的缓冲垫。避免简单地“刺入”缓冲垫。除非去除材料，否则穿孔后缓冲垫会重新闭合（补充图1）。上述穿孔设计用于连接聚醚醚酮（PEEK）管、移液器及吸头或钝针（16–18 G）。使用旋转打孔钳可实现更大的穿孔（补充图1）。当缓冲垫用作液体或其他生物样品的“储液池”时，此方法尤为有用。</li>
	<li>使用小型镊子清除钻孔或打孔过程中产生的任何碎屑，确保孔口完全通畅。</li>
	<li>在进/出液口成功清理后，将缓冲垫与层压装置上的进/出液口精确对齐（图1J–K）。此步骤对于确保液体在装置中正常流入和流出至关重要。将缓冲垫置于装置背面，使粘性面朝向装置上开放的进/出液口，然后对齐并粘附。至此，装置组装已完成。</li>
</ol>
6. 测试
<ol>
	<li>通过带孔的缓冲器（端口）进入通道/腔室结构。有多种方式可将流体和生物样品引入装置中。</li>
	<li>可使用实验室或医用/外科导管，将其连接至塑料接头（例如鲁尔接头）或钝头针。也可直接使用标准移液器吸头或无接头的PEEK管路（补充图2）。</li>
	<li>使用注射器和导管，或蠕动泵进行流体的灌注或抽取。 
	注意：市场上有多种选择，撰写本文时起售价约为300美元。</li>
	<li>根据装置和实验需求设定不同的流速。 
	注意：我们常规使用的流速范围为0.01–100 µL/min，但也可使用其他流速。</li>
</ol>
<img alt="使用乙烯基切割机制备微流控芯片的过程；包括设计、切割、剥离和组装。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60307/60307fig01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图 1"> 
图 1：制备过程。（A）制备过程中仅需两种设备：办公用覆膜机和手工切割机。这两种设备均可在线购买或在手工/办公用品商店获取。其他所需工具包括剪刀和镊子。（B）通道和腔室结构可通过任何包含绘图工具的软件程序进行数字化设计（部分用户可能偏好矢量图形，但并非必需）。线条和形状应以黑色绘制在白色背景上。设计文件或设计截图可通过拖放方式导入手工切割机软件中。（C）手工切割机软件可免费下载，是控制切割机所必需的。该软件可读取设计文件，并允许进行尺寸调整等修改，同时提供绘图工具。（D）切割垫用于承载待切割薄膜。其表面具有轻微黏性，可固定待切割材料。图中显示了四种准备装载的不同材料：3 mil厚的PET/EVA薄膜（顶部）、5 mil厚的PET/EVA薄膜（中部）、6 mil厚的EVA/PET/EVA复合膜（左下）和PVC薄膜（右下）。（E）切割机打开后可看到刀头（黑色）单元及已装载的切割垫。（F）切割完成后，使用镊子将各层单独揭起。通道和腔室的切割部分仍附着在切割垫上，之后需移除并丢弃。（G）将各层对齐并叠放，准备覆膜。通常使用少量双面胶带（箭头所示）辅助对齐，并防止覆膜过程中各层发生位移。（H, I）将装置从覆膜机顶部送入，从出膜口取出。覆膜可形成牢固的密封，同时保持通道路径畅通。（J、K）为便于接触通道，需添加带穿孔的自粘式乙烯基缓冲垫。图（J）展示了“反向”对齐方法，即将缓冲垫从背面贴附，从而可通过穿孔目视对齐入口/出口与缓冲垫穿孔位置。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60307/60307fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

<ol><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SOFT+LITHOGRAPHY%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">SOFT LITHOGRAPHY.</a> Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).</li>
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</ol>

Fernando Ontiveros 正在筹备成立 PETL FLUIDICS (LLC) 公司，该公司将致力于此项技术的商业化并提供相关咨询服务。共同作者无任何利益冲突需要披露。

尽管微流控技术在全球各地实验室的工具箱中正变得日益普遍，但考虑到其潜在的积极影响，该技术的采用速度仍令人失望16低成本和高效率的微流控器件制备对于推动该技术在普通研究实验室中的广泛应用至关重要。本文所述方法利用多层薄膜，以远低于光刻技术所需的时间和成本，快速制备二维和三维微流控器件。标准光刻技术的启动成本高达数千美元（USD），且器件制备需耗时数天；而PETL（多层薄膜加工）技术的启动成本低于350美元，器件可在数分钟内完成制备。这不仅促进了该技术在科研实验室中的应用，也适用于需要快速迭代的场景（例如，标准PDMS器件的原型开发），或适用于工业化生产低成本、一次性微流控器件的场合。&#160;必要时，例如，PETL 可以使用可生物降解材料制备，并可针对医疗保健领域的应用进行调整，使其成为理想的诊断工具。它们可用于课堂教学，既可作为预制的教学材料，也可作为一种创造性挑战，让学生自行设计、制备和测试其设备。
PETL 的制备旨在简化操作流程。然而，明确该技术的关键步骤和当前局限性仍具有重要意义。部分用户会发现，与 PDMS 装置相比，PE...

