Name: Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-01T14:15:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung einer pneumatischen Mikrofluidikplattform zur effizienten Mikropartikelkonzentration. Diese Methode verhindert Verstopfungen und Zellschäden bei biologischen Analysen.

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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).

1. Design der mikrofluidischen Plattform für die Partikelkonzentration
<ol><li>Entwerfen Sie die pneumatische mikrofluidische Plattform, bestehend aus einem pneumatischen Ventil für den Flüssigkeitsfluss im 3D-Strömungsnetzwerk und drei pneumatischen Ventilen für den Sieb- (Vs), Fluid- (Vf) und Partikel- (Vp) Ventilbetrieb (Abbildung 1). HINWEIS: Vs-Blöcke konzentrieren Partikel aus der Flüssigkeit, und Vf und Vp ermöglichen die Freisetzung von Flüssigkeit und Partikeln nach der Konzentration. Drei pneumatische Anschlüsse liefern Druckluft aus der Flüssigkeits-/pneumatischen Versorgungsschicht (normalerweise offen) und dem pneumatischen Ventillichtauslass zur Betätigung des Ventils. Das mikrofluidische Kanalnetzwerk wird mit einem CAD-Programm18,19 ausgelegt.</li>
	<li>Entwerfen Sie den Kanal als pneumatische Versorgungsschicht und als 3D-Kanalnetzwerkschicht (Abbildung 2). HINWEIS: Das Fluidnetzwerk ist mit den gekrümmten Kanälen im vorderen Teil und der rechteckigen Kammer im hinteren Bereich verbunden. Vs blockieren den Einlass, und Partikel sammeln sich im Sammelbereich des gekrümmten Flüssigkeitskanals an. Partikelfreie Flüssigkeiten (partikelfreie Flüssigkeiten) werden durch den Qf-Auslass und die konzentrierten Partikel durch den Qp-Auslass austreten (Abbildung 3).</li>
	<li>Bereiten Sie gemäß den oben genannten Bedingungen vier Arten von SU-8-Formen vor. HINWEIS: Die vier Formen enthalten eine Form, mit der das Ventil über Pneumatik gesteuert werden kann, zwei Formen, die Flüssigkeitskanäle erzeugen, und eine saubere Form ohne Form (Abbildung 4 und Tabelle 1). Die vier genannten Arten von Formen werden mit Standard-Photolithographie-Verfahren hergestellt. Dieser Formenbau besteht aus einer SU-8-Form auf einem Siliziumwafer gemäß den zuvor veröffentlichten Berichten18,19. Abbildung 5 zeigt den Gerätechip.</li>
</ol>2. Herstellung der mikrofluidischen Plattform zur Partikelkonzentration
HINWEIS: Abbildung 6 zeigt die Herstellung einer mikrofluidischen Plattform, die Partikel konzentriert.
<ol><li>Replizieren Sie die PDMS-Schicht mit einem vorbereiteten pneumatischen Ventilkanal SU-8 (Schritt 1.3) zur pneumatischen Steuerung des Ventils.<ol>
<li>Gießen Sie 10 ml flüssiges PDMS und 1 ml Härter (siehe Materialtabelle) in eine vorbereitete pneumatische Ventilkanalform (Schritt 1.3) und aktivieren Sie sie bei 90 °C für 30 min.</li>
		<li>Nachdem die PDMS-Strukturen ausgehärtet sind, trennen Sie die SU-8-Form von Schritt 2.1.1.</li>
		<li>Mit einer 1,5-mm-Punktion (siehe Materialtabelle) werden drei 1,5-mm-Pneumatikanschlüsse (Vs, Vf und Vp) in den gemäß Schritt 2.1.2 hergestellten pneumatischen Ventilkanal gestanzt (siehe Materialtabelle).</li>
