Name: Größe-gesteuerte Poly (Ethylenglycol) Diacrylate Tröpfchen über Semi-3-dimensionale fließen mit Schwerpunkt mikrofluidischen Geräte-Generation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung eines semi-3D-Flow-Focusing-Mikrofluidik-Chips zur Erzeugung reiner PGD-Tropfen für biochemische Anwendungen. Diese Methode ermöglicht großflächige Tests mit minimalem Probenverbrauch.

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Diese Arbeit wurde von der Shenzhen Grundlagenforschung Finanzierung (Grant Nr. unterstützt. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 und JCYJ20160317152359560). Die Autoren möchten Prof. Y. Chen an der Shenzhen Institute of Advanced Technology, chinesische Akademie der Wissenschaften für Unterstützungen bedanken.

1. Schimmel Fertigung
<ol><li>Zwei Fotomasken mit einer Zeichnung Software zu entwerfen. Beschreiben Sie die Umrisse der Microchannel Struktur zu und verwenden Sie zwei separate Ebenen für Maske 1 und 2 in der gleichen Zeichnung, also gewährleisten Sie alle Verbindungen zwischen verschiedenen Kanälen zu. Verschiedene Ebenen unabhängig voneinander um Chrom-Platte auf dem Glas von einem Anbieter mit 1 µm Auflösung zu drucken. Sicherstellen Sie, dass die Fotomasken dunkel mit transparent gestaltete Strukturen als ein negativer Polarität. Hinweis: Die Maske 1 enthält die dispergierte Phase Einlasskanal und eine Öffnung. Die Maske 2 enthält die dauerphase Einlasskanal, den Filter und die Steckdose.</li>
	<li>Reinigen Sie in ausgewiesenen Photolithographie Labor einen 3-Zoll-Durchmesser-Silizium-Wafer. Legen Sie die Wafer auf eine Spin Coater, schalten Sie das Vakuum den Wafer zum Spin Futter anzubringen. Spin-Mantel 2-3 mL von SU-8 2025 negativer Photoresist auf dem Wafer für 10 s bei 1.000 u/min, dann 30 s bei 3.000 u/min, Bereitstellung der ersten Schichtdicke von 20 µm.</li>
	<li>Weiche Backen auf einer Herdplatte 95 ° C für 6 min. Nachdem die beschichtete Wafer auf Raumtemperatur (RT) abgekühlt, setzen Sie es über die Maske 1 unter einem kollimierten 15 mW/cm2, 365 nm UV für 18 S. Post-Exposition auf eine Herdplatte 95 ° C für 6 min. Backen, dann die Wafer auf RT abkühlen lassen</li>
	<li>Wiederholen Sie die Spin-Coating-Verfahren. Anwenden von 2-3 mL von SU-8 2100 negativer Photoresist auf dem Wafer für 10 s bei 1.000 u/min, dann 30 s bei 2.000 u/min, bietet der zweite Schichtdicke von 130 µm. Nach weiche Backen auf einer Herdplatte 95 ° C für 35 min, legen Sie die Maske 2 auf der zweiten Schicht Photoresist aussetzen für 30 s, die mit der dispersen Phase-Kanal-Ebene durch eine UV-Aligner ausgerichtet war. Post-Exposition, auf einer Herdplatte 95 ° C für 7 min backen.</li>
	<li>Den Wafer durch Eintauchen in einem gerührten Bad 50 ml von Propylenglykol Methyl Äther Acetat bis Funktionen auf dem Wafer klar, dann waschen Sie es mit Spiritus zu entwickeln. Schließlich legen Sie die Wafer auf die thermostatischen Plattform zum Backen für 2 h.</li>