微流控技术能够在微小尺度上实现对流体的控制，其体积范围从微升（1 × 10-6 L）到皮升（1 × 10-12 L）。这种控制能力在一定程度上得益于从微处理器行业借鉴而来的微加工技术1。利用微米级的通道和腔室网络，用户可以充分利用小尺度下特有的物理现象。例如，在微米尺度下，流体可通过层流进行操控，此时黏性力占主导地位，超过惯性力。因此，扩散传输成为微流控系统中的显著特征，并可对其进行定量和实验研究。这些系统可通过菲克定律、布朗运动理论、热传导方程和/或纳维-斯托克斯方程得到合理解释，这些方程是流体力学和传质现象领域中的重要推导成果2。
由于生物科学领域的许多研究团队都在微观尺度上研究复杂系统，人们最初认为微流控装置将对生物学研究应用产生直接而显著的影响2,3。这是因为小分子跨膜或在细胞内传输时，扩散起主导作用，而细胞和微生物的尺寸与亚毫米级系统和装置非常匹配。因此，微流控技术在改进细胞和分子实验操作方式方面具有巨大潜力。然而，生物学家对微流控技术的广泛应用仍落后于预期4。技术转化不足的一个简单原因可能是工程师与生物学家之间的学科壁垒。定制化装置的设计与制备始终超出大多数生物研究团队的能力范围，使其不得不依赖外部的专业知识和设施。此外，对潜在应用缺乏了解、成本高昂以及设计迭代所需的时间，也是新用户采用该技术的重要障碍。这些障碍很可能已经阻碍了创新，并限制了微流控技术在应对生物科学挑战中的广泛应用。
一个典型的例子：自20世纪90年代末以来，软光刻技术一直是制造微流控器件的首选方法。聚二甲基硅氧烷（PDMS，一种基于硅酮的有机聚合物）因其物理特性（如透明性、可变形性和生物相容性）而被广泛使用5。该技术取得了巨大成功，基于此平台的“芯片实验室”和“器官芯片”器件不断被开发出来6。然而，从事这些技术研究的大多数研究团队都位于工程类院系，或与之有密切联系4。光刻技术通常需要在洁净室中制作模具，并使用专用的键合设备。对于许多研究团队而言，标准PDMS器件由于其高昂的资本投入和较长的制备周期，尤其是在需要反复修改设计的情况下，显得并不理想。此外，对于缺乏专业工程实验室资源的普通生物学家和学生而言，该技术也基本难以触及。有观点认为，若要使微流控器件得到广泛应用，就必须使其具备生物学家常用材料的一些特性。例如，用于细胞培养和生物分析的聚苯乙烯材料成本低廉、可一次性使用，并适合大规模生产。相比之下，由于PDMS材料本身的机械柔软性、表面处理不稳定以及透气性等问题，基于PDMS的微流控器件始终未能实现工业化量产5。鉴于这些局限性，并为了通过自行设计和“在实验室内部”构建定制化装置来解决技术难题，我们介绍一种替代方法，该方法利用xurography7,8,9技术与热压合工艺。该方法所需的资金和时间投入极少，易于推广采用。
PETL 采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜制造，并涂覆有热敏粘合剂乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）。这两种材料广泛用于消费品，具有生物相容性，且成本极低10。PET/EVA 薄膜可购得覆膜袋或卷材形式。使用在业余爱好者或手工商店常见的计算机控制裁切机，可在单层薄膜上切割出通道，以定义装置的结构11。随后通过叠加额外的薄膜（或玻璃）层，并使用办公用热压覆膜机进行热压密封，从而封闭通道（图 1A）。添加带穿孔的自粘式乙烯基缓冲垫，以方便通道的接入。制造时间在 5 至 15 分钟之间，支持快速的设计迭代。制造 PETL 所需的所有设备和材料均可在市场上轻松获得且价格低廉（起始成本&#60;350 美元，相比之下光刻设备需数千美元）。因此，PETL 为传统微流控技术面临的两个主要问题——成本高昂和耗时过长——提供了创新的解决方案（参见补充表 1、2中的 PDMS/PETL 对比）。
除了为研究人员提供设计和制造自身设备的机会外，PETL 还因其操作简单、直观而易于在课堂教学中采用。PETL 可纳入高中和大学课程8，用于帮助学生更好地理解扩散、层流、微混合、纳米颗粒合成、浓度梯度形成和趋化性等物理、化学及生物学概念。
在本研究中，我们展示了制备具有不同复杂程度的模型PETL芯片的整体工作流程。第一种装置用于在小型腔室中对细胞和微器官进行成像。第二种更为复杂的装置由多层材料构成，用于力学生物学研究9。最后，我们构建了一种用于教学目的的装置，用以展示多种流体动力学概念（包括流体聚焦、层流、扩散输运和微混合）。本文所介绍的工作流程和装置设计可轻松针对科研和课堂教学中的多种应用进行调整。