		<li>Gießen Sie 10 ml flüssiges PDMS und 1 ml Härter in eine vorbereitete, saubere SU-8-Form, die in Schritt 1.3 vorbereitet wurde, und schleudern Sie sie bei 1.500 U / min für 15 s mit einem Spin-Coater (siehe Materialtabelle). Dann bei 90 °C für 30 min wärmeaktivieren.</li>
		<li>Nachdem die PDMS-Strukturen ausgehärtet sind, trennen Sie die SU-8-Form von Schritt 2.1.4. HINWEIS: Die Ventilmembranschicht steuert den Flüssigkeitsfluss entsprechend dem pneumatischen Druck.</li>
		<li>Atmosphärisches Plasma (siehe Materialtabelle) werden mit den in den Schritten 2.1.3 und 2.1.5 für 20 s hergestellten PDMS-Strukturen behandelt.</li>
		<li>Direkt plasmabehandelte PDMS-Strukturen aus Schritt 2.1.6 entsprechend der Kanalstruktur durch Überprüfung mit einem Mikroskop ausrichten.</li>
		<li>Die in Schritt 2.1.7 vorbereiteten ausgerichteten PDMS-Strukturen werden durch Erhitzen auf 90 °C 30 min lang verklebt.</li>
		<li>Stanzen Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 1,5 mm in den Flüssigkeitskanaleinlass (Qfp) und die Flüssigkeitskanalauslässe (Qf und Qp) innerhalb des pneumatischen Kanalteils, mit dem die dünne Membranschicht verbunden ist, mit einer Punktion von 1,5 mm.</li>
	</ol></li>
	<li>Replizieren Sie beide Seiten der PDMS-Schicht mit zwei SU-8-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.<ol>
<li>Gießen Sie 10 ml flüssiges PDMS und 1 ml Härter in die gekrümmte und rechteckige mikrofluidische Kanalform und drehen Sie sie bei 1.200 U / min für 15 s. Erstellen Sie dann Formen für die gekrümmte Fluidkammer und die Fluidkanäle durch thermische Aktivierung bei 90 °C für 30 min (Abbildung 6A).</li>
		<li>Trennen Sie die PDMS-Schicht, auf der der mikrofluidische Kanal gebildet wird, und machen Sie dann eine wärmeaktivierte Form, die die versiegelte Entlüftungswand bedeckt, indem Sie sich an den Glaswafer binden, indem Sie atmosphärisches Plasma für 20 s behandeln (Abbildung 6B).</li>
		<li>Gießen Sie 3 ml flüssiges PDMS in den Verbindungskanal der SU-8-Form (Abbildung 6C).</li>
		<li>Die in Schritt 2.2.2 hergestellte Struktur wird mit der Verbindungskanalform in flüssigem PDMS auf der mikrofluidischen Verbindungskanalform angeordnet und die überlagerte Struktur bei 130 °C für 30 min getrocknet (Abbildung 6D). HINWEIS: Beim Aushärten der hinteren Struktur wird die in Schritt 2.2.2 hergestellte PDMS-Form durch den thermischen Druck der Luftschicht aufgeblasen, und die verformte PDMS-Schicht wird thermisch aktiviert (Abbildung 6E)16.</li>
		<li>Entfernen Sie nach dem Aushärten die vordere SU-8-Form von der mikrofluidischen Kanalnetzwerkschicht und ziehen Sie die hintere PDMS-Form vorsichtig ab (Abbildung 6F). HINWEIS: Die 3D-Fluidik-Netzwerkschicht ermöglicht die Erstellung einer vorderen gekrümmten Fluidkammer und mikrofluidischer Kanäle.</li>
		<li>Gießen Sie 10 ml flüssiges PDMS und 1 ml Härter in eine saubere SU-8-Form. Dann bei 90 °C für 30 min wärmeaktivieren.</li>
		<li>Nachdem die PDMS-Strukturen ausgehärtet sind, trennen Sie die SU-8-Form. HINWEIS: In diesem Schritt wird die zusätzliche Dichtschicht erstellt.</li>
		<li>Das atmosphärische Plasma wird mit PDMS-Strukturen behandelt, die in den Schritten 2.2.3 und 2.2.7 für 20 s hergestellt wurden.</li>
		<li>Richten Sie direkt plasmabehandelte PDMS-Strukturen entsprechend der Kanalstruktur aus, indem Sie dies mit einem Mikroskop überprüfen.</li>