</ol>2. halb-3D Flow-Fokussierung Mikrofluidik-Chip Fabrication
<ol><li>Mix-PDMS Monomer und seine Härtemittel in einem etwas anderen Gewichtsverhältnis für die oberen und die unteren Schichten, in der Regel 10:1 für die oberste Schicht, und 8:1 für die Unterschicht verwenden automatische Salbe Rührwerk für 4 min. Hinweis: Die oberen und unteren PDMS-Platten sind bereit, in ein etwas anderes Verhältnis (10:1 und 8:1 bzw.) der PDMS-Basis zum Härtemittel, Verbesserung der Haftfestigkeit. Beim 5:1 Verhältnis für die Unterschicht gewählt wird, die steifere Bodenplatte PDMS Ausrichtung erschwert und Haftfestigkeit aufgrund mangelnder Flexibilität reduziert. Darüber hinaus ist die Dicke der Bodenplatte PDMS ca. 1 mm für die Anpassung des Arbeitsabstand des Mikroskops. Der Chip verformt sich leicht unter hohem Druck bei 15:1-Verhältnis gewählt wird.</li>
	<li>Gießen Sie die Mischung in die fertige Silikon-Form in einer 90-mm-Petrischale und bieten eine Dicke von 2 ~ 3 mm. Legen Sie sie in einer Vakuumkammer und degas bis alle Luftblasen verschwinden. Heilung bei 80 ° C für 1 h im Ofen.</li>
	<li>Lassen Sie die PDMS auf RT. Verwendung abkühlen ein Skalpell zum Ausschneiden des Gerätes mindestens 3 mm von den Funktionen und langsam Abziehen der PDMS-Schicht aus dem Siliziumwafer. Lochen Sie die dispergierte Phase Inlet, dauerphase Einlass und Auslass in der PDMS-Deckschicht mit einem 0,75 mm Durchmesser.</li>
	<li>Reinigen Sie die PDMS mit Klebeband um Staubpartikel zu entfernen. Plasma Behandlung der oberen und unteren PDMS Schichten gleichzeitig für 2 min in einem 300 W Plasma Reiniger. Die oberste Schicht auf der unteren Ebene Oberfläche und schieben Sie die Oberflächen relativ bis Funktionen ausgerichtet sind durch ein Stereo-Mikroskop betrachten.</li>
	<li>Das Gerät in einem Ofen bei 120 ° C für einen Tag zu erhöhen die Festigkeit und vollständige Verklebung zu heilen.</li>
</ol>(3) Reagenzien Vorbereitung
<ol><li>Bereiten Sie die Lösung für die kontinuierliche Phase: Hexadecan durch 18 Vol % Silikon basierende nichtionische Tenside lösen.</li>
	<li>Bereiten Sie die Lösung der dispersen Phase: hydrophile Poly (Ethylenglycol) Diacrylate (PEGDA, MW 255) mit 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98 %, MW 224) in einer Konzentration von 5 mg/mL als Foto-Initiator und Rhodamin B () 95 %, MW 479.01) in einer Konzentration von 1 Mmol/L als Fluoreszenz-Farbstoffen.</li>
	<li>Die kontinuierliche Phase 1 mL Stauseen der pneumatische Druckregler einfüllen. Füllen Sie 200 µL Gel laden Tipp mit der dispersen Phase.</li>
</ol>4. die Systemvorbereitung
<ol><li>Stellen Sie das halb-3D mikrofluidischen Gerät auf der Bühne von einem umgekehrten optischen Mikroskop betrachten mit einer Highspeed-Kamera.</li>
