Name: Generación de tamaño controlado poli (etilenglicol) Diacrylate gotas vía Semi 3-Dimensional del flujo centrándose dispositivos microfluídicos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: Aprende a fabricar un chip microfluídico semi-3D de flujo centrado para producir gotas de PGD puro con aplicaciones bioquímicas. Este método permite formar gotas controladas con mínimo consumo de muestra.

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Este trabajo fue apoyado por la investigación fundamental de Shenzhen financiación (subvención no. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 y JCYJ20160317152359560). Los autores desean agradecer Prof. Y. Chen en el Shenzhen institutos de tecnología de avanzada, Academia China de Ciencias para las ayudas.

1. fabricación del molde
<ol><li>Diseño de dos patrones utilizando un software de dibujo. Describir el esquema de la estructura de la MCP y use dos capas separadas, 1 y 2 en el mismo archivo de dibujo de la máscara, así que asegurar todas las conexiones entre diferentes canales. Imprimir diferentes capas independientemente para cromo placa de vidrio por un proveedor con una resolución de 1 μm. Asegúrese de que los patrones son oscuras con estructuras de diseño transparentes, como una polaridad negativa. Nota: La máscara 1 contiene el canal de entrada de fase dispersa y un orificio. La máscara 2 contiene el canal de entrada de fase continua, el filtro y la salida.</li>
	<li>En el laboratorio de Fotolitografía señalado, limpie la oblea de silicio de un diámetro de 3 pulgadas. Colocar la oblea en un recubridor spin, girar en el vacío para fijar la oblea para el mandril de giro. Spin-capa 2-3 mL de photoresist negativo SU-8 2025 sobre la oblea para 10 s a 1.000 rpm, después de 30 s a 3.000 rpm, proporcionando el primer grueso de la capa de 20 μm.</li>
	<li>Suave cuece al horno en una placa de 95 ° C durante 6 minutos. Después de la oblea cubierta se enfríe a temperatura ambiente (RT), exponerlo a través de la máscara 1 bajo una colimación 15 mW/cm2, 365 nm de UV de 18 s. posterior a la exposición, cueza al horno en una placa de 95 ° C durante 6 min., a continuación, permita que la oblea se enfríe a RT.</li>
	<li>Repita el proceso de spin-coating. Aplicar 2-3 mL de SU-8 2100 photoresist negativo sobre la oblea para 10 s a 1.000 rpm, después de 30 s a 2.000 rpm, proporcionando el grueso de la segunda capa de 130 μm. Después de suave cuece al horno en una placa de 95 ° C durante 35 minutos, coloque la máscara 2 en la segunda capa fotoresistencia para exponer durante 30 s, que fue alineada con la capa de canal de fase dispersa de un alineador de rayos UV. Posterior a la exposición, cueza al horno en una placa de 95 ° C por 7 min.</li>
	<li>Desarrollar la oblea por inmersión en un baño agitado de 50 mL de acetato de propilenglicol metil Eter hasta características llegan a estar claras en la oblea, luego lavan con alcohol etílico. Por último, colocar la oblea en la plataforma termostática para hornear durante 2 horas.</li>
</ol>2. semi-3D enfoque de flujo de fabricación de Chip de microfluidos
<ol><li>Monómero de PDMS de mezcla y su agente endurecedor en una proporción ligeramente diferentes para la parte superior y las capas de fondo, típicamente 10:1 para la capa superior y 8:1 para la capa inferior, utilizando agitador automático ungüento durante 4 minutos. Nota: Las losas superior e inferior PDMS son preparadas en una proporción ligeramente diferente (10:1 y 8:1 respectivamente) de base PDMS para agente de curado, mejorando la fuerza de Unión. Proporción 5:1 es elegido para la capa inferior, la losa PDMS inferior más rígida dificulta la alineación y reduce la fuerza de adhesión debido a la falta de flexibilidad. Además, el espesor de la losa inferior PDMS es aproximadamente de 1 mm para adaptar la distancia de trabajo de microscopio. El chip se deforma fácilmente bajo alta presión cuando se elige la proporción 15:1.</li>
	<li>Vierta la mezcla en el molde de silicona terminado en un plato de petri de 90 mm y proporcionan un grueso de 2 ~ 3 m m. colocarlo en una cámara de vacío y desgasificación hasta que desaparezcan todas las burbujas de aire. La curación a 80 ° C por 1 h en un horno.</li>
	<li>Permita que el PDMS enfriar RT. uso de un bisturí para cortar el dispositivo al menos 3 mm de las características y lentamente retire la capa PDMS de la oblea de silicio. Perfore la entrada de la fase dispersa, la entrada de la fase continua y la salida de la capa superior de PDMS con un punzón de diámetro 0,75 mm.</li>