		<li>Verkleben Sie die ausgerichteten PDMS-Strukturen durch Erhitzen bei 90 °C für 30 min.</li>
	</ol></li>
	<li>Die in den Schritten 2.1 und 2.2 vorbereiteten PDMS-Strukturen werden entsprechend der Kanalstruktur ausgerichtet und durch Behandlung von atmosphärischem Plasma für 20 s gebunden.</li>
</ol>3. Einrichten des Geräts
HINWEIS: Abbildung 7 zeigt die Herstellung einer mikrofluidischen Plattform, die Partikel konzentriert.
<ol><li>Füllen Sie den mikrofluidischen Kanal manuell mit blasenfreiem demineralisiertem Wasser mit einer 10-ml-Spritze.</li>
	<li>Um die P_Qfp und die drei pneumatischen Ventile (P_Vs, P_Vf und P_Vp) zu steuern, die den Mikroperlenfluss steuern, setzen Sie einen Präzisionsdruckregler mit vier oder mehr Ausgangskanälen (siehe Materialtabelle) für das Arbeitsfluid (Qfp) in die mikrofluidische Plattform ein. HINWEIS: Ein Präzisionsdruckregler mit vier Ausgangskanälen kann durch mehrere Präzisionsdruckregler ersetzt werden. In diesem Experiment betrug der Betriebsdruck von P_Qfp 10 kPa, P_Vs 15 kPa und P_Vf und P_Vp jeweils 18 kPa (Abbildung 8 und Tabelle 2). Abbildung 8 zeigt den Arbeitsflüssigkeitsdurchfluss im Laufe der Zeit, da Partikel von der mikrofluidischen Plattform mit P_Vs von 15 kPa konzentriert werden, und Tabelle 2 zeigt die Betätigungsergebnisse entsprechend den pneumatischen Ventilen.</li>
	<li>Herstellen von Carboxylpolystyrol-Testpartikeln unterschiedlicher Größe in destilliertem Wasser (siehe Materialtabelle). HINWEIS: Die in diesem Experiment verwendeten Partikelgrößen waren 24,9, 8,49 und 4,16 μm; Je nach Druck der P_Vs können Partikel unterschiedlicher Größe verwendet werden.</li>
	<li>Um die Durchflussrate der Arbeitsflüssigkeit zu steuern, füllen Sie eine Glasflasche halb voll mit Wasser (Arbeitsflüssigkeit) und verbinden Sie den Glasflaschenverschluss mit dem Steuerungsausgangskanal und dem Mikroventil. HINWEIS: Schließen Sie einen Schlauch an das Mikroventil an, um Druckluft vom Controller zu empfangen, und den anderen Schlauch, um Wasser zu injizieren.</li>
	<li>Beobachten Sie den Plattformbetrieb durch ein inverses Mikroskop für alle Plattformoperationen und messen Sie den Betriebsdurchfluss über die Zeit am Auslass mit einem Flüssigkeitsdurchflussmesser (siehe Materialtabelle).</li>
</ol>4. Bedienung des Gerätes
<ol><li>Injizieren Sie das Partikel-/Flüssigkeitsgemisch unter Druck am Einlass (Qfp) mit Vp (Abbildung 9A). HINWEIS: Der Fluss von Partikeln und sauberer Flüssigkeit aus dem Auslass durch die miteinander verbundenen Kanäle wird über Vp bzw. Vf gesteuert (Tabelle 2).</li>
	<li>Üben Sie Druck auf Vs bei 15 kPa und Vp bei 18 kPa aus, um das Ventil zu betätigen. HINWEIS: Zu diesem Zeitpunkt ist die Membran verformt, die Partikel der Flüssigkeit Qfp werden im Kontaktraum zwischen dem gekrümmten Flüssigkeitskanal und dem gekrümmten Flüssigkeitsausleger blockiert, und die unerwünschte Qfp-Flüssigkeit wird durch die offene Qf freigesetzt (Abbildung 9B, C).</li>
	<li>Wenn die Partikel konzentriert sind, üben Sie Druck nur auf Vf aus. HINWEIS: Zu diesem Zeitpunkt, wenn nur Druck auf Vf ausgeübt wird, werden die verstopften Partikel durch Qp freigesetzt (Abbildung 9D).</li>
</ol>