	<li>Schließen Sie den fluorierten Ethylen Propylen (FEP) Schlauch an das gestanzte Loch die kontinuierliche Phase durch das Anbringen einer kurzen Edelstahl-Rohr, dann stecken Sie das Ende einer Gel-laden-Spitze in das gestanzte Loch der dispersen Phase. Legen Sie eine 20-cm-Länge von FEP-Schlauch in die Steckdose im Gerät und stecken Sie das Ende in einem 15 mL Zentrifugenröhrchen. Hinweis: Die Konfiguration des Systems ist in Abbildung 1dargestellt.</li>
</ol>(5) Tröpfchen-Bildung
<ol><li>Stellen Sie das Gerät auf der Werkbank von einem inversen Mikroskop, und stellen Sie sicher, dass die Kreuzung der verschiedenen Kanäle sich etwa in die Position der Lichtquelle des Mikroskops befindet. Konzentrieren Sie die inversen Mikroskop auf eine Region, die zwei-Phasen-Schnittmenge enthält, die Blende-Region und der nachgeschalteten Kanal.</li>
	<li>Eingestellte Druck aus zwei Phasen mit pneumatischer Druckregler Flüssigkeit langsam an die sich überschneidenden Region mit 15 Mbar für der dispersen Phase und 30 Mbar für die kontinuierliche Phase liefern. Warten Sie 3 min zur Stabilisierung und Gleichgewichtherstellung bis stabile Strömung tragen keine Luftblasen und PDMS-Rückstände.</li>
	<li>Geben Sie die Parameter auf die Benutzeroberfläche der Steuerungssoftware. Stellen Sie den Druck von der dispersen Phase als Basisebene Druck des Systems auf eine Konstante, zum Beispiel, auf 45 Mbar halten. Erhöhen Sie den Druck der kontinuierlichen Phase bis die Emulsion-Trennung-Modus aus jetten in den Tipp-Streaming-Modus geändert wird, dann warten Sie 5 min zur Stabilisierung.</li>
	<li>Legen Sie das FEP Rohrende Zentrifugenröhrchen, die Tröpfchen sammeln die Austrittsöffnung herstellen.</li>
</ol>6. PEGDA Partikel Auflistung und Charakterisierung
<ol><li>Befestigen Sie die Zentrifugenröhrchen Schraubeinsätze in der Halterung. Erhalten Sie die PEGDA Partikel durch die rasche Erstarrung durch UV-Bestrahlung, wenn Flüssigphase fließen in die Röhre.</li>
	<li>Beim Sammeln von Prozess zu schlichten, probieren Sie und beobachten Sie die PEGDA Partikel durch das Fluoreszenz-Mikroskop mit 20 X oder 60 X Objekte bzw.. Hinweis. Die fluoreszierende Digitalbilder von der Kamera eingefangen werden durch eine maßgeschneiderte Softwareroutine analysiert. Das Bild ist erste Dekonvolution basierend auf R-L-Algorithmus17 , den Effekt von heraus-von-Fokussierung Licht und die Kugel, die Objekte im Bild basierend auf den Canny Rand Nachweismethode extrahiert werden zu beseitigen; zu guter Letzt kann der Durchmesser der einzelnen Kugel mit Hough Transformation18berechnet werden. Infolgedessen, werden Mittelwert und Standardabweichung der Durchmesser der Kugel Objekte in jedem Bild abgeschätzt.</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Generation der Tröpfchen in der Fluss-Fokus-Modus mit 2D und halb-3D mikrofluidischen Gerät wurde zuvor in einer Vielzahl von Berichten8,9,15,19,20, 21. In diesen Systemen wurde die wässrige Flüssigkeit, die nicht verfestigt werden könnte als der dispersen Phase, wie z. B. deionisiertes Wasser8<su...

