Name: Múltiples pasos Fotolitografia variable Altura de múltiples capas con válvula dispositivos de microfluidos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: Aprende fotolitografía de múltiples pasos para fabricar dispositivos microfluídicos con válvulas integradas y geometrías de altura variable. Este protocolo permite controlar el flujo en aplicaciones biológicas.

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Los autores agradecen a Scott Longwell por sus útiles comentarios y ediciones al manuscrito y a Robert Puccinelli por la fotografía con dispositivo. Los autores agradecen el generoso apoyo de una beca de desarrollo tecnológico del Instituto Beckman. K.B. cuenta con el apoyo de una beca GFRP de NSF y el componente TLI del Premio de Ciencias Clínicas y Traslacionales de Stanford al Espectro (NIH TL1 TR 001084); P.F. reconoce una beca de la facultad McCormick y Gabilan.

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 <a target="_blank" href="https://sites.google.com/site/rafaelsmicrofluidicspage/valve-controllers">https://sites.google.com/site/rafaelsmicrofluidicspage/valve-controllers</a> (2016).</li>
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</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Este trabajo demuestra un protocolo de fotolitografía completa de múltiples pasos para un dispositivo de microfluidos de capas múltiples con válvulas y la geometría de altura variable que puede ser ajustado para cualquier aplicación con simples modificaciones a los parámetros de fabricación en base a nuestra herramienta en línea 26 y 25 del fabricante instrucciones. Este protocolo está destinado a desmitificar la fotolitografía de múltiples capas para los investigadores qu...