<table><tbody><tr><td>活检穿孔器（1 mm）</td><td>Miltex</td><td>33-31AA</td><td>可选，替代旋转工具装置</td></tr><tr><td>钝针</td><td>Janel, Inc.</td><td>JEN JG18-0.5X-90</td><td>移除塑料管并连接至Tygon管</td></tr><tr><td>盖玻片</td><td>任何</td><td></td><td>24 × 60 mm 为首选</td></tr><tr><td>切割垫和刀片</td><td>Silhouette America 或 Nicapa</td><td>www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-mats</td><td>重复使用/一次性用品</td></tr><tr><td>双面胶带</td><td>Scotch/3M</td><td>667</td><td>少量，任何宽度或品牌</td></tr><tr><td>PEEK 管</td><td>IDEX/any</td><td>1581L</td><td>可提供多种配置。若尚未使用PEEK管，请考虑改用Tygon管</td></tr><tr><td>PET/EVA 热塑性复合薄膜</td><td>Scotch/3M &amp;和 Transcendia</td><td>TP3854-200，TP5854-100 &amp;& transcendia.com/products/trans-kote-pet</td><td>3 - 6 密耳（密耳 = 1/1000 英寸）覆膜袋或覆膜卷</td></tr><tr><td>PVC薄膜 - 保鲜膜</td><td>Glad / Any</td><td></td><td>食品包装</td></tr><tr><td>旋转工具钻</td><td>Dremel/任意</td><td>200-121 或其他</td><td>1/32 和 3/64&quot; 推荐使用 Dremel 钻头</td></tr><tr><td>橡胶滚轮</td><td>Speedball</td><td>4126</td><td>为促进粘附，任何品牌的试剂均可使用</td></tr><tr><td>剪刀 &amp;和镊子</td><td>任何</td><td>Fiskars 英寸钛合金软握剪刀 | Cole-Parmer&amp;nbsp;&amp;ndash;# UX-07387-12</td><td>建议使用优质品牌</td></tr><tr><td>Silhouette CAMEO 裁切机</td><td>Silhouette America</td><td>www.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4T</td><td>首选手工切割器</td></tr><tr><td>Silhouette Studio 软件</td><td>Silhouette America</td><td>www.silhouetteamerica.com/software</td><td>控制工艺切割机并提供绘图工具（可免费下载，适用于 Mac 和 PC）</td></tr><tr><td>注射泵</td><td>哈佛仪器或新纪元</td><td>70-4504 或 NE-300</td><td>泵是理想选择，也可使用移液管或滴定管。</td></tr><tr><td>注射器</td><td>任何</td><td></td><td>1-3 mL</td></tr><tr><td>热压覆膜机</td><td>Scotch/3M</td><td>TL906</td><td>标准家用/办公型设备</td></tr><tr><td>Tygon 软管（E-3603）</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06407-70</td><td>使用钝针头尖端</td></tr><tr><td>乙烯基家具防撞垫</td><td>德蓝/3M/艾弗比尔特</td><td>透明自粘贴片（6 x 2 mm 和 8 x 3 mm）</td><td>建议使用圆形保险杠</td></tr></tbody></table>

用于科研与教学应用的定制微流控器件的快速制备

Rapid Fabrication of Custom Microfluidic Devices for Research and Educational Applications