Tröpfchen-basierte mikrofluidischen Systemen haben die Fähigkeit zu produzieren hoch monodispersen Tropfen aus Nanometer bis Mikrometer Durchmesser Bereich1 und halten großes Potenzial im Hochdurchsatz-Drug Discovery2, Synthese von Biomolekülen3 ,4, und die Diagnose Test5. Aufgrund der einzigartigen Vorteile der kleineren Tröpfchen, wie die größere Fläche zum Volumenverhältnis und Großanwendungen mit verbraucht wenige Mikroliter der Probe hat die Technologie großes Interesse in den unterschiedlichsten Bereichen angezogen. Die Emulgierung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten ist eines der typischsten Methoden, um Tropfen zu erzeugen. Forscher haben in früheren Berichten im Bereich eine Vielzahl von verschiedenen Tropfen Bildung Geometrien, einschließlich der t-Kreuzung, Fluss-Fokussierung und Co fließenden Geometrien entwickelt. In der t-Kreuzung-Geometrie ist die dispersen Phase durch einen senkrechten Kanal in den Hauptkanal, geliefert in der kontinuierliche Phase6,7fließt. In der typischen zweidimensionale (2D) Fluss-Fokus8,9 Geometrie ist der dispersen Phase Flow aus den seitlichen geschoren; und für die Co fließende Geometrie10,11, auf der anderen Seite eine Kapillare, die Einführung der dispersen Phase Flow befindet sich co-Axial innerhalb einer größeren Kapillare für Co fließende Geometrie, so dass der dispersen Phase Flow von geschert ist alle Richtungen.
Die Tropfengröße ist durch Anpassung Kanal Größe und Flow Rate Ratio kontrolliert, und die Mindestgröße von Co fließt oder t-Kreuzung produziert beschränkt sich auf Dutzende von Mikrometern. Für Flow-Fokussierung Tröpfchen Bildung System bilden drei Modi der Tröpfchen Trennung durch das Druckverhältnis der zwei-Phasen-Anpassung und Tensid Konzentration, einschließlich das Nachtropfen Regime sprühvolumen Regime und der Tipp-Streaming-15. Tipp-Streaming-Modus nennt man auch Fadenbildung und das Aussehen einer dünnen der Faden Herausziehen von dispersen Phase Flow Kegelspitze beobachtet werden. Frühere Studien haben gezeigt, Tröpfchen weniger als wenige Mikrometer können erzeugt werden, obwohl Tipp-Streaming-Prozess in 2D oder halb-3D Fluss-Fokus Gerät8,12. Jedoch wie eine wässrige Lösung mit einer sehr geringen Konzentration von PEGDA als der dispersen Phase diente, die Schrumpfung Verhältnis der PEGDA Partikel war etwa 60 % der ursprünglichen Tröpfchen im Durchmesser nach Foto-Polymerisation, während PEGDA ohne Verdünnung als die dispergierte Phase führte zu instabilen Tipp-Streaming-Modus12. Grenzflächenspannung ist ein wichtiger Parameter der Emulsion Prozess und es wird durch die Zugabe des Tensids in die kontinuierliche Phase Flüssigkeit, führt zur Abnahme der Tropfengröße, höhere Erzeugung Frequenz13, stark gewölbte Tip zu verringern und Instabilität14zu verhindern. Außerdem, wenn die Masse Tensid Konzentration viel höher als die kritische Micelle-Konzentration ist, die Grenzflächenspannung ist ungefähr unveränderlich in den gesättigten Zustand13 und Tipp-Streaming-Modus kann15auftreten.
Basierend auf die obigen Beobachtungen in diesem Papier haben wir einen einfachen Ansatz für PEGDA-Tröpfchen-Generation mit einem halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Gerät, hergestellt von mehrschichtigen weiche Lithographie Methode entwickelt. Anders als die typischen 2D Fluss-Fokus Gerät, hat das halb-3D Fluss-Fokussierung Gerät eine flache dispergierte Phase und einem tief dauerphase-Kanal, damit die dispersen Phase von rauf und runter neben Lateral geschert werden kann. Dies bietet größeren Verstellbereich für Flow-Fokus-Modus durch die Reduzierung der Energie- und Druckbedarf für Tröpfchen Zerfall. Anders als bei den vorherigen Bericht12, die dispersen Phase ist reine PEGDAcontaining Foto-Initiator, darauf achten, dass die Schrumpfung Verhältnis der PEGDA Partikel weniger als 10 %16; und die kontinuierliche Phase ist die Mischung von Hexadecan auflösen mit ein hohes Volumen Konzentration von der Silikon-basierten nichtionische Tenside. Größe-steuerbare und einheitliche Tröpfchen entstanden durch Anpassung der Druckverhältnis aus zwei Phasen. Der Durchmesser der Tröpfchen wechselt von 80 µm bis 1 µm als Tröpfchen Trennung Änderungen vom sprühvolumen Modus Tipp-Streaming-Modus verarbeitet. Darüber hinaus wurde das PEGDA Teilchen durch Foto-Polymerisation unter UV-Bestrahlung synthetisiert. Die Tröpfchen Generation mikrofluidischen System mit Leichtigkeit der Herstellung bieten mehr Möglichkeiten für Anwendungen in der Biologie.