<html> Durante los últimos 15 años, la microfluídica como campo ha experimentado un rápido crecimiento, con una explosión de nuevas tecnologías que permiten la manipulación de fluidos en la escala micrométrica 1. Sistemas microfluídicos son plataformas atractivas para la funcionalidad de laboratorio húmedo debido a que los pequeños volúmenes tienen el potencial de comprender el incremento de la velocidad y la sensibilidad mientras que al mismo tiempo aumentar de forma espectacular el rendimiento y reducir el costo mediante el aprovechamiento de las economías de escala 2, 3. Sistemas de microfluidos de capas múltiples han hecho impactos particularmente significativas en aplicaciones de análisis bioquímicos de alto rendimiento tales como el análisis sola célula 4, 5, 6, el análisis de una sola molécula (por ejemplo, digital PCR 7), la cristalografía de proteínas 8, ensayos de unión de factor de transcripciónf &quot;&gt; 9, 10, y el cribado celular 11. Un objetivo central de la microfluídica ha sido el desarrollo de &quot;laboratorio en un chip&quot; dispositivos capaces de realizar manipulaciones de fluidos complejos dentro de un solo dispositivo para el análisis bioquímico total de 12. El desarrollo de técnicas de litografía blanda multicapa ha ayudado a conseguir este objetivo al permitir la creación de válvulas on-chip, mezcladoras y bombas para el control activo de los fluidos dentro de pequeños volúmenes 13, 14, 15. A pesar de sus ventajas y aplicaciones demostradas, muchas de estas tecnologías de microfluidos, siguen siendo ampliamente incontrolados que los usuarios no especializados. La adopción generalizada ha sido un desafío, en parte, debido al acceso limitado a las instalaciones de microfabricación, pero también debido a la falta de comunicación de las técnicas de fabricación. Esto es especialmente cierto for dispositivos de microfluidos de capas múltiples que ofrecen las estructuras de las válvulas o geometrías complejas: la escasez de información detallada y práctica acerca de los parámetros de diseño importantes y técnicas de fabricación a menudo hace que los nuevos investigadores de embarcarse en proyectos relacionados con el diseño y la creación de estos dispositivos. Este artículo tiene como objetivo hacer frente a esta falta de conocimientos mediante la presentación de un protocolo completo para la fabricación de dispositivos de microfluidos de capas múltiples con válvulas y características de altura variable, a partir de los parámetros de diseño y moviéndose a través de todas las etapas de fabricación. Al centrarse en las etapas iniciales de la fabricación de fotolitografía, este protocolo complementa otros protocolos de microfluidos 16 que describen los pasos intermedios de fundición dispositivos de moldes y llevar a cabo experimentos específicos. Los dispositivos microfluídicos con válvulas monolítico en el chip se componen de dos capas: una capa de &quot;flujo&quot;, en el que el fluido de interés se manipula en microcanales, y una capa de &quot;control&quot;, donde microcanales que contienen aire o agua pueden modular selectivamente el flujo de fluido en la capa de flujo 14. Estas dos capas se fabrican cada uno en un maestro de moldeo de silicio separado, que se utiliza a continuación para polidimetilsiloxano (PDMS) de moldeo de réplica en un proceso llamado &quot;litografía blanda 17&quot;. Para formar un dispositivo de múltiples capas, cada una de las capas de PDMS son echados en sus respectivos maestros de moldeo y después se alinean entre sí, formando de este modo un dispositivo de PDMS compuesto con canales en cada capa. Las válvulas se forman en los lugares donde los canales de flujo y de control se cruzan entre sí y están separados por solamente una membrana fina; presurización del canal de control desvía esta membrana para ocluir el canal de flujo y desplazar localmente el fluido (Figura 1). Activo válvulas en el chip pueden ser fabricados de varias maneras, dependiendo de la aplicación final deseada. válvulaspuede ser configurado, ya sea en una geometría de &quot;empujar hacia abajo&quot; o &quot;empujar hacia arriba&quot;, dependiendo de si la capa de control está por encima o por debajo de la capa de flujo (Figura 1) 15. &quot;Empuje hacia arriba&quot; geometrías permiten presiones de cierre más bajos y mayor estabilidad dispositivo contra la deslaminación, mientras que &quot;empuje hacia abajo&quot; geometrías permiten los canales de flujo para estar en contacto directo con el sustrato adherido, que confiere la ventaja de funcionalización selectiva o patrón de la superficie del sustrato para una funcionalidad más tarde 18, 19. Las válvulas también pueden ser de forma deliberada con fugas válvulas &quot;tamiz&quot; o completamente sellable, dependiendo del perfil de la sección transversal del canal de flujo. Válvulas Sieve son útiles para la captura de perlas, células u otros macroanalytes 1, y se fabrican mediante el uso de las resinas fotosensibles negativos típicos (es decir, SU-8 de la serie), que hacinco perfiles rectangulares. Cuando un canal de control se somete a presión sobre estas regiones de la válvula, la membrana de PDMS entre el control y la capa de flujo desvía isótropa en el perfil rectangular de la válvula sin el sellado de las esquinas, lo que permite el flujo de fluido pero atrapando las partículas de macro escala (Figura 1). Por el contrario, las válvulas de microfluidos totalmente herméticos se fabrican mediante la inclusión de un pequeño parche de resina fotosensible redondeada en lugares de válvula. Con esta geometría, la presurización del canal de control desvía la membrana contra la capa de flujo redondeada para sellar completamente el canal, deteniendo el flujo de fluido. Perfiles redondeados en la capa de flujo se generan a través de la fusión y el reflujo de fotoprotector positivo (por ejemplo, XT AZ50 o SPR 220) después de las etapas típicas de fotolitografía. Hemos demostrado anteriormente que las alturas de post-reflujo de las regiones de las válvulas dependen de las dimensiones de características elegidas 21. Este protocolo demuestra la fabricación de válvulas con ambas geometríasen un dispositivo de síntesis de perlas. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/55276/55276fig1.jpg" /> Figura 1: múltiples capas de microfluidos Válvula de geometrías. &quot;empuja hacia arriba&quot; arquitecturas de dispositivos típicos para la criba y válvulas totalmente herméticos antes y después de la presurización (arriba) (parte inferior). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55276/55276fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Los dispositivos también pueden incluir características pasivas complejas tales como mezcladores caóticos y 13 en el chip resistencias 20 que requieren características de múltiples alturas diferentes dentro de una sola capa de flujo. Para lograr una capa de flujo de altura variable, diferentes grupos han empleado muchos métodos que incluyen el grabado impresos del circuito 22, de múltiples capas PDMS alineación de alivio 23, o de múltiples pasos photolithography 24. Nuestro grupo ha encontrado multi-paso de fotolitografía en un único maestro de moldeo para ser un método eficaz y reproducible. Para ello, se emplea una simple técnica de fotolitografía de la construcción de canales de gruesos fotorresistente negativo (por ejemplo, SU-8 resinas fotosensibles de la serie) en las capas sin desarrollo en entre la aplicación de cada capa. Cada capa se hace girar en fotoprotector negativo de acuerdo a su espesor utilizando las instrucciones del fabricante 25 en el maestro de silicio. Las características de esta altura son luego modelada sobre la capa usando una máscara de transparencia específico (Figura 2) fijado a una placa de máscara de cristal y alineados a la capa previamente hilado antes de la exposición. En múltiples pasos fotolitografía, una alineación precisa entre las capas es fundamental en la formación de un canal de flujo completo de altura variable. Después de la alineación, cada capa se somete a una cocción posterior a la exposición espesor-dependiente. Sin el desarrollo, la siguiente capa es similarly modelado. De esta manera, las características de altura se pueden construir en una única oblea de flujo de la capa por capa a través del uso de múltiples máscaras. Omitiendo el desarrollo entre cada paso, las capas fotorresistentes anteriores se pueden utilizar para generar características de altura de material compuesto (es decir, dos capas 25 micras pueden hacer una función de 50 micras) 24. Además, las características del piso del canal, como ranuras de espiga mezclador caótico 13 se pueden hacer usando capas con características anteriormente expuestas. Un paso desarrollo final completa el proceso, la creación de una sola oblea de flujo con características de altura variable (Figura 3). Aquí, se proporciona un protocolo completo para multi-paso de fotolitografía que incluye ejemplos de todos los procedimientos necesarios para la fabricación de válvulas en el chip y canales de flujo con múltiples alturas. Este protocolo de fabricación se presenta en el contexto de un sintetizador de microfluidos de talón de múltiples capas que requiere válvulas y variable-altura cuenta por su funcionalidad. Este dispositivo incluye uniones en T para la generación de gotitas de agua en una funda de aceite, resistencias en el chip para modular las tasas de flujo a través de controlar la resistencia a Poiseuille, un mezclador caótica para la homogeneización de los componentes de las gotitas, y ambas válvulas completamente sellado y de tamiz para permitir flujos de trabajo automatizados implican reactivo múltiple insumos. El uso de múltiples pasos de fotolitografía, estas características son cada fabricados en una capa diferente según la altura o resina fotosensible; las siguientes capas se construyen en este protocolo: (1) capa de la Ronda de flujo de la válvula (55 micras, AZ50 XT) (2) flujo de capa baja (55 micras, SU-8 2050) (3) Flujo de capa alta (85 m, SU- 8 2025, 30 m de altura aditivo), y (4) ranuras de espiga (125 micras, SU-8 2025, 40 m de altura aditivo) (Figura 3). perlas de hidrogel se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones, incluyendo la funcionalización selectiva de superficie para los ensayos de aguas abajo, la encapsulación de fármacos, radiotracing de imágenes y ensayos, y la incorporación de células; hemos utilizado anteriormente una versión más compleja de estos dispositivos para producir perlas de hidrogel de PEG espectralmente codificados que contienen lantánidos nanophosphors 20. Los diseños aquí descritos están incluidos en recursos adicionales para cualquier laboratorio para utilizar en sus esfuerzos de investigación si se desea. Anticipamos que este protocolo proporcionará un recurso abierto para los especialistas y no especialistas interesados ​​en la fabricación de dispositivos de microfluidos de capas múltiples con válvulas o geometrías complejas para bajar la barrera de entrada en la microfluídica y aumentar las posibilidades de éxito de la fabricación.