	<li>Limpie el PDMS con cinta adhesiva para quitar las partículas de polvo. Plasma tratar capas PDMS de la parte superior e inferior simultáneamente durante 2 min en un plasma W 300 limpiador. Coloque la capa superior sobre la superficie de capa inferior y deslice las superficies relativamente hasta características están alineadas viendo a través de un microscopio estéreo.</li>
	<li>Curar el dispositivo en un horno a 120 ° C durante un día para mejorar la fuerza y completa la vinculación.</li>
</ol>3. preparación de reactivos
<ol><li>Preparar la solución de la fase continua: hexadecano disolviendo 18 vol % silicón-basado agente tensioactivo no iónico.</li>
	<li>Preparar la solución de la fase dispersa: diacrylate hidrofílico poly (glicol de etileno) (PEGDA, 255 MW,) que contiene 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%, 224 MW) a una concentración de 5 mg/mL como el foto iniciador, rodamina B ( 95%, 479.01 MW) a una concentración de 1 mmol/L como los tintes fluorescentes.</li>
	<li>Se llenan los embalses 1 mL de regulador de presión neumática de la fase continua. Llenan la punta de carga de gel de 200 μL de la fase dispersa.</li>
</ol>4. sistema preparación
<ol><li>Coloque el dispositivo de microfluidos semi-3D en el escenario de un microscopio óptico invertido, con una cámara de alta velocidad.</li>
	<li>Conecte el tubo de fluorado etileno propileno (FEP) en el agujero perforado de la fase continua colocando un tubo de acero inoxidable corto, luego inserte el extremo de una punta de carga de gel en el agujero perforado de la fase dispersa. Introduzca una longitud de 20 cm de tubo de FEP en la salida del dispositivo y coloque el extremo de un tubo de centrífuga de 15 mL. Nota: La configuración del sistema se ilustra en la figura 1.</li>
</ol>5. formación de gotas
<ol><li>Coloque el dispositivo sobre la mesa de trabajo de un microscopio invertido y asegúrese de que el cruce de canales está situado aproximadamente en la posición de la fuente de luz del microscopio. Enfocar el microscopio invertido en una región que contiene la intersección de dos fases, la región del orificio y el canal aguas abajo.</li>
	<li>Ajustar las presiones de dos fases con controlador de presión neumática para entregar el líquido lentamente a la región de intersección, con 15 mbar para la fase dispersa y de 30 mbar para la fase continua. Esperar 3 minutos para la estabilización y equilibrado hasta el estable flujo no llevando burbujas y residuo PDMS.</li>
	<li>Los parámetros en la interfaz de usuario del software de control de entrada. Ajuste la presión de la fase dispersa como la presión a nivel de base del sistema a una constante, por ejemplo, mantener a 45 mbar. Aumento de la presión de la fase continua hasta el modo de desintegración de la emulsión cambia del chorro en el modo de transmisión punta, espere 5 minutos para la estabilización.</li>
	<li>Coloque el extremo del tubo de FEP el orificio de salida de conexión para el tubo de la centrífuga para recoger las gotas.</li>
</ol>6. PEGDA partículas colección y caracterización
<ol><li>Fijar el tubo de centrífuga oblicuamente en la luminaria. Obtener las partículas PEGDA a través de la solidificación rápida por la exposición Ultravioleta cuando el flujo de la fase líquida en el tubo.</li>
	<li>Al terminar el proceso de recogida, de la muestra y observar las partículas PEGDA a través del microscopio de fluorescencia con 20 X y 60 X objetos respectivamente. Nota. Se analizan las imágenes fluorescentes digitales captadas por la cámara por una rutina de software a medida. La imagen es primer deconvolución basado en el algoritmo de L R17 para eliminar el efecto difuminado de la luz fuera de enfoque y la esfera se extraen los objetos de la imagen basado en el método de detección Canny del borde; por último, se puede calcular el diámetro de cada objeto de la esfera usando Hough transformación18. Como resultado, se pueden calcular media y desviación estándar de los diámetros de los objetos de la esfera en cada imagen.</li>
</ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

La generación de gotitas en el modo de enfoque de flujo utilizando dispositivo microfluídico semi-3D y 2D se ha desarrollado previamente en una variedad de informes8,9,15,19,20, 21. En estos sistemas, el líquido acuoso que no puede ser solidificado fue elegido como la fase dispersa, como agua desionizada8</...