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<li>Beattie, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clog-free+cell+filtration+using+resettable+cell+traps%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Clog-free cell filtration using resettable cell traps.</a> Lab on a Chip. 14 (15), 2657-2665 (2014).</li>
<li>Cheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bubble-+and+clogging-free+microfluidic+particle+separation+platform+with+multi-filtration%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A bubble- and clogging-free microfluidic particle separation platform with multi-filtration.</a> Lab on a Chip. 16 (23), 4517-4526 (2016).</li>
</ol>

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.

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<sup class="...

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.

<table><tbody><tr><td>1,5 mm Punktion</td><td>Selbstproduktion</td><td>Selbstproduktion</td><td>Diese Punktion wurde vorgenommen, indem ein Formenbauer auf Basis des Miltex&reg; Produkt für Biopsie-Stanze mit Kolben (15110-15).</td></tr><tr><td>4 Zoll Silizium Wafer / SU-8 Form</td><td>4science</td><td>29-03573-01</td><td>4 Zoll (100) Ptype Silizium Wafer / SU-8 Form</td></tr><tr><td>Carboxyl Polystyrol vernetzte Partikel (24,9 &mu; m)</td><td>Spherotech</td><td>CPX-200-10</td><td>Konzentrierte Bead-Probe1</td></tr><tr><td>Durchflussmesser</td><td>Sensirion</td><td>SLI-1000</td><td>Durchflussmessung</td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitskamera</td><td>Photron</td><td>FASTCAM Mini</td><td>Beobachtung der Konzentration</td></tr><tr><td>Heizplatte</td><td>Als eine</td><td>HI-1000</td><td>Heizplatte zum Aushärten von Flüssigkeit PDMS</td></tr><tr><td>KOVAX-SYRINGE 10 mL/Spritze</td><td>Koreavaccine</td><td>22G-10ML</td><td>Füllen Sie den mikrofluidischen Kanal mit blasenfreiem, demineralisiertem Wasser.</td></tr><tr><td>Labor Conona Behandler/Atmosphärisches Plasma</td><td>Electro-Technic</td><td>BD-20AC</td><td>Chip-Bonding/Atmosphärisches Plasma</td></tr><tr><td>Flüssiges Polydimethylsiloxan, PDMS</td><td>Dow Corning Inc.</td><td>Sylgard 184</td><td>Komponenten des Chip-Mikroskops</td></tr><tr><td></td><td>Olympus</td><td>IX-81</td><td>Beobachtung der Konzentration</td></tr><tr><td>PEEK-Röhren</td><td>SAINT-GOBAIN PPL CORP.</td><td>AAD04103</td><td>Partikel injizieren oder sammeln</td></tr><tr><td>Polystyrolpartikel (4,16 &mu; m)</td><td>Spherotech</td><td>PP-40-10</td><td>Konzentrierte Bead-Probe3</td></tr><tr><td>Polystyrolpartikel (8,49 &mu; m)</td><td>Spherotech</td><td>PP-100-10</td><td>Konzentrierte Bead-Probe2</td></tr><tr><td>Druckregler/&mu; flucon</td><td>AMED</td><td>&mu; flucon</td><td>Steuerung des Luftdrucks</td></tr><tr><td>Der Schleudercoater</td><td>iNexus</td><td>ACE-200</td><td>verteilt das flüssige PDMS auf das SU-8-Werkzeug</td></tr></tbody></table>

pneumatisch angetriebene mikrofluidische plattform für die mikropartikelkonzentration

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

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.

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...

Das vorliegende Protokoll beschreibt eine pneumatische mikrofluidische Plattform, die für eine effiziente Mikropartikelkonzentration verwendet werden kann.

Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...

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.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

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Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration

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