<table><tbody><tr><td><Materiales > fuertes< / fuertes> Máscaras de</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>transparencia de Mylar, 5 "</td><td>FineLine Plotting</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5" Placas de cuarzo</td><td>United Silica&nbsp;</td><td>Obleas de</td> silicona personalizadas <td></td></tr><tr><td>de 4", oblea universitaria de grado de prueba</td><td></td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>SU8 2005, 2025, 2050 fotorresistente</td><td>Microchem</td><td>Y111045, Y111069, Y111072</td><td></td></tr><tr><td>Az50XT&nbsp;</td><td>Micromateriales integrados</td><td>AZ50XT-Q</td><td></td></tr><tr><td>SU8 Revelador</td><td>Microchem</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>AZ400K 1:3 Revelador</td><td>Micromateriales integrados</td><td>AZ400K1:3-CS</td><td></td></tr><tr><td>Pyrex Plato de vidrio de 150 mm</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS3140150-1EA</td><td></td></tr><tr><td>Placas de Petri de oblea, 150 mm</td><td>VWR</td><td>25384-326</td><td></td></tr><tr><td>Pinzas de oblea&nbsp;</td><td>Ciencias de la Microscopía Electrónica (EMS)</td><td>78410-2W</td><td></td></tr><tr><td>Tricloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silano (PFOTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448931-10G</td><td></td></tr><tr><td>Portaobjetos de vidrio de 2" x 3"</td><td>Thomas Scientific&nbsp;</td><td>6686K20</td><td></td></tr><tr><td>RTV 615 base elastomérica y agente de curado PDMS set</td><td>Momentive&nbsp;</td><td>Tubo RTV615-1P</td><td></td></tr><tr><td>Tygon, 0.02" O.D.&nbsp;</td><td>Fischer Scientific&nbsp;</td><td>14-171-284</td><td></td></tr><tr><td>Tubo capilar de PEEK, 510 &#956; m OD, 125 &#956; m ID</td><td>Zeus</td><td>Custom</td><td>360 &#956; m PEEK está disponible en Idex (número de catálogo: 1571)</td></tr><tr><td>Cyro Tubo de 4 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>127279</td><td></td></tr><tr><td>Epoxi, 30 min</td><td>Permatex</td><td>84107</td><td></td></tr><tr><td>Pasadores de metal, 0.025" OD, .013" ID</td><td>New England Small Tube</td><td>NE-1310-02</td><td></td></tr><tr><td>Diacrilato de poli(etilenglicol), Mn 700</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>455008-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Fotoiniciador de fosfinato de fenil (2,4,6-trimetilbenzoil)fosfinato de litio&nbsp;</td><td>Compañía de la Industria Química de Tokio.</td><td>L0290</td><td>Por lo general, sintetizamos LAP internamente.</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H4034-25G</td><td></td></tr><tr><td>Aceite mineral ligero</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>330779-1L</td><td></td></tr><tr><td>Span-80</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85548</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>UPI Chem</td><td>420095</td><td>&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Name&nbsp;</td><td>Company</strong</td><td>>Número de catálogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Equipment</td><td>Equivalent equiptment o configuraciones caseras funcionarán igual de bien</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Alineador de máscaras</td><td>Karl Suss</td><td>MA6</td><td></td></tr><tr><td>Perfilómetro</td><td>KLA-Tencor</td><td>Alpha-Step D500</td><td></td></tr><tr><td>Spin Barnizador</td><td>Laurell Technologies</td><td>WS-650-23</td><td>Se puede utilizar cualquier spincoater que acepte obleas de 100 mm</td></tr><tr><td>Desecador al vacío, estilo Bell-Jar Horno</td><td>Bel-Art</td><td>420100000</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Cole-Palmer</td><td>WU-52120-02</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de curado puntual UV con opción LLG de 3 mm</td> Los LED UV <td>Dymax</td><td>41015</td>, <td>las lámparas de arco de xenón u otras fuentes UV de la misma intensidad funcionan igual de bien</td></tr><tr><td>Sistema de control de fluidos microfluídicos MFCS</td><td>Fluidgent</td> También se pueden utilizar bombas de jeringa <td>MFCS-EZ</td><td>, sistemas neumáticos personalizados u otros sistemas de control Secuencias</td></tr><tr><td>de comandos de control automatizadas</td><td>MATLAB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Placa calefactora</td><td>Tory Pines Scientific</td><td>HP30</td><td>Cualquier placa calefactora con calentamiento uniforme (es decir, placas , aluminio o cerámica) será suficiente.</td></tr></tbody></table>

