Plataforma microfluídica accionada neumáticamente para la concentración de micropartículas

Este protocolo describe nuestro método para fabricar y operar en una plataforma microfluídica impulsada neumáticamente para concentraciones de múltiples partículas que supera deficiencias como la obstrucción de partículas y estructuras complejas. Este método permite procesar un número ilimitado de partículas, concentrarse en una gran cantidad de partículas pequeñas y prevenir el daño celular no deseado, y aumenta la eficiencia de la entropía. Debido a la importancia del análisis biológico, las tecnologías de sistemas microelectromecánicos microfluídicos y biomédicos se utilizan para desarrollar y estudiar dispositivos para la purificación y recolección de micromateriales.

Para comenzar, use un molde SU8 de canal de válvula neumática preparado previamente para replicar la capa PDMS para controlar neumáticamente la válvula. Vierta 10 mililitros de PDMS líquido y un mililitro de agente de curado en un molde de canal de válvula neumático preparado, y active el calor a 90 grados Celsius durante 30 minutos. Después de curar las estructuras PDMS, separe el molde SU8.

Perfore tres puertos neumáticos de 1,5 milímetros en el canal de la válvula neumática mediante una punción de 1,5 milímetros. Vierta 10 mililitros de PDMS líquido y un mililitro de agente de curado en un molde SU8 limpio. Gire la capa durante 15 segundos a 1500 revoluciones por minuto con un recubrimiento de centrifugado, luego se active el calor a 90 grados centígrados durante 30 minutos.

Separe el molde SU8 después de curar las estructuras PDMS. Trate la estructura del PDMS con plasma atmosférico durante 20 segundos. Usando un microscopio, alinee las estructuras PDMS tratadas con plasma de acuerdo con la estructura del canal.

Unir las estructuras PDMS alineadas calentándolas a 90 grados centígrados durante 30 minutos. Usando una punción de 1,5 milímetros, haga un orificio de 1,5 milímetros de diámetro en la entrada y salida del canal de fluido dentro de la parte del canal neumático unida a la capa delgada del diafragma. Replique ambos lados de la capa PDMS utilizando dos moldes SU8 para hacer un canal microfluídico.

Utilice un molde de canal microfluídico curvo y rectangular en la parte delantera y un molde de canal de interconexión microfluídica en la parte posterior. Vierta 10 mililitros de PDMS líquido y un mililitro de agente de curado en el molde de canal microfluídico curvo y rectangular, y recubrirlo con centrifugado a 1200 revoluciones por minuto durante 15 segundos, luego cree moldes para la cámara de fluido curva y los canales de fluido mediante la activación de calor a 90 grados Celsius durante 30 minutos. Separe la capa PDMS en la que se forma el canal microfluídico.

Luego trátelo con plasma atmosférico durante 20 segundos para hacer un molde activado por calor que cubra la pared de ventilación sellada uniéndose a la oblea de vidrio. Vierta tres mililitros de PDMS líquido en el canal de interconexión del molde SU8. Organice la estructura, fabricada con el molde de canal de interconexión, en PDMS líquido en el molde de canal de interconexión microfluídica.

Luego seque la estructura superpuesta a 130 grados centígrados durante 30 minutos. Después del curado, retire el molde frontal SU8 de la capa de red del canal microfluídico y despegue cuidadosamente el molde PDMS trasero. Vierta 10 mililitros de PDMS líquido y un mililitro de agente de curado en un molde SU8 limpio y actívelo a 90 grados centígrados durante 30 minutos.

Separe el molde SU8 después de curar las estructuras PDMS. Trate los moldes de canal de interconexión microfluídica PDMS con plasma atmosférico durante 20 segundos. Usando un microscopio, alinee las estructuras PDMS tratadas con plasma de acuerdo con la estructura del canal.

Unir las estructuras PDMS alineadas calentando a 90 grados Celsius durante 30 minutos. Alinear las estructuras PDMS preparadas durante este proceso según la estructura del canal y unirlas tratando con plasma atmosférico durante 20 segundos. Con una jeringa de 10 mililitros, llene el canal microfluídico con agua desmineralizada sin burbujas.

Para controlar la presión del fluido de trabajo y las tres válvulas neumáticas que controlan el flujo de microperlas, inserte un controlador de presión de precisión con cuatro o más canales de salida para el fluido de trabajo en la plataforma microfluídica. Prepare partículas de prueba de poliestireno carboxilo de varios tamaños en agua destilada. Para controlar el caudal del fluido de trabajo, llene la mitad de una botella de vidrio con el agua y conecte la tapa de la botella de vidrio al canal de salida del controlador y a la microválvula.

Usando un microscopio invertido, observe todas las operaciones de la plataforma y mida el caudal de funcionamiento a lo largo del tiempo en la salida mediante un medidor de flujo de líquido. Inyecte la mezcla de partículas o fluidos a presión en la entrada con la válvula de partículas. Aplique presión a la válvula CIV a 15 kilopascales y a la válvula de partículas a 18 kilopascales para accionar la válvula.

Cuando las partículas estén concentradas, aplique presión solo a la válvula de fluido. El caudal de los fluidos se dividió en una operación de plataforma de cuatro etapas. La primera etapa fue el estado de carga.

El fluido de trabajo y las partículas eran casi idénticos ya que la red de canales microfluídicos exhibía simetría estructural. La segunda etapa fue el estado de bloqueo. La trayectoria del flujo se estrechó y el caudal medido en el puerto de salida se redujo por la resistencia hidráulica.

La tercera etapa fue el estado de concentración. El QP medido fue cercano a cero, y el QF fue aproximadamente 1,42 veces mayor que el del estado de bloqueo. La etapa final fue el estado de lanzamiento.

Los caudales y los caudales de concentración resultantes demostraron que el accionamiento secuencial programado con la válvula neumática funciona bien debido a los cambios de flujo. Las partículas se concentraron y acumularon en el área de recolección cuando se cerraron la válvula CIV y la válvula de partículas, y todas las partículas concentradas recolectadas se liberaron en cuatro segundos cuando solo se cerró la válvula de fluido. Una parte esencial de este procedimiento es curar la estructura trasera donde se implanta la capa PDMS por la presión un poco más de la capa de aire.

Y la capa de película deformada se activa repentinamente. Esta plataforma se puede utilizar para el auto-pretratamiento de biopartículas muy concentradas y rectas y suspendidas, ya que el funcionamiento no se ve afectado por las propiedades de las partículas físicas.