Sistemas microfluídicos basada en gotas tienen la capacidad de producir altamente monodispersa gotitas de nanómetros a micrómetro de diámetro rango1 y gran potencial en el alto rendimiento drogas discovery2, síntesis de biomoléculas3 ,4y el diagnóstico de pruebas5. Debido a las ventajas únicas de gotitas más pequeñas, como la mayor área superficial al cociente del volumen y las aplicaciones a gran escala con el consumo de unos pocos microlitros de muestra, la tecnología ha atraído interés extenso en una amplia gama de campos. La emulsificación de dos líquidos inmiscibles es uno de los métodos más típicos para generar gota. En informes anteriores en el campo, los investigadores han desarrollado una variedad de geometrías de la formación de gotas diferentes, incluyendo cruce, enfoque flujo y flujo Co geometrías. En la geometría del cruce, la fase dispersa se entrega a través de un canal de la perpendicular en el canal principal, en la que la fase continua fluye6,7. En la típica bidimensional (2D) enfoque flujo8,9 geometría, el flujo de la fase dispersa es esquilado de la lateral; y para el co que fluye geometría10,11, por el contrario, un capilar introducción el flujo de la fase dispersa se coloca co-axialmente dentro de un tubo capilar más grande para la geometría que fluye conjuntamente, para que el flujo de la fase dispersa es esquilado de todas las direcciones.
El tamaño de la gota se controla ajustando la proporción de la tasa del flujo y tamaño del canal, y el tamaño mínimo producido por el co que fluye o cruce se limita a decenas de micrómetros. Para flujo de enfoque sistema de formación de gotas, tres modos de desintegración de la gota forman ajustando la relación de presión de dos fases y la concentración de surfactante, incluyendo el goteo régimen, régimen que echa en chorro y streaming de punta15. Modo de transmisión punta también se llama formación del hilo de rosca y la aparición de un fino hilo sacar desde la punta del cono de flujo de la fase dispersa se observará. Estudios anteriores han demostrado gotas menos se podrían generar unos pocos micrómetros aunque streaming punta proceso en 2D o semi-3D enfoque flujo dispositivo8,12. Sin embargo, como una solución acuosa que contiene una concentración muy baja de PEGDA fue utilizada como la fase dispersa, el cociente de la contracción de las partículas PEGDA fue alrededor del 60% de las gotas originales de diámetro después de foto-polimerización, mientras PEGDA sin dilución como el fase dispersa condujo a inestable flujo punta modo12. Tensión interfacial es un parámetro importante del proceso de emulsión y disminuirá debido a la adición de tensioactivo en el líquido de fase continua, conduce a disminución en el tamaño de las gotas, mayor frecuencia de generación13, punta muy curvada, y prevención de la inestabilidad14. Además, cuando la concentración de surfactante a granel es mucho mayor que la concentración micelar crítica, la tensión interfacial es aproximadamente invariable en el estado saturado13 y el modo de transmisión punta puede ocurrir15.
Basado en las observaciones anteriores, en este trabajo, desarrollamos un enfoque simplista para la generación de gotitas PEGDA utilizando un semi-3D enfoque flujo microfluídicos dispositivo, fabricado por el método de litografía blanda en múltiples capas. Diferente del típico enfoque flujo dispositivo 2D, el dispositivo de enfoque de flujo de semi-3D tiene un canal poco profundo fase dispersa y un canal de fase profunda continua, para que la fase dispersa puede ser esquilada de arriba y abajo al lado lateral. Esto proporciona mayor rango de ajuste para modo de enfoque de flujo reduciendo la energía y la presión necesaria para la ruptura de la gota. A diferencia de la anterior informe12, la fase dispersa es puro PEGDAcontaining foto iniciador, asegurándose de que el cociente de la contracción de las partículas PEGDA es menor que 10%16; y la fase continua es la mezcla de hexadecano disolución con una concentración de alto bulto del surfactante no iónico a base de silicona. Gotas de tamaño controlable y uniformes fueron producidas por ajustar la relación de presión de dos fases. El diámetro de las gotitas cambia de 80 μm a 1 μm como la ruptura de la gota procesos de cambios de modo que echa en chorro a modo streaming de punta. Además, la partícula PEGDA fue sintetizada a través de proceso de foto polimerización bajo la exposición Ultravioleta. El sistema de microfluidos de generación de gotas con facilidad de la fabricación ofrecerá más posibilidades para aplicaciones biológicas.