<table><tbody><tr><td>Siliziumwafer</td><td>Huashi Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2025, 2100</td><td>Microchem Co.</td><td></td><td></td>Y111069</tr><tr><td>SU-8 Entwickler</td><td>Microchem Co.</td><td></td><td></td>Y020100</tr><tr><td>Chrommaske</td><td>Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxan (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>Poly(ethylenglykol) diacrylat (PEGDA)</td><td>Sigma</td><td>26570-48-9</td><td></td></tr><tr><td>2-Hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenon</td><td>TCI</td><td>H1361-5G</td><td>Photoinitiator</td></tr><tr><td>Hexadecan</td><td>Sigma</td><td>544-76- 3</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>CHT</td><td>144243-53-8</td><td>Tenside</td></tr><tr><td>Rhodamin B</td><td>Aladdin</td><td>81-88-9</td><td>Fluoreszenzfarbstoff</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lithographiemaschine</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatisches Salbenrührwerk</td><td>Thinky</td><td>ARV-310</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>BluePard</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optisches Mikroskop</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitskamera</td><td>Hamamatsu, Japan</td><td>ORCA-Blitz</td><td></td></tr><tr><td>MAESFLO Microfluidic Fluid Control System</td><td>FLUIGENT</td><td>MFCS-EZ</td><td></td></tr><tr><td>UV-Lampe</td><td>FUTANSI</td><td></td><td>365 nm UV-Licht, 8000 MW/CM2</td></tr></tbody></table>

größe-gesteuerte poly (ethylenglycol) diacrylate tröpfchen über semi-3-dimensionale fließen mit schwerpunkt mikrofluidischen geräte-generation

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Einheitliche und Größe-steuerbare Poly (Ethylenglycol) Diacrylate (PEGDA) Tröpfchen könnte über den Fluss mit Schwerpunkt Prozess in einem mikrofluidischen Gerät hergestellt werden. Dieses Dokument schlägt einen semi-three-dimensional (halb-3D) Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chip für Tropfenbildung. Polydimethylsiloxan (PDMS) Chip wurde hergestellt unter Verwendung der mehrschichtigen weiche Lithographie-Methode. Hexadecan mit Tensid diente als die kontinuierliche Phase, und PEGDA mit dem ultravioletten (UV) Foto-Initiator war der dispersen Phase. Tenside erlaubt die lokale Oberflächenspannung zu fallen und eine mehr Spitzer Spitze, die gefördert, Einbruch in winzigen Mikro-Tröpfchen, gebildet. Da der Druck der dispersen Phase konstant war, wurde die Größe der Tröpfchen kleiner mit zunehmendem dauerphase Druck vor der dispergierten Phase, die Strömung abgebrochen wurde. Infolgedessen Tröpfchen mit Variation der Größe von 1 µm bis 80 µm im Durchmesser durch eine Änderung der Druckverhältnisse in beiden zulaufkanäle gezielt erreicht werden konnte, und der mittlere Variationskoeffizient wurde von unter 7 % geschätzt. Darüber hinaus könnte Tröpfchen durch UV-Bestrahlung für Foto-Polymerisation in Mikro-Perlen verwandeln. Konjugation von Biomolekülen auf solche Mikro-Perlen-Oberfläche haben viele Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Biologie und Chemie.

