Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration

Dieses Protokoll beschreibt unsere Methode zur Herstellung und zum Betrieb auf einer pneumatisch angetriebenen mikrofluidischen Plattform für Multiteilchenkonzentrationen, die Mängel wie Partikelverstopfung und komplexe Strukturen überwindet. Diese Methode ermöglicht es, eine unbegrenzte Anzahl von Partikeln zu verarbeiten, sich auf eine große Anzahl kleiner Partikel zu konzentrieren, unerwünschte Zellschäden zu verhindern und die Entropieeffizienz zu erhöhen. Aufgrund der Bedeutung der biologischen Analyse werden mikrofluidische und biomedizinische mikroelektromechanische Systemtechnologien verwendet, um Geräte zur Reinigung und Sammlung von Mikromaterialien zu entwickeln und zu untersuchen.

Verwenden Sie zunächst eine vorgefertigte pneumatische Ventilkanal-SU8-Form, um die PDMS-Schicht zur pneumatischen Steuerung des Ventils zu replizieren. Gießen Sie 10 Milliliter flüssiges PDMS und einen Milliliter Härter in eine vorbereitete pneumatische Ventilkanalform und aktivieren Sie die Hitze bei 90 Grad Celsius für 30 Minuten. Nachdem die PDMS-Strukturen ausgehärtet sind, trennen Sie die SU8-Form.

Stanzen Sie drei 1,5-Millimeter-Pneumatikanschlüsse mit einer 1,5-Millimeter-Punktion in den pneumatischen Ventilkanal. Gießen Sie 10 Milliliter flüssiges PDMS und einen Milliliter Härter in eine saubere SU8-Form. Spin Coat für 15 Sekunden bei 1500 Umdrehungen pro Minute mit einem Spin Counder, dann Hitze aktiviert bei 90 Grad Celsius für 30 Minuten.

Trennen Sie die SU8-Form, nachdem die PDMS-Strukturen ausgehärtet wurden. Behandeln Sie die PDMS-Struktur 20 Sekunden lang mit atmosphärischem Plasma. Richten Sie die plasmabehandelten PDMS-Strukturen mit einem Mikroskop entsprechend der Kanalstruktur aus.

Verkleben Sie die ausgerichteten PDMS-Strukturen, indem Sie sie 30 Minuten lang auf 90 Grad Celsius erhitzen. Machen Sie mit einer Punktion von 1,5 Millimetern ein Loch mit einem Durchmesser von 1,5 Millimetern im Flüssigkeitskanaleinlass und -auslass innerhalb des pneumatischen Kanalteils, das mit der dünnen Membranschicht verbunden ist. Replizieren Sie beide Seiten der PDMS-Schicht mit zwei SU8-Formen, um einen mikrofluidischen Kanal zu erzeugen.

Verwenden Sie eine gekrümmte und rechteckige mikrofluidische Kanalform auf der Vorderseite und eine mikrofluidische Verbindungskanalform auf der Rückseite. Gießen Sie 10 Milliliter flüssiges PDMS und einen Milliliter Härter in die gekrümmte und rechteckige mikrofluidische Kanalform und drehen Sie es mit 1200 Umdrehungen pro Minute für 15 Sekunden, dann erstellen Sie Formen für die gekrümmte Flüssigkeitskammer und die Flüssigkeitskanäle durch Wärmeaktivierung bei 90 Grad Celsius für 30 Minuten. Trennen Sie die PDMS-Schicht, auf der der mikrofluidische Kanal gebildet wird.

Behandeln Sie es dann 20 Sekunden lang mit atmosphärischem Plasma, um eine wärmeaktivierte Form herzustellen, die die versiegelte Entlüftungswand bedeckt, indem sie sich an den Glaswafer bindet. Gießen Sie drei Milliliter flüssige PDMS in den Verbindungskanal des SU8-Werkzeugs. Ordnen Sie die Struktur, die mit der Verbindungskanalform hergestellt wurde, in flüssigem PDMS auf der mikrofluidischen Verbindungskanalform an.