微流控装置能够在纳米至亚毫米尺度的通道中操控流体、颗粒、细胞、微尺度器官或生物体。该技术在生命科学领域的应用迅速增长，促使人们需要一种可供广泛研究团队便捷使用的方法。目前的制备标准（如PDMS键合）依赖昂贵且耗时的光刻和键合技术。一种可行的替代方案是采用价格低廉、易于获取的设备和材料，操作简便，并可快速迭代设计。本文介绍了一种设计和制备聚对苯二甲酸乙二醇酯层压板（PETLs）的方案，这类微流控装置成本低、易于制造，且制备时间显著少于其他微流控技术方法。PETLs由热键合的薄膜片组成，其通道和其他结构特征通过手工切割仪进行定义。PETLs在解决特定领域技术难题的同时，极大降低了技术应用的障碍。该方法提升了微流控装置在科研与教育环境中的可及性，为新型研究方法提供了可靠的平台。

除了成本低和可快速迭代外，PETL 技术还易于定制，可用于解决特定挑战。首先，我们描述一种简单的装置，该装置由盖玻片、腔室层、通道层和进/出口层组成（图2）。该装置旨在促进在持续流动条件下对细胞和微型器官进行成像。通过以低流速补充培养基，促进营养物质和气体交换。圆形腔室具有玻璃底面，可用于倒置显微镜成像。在此装置中使用玻璃至少有两个原因。第一个是光学性能。PET 和 EVA 是具有光学透明性和柔韧性的热塑性塑料，可用作成像界面（尤其在低倍率下9）。PET 在可见光范围内的透光率约为 87% 至 90%12。然而，玻璃具有更优的光学特性，是生物成像中的标准材料。第二个原因是，迄今为止测试的细胞（哺乳动物细胞系）在玻璃表面的贴附能力通常强于（未经处理的）PET/EVA 表面。
<img alt="微流控装置；光子芯片电路；液体流动分析；实验示意图。" class="x...

本文介绍了一种以最少的资金和时间投入设计和制备定制化微流控装置的实验方案。其目的是促进微流控技术在生物医学研究实验室及教育环境中的应用。

微流控装置能够在纳米到微米尺度的通道中对流体、颗粒、细胞、微型器官或生物体进行操控。

这种制造微流控芯片的方法既经济实惠又易于实施。任何研究实验室都可以在内部自行生产这些微流控器件，并且可在几分钟内完成器件设计的迭代。该技术的主要优势在于其高效性。也就是说，任何实验室都可以快速、简便地在内部自行制作定制的微流控装置。在手工逐层叠加装置各层后，使用任何能够绘制线条和形状的软件程序，在计算机上绘制各层的最终设计图。获取所绘制设计的屏幕截图，并将每一层导入切割机软件程序中。创建一个新文档，将图像文件拖放到显示的裁切垫上。为描边设计，请选择描边图标，并完全选中已导入的设计。选择轨迹预览轮廓选项，并根据需要调整阈值和比例设置，直到黄色轨迹与设计图吻合。从轨迹菜单中选择“trace”（轨迹）。通道将显示为红色轮廓。为了确定装置的尺寸，选择已描出的设计，并使用软件提供的网格来调整通道和腔室的宽度与长度。可临时绘制细线以测量装置内部的尺寸。在装置尺寸调整完毕后，使用绘图工具在装置的每一层上绘制一个形状和大小相同的方形。接下来，在设计的入口和出口端口上绘制圆形。然后复制并粘贴原始图形和圆形。再擦除底层器件中的通道部分。将所有待切割的层排列在显示的切割垫上。切割时需佩戴手套，将一层选定厚度的 PET-EVA 膜放置在粘性切割垫上，使不透明的粘合面朝上，塑料光泽面朝下。将薄膜压平贴合在切割垫上，排出可能夹入的所有空气。然后在切割机上点击加载切割垫。打开发送选项卡，选择切割设置。然后点击发送。为对齐材料进行切割，将切割垫放置在洁净表面旁边，使用镊子或刮刀按照微流控装置从上到下的顺序，依次将切割垫上的每一层转移至洁净表面上。接下来，裁剪三段宽10毫米的双面胶带，并从底层开始，逐层叠加各层。然后在各层之间的每个角落添加一小块胶带。当所有层都放置完毕后，检查装置，确保每层之间至少有一面为EVA垫层。且不得暴露EVA。为覆膜该装置，开启覆膜机后，将仪器调节至所需的厚度设定，然后将装置通过覆膜辊进行覆膜。然后取出层压好的装置。使用旋转工具和直径为1/37英寸的钻头，在家具缓冲垫的中心钻一个小孔，以创建进样口和出样口。接着，用小镊子清除孔口中的任何碎屑。小心地将缓冲垫与装置上的进样口和出样口对齐。为测试完全组装好的装置，使用实验室管路将装置连接至一个塑料接头，并用适当的溶液冲洗装置。使用该装置，可在成像过程中更换细胞培养基，从而维持理想的生长条件，并实时可控地引入化学刺激。该功能同样适用于离体微器官的成像。该脚控装置还已成功用于完成对果蝇微器官的压缩测试。由于其易于制造，踏板装置也可用于教学环境。例如，用于直观展示流体动力学聚焦和扩散现象。踏板装置可用于课堂教学演示，或需要对样品进行精确环境控制的实验。例如，在测试药物或引入治疗手段的同时进行限制，我们使用压电装置探测果蝇发育中翅成虫盘的机械特性，发现该组织的硬度在所研究的发育阶段逐渐降低。