Der halb-3D Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chip wurde hergestellt mit mehrschichtigen weiche Lithographie Techniken wie oben beschrieben. Die Fertigung und die Ergebnisse für master-Form in der Protocolare in Abbildung 2dargestellt. Die erste Schicht, die einen 65 µm breiten Kanal bietet für die Einführung der dispersen Phase und einem 50 µm breite Öffnung (Abbildung 2eine), ist 20 µm Dicke. Ein Zusatz 130 µ...

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll um die Fertigungsprozesse und Überprüfung Experimente eines semi-three-dimensional (halb-3D) Fluss-Fokussierung mikrofluidischen Chips für Tropfenbildung zu veranschaulichen.

Größe-gesteuerte Poly (Ethylenglycol) Diacrylate Tröpfchen über Semi-3-dimensionale fließen mit Schwerpunkt mikrofluidischen Geräte-Generation

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Diese Methode kann dazu beitragen, die Schlüsselfragen im Bereich der mikrofluidischen Tröpfchenbildung zu beantworten, einschließlich der Herstellung des halbdreidimensionalen PDMS-Chips mit Strömungsfokussierung und der Herstellung der reinen PID-Tröpfchen. Der Hauptvorteil dieser Taktik besteht darin, dass die Semi-3D-Strömungsfokussierungsvorrichtung ein größeres Testgelände für die Strömungsfokussierung bietet. Reine PID stellt sicher, dass das Verhältnis der PID-Partikel weniger als 10 % beträgtDie Auswirkungen dieser Technik können aufgrund des größeren Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen auf viele biochemische Implikationen ausgeweitet werden.Düsen- und Großanwendungen sind für diese Technik von Vorteil, da einige Mikroliter Probe verbraucht werden. Nun kann diese Methode Aufschluss über die Bildung von PID-Tröpfchen geben. Es kann auch auf andere Systeme angewendet werden, z. B. auf gasbetriebene Strömungsfokussierungsanalysen.Im Allgemeinen haben Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Probleme mit Verstopfungen in der Öffnung und der Instabilität des Spitzenströmungsschimmels. Diese Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Herstellung von Semi-3D-Flow-fokussierten Chips schwer zu erlernen ist, da die Ausrichtung der oberen und unteren PDMS-Schichten zur Herstellung eines semifluidischen Chips von Hand nicht überprüft wird. Entwerfen Sie die beiden Fotomasken mit Standardtechniken.Verwenden Sie zwei separate Layer für die Maske eins und zwei in derselben Zeichnungsdatei, um sicherzustellen, dass alle Verbindungen zwischen den verschiedenen Kanälen ausgerichtet sind. Maske eins enthält den dispergierten Phaseneinlasskanal und eine Blende, während Maske zwei den kontinuierlichen Phaseneinlasskanal, den Filter und den Auslass enthält. Verwenden Sie die beiden Ausrichtungsmarkierungen und drucken Sie die verschiedenen Schichten unabhängig voneinander auf eine Chromplatte auf Glas.Legen Sie anschließend in einem dafür vorgesehenen Fotolithographielabor einen sauberen Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 3 Zoll auf einen Spin-Coater und schalten Sie das Vakuum ein, um den Wafer auf dem Spin-Chuck zu befestigen. Schleudern Sie zwei bis drei Milliliter SU-8 2025 Negativ-Fotolack für 10 Sekunden bei 1.000 U/min auf den Wafer. Ändern Sie dann die Drehzahl 30 Sekunden lang auf 3.000 U/min.Dadurch wird eine Schichtdicke von 20 Mikrometern für die erste Schicht erreicht. Backen Sie die erste Schicht weich, indem Sie sie sechs