<table><tbody><tr><td>Oblea de silicio</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>desarrollador del SU-8</td><td>Microchem Co.</td><td></td><td></td>Y020100</tr><tr><td>Mascarilla de cromo</td><td>Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>polidimetilsiloxano (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>poli(etilenglicol) diacrilato (PEGDA)</td><td>Sigma</td><td>26570-48-9</td><td></td></tr><tr><td>2-hidroxi-40-(2-hidroxietoxi)-2-metilpropiofenona</td><td>TCI</td><td>H1361-5G</td><td>fotoiniciador</td></tr><tr><td>Hexadecana</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>tensioactivos</td></tr><tr><td>Rhodamine B</td><td>Aladdin</td><td>81-88-9</td><td>tinte fluorescente</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Máquina</td><td></td><td></td><td></td>de litografía</tr><tr><td>Agitador automático de ungüento</td><td>Horno Thinky</td><td>ARV-310</td><td></td></tr><tr><td>BluePard</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscopio óptico</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>Cámara de alta velocidad</td><td>Hamamatsu, Japón</td><td>ORCA-flash</td><td></td></tr><tr><td>MAESFLO Sistema de control de fluidos microfluídicos</td><td>FLUIGENT</td><td>MFCS-EZ</td><td></td></tr><tr><td>Lámpara UV</td><td>FUTANSI</td><td></td><td>365 nm luz UV, 8000 MW/CM2</td></tr></tbody></table>

generación de tamaño controlado poli (etilenglicol) diacrylate gotas vía semi 3-dimensional del flujo centrándose dispositivos microfluídicos

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

Gotitas de diacrylate (PEGDA) uniforme y tamaño controlables poly (glicol de etileno) podrían ser producidas por el flujo que centra el proceso en un dispositivo de microfluidos. Este trabajo propone un semi-three-dimensional (semi-3D) enfoque flujo microfluídicos chip para la formación de gotas. El chip de polidimetilsiloxano (PDMS) se fabricó utilizando el método de litografía blanda en múltiples capas. Hexadecano que contiene surfactante se utilizó como fase continua, y PEGDA con el ultravioleta (UV) foto iniciador fue la fase dispersa. Tensioactivos permitieron la tensión de superficie local a y forman una punta más lobulada que se rompe en pequeñas gotitas de micro. Como constante la presión de la fase dispersa, el tamaño de las gotas se convirtieron en más pequeño con la creciente presión de la fase continua antes de la fase dispersa flujo fue interrumpido. Como resultado, gotas con variación de tamaño de 1 μm a 80 μm de diámetro podrían lograrse selectivamente cambiando el cociente de la presión en dos canales de entrada, y se estimó el coeficiente promedio de variación por debajo de 7%. Además, las gotas podrían convertirse en micro cuentas por la exposición Ultravioleta para foto polimerización. Conjugación de biomoléculas en tal superficie micro cuentas tienen muchas aplicaciones potenciales en los campos de la biología y la química.

El chip de microfluidos enfoque flujo semi-3D fue fabricado mediante técnicas de litografía blanda en múltiples capas como se describió anteriormente. El proceso de fabricación y los resultados para el molde principal en protocolare que se muestra en la figura 2. La primera capa, que proporciona un canal de ancho de 65 μm para la introducción de la fase dispersa y una 50 μm ancho del orificio (figura 2a), es de 2...

Aquí, presentamos un protocolo para ilustrar los procesos de fabricación y verificar los experimentos de un semi-three-dimensional (semi-3D) enfoque flujo microfluídicos chip para la formación de gotas.

Generación de tamaño controlado poli (etilenglicol) Diacrylate gotas vía Semi 3-Dimensional del flujo centrándose dispositivos microfluídicos

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

Este método puede ayudar a responder las preguntas clave en el campo de la formación de gotas microfluídicas, incluida la fabricación del chip PDMS de enfoque de flujo semitridimensional y la producción de gotas de PGD puras. La principal ventaja de esta táctica es que el dispositivo de enfoque de flujo semi-3D proporciona campos de prueba más grandes para el molde de enfoque de flujo. El PGD puro se asegura de que la proporción de partículas de PGD sea inferior al 10%Las implicaciones de esta técnica se pueden extender a muchas implicaciones bioquímicas debido a la mayor relación entre el área de superficie y el volumen.Boquilla, las aplicaciones a gran escala se beneficiarán de esta técnica con el consumo de unos pocos microlitros de muestra. Ahora, este método puede proporcionar información sobre la formación de gotas de PGD. También se puede aplicar a otros sistemas, como el análisis de enfoque de flujo equipado con gas.Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades debido a la obstrucción en el orificio y la inestabilidad del moho que fluye en la punta. Este método es fundamental, ya que la fabricación de chips de enfoque de flujo semi-3D es difícil de

