Name: コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクションを作成します (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 13 s
Description: 学ぶコロイドシリカナノ粒子の自己組織化法でPDMSマイクロ流体チップ内に約45nmのナノ多孔性膜を作成し、DNAやタンパク質の電気泳動濃縮に応用する手法。この技術はバイオセンシングやマイクロ流体デバイスの開発に貢献します。

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この作品は、NIH R21 EB008177-01A2とニューヨーク大学アブダビ（NYUAD）研究強化基金2013我々は、微細加工時の彼らのサポートのためのMIT MTLの技術スタッフに感謝を表明し、ジェームズ・ウェストンとそののためのNYUADのニコラスGiakoumidisによってサポートされていましたSEM写真を撮影し、それぞれ、分圧器を構築する上でのサポート。 PDMSでデバイス製造をNYUADの微細コア施設で行いました。最後に、我々はビデオ撮影・編集のためのデジタル奨学金NYUADセンターからレベッカPittamに感謝したいと思います。

シリカコロイドビーズ懸濁液の調製<ol><li> 300 nmおよび500 nmのシリカビーズ懸濁液の調製 <ol><li> 30秒間ボルテックスシリカビーズストック懸濁液（水中のw / vの10％）を。均一な懸濁液を得ました。 1.5ミリリットルチューブに600μlのストック懸濁液の合計をピペットで、1分間2600×gでそれを遠心します。 </li><li> 1 mMリン酸ナトリウム緩衝液（PB、pHは7.0）の400μlの上清を代入します。 </li><li>ボルテックスを通してpH7.0で1 mMのリン酸ナトリウム溶液中で15％の最終濃度にシリカビーズを一時停止します。 </li></ol></li><li> ポリ表面官能500nmシリカカルボキシルビーズ（アリルアミン塩酸塩、PAH）、及びポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム、PSS）高分子電解質 <ol><li> 1％の10mlの1MのNaCl（pH7.0）で、カルボキシル基を有する500nmのシリカビーズを0.1gを懸濁ビーズ懸濁液（w / v）の。 </li><li> 1 M NACで0.4％PAH（MW 65K）を準備1MのNaClの15ミリリットルでストック溶液（20％重量/体積水中）の300μLを溶解することによりリットル。 20ミリリットルの1M NaCl溶液中に0.18グラムのPSSを溶解することにより、1 M NaCl溶液中に0.9％PSS（MW 70K）を準備します。 1分間の両方のソリューション渦。完全に高分子電解質を溶解します。 </li><li>カルボキシル官能基を​​有するシリカビーズ上の正に荷電した高分子電解質層を堆積させるために15mlチューブ中の1％のシリカカルボキシルビーズを9.8 mlのPAH溶液200μlを加えます。 1分間ビーズ懸濁液をVORTEX。そして60分間チューブ回転でそれをインキュベートします。 RTで。 </li><li> 1分間1801×gでビーズ懸濁液を遠心します。そして10ミリリットルのDI水と結合していないPAH 5回洗い落とします。各遠心分離し、上清を除去した後、ビーズを密にチューブの底部に充填しました。ビーズを再懸濁し、次の遠心分離工程の前に洗浄除去することができるように、脱イオン水8mlを添加する前に、脱イオン水2mlで激しいピペッティングによりビーズ塊を破壊します。 </li><li>続きますPSSコーティングのための1.2.3と1.2.4の手順では、ビーズ上に負に帯電した層を堆積させます。 PSSの堆積前1.2.4の5 回目の洗浄工程からのDI水の上澄みを除去した後、1MのNaClの9.8ミリリットルでビーズを再懸濁します。 <ol><li> 15ミリリットルチューブの底にビーズ塊を破砕した後、1MのNaClの8ミリリットルを追加するために1MのNaClの2ミリリットルを使用して、同じ活発なピペッティングステップを使用してください。単一PAH層を堆積したシリカビーズの9.8ミリリットルにPSS溶液200μlを追加します。 1分間ボルテックスした後。 60分間のインキュベーション。チューブローテーター上、DI水で5回の洗浄工程を繰り返します。 </li><li>正しく行われた高分子電解質の堆積手順を確認するために、製造業者のプロトコルに従って、動的光散乱装置を用いて、それぞれの高分子電解質コーティングの前と後のビーズのゼータ電位を測定した（表1参照）。 </li></ol></li><li>単一PSS層以下のDI水で5回の洗浄工程を繰り返し、0.05％のTween 20（15％w / v）の前に、その流動性を向上させるために、マイクロ流体デバイスで使用すると堆積し、1 mMリン酸ナトリウム緩衝液650μLに再懸濁ビーズ。 </li></ol></li><li> PSSの単層を堆積させるために、アミン官能基を有する500nmのシリカビーズのために1.2.5から1.2.6に上記の手順に従ってください。 </li></ol> PDMSマイクロ流体チップの2製作<ol><li> シリコンマスターの微細加工 <ol><li>次のように微細加工技術を用いて、PDMS成形用シリコンマスターを作ります。 <ol><li>スピンコートシリコンウェーハ上に4,000rpmで1ミクロンの薄いフォトレジスト。パターンは、投影リソグラフィ（露光時間170ミリ秒）及び700nmの深さ2μmの幅の広い平面ナノチャネルをエッチングを用いて層を反応性イオンエッチングで（シリカビーズnanotrapsとして作用します）。 </li><li> CHF 3（45 SCCM：3.5ナノメートル/秒のエッチング速度を達成するために、次のエッチングパラメータを使用）、CF 4（15 SCCM）は、Ar（100 SCCM）、圧力100ミリトール、RFパワー200Wで</li></ol></li><li>スピン2,000 rpmでコート第二の厚さ1μmのフォトレジスト層と、以前にパターン化nanotrapsにアライメントを行います。マイクロチャネルコンタクトリソグラフィビアおよびシリコンの深い反応性イオンエッチング（DRIE）によるパターン。 DRIEは、表2の26のパラメータを使用します。 </li></ol></li><li> PDMSモールドの作製 <ol><li>真空瓶O / Nでトリクロロシラン（50μl）を有するシリコンマスターをSilanize。 注意：Tricholorosilaneは、有毒で腐食性の材料です。常に適切な個人用保護機器との化学フードでそれを使用しています。 </li><li>シラン化シリコンマスター上で1の割合とキャストPDMSと対流式オーブン中で2時間、70℃で、それを治す：10での硬化剤にベースを混ぜます。 </li><li>それは、PL後にプラズマクリーナーを使用して空白のウェハ上にナイフとプラズマ結合を有するシリコンマスターからPDMSスラブを削除します1分間のプラズマクリーナーでASMA処理。ステップを鋳造次PDMSのための仕切り線をマークするために縁に沿ってテープを取り付けます。 </li><li>トリクロロシランを有する真空瓶（50μl）をO / NでPDMSモールドをSilanize。 </li><li> PDMSをキャスト（ベース：1の比率：10で硬化剤）シラン化PDMSモールド上と対流式オーブン中で2時間、70℃で、それを治します。 </li></ol></li><li> PDMSデバイスの作製 <ol><li>テープでマークされた仕切り線に沿ってPDMSモールドから硬化PDMSスラブをはがし。 </li><li>テープできれいに1.5ミリメートル生検パンチとパンチ溜め穴は、イソプロピルアルコール（IPA）および窒素で乾燥ですすいでください。 </li><li> 1分間のプラズマクリーナーにおけるプラズマ処理後の25ミリメートル×75mmの顕微鏡ガラススライド上にプラズマ結合PDMSデバイス。 </li></ol></li><li> Ultrasonicate 60分間ビーズ懸濁液。充填する超音波浴中で前に。 10μlのビーズ懸濁液をピペット（300nmの非官能基化シリカがあること広告、またはPAH-PSS層を有する500 nmのシリカカルボキシルビーズ、または入口4,6にPSS層に500 nmのシリカアミンビーズ）がそれぞれ（ 図1 A、B）直ちにPDMSチップのプラズマ接合した後に表示しますガラス基板。ビーズ充填を向上させるためにピペットチップを用いてPDMSチップを軽くタップします。 <ol><li>ビーズ配信チャネルを充填した後、テープ1と9を除く全ての入口を覆います。 。使用前+4℃で3時間および貯蔵するための装置を風乾し2コロイド自己組織化プロセスを順を追って模式図を与える図 。 </li></ol></li></ol> DNAの電濃度3.実験<ol><li> DNAサンプル（1 mMのPB中の10 nMの10μlの）と緩衝液（1mMのPBを10μl）と貯水池3、7とリザーバ5を記入し、貯水池2に反転ピペットチップで穏やかな負圧を適用します、泡なしのソリューションとのチャネルを埋めるために8および10（参照<stronグラム&gt;図1B）。 </li><li>圧力のバランスを取り、5分間待つように10をリザーバに10 nMのDNAの2と8と10μlの貯水池に1 mMのPBの10μLを加えます。平衡に到達します。 </li><li>貯水池3、5、7、10内に白金線を挿入します。 </li><li>ソースメータとPt線に接続された電圧分圧器を使用してナノ流体接合部の両端の電圧を適用します。まず貯水池貯水池3、7上5、10とGNDの30 Vを適用します。 </li><li> 〜30秒後に、リザーバ10に25 Vの電圧を下げます。 </li><li> DNAからの蛍光信号を記録する際、試料の光退色を最小限にするために5秒ごとに周期的な開口部を有するメカニカルシャッターを使用してください。 </li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