múltiples pasos fotolitografia variable altura de múltiples capas con válvula dispositivos de microfluidos

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Los sistemas microfluídicos han permitido nuevos y potentes enfoques para el análisis bioquímico y biológico de alto rendimiento. Sin embargo, sigue existiendo una barrera de entrada para los no especialistas, que se beneficiarían enormemente de la capacidad de desarrollar sus propios dispositivos microfluídicos para abordar cuestiones de investigación. Especialmente ausente ha sido la difusión abierta de los protocolos relacionados con la fotolitografía, un paso clave en el desarrollo de una réplica de molde para la fabricación de dispositivos de polidimetilsiloxano (PDMS). Si bien la fabricación de maestros de silicio de una sola altura se ha explorado ampliamente en la literatura, los pasos de fabricación para características de fotolitografía más complicadas necesarias para muchas funcionalidades interesantes del dispositivo (como el redondeo de características para hacer estructuras de válvulas, patrones de molde único de altura múltiple o definición de alta relación de aspecto) a menudo no se describen explícitamente. 
Aquí, proporcionamos un protocolo completo para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa con válvulas y geometrías complejas de múltiples alturas, sintonizables para cualquier aplicación. Estos procedimientos de fabricación se presentan en el contexto de un sintetizador de perlas de hidrogel microfluídico y demuestran la producción de gotas que contienen polietilenglicol (diacrilato PEG) y un fotoiniciador que se puede polimerizar en perlas sólidas. Este protocolo y la discusión que lo acompaña proporcionan una base de principios de diseño y métodos de fabricación que permiten el desarrollo de una amplia variedad de dispositivos microfluídicos. Los detalles incluidos aquí deberían permitir a los no especialistas diseñar y fabricar dispositivos novedosos, llevando así una gran cantidad de tecnologías desarrolladas recientemente a sus aplicaciones más emocionantes en los laboratorios biológicos.

Aquí, demostramos la fabricación de válvulas, de altura variable de moldes de microfluidos de capas múltiples mediante la fabricación de dispositivos capaces de generar poli etilenglicol (PEG) perlas de hidrogel de gotitas (Figura 2). Una visión general del proceso de fabricación completa se incluye en la Figura 3. El uso de elementos de diseño de trabajos anteriores, el sintetizador de cuentas emplea a 4 alturas en su capa de flujo qu...

Los dispositivos microfluídicos multicapa a menudo implican la fabricación de moldes maestros con geometrías complejas para su funcionalidad. Este artículo presenta un protocolo completo para la fotolitografía de varios pasos con válvulas y características de altura variable ajustables a cualquier aplicación. Como demostración, fabricamos un generador de gotas microfluídicas capaz de producir perlas de hidrogel.

Múltiples pasos Fotolitografia variable Altura de múltiples capas con válvula dispositivos de microfluidos