generation-size-controlled-poly-ethylene-glycol-diacrylate-droplets

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

La generación de emulsiones dobles microfluídicas generalmente involucra dispositivos con humectabilidad estampada o componentes de vidrio fabricados a medida. Aquí describimos la fabricación y prueba de un generador de doble emulsión de polidimetilsiloxano (PDMS) que no requiere tratamiento superficial ni procesos de fabricación complicados, y es capaz de producir emulsiones dobles de hasta 14 μm.

Generación de doble emulsión utilizando un flujo Focus Dispositivo de polidimetilsiloxano (PDMS) Co-axial

Aquí, demostramos un método de producción simple para microgotas de agua en aceite (W/O) monodispersas de tamaño controlable utilizando un dispositivo microfluídico centrífugo de base capilar. Este método requiere solo un pequeño volumen de muestra y permite una producción de alto rendimiento. Esperamos que este método sea útil para análisis bioquímicos y celulares rápidos.

Dispositivo de microfluidos centrífuga basada en capilar para la Formación Tamaño-controlable de monodisperso microgotas

El ensamblaje y posicionamiento del huso mitótico dependen de las fuerzas combinadas generadas por la dinámica de los microtúbulos, las proteínas motoras y los reticulantes. Aquí presentamos nuestros métodos recientemente desarrollados en los que el confinamiento geométrico de gotas de emulsión esférica se utiliza para la reconstitución ascendente de husos mitóticos básicos.

La reconstitución de Básica mitótico husos esféricos en emulsión de las gotitas

Se describen los protocolos para la fabricación de hidrogeles degradables interpenetrantes basados en hidrazona Cross-linking de oligómeros poliméricos en la escala de a granel microescala, nanoescala y el último para la preparación de nanopartículas de gel y nanofibras.

Fabricación de hidrogeles degradables de interpenetrantes en múltiples escalas de la longitud mediante extrusión reactiva, microfluídica, uno mismo-Asamblea y Electrospinning

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

Un dispositivo de flujo Co inversión de fase se demuestra para generar gotas de alta viscosidad monodispersa sobre 1 Pas, que es difícil de realizar en microfluídica de gota.

Fabricación de gotas de alta viscosidad usando dispositivos capilares microfluídicos con estructura de flujo de co inversión de fase

Este trabajo proporciona un método para la fabricación de plataformas de microfluídica basada en la gota y la aplicación de microesferas de poliacrilamida para la amplificación por PCR de la microesfera. El método de microesfera-PCR hace posible obtener amplicones de ADN monocatenario sin la separación del ADN de doble hebra.

Una gotita-enfoque basado en microfluidos y amplificación por PCR de microesfera para amplicones de ADN

Este artículo describe el proceso de microfluidos y parámetros para preparar partículas accionamiento de elastómeros cristalinos líquidos. Este proceso permite la preparación de la impulsión de las partículas y la variación de su tamaño y forma (de Oblatos a fuertemente prolato, core-shell y morfologías de Janus) así como la magnitud de la actuación.

Preparación de microfluídica de elastómero cristalino líquido actuadores

Los ensayos de gotas de agua en aceite son útiles para la química analítica, la evolución enzimática y el análisis de células individuales, pero generalmente requieren microfluídica para formar las gotas. Aquí, describimos la emulsificación con plantilla de partículas, un enfoque libre de microfluídica para realizar ensayos de gotas.

La emulsificación con plantilla de partículas permite ensayos de gotas sin microfluídica

Aquí, se presenta un protocolo para fabricar dispositivos microfluídicos a base de vidrio utilizados para generar emulsiones altamente monodispersas con tamaño de gota controlado.

Dispositivos a base de vidrio para generar gotas y emulsiones

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

Aprende a fabricar un chip microfluídico semi-3D de flujo centrado para producir gotas de PGD puro con aplicaciones bioquímicas. Este método permite formar gotas controladas con mínimo consumo de muestra.

Generación de tamaño controlado poli (etilenglicol) Diacrylate gotas vía Semi 3-Dimensional del flujo centrándose dispositivos microfluídicos (Video) | JoVE Journal

Generación de tamaño controlado poli (etilenglicol) Diacrylate gotas vía Semi 3-Dimensional del flujo centrándose dispositivos microfluídicos

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