Double Emulsion génération utilisant un flux focus périphérique (PDMS) Co-axial

L’objectif global de cette procédure est de construire et de tester un dispositif microfluidique entièrement en polydiméthyl suboxane qui utilise la focalisation de l’écoulement coaxial pour générer des émulsions doubles. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés en chimie et en biologie qui nécessitent un criblage à très haut débit, telles que l’évolution dirigée des enzymes et l’identification de phénotypes rares. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet la production rapide de générateurs d’émulsion double en utilisant la lithographie douce sans traitements de surface spécialisés.

Pour commencer, concevez les structures microfluidiques pour la fabrication à deux couches. À l’aide du logiciel AutoCAD, faites imprimer les conceptions sur un film de circuit imprimé avec une résolution de 10 microns, comme décrit dans la référence illustrée ici. Appliquez un à deux millilitres de SU 8, 30, 35 au centre d’une plaquette de silicium pré-nettoyée de trois pouces de diamètre, placez-la sur un codeur de spin et fixez-la au mandrin.

Faites tourner pendant 20 secondes à 500 tr/min puis 30 secondes à 2000 tr/min. Retirez la gaufrette et faites-la cuire sur une plaque chauffante à 135 degrés Celsius pendant 30 minutes. Laissez la plaquette refroidir à température ambiante avant de passer à l’étape suivante.

Exposez maintenant la plaquette revêtue au masque pour la première couche sous une lumière LED en bande pendant 90 secondes. Après l’exposition, replacez la plaquette sur la plaque chauffante à 135 degrés Celsius pendant une minute. Une fois refroidie, appliquez un à deux millilitres de SUH 2050 au centre de la plaquette.

Replacez la plaquette sur le codeur de spin et faites-la tourner pendant 20 secondes à 500 tr/min. Ensuite, tournez pendant 30 secondes à 1 375 tr/min. Lorsque le codeur de spin s’arrête de tourner, retirez la plaquette et replacez-la sur la plaque chauffante à 135 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Refroidissez ensuite la plaquette à température ambiante avant de passer à l’étape suivante. Alignez le masque de la deuxième couche sur la géométrie qui a été modélisée dans les étapes précédentes, et exposez à nouveau la plaquette revêtue à la lumière UV pendant trois minutes après l’exposition, placez la plaquette sur la plaque chauffante à 135 degrés Celsius pendant une minute. Une fois refroidis, les masques ont été développés en immergeant la plaquette dans un bain agité de propylène glycol, acétate de monométhyléther.

Après 30 minutes dans le bain, retirez la gaufrette et lavez-la à l’isopropanol. Ensuite, faites cuire la gaufrette sur la plaque chauffante à 135 degrés Celsius pendant une minute. Refroidissez la gaufrette, puis placez le master développé dans une boîte de Pétri de 100 millimètres.

Préparez un lot de PDMS en combinant 50 grammes de base de silicone avec cinq grammes d’agent de durcissement dans un gobelet en plastique. À l’aide d’un outil rotatif muni d’un bâtonnet, mélangez les composants, puis dégazez le mélange à l’intérieur d’un dessiccation pendant environ 30 minutes ou jusqu’à ce que toutes les bulles d’air soient éliminées. Ensuite, versez le PDMS sur le master sur une épaisseur de trois millimètres.

Placez ensuite la boîte de Pétri dans la dessiccation pour un dégazage supplémentaire. Une fois toutes les bulles éliminées, faites cuire l’appareil à 60 degrés Celsius pendant deux heures. Découpez le dispositif PDMS du moule à l’aide d’un scalpel et placez-le sur une surface propre avec le côté du motif vers le haut.

Coupez ensuite le PDMS en deux avec une lame de rasoir pour séparer les deux côtés de l’appareil sur la pièce contenant la géométrie de manipulation des fluides de 50 micromètres imprimée par master one. Poinçonnez les entrées et les sorties fluidiques avec un poinçon de biopsie de 0,75 millimètre. Ensuite, placez les pièces PDMS avec leurs côtés à motifs vers le haut dans une chambre à plasma plasma.

