Das vorliegende Protokoll beschreibt eine pneumatische mikrofluidische Plattform, die für eine effiziente Mikropartikelkonzentration verwendet werden kann.
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Methodenartikel
Das vorliegende Protokoll beschreibt eine pneumatische mikrofluidische Plattform, die für eine effiziente Mikropartikelkonzentration verwendet werden kann.
Der vorliegende Artikel stellt ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines pneumatischen Ventils zur Steuerung der Partikelkonzentration unter Verwendung einer mikrofluidischen Plattform vor. Diese Plattform verfügt über ein dreidimensionales (3D) Netzwerk mit gekrümmten Fluidkanälen und drei pneumatischen Ventilen, die Netzwerke, Kanäle und Räume durch Duplexreplikation mit Polydimethylsiloxan (PDMS) erzeugen. Das Gerät arbeitet auf der Grundlage des Einschwingverhaltens einer Flüssigkeitsdurchflussrate, die von einem pneumatischen Ventil in der folgenden Reihenfolge gesteuert wird: (1) Probenbeladung, (2) Probenblockierung, (3) Probenkonzentration und (4) Probenfreigabe. Die Partikel werden durch dünne Membranschichtverformung der Siebventilplatte (Vs) blockiert und reichern sich im gekrümmten mikrofluidischen Kanal an. Das Arbeitsfluid wird durch die Betätigung von zwei Ein-/Aus-Ventilen ausgetragen. Als Ergebnis der Operation wurden alle Partikel verschiedener Vergrößerungen erfolgreich abgefangen und ausgebremst. Wenn diese Technologie angewendet wird, können der Betriebsdruck, die für die Konzentration erforderliche Zeit und die Konzentrationsrate je nach Geräteabmessungen und Partikelgrößenvergrößerung variieren.
Aufgrund der Bedeutung der biologischen Analyse werden mikrofluidische und biomedizinische mikroelektromechanische Systeme (BioMEMS)1,2 verwendet, um Geräte für die Reinigung und Sammlung von Mikromaterialien zu entwickeln und zu untersuchen2,3,4. Die Partikelabscheidung wird als aktiv oder passiv kategorisiert. Aktive Fallen wurden für externe dielektrische5, magnetophorische6, auditive7, visuelle8 oder thermische9-Kräfte verwendet, die auf unabhängige Partikel wirken und eine präzise Steuerung ihrer Bewegungen ermöglichen. Es ist jedoch eine Wechselwirkung zwischen dem Teilchen und der äußeren Kraft erforderlich; Somit ist der Durchsatz gering. In mikrofluidischen Systemen ist die Kontrolle der Durchflussrate sehr wichtig, da die äußeren Kräfte auf die Zielpartikel übertragen werden.
Im Allgemeinen haben passive mikrofluidische Bauelemente Mikrosäulen in Mikrokanälen10,11. Partikel werden durch Wechselwirkung mit einer strömenden Flüssigkeit gefiltert, und diese Geräte sind einfach zu entwerfen und kostengünstig herzustellen. Sie verursachen jedoch Partikelverstopfungen in Mikrosäulen, so dass komplexere Geräte entwickelt wurden, um eine Verstopfung von Partikelnzu verhindern 12. Mikrofluidische Bauelemente mit komplexen Strukturen eignen sich im Allgemeinen für die Verwaltung einer begrenzten Anzahl von Partikeln 13,14,15,16,17,18.
Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb einer pneumatisch angetriebenen mikrofluidischen Plattform für große Partikelkonzentrationen, die die oben genannten Mängel18 überwindet. Diese Plattform kann Partikel durch Verformung und Betätigung der dünnen Membranschicht der Siebventilplatte (Vs), die sich in gekrümmten mikrofluidischen Kanälen ansammelt, blockieren und konzentrieren. Partikel sammeln sich in gekrümmten mikrofluidischen Kanälen an, und die konzentrierten Partikel können sich trennen, indem sie das Arbeitsfluid über die Betätigung von zwei Ein- / Aus-Ventilen der PDMS-Dichtungenablassen 18. Diese Methode ermöglicht es, eine begrenzte Anzahl von Partikeln zu verarbeiten oder eine große Anzahl kleiner Partikel zu konzentrieren. Betriebsbedingungen wie die Größe der Durchflussrate und des Druckluftdrucks können unerwünschte Zellschäden verhindern und die Effizienz des Zellfangs erhöhen.