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

El objetivo general de este protocolo en video es demostrar la fotolitografía completa en múltiples pasos para moldes maestros de microfluidos con válvulas integradas en el chip y características de múltiples alturas ajustables para cualquier aplicación. Este método ofrece una visión general completa sobre cómo fabricar moldes maestros con geometrías complejas, incluyendo válvulas de membrana integradas en el chip, para dispositivos microfluídicos. La principal ventaja de esta técnica es que permite controlar fácilmente el flujo en dispositivos microfluídicos, superando una barrera importante para el acceso a la microfluidica en aplicaciones biológicas.La demostración visual de esta técnica es fundamental, ya que los pasos de la fotolitografía suelen ser difíciles de dominar para principiantes. El alineado adecuado, revelado y exposición dependen de señales visuales y de la experiencia en sala limpia. Para comenzar, diseñe su dispositivo y prepare las máscaras fotográficas individuales para las geometrías de múltiples capas.Además, prepare aproximadamente cuatro obleas con una capa de cinco micrómetros de SU-8 2050, un fotolitógrafo negativo, y expóngalas mediante iluminación uniforme según se describe en el protocolo de texto adjunto. Coloque la oblea recubierta sobre un espinador y encienda el vacío para fijarla al portamuestras del espinador. Utilice nitrógeno o aire comprimido para eliminar cualquier polvo de la superficie.A continuación, aplique de dos a tres mililitros de fotoresistente positivo AZ 50XT al centro de la oblea. Recubra por centrifugado el fotoresistente para crear una capa de 55 micrones. Una vez recubierto, coloque cuidadosamente la oblea en una placa de Petri de cinco pulgadas y déjela reposar durante 20 minutos.A continuación, hornee suavemente la oblea en una placa calefactora durante 22 minutos, aumentando la temperatura de 65 grados Celsius a 112 grados Celsius a una velocidad de 450 grados Celsius por hora. Luego, retire la oblea y déjela reposar durante la noche a temperatura ambiente en una placa de Petri para lograr una rehidratación ambiental. Coloque con cinta la máscara de transparencia de flujo circular sobre la placa de vidrio de cinco pulgadas de modo que el lado impreso quede más cercano a la oblea, y coloque el conjunto en la posición de máscara del alineador UV.Someta el sustrato a 930 milijulios de UV en seis ciclos. Revele inmediatamente el sustrato sumergiéndolo en un baño agitado de revelador durante tres a cinco minutos, o hasta que el baño se vuelva morado y aparezcan los detalles. Una vez revelado, retire el sustrato y enjuáguelo bien con agua desionizada.Luego, realice un horneado fuerte del oblea para fundir y redondear las características de la válvula. Eleve la temperatura de 65 a 190 grados Celsius durante un período de 15 horas a una velocidad de 10 grados Celsius por hora. Una vez finalizado, apague la placa calefactora y deje que el oblea se enfríe a temperatura ambiente.Las características sobre la oblea ahora son redondeadas. Esta cocción dura es fundamental para refluir adecuadamente las características rectangulares de la válvula en perfiles de válvula redondeados. Tiempos más cortos pueden provocar grietas o inestabilidad.Para fabricar un dispositivo con características de altura variable, coloque la oblea limpia sobre un cubreobjetos giratorio como se mostró anteriormente. Aplique uno a dos mililitros de resistencia fotográfica negativa SU-8 2050 en el centro de la oblea y gire el resist sobre las características de la válvula desarrolladas. Luego, coloque cuidadosamente la oblea girada en una placa de Petri de cinco pulgadas y déjela reposar durante 20 minutos sobre una superficie plana, o hasta que desaparezcan los patrones de rayado.A continuación, caliente previamente dos placas calefactoras a 65 grados Celsius y 95 grados Celsius, y luego coloque la oblea sobre la placa de 65 grados Celsius durante dos minutos, sobre la placa de 95 grados Celsius durante ocho minutos, y nuevamente sobre la placa de 65 grados Celsius durante dos minutos adicionales para realizar el horneado suave de la oblea. Una vez que la oblea se enfríe nuevamente a temperatura ambiente, fije con cinta la máscara de transparencia de flujo bajo a una placa de vidrio de cuarzo de cinco pulgadas de modo que el lado impreso quede más cercano a la oblea, y colóquela en el posicionador de máscara del alineador de máscara UV. Luego, coloque la oblea en la mordaza del alineador de máscara UV y, utilizando el ocular del microscopio o la cámara, alinee cuidadosamente las características de la nueva capa de flujo bajo con las características de la capa de válvula de flujo redonda.Comience alineando los ejes horizontal, vertical e inclinado de los bordes del dispositivo con las características de los bordes del dispositivo en la máscara. A continuación, alinee las características de la retícula entre las capas. Finalmente, confirme que las características de la válvula intersecten las características del flujo donde se desee.A continuación, exponga la oblea a una deposición UV de 170 miliJoule. Una vez finalizado, retire la oblea y hornee tras la exposición alternando entre las dos placas calefactoras ajustadas a 65 grados Celsius y 95 grados Celsius. Sin revelar la oblea, déjela enfriar a temperatura ambiente y luego agregue secuencialmente la capa de flujo alto y posteriormente la capa de mezclador caótico en espina de pescado utilizando SU-8 2025, como se describe en el protocolo de texto adjunto.Después de completar todas las capas, revele las