Trocknen Sie dann die überlagerte Struktur bei 130 Grad Celsius für 30 Minuten. Entfernen Sie nach dem Aushärten die vordere SU8-Form von der mikrofluidischen Kanalnetzwerkschicht und ziehen Sie die hintere PDMS-Form vorsichtig ab. Gießen Sie 10 Milliliter flüssiges PDMS und einen Milliliter Härter in eine saubere SU8-Form und aktivieren Sie sie bei 90 Grad Celsius für 30 Minuten.

Trennen Sie die SU8-Form, nachdem die PDMS-Strukturen ausgehärtet wurden. Behandeln Sie die mikrofluidischen PDMS-Verbindungskanalformen 20 Sekunden lang mit atmosphärischem Plasma. Richten Sie die plasmabehandelten PDMS-Strukturen mit einem Mikroskop entsprechend der Kanalstruktur aus.

Verkleben Sie die ausgerichteten PDMS-Strukturen, indem Sie sie 30 Minuten lang auf 90 Grad Celsius erhitzen. Richten Sie die während dieses Prozesses vorbereiteten PDMS-Strukturen entsprechend der Kanalstruktur aus und verbinden Sie sie durch Behandlung mit atmosphärischem Plasma für 20 Sekunden. Füllen Sie mit einer 10-Milliliter-Spritze den mikrofluidischen Kanal mit blasenfreiem, demineralisiertem Wasser.

Um den Druck der Arbeitsflüssigkeit und der drei pneumatischen Ventile, die den Mikroperlenfluss steuern, zu steuern, setzen Sie einen Präzisionsdruckregler mit vier oder mehr Auslasskanälen für das Arbeitsfluid in die mikrofluidische Plattform ein. Bereiten Sie Carboxylpolystyrol-Testpartikel verschiedener Größen in destilliertem Wasser vor. Um den Durchfluss der Arbeitsflüssigkeit zu steuern, füllen Sie die Hälfte einer Glasflasche mit dem Wasser und verbinden Sie den Glasflaschenverschluss mit dem Steuerungsausgangskanal und dem Mikroventil.

Beobachten Sie mit einem inversen Mikroskop alle Bahnsteigvorgänge und messen Sie den Betriebsdurchfluss im Laufe der Zeit am Auslass mit einem Flüssigkeitsdurchflussmesser. Injizieren Sie das Partikel- oder Flüssigkeitsgemisch unter Druck am Einlass mit dem Partikelventil. Üben Sie Druck auf das CIV-Ventil mit 15 Kiopascal und das Partikelventil mit 18 Kilopascal aus, um das Ventil zu betätigen.

Wenn die Partikel konzentriert sind, üben Sie nur Druck auf das Flüssigkeitsventil aus. Der Durchfluss der Fluide wurde in einen vierstufigen Plattformbetrieb unterteilt. Die erste Stufe war der Ladezustand.

Die Arbeitsflüssigkeit und die Partikel waren fast identisch, da das mikrofluidische Kanalnetzwerk eine strukturelle Symmetrie aufwies. Die zweite Stufe war der Sperrzustand. Der Strömungsweg verengte sich und die am Auslassanschluss gemessene Durchflussmenge wurde durch den hydraulischen Widerstand reduziert.

Die dritte Stufe war der Konzentrationszustand. Die gemessene QP lag nahe Null und die QF etwa 1,42-mal so hoch wie der Sperrzustand. Die letzte Stufe war der Release-Zustand.

Die resultierenden Durchfluss- und Konzentrationsraten bewiesen, dass die mit dem pneumatischen Ventil programmierte sequentielle Betätigung aufgrund von Strömungsänderungen gut funktioniert. Partikel wurden konzentriert und im Sammelbereich akkumuliert, wenn das CIV-Ventil und das Partikelventil geschlossen wurden, und alle gesammelten, konzentrierten Partikel wurden innerhalb von vier Sekunden freigesetzt, wenn nur das Flüssigkeitsventil geschlossen war. Ein wesentlicher Teil dieses Verfahrens ist die Aushärtung der hinteren Struktur, wo die PDMS-Schicht durch den etwas mehr Druck der Luftschicht implantiert wird.

Und die deformierte Filmschicht wird plötzlich aktiviert. Diese Plattform kann für die automatische Vorbehandlung von sehr konzentrierten und geraden und suspendierten Biopartikeln verwendet werden, da der Betrieb nicht durch die Eigenschaften der physikalischen Partikel beeinträchtigt wird.