Mikrofluidik-Chips mit Elastomer-Mikroventil Arrays Controlled

Die Mikrofluidik bietet Zellbiologen die Technologie, um Experimente mit hohem Durchsatz durchzuführen, bei denen eine präzise Handhabung von Flüssigkeiten erforderlich ist. Hallo, ich bin Nin Chen Lee vom Folk Lab am Department of Bioengineering der University of Washington. Heute zeige ich Ihnen, wie Sie mikrofluidische Spitzen herstellen, die mit dem PDMS Micro Ventilarray gesteuert werden.

Das Gerät besteht aus drei Schichten. Die erste Schicht ist die Fluidikschicht, die Mikrokammern in verschiedenen Größen enthält, und die zweite Schicht ist die Kontrollschicht, die Kanäle zwischen den beiden Schichten enthält. Es gibt eine dünne PMS-Membran aufgrund der Hydrophobie und Nachgiebigkeit von PMS.

Die Membran dichtet gegen ihren Samen ab, so dass die Flüssigkeitskammern voneinander isoliert sind. Wenn wir Vakuum durch die Steuerkanäle anlegen, kann die PDMS-Membran die zuvor isolierten Flüssigkeitskammern ablenken und verbinden. Heute zeige ich Ihnen einen parallelen Mischer, der es ermöglicht, Volumina von Aqui-Lösungen im Sub-Nanoliter-Bereich in verschiedenen Mischungsverhältnissen zu mischen.

Und dann zeigt Ihnen ein knackiger Schritt aus unserem Labor ein integriertes mikrofluidisches System, das es ermöglicht, mehrere Lösungen in Zellkulturen zu gießen. Fangen wir an. Hier zeige ich Ihnen einen Master mit Handgelenksmerkmalen von A SUH auf einem Siliziumwafer.

Das Master wurde nach den Standard-SUH-Fotoverfahren dieses Masters hergestellt. Wir können PDMS-Repliken immer wieder neu erstellen. Um die Freigabe von PDMS aus Mastern zu erleichtern, müssen wir zuerst den Master aktivieren.

Normalerweise verwenden wir Master mit F-Lebensmitteln, weil wir mit Florence Island arbeiten, ich lege zuerst den Wafer in den Ator und lege die Tröpfchen des Waldes hinein und schließe dann die Schreibtisch-Skate-Kammer, schalte das Vakuum ein, lasse das Vakuum für 1, 2, 3 Minuten stehen und schließe dann das Vakuum. Lass das Ganze eine halbe Stunde verdunsten und nimm dann den Wave Drop. Vor der Replik von MOD PDMS müssen wir zunächst das PDMS-Präpolymer und die Härter im Verhältnis 10 zu eins vormischen.

Also wiege ich ein Prepolymer von 31 Gramm und wiege dann die Härter auf 3,1 Gramm und mische sie fünf Minuten lang gründlich durcheinander. Das fertige Produkt hat sich das angesehen. Danach gebe ich eine Dichtehitze, um das PS fünf bis 10 Minuten lang zu entblasen, bis es klar wird.

Während ich darauf warte, dass PMS abklingt, kann ich Silikonschläuche auf den Bereich der Kontrollschicht kleben. Wir haben uns für Silikonschläuche entschieden, weil es sich um die gleiche Komponente von PMS handelt, so dass sie später in das Gerät eingebettet werden können und eine luftdichte und flüssige Abdichtung erzeugen. Nun gebe ich ein wenig Leim D Zement auf die Spitze des kleinen Stücks Silikonschlauch und drücke es auf den Einlaufbereich des Masters.

Damit die Schläuche nicht zu weit über die Ampere dieser Silikonschläuche hinausragen, müssen sie beim Schneiden sehr flach sein und Sie nicht zu viel Kleber darauf auftragen, erklären Sie, wie Sie den Kleber drücken. Also mal sehen. Bereiche werden sowohl an der Entlüftung als auch am abnehmbaren Deckel erstellt.

Nun wurde das PS entwickelt. Ich werde PS auf den Master gießen. Achten Sie darauf, PGAs um die Schläuche herum zu ziehen.

Jetzt gieße ich mich auf den anderen Master, der über die Fluid-Layer-Funktionen verfügt. Nachdem sie die Meister mit PS übergossen haben, müssen sie wieder für fünf bis 10 Minuten im Staubkicker debubiert werden. Nach dem Blasen härten wir PMS im Ofen bei 65 bis 70 Grad von einer Stunde bis 24 Stunden aus.