Minuten lang auf eine 95 Grad Celsius heiße Platte legen. Entfernen Sie dann den Wafer und lassen Sie ihn wieder auf Raumtemperatur abkühlen.Setzen Sie den weich gebrannten Wafer 18 Sekunden lang der Maske Nummer eins unter kollimiertem UV-Licht aus. Nach der UV-Belichtung den Wafer auf einer 95 Grad Celsius heißen Platte sechs Minuten lang nachbacken. Lassen Sie den Wafer anschließend wieder auf Raumtemperatur abkühlen.Wiederholen Sie den Schleudervorgang ein zweites Mal mit zwei bis drei Millilitern SU-8 2100 Negativ-Fotolack. Drehen Sie den Wafer 10 Sekunden lang mit 1.000 U/min und dann 30 Sekunden lang mit 2.000 U/min. Dies ergibt eine zweite Schichtdicke von 130 Mikrometern.Nachdem Sie den Wafer 35 Minuten lang auf einer 95 Grad Celsius heißen Platte weich gebacken haben, richten Sie Maske Nummer zwei auf dem Fotolack der zweiten Schicht aus und setzen Sie ihn 30 Sekunden lang UV-Licht aus. Dann auf einer 95 Grad Celsius heißen Platte sieben Minuten nachbacken. Sobald der Wafer wieder auf Raumtemperatur abgekühlt ist, entwickeln Sie ihn, indem Sie ihn in ein Rührbad mit 50 Millilitern Propylenglykolmethyletheracetat eintauchen, bis die Merkmale auf dem Wafer deutlich werden.Waschen Sie dann die Waffel mit Ethylalkohol. Zum Schluss legst du den Wafer auf die Thermostatplattform und backst ihn zwei Stunden lang bei 95 Grad Celsius hart. Mischen Sie ein PDMS-Monomer und sein Härter vier Minuten lang in einem Verhältnis von 10:1 für die obere Schicht und einem Verhältnis von 8:1 für die untere Schicht.Legen Sie den Siliziumwafer mit einem automatischen Salbenrührwerk in eine 90-Millimeter-Petrischale und gießen Sie dann die PDMS-Mischung im Verhältnis 8:1 auf eine Dicke von zwei bis drei Millimetern über die Form. Entgasen Sie dann das PDMS in einer Vakuumkammer, bis alle Blasen verschwunden sind. Stellen Sie die Petrischale in einen Ofen und härten Sie das PDMS eine Stunde lang bei 80 Grad Celsius aus.Sobald das Gerät wieder auf Raumtemperatur abgekühlt ist, schneiden Sie das Gerät mit einem Skalpell mindestens drei Millimeter von den Merkmalen weg und schälen Sie die PDMS-Schicht langsam vom Siliziumwafer ab. Stanzen Sie dann den Einlass der dispergierten Phase, den Einlass der kontinuierlichen Phase und den Auslass in der oberen PDMS-Schicht mit einem Stempel mit einem Durchmesser von 0,75 Millimetern. Reinigen Sie die PDMS-Oberfläche mit Klebeband, um Staubpartikel zu entfernen.Legen Sie dann sowohl die obere als auch die untere PDMS-Schicht gleichzeitig in einen Plasmareiniger und setzen Sie ihn zwei Minuten lang mit 300 Watt dem Plasma aus. Unmittelbar nach der Plasmabelichtung legen Sie die oberste Schicht auf die untere Schicht und schieben Sie die Oberflächen relativ weit, bis die Merkmale ausgerichtet sind, um sie durch ein Stereomikroskop zu betrachten. Härten Sie das Gerät einen Tag lang in einem Ofen bei 120 Grad Celsius aus, um seine Festigkeit zu verbessern und die Verklebung zu vervollständigen.Bereiten Sie zunächst die Lösung der kontinuierlichen Phase vor, indem Sie 18 % eines nichtionischen Tensids auf Silikonbasis in Hexadecan lösen. Als nächstes bereiten Sie die Lösung der dispergierten Phase vor, indem Sie mit einem hydrophilen Peg-Diacrylat, einem Millimol pro Liter eines Fluoreszenzfarbstoffs beginnen und fünf Milligramm pro Milliliter eines Photoinitiators hinzufügen. Füllen Sie die Ein-Milliliter-Behälter