ナノ流体工学を研究するための一般的なデバイスの設計方式に続いて、我々は、コロイド状のナノ粒子の蒸発主導の自己集合を使用しての代わりに、リソグラフィナノチャネルのアレイをパターニングすることにより、2つのマイクロ流体チャネルとの間にナノ流体接合部を作製しました。ビーズ配信チャネル、700ナノメートルの深さおよび100μmの全幅にビーズ配信チャネルの両側に2μmの幅nanotrapsの配列にコロイド粒子を流れるときに流入ビーズ懸濁液を防止nanotrapsにおける表面張力にチャンネルをバッファリングし、サンプル。一度、迅速ビーズ配信チャネルに充填コロイド粒子をトラップし、試料とナノ多孔質接合を形成されたチャネルをバッファリング。 毛細管力が出口rの入り口にシリカビーズ懸濁液を駆動するように、プラズマボンディング直後にビーズ懸濁液をロードすることが重要です一時的に親水性ビーズ配信チャネルでeservoirs。入口リザーバ内の流れを遮断する気泡を防止するためには、高度にピペットチップを用いて容器の底部に到達した後、リザーバ内にビーズ懸濁液を放出することが推奨されます。高分子電解質で表面官能...

10 2 nmの-ナノ流体工学は、10 1の長さスケールでのイオンや分子の生物学的プロセスまたは輸送現象を研究するためにμTAS（マイクロトータル分析システム）の新興研究領域です。必要であれば、このようなナノチャンネルのようなナノ流体ツールの出現により、分子やイオンの輸送過程だけ分離および検出のために、この長さスケールで使用可能な機能を利用することにより、前例のない精度で監視し、操作することができます。1,2つのこれらの特徴的なナノスケールの特徴は、電荷不均衡を引き起こし、ナノチャネルとマイクロチャネルとの間のイオンの濃度分極（ICP）を開始することができるナノチャンネル内のバルク充電（またはDukhin番号）に対する表面の比率が高いです。3 ナノ流体現象の研究のための一般的なデバイスプラットフォームは、接合部としてナノチャネルのアレイによって接続された2-マイクロチャネルシステムで構成されています。4-6 </sup&gt;そのようなナノ流体デバイスを構築するために選択される材料をので、接合プロセスの間に崩壊するチャネルを防止する高い剛性のシリコンである。7しかし、シリコンデバイスの製造は、高価なマスク及びクリーンルーム施設での処理のかなりの量を必要とします。8-これにより、成形およびプラズマボンディング、ポリジメチルシロキサン（PDMS）を介して、デバイス製造の利便性への10は広くマイクロ流体のための建築材料として受け入れられており、それは同様にナノ流体工学のための理想的な材料であろう。しかし、低ヤング率は、360から870キロパスカルの周囲に、プラズマ接合時PDMSチャネルは容易に折りたたみ可能なります。ナノチャネルの深さが100nm以下である必要がある場合、標準的なフォトリソグラフィを介してPDMSデバイスの製造は、チャネル幅を必要とする、非常に挑戦的になることを意味し、1：ナノチャネル（深さ、幅）の最小アスペクト比が10未満でなければなりませんphotolithの電流制限値未満1μm程度でography。この制限を克服するために、78 nmの11の平均深さを有する亀裂を開始するために、プラズマ処理後のしわを形成するために延伸非リソグラフィ法を用いてPDMSにナノチャネルを作成するための試みがなされてきた。12機械的圧力とPDMSチャネルを崩壊許さ60 nmと低いナノチャネルの高さ。13 これらの高度に本発明の非リソグラフィー法は、深さ100 nm以下のナノチャンネルを構築する許可されていても、ナノチャンネル製作の寸法制御は、依然としてナノ流体デバイスのための建築材料としてPDMSの広く受け入れへの障害をもたらします。ナノチャネルの別の重大な問題は、シリコンまたはPDMSで、ケース内表面機能であるか否かのイオンまたは分子の操作のためのチャネル壁上の表面電荷を変化させる必要があります。結合を介してデバイスアセンブリの後、ナノチャンネルはに非常に困難であり、拡散制限輸送による表面機能化のために達します。高次元の忠実度と容易な表面官能持つナノスケールのチャネルを作成するには、マイクロ流体デバイス中で蒸発14-16によって誘導されたコロイド粒子の自己組織化法は有望なアプローチの1つであることができます。細孔サイズおよび表面特性の制御に加えて、調整する可能性は、温度、pHは17、18,19及びイオン強度を制御することにより、高分子電解質で被覆されたコロイド粒子を使用してその場で孔の大きさもある。そのため、これらの18利点、コロイド粒子の自己組織化法はすでにエレクトロ、20バイオセンサー、21タンパク質濃度22とマイクロ流体中のタンパク質やDNAの分離のためのアプリケーションを発見した。本研究では14,23、我々はANを構築するために、この自己組織化法を導入しました中電学的予備濃縮装置2マイクロチャネル間のナノ流体接合を必要とするPDMS。24動電濃度の背後にある基本的なメカニズムは、イオン濃度分極（ICP）に基づくものである。製造及び組立工程の25詳細な説明は以下のプロトコルに含まれています。