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1. Design der mikrofluidischen Plattform für die Partikelkonzentration
2. Herstellung der mikrofluidischen Plattform zur Partikelkonzentration
HINWEIS: Abbildung 6 zeigt die Herstellung einer mikrofluidischen Plattform, die Partikel konzentriert.
3. Einrichten des Geräts
HINWEIS: Abbildung 7 zeigt die Herstellung einer mikrofluidischen Plattform, die Partikel konzentriert.
4. Bedienung des Gerätes
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Abbildung 8 zeigt die Durchflussrate der Fluidraten für einen vierstufigen Plattformbetrieb, wie in Tabelle 2 erwähnt. Die erste Stufe ist der Ladezustand (ein Zustand). Die Plattform wurde mit Flüssigkeit versorgt, wobei alle Ventile geöffnet waren, und das Arbeitsfluid (Qf) und die Partikel (Qp) sind fast identisch, da das mikrofluidische Kanalnetzwerk strukturelle Symmetrie aufweist. In der zweiten Stufe (b-Zustand) wurde Druckluft nach Vs transportiert, um die Partikel z...
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Diese Plattform bietet eine einfache Möglichkeit, Partikel unterschiedlicher Größe zu reinigen und zu konzentrieren. Partikel werden durch pneumatische Ventilsteuerung angesammelt und freigesetzt, und es wird kein Verstopfen beobachtet, da es keine passive Struktur gibt. Mit diesem Gerät wird die Konzentration von Partikeln dreier Größen dargestellt. Der Betriebsdruck, die für die Konzentration erforderliche Zeit und die Rate können jedoch je nach Geräteabmessungen, Partikelgrößenvergrößerung und Druck bei Vs
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Diese Arbeit wurde durch den Zuschuss der National Research Foundation of Korea (NRF) unterstützt, der von der koreanischen Regierung (Ministerium für Wissenschaft und IKT) finanziert wurde. (Nr. NRF-2021R1A2C1011380).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 1,5 mm Punktion | Selbstproduktion | Selbstproduktion | Diese Punktion wurde vorgenommen, indem ein Formenbauer auf Basis des Miltex® Produkt für Biopsie-Stanze mit Kolben (15110-15). |
| 4 Zoll Silizium Wafer / SU-8 Form | 4science | 29-03573-01 | 4 Zoll (100) Ptype Silizium Wafer / SU-8 Form |
| Carboxyl Polystyrol vernetzte Partikel (24,9 μ m) | Spherotech | CPX-200-10 | Konzentrierte Bead-Probe1 |
| Durchflussmesser | Sensirion | SLI-1000 | Durchflussmessung |
| Hochgeschwindigkeitskamera | Photron | FASTCAM Mini | Beobachtung der Konzentration |
| Heizplatte | Als eine | HI-1000 | Heizplatte zum Aushärten von Flüssigkeit PDMS |
| KOVAX-SYRINGE 10 mL/Spritze | Koreavaccine | 22G-10ML | Füllen Sie den mikrofluidischen Kanal mit blasenfreiem, demineralisiertem Wasser. |
| Labor Conona Behandler/Atmosphärisches Plasma | Electro-Technic | BD-20AC | Chip-Bonding/Atmosphärisches Plasma |
| Flüssiges Polydimethylsiloxan, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | Komponenten des Chip-Mikroskops |
| Olympus | IX-81 | Beobachtung der Konzentration | |
| PEEK-Röhren | SAINT-GOBAIN PPL CORP. | AAD04103 | Partikel injizieren oder sammeln |
| Polystyrolpartikel (4,16 μ m) | Spherotech | PP-40-10 | Konzentrierte Bead-Probe3 |
| Polystyrolpartikel (8,49 μ m) | Spherotech | PP-100-10 | Konzentrierte Bead-Probe2 |
| Druckregler/μ flucon | AMED | μ flucon | Steuerung des Luftdrucks |
| Der Schleudercoater | iNexus | ACE-200 | verteilt das flüssige PDMS auf das SU-8-Werkzeug |
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