eines pneumatischen Druckreglers mit der kontinuierlichen Phase.Füllen Sie dann eine 200-Mikroliter-Gelladespitze mit der dispergierten Phase. Platzieren Sie das semi-3D-Mikrofluidikgerät auf dem Tisch eines inversen optischen Mikroskops, das mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestattet ist. Verbinden Sie als Nächstes ein fluoriertes Ethylen-Propylen-Röhrchen mit dem gestanzten Loch der kontinuierlichen Phase, indem Sie es zuerst an einem kurzen Edelstahlrohr befestigen, das Röhrchen in das Ende einer Gelladespitze einführen und die Spitze in das gestanzte Loch der dispergierten Phase stecken.Führen Sie dann einen 20 cm langen FEP-Schlauch in den Auslass des Geräts ein und stecken Sie das Ende in eine Petrischale. Fokussieren Sie das inverse Mikroskop auf einen Bereich, der den Zweiphasenschnittpunkt, den Blendenbereich und den stromabwärts gelegenen Kanal enthält. Stellen Sie dann die Drücke der beiden Phasen mit einem angeschlossenen pneumatischen Druckregler ein.Stellen Sie die dispergierte Phase auf 15 Millibar und die kontinuierliche Phase auf 30 Millibar ein. Warten Sie drei Minuten, bis sich der Druck stabilisiert hat und ein stabiler Flüssigkeitsfluss erreicht ist, der keine Blasen oder PDMS-Rückstände enthält. Stellen Sie anschließend den Druck der dispergierten Phase als Basisdruck des Systems auf 45 Millibar ein.Erhöhen Sie den Druck der kontinuierlichen Phase, bis der Emulsionsaufbrechmodus vom Jetting- in den Tip-Streaming-Modus umgeschaltet wird. Warten Sie dann fünf Minuten, bis es sich stabilisiert hat. Platzieren Sie nach dem Einrichten das Rohrende, das das Auslassloch mit der Petrischale verbindet, und sammeln Sie die Tröpfchen.Setzen Sie sie UV-Licht aus, wo sie sich schnell zu Kugeln verfestigen. Aufgrund des Tiefenunterschieds zwischen dem dispergierten Phasenkanal und dem kontinuierlichen Phasenkanal wird die dispergierte Phasenströmung durch die kontinuierliche Phasenströmung in alle Richtungen gequetscht. Infolgedessen bildet sich eine symmetrische konische Flüssigkeitsspitze, die kontinuierlich Tröpfchen erzeugt.Die Größe der Tröpfchen wird durch das Druckverhältnis der dispergierten und kontinuierlichen Phasenströmung verändert. Dabei wird der Druck der kontinuierlichen Phase so modifiziert, dass er die Scherkraft beeinflusst, so dass die Tröpfchenaufbruchprozesse vom Jetting-Modus in den Tip-Streaming-Modus übergehen. Die Tröpfchen werden durch Photopolymerisation verfestigt und bilden beim Verlassen des Chips Partikel.Die hier gezeigten Tröpfchen wurden mit unterschiedlichen Druckverhältnissen gebildet. Der resultierende Tröpfchenradius steht in umgekehrter Beziehung zum Druckverhältnis der kontinuierlichen Phase und der dispergierten Phase. Diese Technik ebnet Forschern den Weg auf dem Gebiet der biologischen Anwendungen und bietet ein leistungsfähiges Werkzeug für die Wirkstoffforschung, die Synthese von Biomolekülen und die diagnostische Prüfung.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man halbdreidimensionale mikrofluidische Chips herstellt und wie man einige Mikro-PID-Tröpfchen herstellt. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Fotolack PGMEA äußerst gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Einweghandschuhen und einer Maske bei der Durchführung dieses Verfahrens immer getroffen werden sollten.

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