características sumergiendo la oblea en un baño agitado que contiene 25 mililitros de revelador SU-8 durante 3,5 minutos, o hasta que las características aparezcan claramente. Utilice un estereoscopio para verificar que las características tengan bordes bien definidos y nítidos. Durante el revelado, asegúrese de revisar cada 20 segundos para confirmar que las características se hayan definido completamente y que la resistencia se haya eliminado.El sobredesarrollo puede provocar daños en las características, especialmente en diseños de moldes complejos. A continuación, realice un horneado duro del oblea para estabilizar todas las características de la resistencia fotosensible. Posteriormente, fabrique la capa de control según se describe en el protocolo de texto adjunto.Elabore dispositivos microfluídicos multicapa en una geometría de tipo push-up sobre vidrio según protocolos de acceso abierto existentes, y utilice inspección visual para asegurar que todas las válvulas estén correctamente alineadas con las líneas de control y que todas las entradas hayan sido perforadas completamente antes de continuar. Conecte tubos Tygon cargados con agua a un sistema de control de flujo, como una bomba de jeringa, controladores fluídicos o una matriz de válvulas solenoides de código abierto con depósitos. A continuación, conecte pasadores metálicos a los tubos y los pasadores metálicos a los puertos del dispositivo en las entradas de las líneas de control.A continuación, ajuste el sistema de control de flujo a 25 PSI para cada línea con el fin de presurizar las líneas de control del dispositivo. Asegúrese de que las válvulas se cierren y vuelvan a abrir mediante inspección bajo el microscopio. En un tubo de microcentrífuga, suspenda 3,9 miligramos de fotoiniciador en 100 microlitros de agua desionizada para preparar la solución de fotoiniciador utilizada para polimerizar las gotas en geles hidrofílicos.Cubra la solución para protegerla de la luz. En un segundo tubo de microcentrifuga, agregue 132 microlitros de agua desionizada, 172 microlitros de diacrilato de PEG, 12 microlitros de la solución de fotoiniciador y 85 microlitros de tampón HEPES para preparar la solución de gotas de hidrogel. Transfiera la solución de gotas de hidrogel a un tubo criogénico personalizado.Luego, conecte el tubo del recipiente de tubos criogénicos a una fuente de presión controlable y conecte el tubo de PEEK a la entrada de reactivo del dispositivo. A continuación, inserte el tubo de PEEK en la salida del dispositivo para recoger las gotas. Elimine las burbujas de aire del dispositivo, reaumente la presión del sistema y luego despresurice la válvula de aceite RO1, y ajuste la presión del aceite a 10 PSI.A continuación, ajuste la presión de la mezcla de PEG a nueve PSI, despresurice las válvulas aguas arriba y ajuste la presión según sea necesario para producir gotas del tamaño deseado. Determine el tamaño de las gotas mediante microscopía utilizando una cámara con 50 FPS o más. Cuando las gotas se hayan estabilizado, coloque una fuente de luz UV sobre la región de polimerización del dispositivo y aplique 100 milivatios por centímetro cuadrado de luz de 365 nanómetros proveniente de la fuente sobre un punto de cinco milímetros.Presione la válvula de tamiz de perlas para observar la acumulación de perlas polimerizadas y asegurarse de que las gotas se hayan endurecido en perlas. Finalmente, despresurice la válvula de tamiz de perlas y recoja las perlas en un tubo a través del tubo de salida de PEEK. Este protocolo comienza demostrando un método para ajustar las válvulas de flujo.Aquí, se utilizó un perfilómetro para determinar el perfil típico de redondeo de la válvula tras el reflujo, resultante de este método, que muestra una altura de aproximadamente 55 micrones. En la imagen de la izquierda, la válvula está desactivada y el líquido puede pasar a través de los canales. Una vez activada mediante la presurización de las válvulas, se interrumpe el flujo a través de estas válvulas.Aquí se puede observar el dispositivo sintetizador de microesferas en funcionamiento, produciendo gotas de hidrogel en una emulsión oleosa en el generador de gotas de unión en T. Al cerrar parcialmente un flujo aguas abajo mediante una válvula de tamiz, el fluido puede continuar fluyendo, pero las microesferas quedan atrapadas detrás de la válvula. Las microesferas resultantes producidas mediante este proceso tuvieron un diámetro promedio de 52,6 micrones con una desviación estándar de solo 1,6 micrones.De casi 3.000 microesferas, menos del 1 % se desvió en más de tres desviaciones estándar. Una vez dominada, esta técnica puede completarse en tres días, desde el diseño hasta la prueba. Esto permite una rápida iteración del diseño.Tras seguir este procedimiento, incluso investigadores con poca experiencia en fabricación pueden construir sus propios dispositivos microfluídicos complejos y aplicarlos a sus propios problemas biológicos. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar los pasos de fotolitografía necesarios para fabricar dispositivos microfluídicos de cualquier nivel de complejidad, incluidos dispositivos con características de altura variable complejas o válvulas.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Nos demuestran los protocolos de fabricación y automatización de elastómero de polidimetilsiloxano (PDMS) basado en matrices microválvula que no necesitan energía extra para cerrar y cuentan con photolithographically define volúmenes precisos. Un paralelo subnanoliter volumen de mezclador y un sistema integrado de perfusión de microfluidos se presentan.