Traitez l’appareil avec du plasma d’oxygène à une millibar pendant 60 secondes dans un nettoyeur plasma de 300 watts. Ensuite, retirez les échantillons et mouillez la surface du morceau non éteint de PDMS avec une goutte d’eau DI pour servir de lubrifiant temporaire pendant que vous observez l’appareil à travers un stéréomicroscope. Placez les surfaces traitées au plasma ensemble et faites-les glisser jusqu’à ce qu’un verrouillage mécanique soit obtenu.

Lorsque les cadres encastrés et les cadres saillants s’accouplent, une fois assemblés, placez l’appareil dans un four à 60 degrés Celsius et faites-le cuire pendant deux jours pour évaporer l’eau et terminer le collage. Ensuite, fixez l’appareil assemblé sur une lame de verre à l’aide de plusieurs gouttes de PDMS non durci, faites cuire la construction dans un four à 60 degrés Celsius pendant une heure. Pour remédier au PDMS, la puce microfluidique sur la platine d’un microscope inversé couplé à un appareil photo numérique capable d’obtenir des vitesses d’obturation d’au moins 100 microsecondes.

Ensuite, montez trois seringues de 10 millilitres sur des pousse-seringues et fixez des aiguilles de calibre 27 à chacune d’elles. Fixez environ 30 centimètres de tubes en PE à chacune des aiguilles et insérez les extrémités libres des tubes dans les trous perforés appropriés de l’appareil. Insérez ensuite une longueur de 10 centimètres de PE deux dans l’orifice de sortie de l’appareil et placez l’autre extrémité dans un conteneur de collecte des déchets.

Une fois installé, amorcez l’appareil en faisant fonctionner les pousse-seringues à grande vitesse. Arrêtez les pompes. Une fois que le fluide dans les segments de la tubulure atteint les orifices d’entrée de l’appareil, focalisez le microscope sur la région de la puce qui contient un orifice de 50 par 50 micromètres et ajustez le cadre pour qu’il inclue le canal de sortie en aval.

Réglez les pompes à seringue pour fournir le fluide au générateur à double émulsion à un débit de 250 microlitres par heure pour la phase intérieure, 100 microlitres par heure pour la phase intermédiaire et 700 microlitres par heure. Pour la phase continue. Attendez 10 minutes que le système s’équilibre.

Ensuite, augmentez le débit de la phase extérieure à 1050 microlitres par heure. Attendez trois à cinq minutes supplémentaires pour que la génération d’émulsions doubles se stabilise dans cet ensemble de conditions d’écoulement. Une fois stabilisé, acquérez cinq secondes d’images vidéo à 30 hertz.

Enregistrez les vidéos pour un traitement hors ligne via l’analyse manuelle des images. Répétez ce processus tout en faisant varier le débit de la phase externe en utilisant les valeurs trouvées dans le tableau un du protocole textuel d’accompagnement. Maintenir les taux des phases interne et moyenne.

Au cours de ce processus, le dispositif à double émulsion a été testé dans diverses conditions d’écoulement. Pour démontrer la formation d’émulsions doubles monodispersées de tailles variées, le rapport entre la phase continue et la somme des phases interne et moyenne est indiqué au-dessus de chaque image. Les histogrammes des diamètres des gouttelettes pour certains rapports d’écoulement montrent l’uniformité relative de la taille des gouttelettes générées.

Les émulsions doubles résultantes produisent une variation moyenne du coefficient de diamètre de 5,2 %Le dispositif démontre une capacité à former des émulsions doubles nettement plus petites que la largeur de l’orifice, et montre une nette tendance à la baisse avec des rapports d’écoulement accrus. Au débit de phase porteur le plus élevé, des émulsions doubles de 14 micromètres ont été formées à l’aide de l’orifice de 50 par 50 micromètres après son développement. Cette technique ouvre la voie aux chercheurs en chimie et en biologie pour réaliser des expériences de microfluidique en gouttelettes compatibles avec les plateformes de détection de cytométrie en flux standard.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication et du test de générateurs d’émulsion double microfluidique qui utilisent des techniques de construction PDMS simples.