Okay, großartig. Nach zwei Stunden ist das PMS geheilt. Jetzt schneiden wir das PMS-Gerät aus dem SU-Master und den Zeitraum für die Steuerungsschicht aus.

Wenn der Schlauchmodus eingeschaltet ist, entfernen wir den Kleber aus den Einlassbereichen. In unseren Geräten. Einlassbereiche werden sowohl auf drei Schichten als auch auf Kontrollschichten erstellt, aber wir modifizieren den Silikonschlauch nur auf eine Schicht.

Zum Beispiel hier nur auf der Steuerungsebene. Um einen Zugang zur Flüssigkeitsschicht zu schaffen, können wir die Membran unter den Silikonschläuchen durchstechen, um einen Zugang zu schaffen. Wir können also von oben auf all diese Geräte zugreifen, so dass es einfacher ist, Mikrofonmikroskopie auf Stereoskop und das traditionelle inverse Mikroskop durchzuführen.

Jetzt gehen wir in den C-Raum. Um CTM S-Membranen vorzubereiten, zeige ich Ihnen, wie Sie die PDFs-Membran mit dem Headway-Spinner drehen. Bevor ich den Wafer auf die Oberseite des Wafer-Checks lege, habe ich die Kugel mit dem Plastikdiagramm bedeckt und das Papiertuch darunter gelegt, um die saubere Verschmutzung anschließend leicht reinigen zu können.

Also, wenn es fertig ist, genau wie das, was wir mit den Mastern zuvor gemacht haben, nach der Reinigung auf dem Vakuum, gebe ich als nächstes etwa zwei Milliliter des PMS-Taxis auf den Siliziumwafer, weil wir eine 11 bis 12 Mikron große Sechsermembran haben wollen, der Wafer wird bei 7.000 RTM für 20 Sekunden gedreht, es beginnt Und jetzt würde ich so etwas sagen wie, Hier sieht man also, wie sich der Wafer dreht. Wir werden es drehen, wie lange auch immer Nach dem Schleudern legen wir den Fer vier Minuten lang bei 85 Grad auf die heiße Platte. Nun ist die PDMS-Membran ausgehärtet.

Als nächstes oxidieren wir die P DM S Membran und die Kontrollschicht in einem Plasmaofen. Wir beeinflussen die Platinleistung bei 75% und verwenden den Ochsensauerstoffdruck von 30 PSI und die Gripperate von fünf. Diese Parameter können jederzeit an verschiedene Anwendungen angepasst werden.

Schalten Sie den Zinken ein, schalten Sie das Plasma für 30 Sekunden ein. Legen Sie nun die Kontrollschicht auf die Membran. Bringen Sie sie in ein paar Minuten in Kontakt, die Kontrollschicht wird mit der Membran verbunden.

Entfernen Sie nach einigen Minuten die Kontrollschicht mit der Membran. Okay, jetzt sind wir bereit, die Steuerungsebene an der auszurichten, an der vollständig klaren. Da wir nicht mehr im Reinraum sind, verwenden wir den Scotch Tip, um den Staub auf dem vollständig durchsichtigen zu entfernen.

Wir müssen auch die Membran aus dem Einlassbereich der Kontrollschichten entfernen. Dies dient dazu, Zugang zur darunter liegenden Flüssigkeitsschicht zu erhalten. Legen Sie also die Kontrollschicht mit der Membran auf die Fluidschicht.

Schauen Sie sich alle Kammern, Flüssigkeitskammern und Ventile an. Stellen Sie sicher, dass sie alle von links nach rechts ausgerichtet sind. Wenn sie nicht ausgerichtet ist, können Sie die Steuerungsebene entfernen und neu erstellen.

Hier sehen Sie, dass die Fluidschicht und die Steuerungsschicht ausgerichtet sind. Jetzt werde ich einige dünnere Schläuche in diese Einlässe einführen, um sie mit den Flüssigkeitsquellen und den Druckquellen zu verbinden. Verbinden Sie nun die Ventile mit der Druckquelle und verbinden Sie die Flüssigkeitseinlässe mit der Flüssigkeitsquelle.