Los chips de microfluidos controlado con matrices elastoméricas microválvula

Una plataforma de micro-canales-on-a-chip fue desarrollado por la combinación de la técnica de fotolitografía reflowable fotosensible, litografía blanda, y microfluidos. La plataforma de microcanales endotelizado imita la geometría tridimensional (3D) de microvasos in vivo, se ejecuta bajo flujo de perfusión continua controlada, permite la formación de imágenes de alta calidad y en tiempo real y se puede aplicar para la investigación microvascular.

Procedimiento para el Desarrollo de la Multi-profundidad Circular transversal endotelizado microcanales-on-a-chip

Aquí, presentamos un protocolo para aislar y cultivar células individuales con una plataforma microfluídica, que utiliza un nuevo concepto de diseño de micropozos para permitir el aislamiento de células individuales de alta eficiencia y el cultivo clonal a largo plazo.

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Se describe un protocolo para la fabricación de dispositivos microfluídicos plástico con puertos de vista transparentes para la proyección de imagen de luz visible e infrarroja.

Procedimiento suave litográfica para la producción de dispositivos microfluídicos plástico con puertos de vista transparentes a luz Visible e infrarroja

Varios métodos están disponibles para la fabricación de canales de secciones no rectangulares encajados dispositivos microfluídicos de polidimetilsiloxano. La mayoría de ellos implica fabricación multietapa y extensa alineación. En este trabajo, un enfoque de un solo paso se divulga para la fabricación de microfluidos canales de diferentes secciones geométricas por polidimetilsiloxano secuencial aguafuerte mojada.

Enfoque de un solo paso fabricación de polidimetilsiloxano microfluídicos canales de distintas secciones geométricas por procesos secuenciales aguafuerte mojada

Se describe el proceso de fabricación de un dispositivo microfluídico multicapa basado en PDMS que permite realizar reacciones de transcripción y traducción in vitro (IVTT) durante períodos prolongados. Además, se proporciona una visión general completa del hardware y el software necesarios para automatizar y mantener estas reacciones durante duraciones prolongadas.

Una plataforma microfluídica multicapa para la conducción de la expresión génica sin células prolongada

Presentamos un sistema microfluídico para estudios de alto rendimiento en maquinaria de vida compleja, que consta de 1500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y un módulo de mezcla in situ. El chip microfluídico permite el análisis de las condiciones microambientales altamente complejas y dinámicas in vivo.

Generación de condiciones ambientales dinámicas utilizando un dispositivo microfluídico de alto rendimiento

Este proyecto permite a los pequeños laboratorios desarrollar una plataforma fácil de usar para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa precisos. La plataforma consiste en un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente con el que se lograron dispositivos microfluídicos multicapa con errores de alineación de &lt;10 μm.

Diseño y desarrollo de un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa

El presente protocolo describe el diseño, fabricación y caracterización de un sistema microfluídico capaz de alinear, inmovilizar y comprimir con precisión cientos de embriones de Drosophila melanogaster con una intervención mínima del usuario. Este sistema permite obtener imágenes de alta resolución y recuperar muestras para el análisis posterior a la estimulación y se puede escalar para adaptarse a otros sistemas biológicos multicelulares.

Mecanoestimulación de organismos multicelulares mediante un sistema de compresión microfluídica de alto rendimiento

Aquí se presenta la fabricación de un dispositivo bicapa basado en polidimetilsiloxano (PDMS) para la producción de bibliotecas combinatorias en emulsiones de agua en aceite (tapones). El hardware y el software necesarios para automatizar la producción de enchufes se detallan en el protocolo, y también se demuestra la producción de una biblioteca cuantitativa de enchufes fluorescentes.

Dispositivo microfluídico bicapa para la producción de tapones combinatorios

Este protocolo detalla el diseño y la fabricación de un dispositivo microfluídico adecuado para investigar la mecánica de los polímeros de microtúbulos. La síntesis de técnicas de microfabricación, control de flujo automatizado y modelado computacional permite un sistema flexible ideal para sondear el citoesqueleto celular in vitro.

Desarrollo de un enfoque basado en la microfluídica para investigar la mecánica de los polímeros de microtúbulos

Aprende fotolitografía de múltiples pasos para fabricar dispositivos microfluídicos con válvulas integradas y geometrías de altura variable. Este protocolo permite controlar el flujo en aplicaciones biológicas.

Múltiples pasos Fotolitografia variable Altura de múltiples capas con válvula dispositivos de microfluidos

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