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Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

用于研究和教育应用的定制微流体器件的快速制造

我们展示了制造和自动化弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）微阀阵列的方案，该阵列无需额外能量即可关闭，并具有光刻定义的精确体积。同时介绍了并行亚纳升级体积混合器和集成式微流控灌注系统。...

由弹性微阀阵列控制的微流控芯片

在本视频中，我们演示如何在不使用等离子体键合的情况下使用神经元微流控装置。...

非等离子体键合PDMS用于低成本微流控器件的制备

微流控装置可用于实时观察复杂自然过程，并在适当的物理尺度上进行可视化。我们开发了一种简单的微流控装置，可模拟天然多孔介质的关键特征，用于研究地下环境中细菌的生长与迁移。...

微观世界的窗口：用于研究多孔介质中微生物迁移的简单微流控系统

我们介绍一种简单的方法，用于制备微流控装置，可在无需洁净室或软光刻技术的情况下，对多种不同菌株施加类似的动态条件。...

一种用于研究多种不同菌株的微流控装置

本方案介绍了用于原核微生物单细胞分析的微流控皮升级生物反应器（PLBR）的制备、装置搭建及基本操作。作为原理验证，对具有工业相关性的微生物进行了分析，从而获得了在特定时间段内的生长速率、形态特征及表型异质性等方面的深入信息，而这些信息采用传统方法极难实现。...

用于微生物单细胞分析的微流控皮升级生物反应器：制备、系统搭建与操作

本文介绍了用于微流控快速原型平台的各种技术。所提出的技术基于紫外光（UV）敏感型和热固化环氧树脂、聚二甲基硅氧烷（PDMS）管材、引线键合以及各向异性粘合膜。所展示的组装方法适用于一次性使用装置以及可重复使用的微流控系统。...

高通量微流控快速低成本原型封装方法

目前已有多种方法可用于在聚二甲基硅氧烷微流控器件中制备具有非矩形截面的通道。大多数方法涉及多步制造过程和复杂的对准操作。本文报道了一种通过聚二甲基硅氧烷顺序湿法刻蚀实现不同几何横截面微流控通道制备的单步方法。...

通过连续湿法刻蚀工艺一步法制备不同几何截面的聚二甲基硅氧烷微流控通道

本文介绍一种用于重现器官水平功能的可拉伸双通道器官芯片微流控细胞培养装置的制备方案 体外.

可扩展的可拉伸双通道微流控器官芯片的制备

本方案描述了使用MY133-V2000制备微流控装置的方法，以消除由于微通道结构与水溶液之间折射率不匹配而常在微通道中产生的伪影。本方案采用丙烯酸支架压缩封装后的装置，从而在化学和机械层面增强粘附性。...

用于生物医学微流控的折射率匹配器件的制备

微流控技术是开发诊断检测方法的有力工具。然而，该技术通常需要昂贵的设备和材料，以及繁琐的制备和操作步骤。本文详细描述了一种丙烯酸微流控装置的制备方案，可用于低成本且易于使用的磁性微纳米粒子免疫分析。...

用于磁性纳米颗粒免疫分析的阶梯式微流控丙烯酸装置的计算机数控微铣削

学习快速制造定制微流体器件的方法，用于生物医学工程研究和教育应用。该技术成本低、操作简单，可在实验室内独立完成设备设计与制作，实现快速迭代。

用于科研与教学应用的定制微流控器件的快速制备

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