Hier haben wir zwei verschiedene Farbstoffe, einen blauen und einen gelben, um die PDMS-Mikroventile zu öffnen und zu schließen. Wir verwenden Magnetventile, die mit einer Vakuumquelle und einer Luftdruckkraft verbunden sind, und die Ventile werden von der Light View-Software gesteuert. Jetzt öffne ich den Ventilsatz Nummer eins.

Wir können sehen, wie sich die PDMS-Membranen durchbiegen und die Ventile geöffnet sind. Jetzt schließe ich den ersten ersten Satz der Ventile, schließe und öffne den zweiten Satz auf und schließe. Jetzt funktionieren alle Mikroventile.

Ich werde die mikrofluidischen Kammern mit zwei verschiedenen Würfeln füllen. Ich werde das Ventilset Nummer eins öffnen und auch mit einem Vakuum die beiden Würfel in die Kammern ziehen. Nachdem die Kammern mit Würfeln gefüllt sind, schließe ich das Ventilset Nummer eins, um jede Kammer zu isolieren, und schalte dann das Ventilset ein.

Nummer zwei, um die Paare in den beiden Arrays zu mischen. Das Öffnen des Ventils und das Mischen der Mischung dauern in der Regel etwa ein bis zwei Minuten. Da wir Kammergrößen in 10 verschiedenen Größen entworfen haben.

Wir haben also ein Mischungsverhältnis von 11 verschiedenen Verhältnissen. Nachdem das Mischen beendet ist, schließe ich das Ventil und so kann man jede einzelne Kammer sehen. Es gibt unterschiedliche Mischungsverhältnisse.

Die Farbe wechselte von Blau zu Grün zu mehr zu Gelb. Sobald sie hergestellt sind, können diese Geräte möglicherweise in biomedizinischen Aufsätzen wie Arzneimittel-Screening oder zellbiologischen Studien wie Chemotaxis oder Zellreaktion auf unterschiedliche Konzentrationen von Chemikalien und Wachstumsfaktoren oder Arzneimitteln verwendet werden. Ich bin Chris Sip und ich werde ein Gerät demonstrieren, das ein integriertes mikrofluidisches Perfusionssystem ist und dem Gerät, das zuvor in der Fertigung gesehen wurde, sehr ähnlich ist.

Der einzige, der Hauptunterschied besteht darin, dass wir anstelle von getrennten Kammern, die durch ein Ventil getrennt sind, das sich durch Diffusion mischt, mehrere Einlässe haben, die zusammenlaufen und durch Ventile gesteuert werden, ein Multiplex-Ventilschema. Und was ich demonstrieren werde, ist die selektive Betätigung von Ventilen, die verschiedene Einlässe ein- oder ausschalten. Außerdem zeige ich die Funktionsweise eines integrierten Mischkanals und die Steuerung von Gradienten.

Am oberen Rand des Bildschirms sehen Sie 16 Einlässe, die zusammenlaufen, und der Fluss wird von oben nach unten durch diesen vertikalen Kanal und in dieses Bifurkationsnetzwerk kommen, das die Zellkulturkammer ist. Jetzt sehen wir, wie die Einlässe auf einen blauen Farbstoff umschalten, der fließt, und man kann das laminare Strömungsprofil sehen, während es durch die Kammer geht. Jetzt machen wir eine Kombination aus Blau und Gelb und dann können wir dies umschalten, um die entgegengesetzte Kombination zu erstellen.

Wir können unseren Gradienten auf die rechte Seite lenken. Wir können auch andere Arten von Farbverläufen erstellen. Das zeigt nun das schnelle Schalten von Ventilen, so dass wir ziemlich schnell zwischen verschiedenen Lösungen wechseln können.

Jetzt füttern wir Blau und Gelb durch diesen Homogenisator und die Lösung kommt in der Kammer grün heraus und wir können auch beliebig viele verschiedene Einlässe schalten. In diesem Fall führen wir einen roten Einlass durch, der den Platz der gesamten grünen Lösung einnimmt. Heute habe ich Ihnen gerade gezeigt, wie man mikrofüßige Ventile herstellt und das Mischen von zwei Farbstoffen in unterschiedlichen Verhältnissen als Subliter-Volumen gezeigt.

Chris aus unserem Labor demonstrierte auch ein integriertes mikrofluidisches System für die Vielzahl verschiedener Lösungen. Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihrem eigenen Experiment.