<table><tbody><tr><td>ポリ(スチレンスルホン酸)ナトリウム塩</td>ポリ<td>サイエンス&nbsp;</td><td>08772</td><td></td></tr><tr><td>ポリ (アリルアミン) 溶液</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>479144-5G</td><td></td></tr><tr><td>シリカ マイクロスフェア - 300 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24321</td><td></td></tr><tr><td>シリカ マイクロスフェア - 500 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24323</td><td></td></tr><tr><td>シリカ マイクロスフェア カルボキシル機能 - 500 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24753</td><td></td></tr><tr><td>シリカ マイクロスフェア アミン 機能 - 500 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24756</td><td></td></tr><tr><td>シルガード 184 シリコーン エラストマー キット</td><td>ダウ コーニング</td><td></td><td></td></tr><tr><td>トリクロロシラン</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>175552</td><td></td></tr><tr><td>超音波洗浄機</td><td>ブランソン</td><td>3510</td><td></td></tr><tr><td>チューブ ローテーター&nbsp;</td><td>VWR</td><td>10136-084</td><td></td></tr>ボル<tr><td>テックスミキ</td><td>サーWiseMix</td><td>VM-10</td><td></td></tr>マイクロ<tr><td>遠心分離機</td><td>VWR</td><td>Micro 1207</td><td></td></tr>プラ<tr><td>ズマクリーナーHarrick</td>プラ<td>ズマ</td><td>PDC-001-HP</td><td></td></tr><tr><td>PDMSミキサーThinky</td><td></td><td>ARE-250</td><td></td></tr>オー<tr><td>ブン</td><td>Thermo Scientific</td><td>PR305220M</td><td></td></tr><tr><td>エピ蛍光顕微鏡</td><td>ニコン</td><td>Eclipse Ti</td><td></td></tr><tr><td>CCD カメラ</td><td>Andor</td><td>Clara</td><td></td></tr><tr><td>プラチナ電極</td><td>Alfa Aesar</td><td>43014</td><td></td></tr><tr><td>ソースメーター</td><td>ケースレー</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>デジタルマルチメーター&nbsp;</td><td>Extech</td><td>410</td><td></td></tr>顕<tr><td>微鏡スライドガラスThermo</td><td>Scientific</td><td>2951-001</td><td></td></tr><tr><td>Tween 20</td><td>Merck Millipore</td><td>822184</td><td></td></tr><tr><td>塩化ナトリウム</td><td>Fisher Scientific</td><td>7646-14-5</td><td></td></tr><tr><td>リン酸ナトリウム一塩基</td>性<td>シグマアルドリッチ</td><td>71505</td><td></td></tr>リン<tr><td>酸ナトリウム二塩基性</td>シ<td>グマアルドリッチ</td><td>S3264</td><td></td></tr><tr><td>DNA</td><td>IDT</td><td></td><td>CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C</td></tr><tr><td>B-Phycoerythrin</td><td>Life Technologies</td><td>P-800</td><td></td></tr><tr><td>Zeta 電位測定用動的光散乱システム</td><td>Malvern</td><td>Zetasizer Nano S</td><td></td></tr><tr><td>フォトレジスト&nbsp;</td><td>Shipley</td><td>SPR700-1.0</td><td></td></tr><tr><td>プロジェクション リソグラフィー</td><td>Nikon</td><td>NSR2005i9</td><td></td></tr><tr><td>反応性イオン エッチャー</td><td>アプライド マテリアルズ</td><td>AME P5000</td><td></td></tr><tr><td>ICP ディープ リアクティブ イオン エッチャー</td><td></td><td>STS STS-6 インチ</td><td></td></tr> <tr><td>コンタクト リソグラフィー</td><td>エレクトロニック ビジョン</td><td>EV620</td><td></td></tr><tr><td>フォトレジスト コーター 現像液</td><td>SSI</td><td>SSI 150</td><td></td></tr><tr><td>非接触表面プロファイラー</td><td>Wyko</td><td>NT 9800</td><td></td></tr></tbody></table>

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、pdmsマイクロ流体チップ内のサブ50 nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

ポリジメチルシロキサン（PDMS）が原因で成形及び接合の容易さだけでなく、その透明性にマイクロ流体デバイスを作るために現行の建築材料です。 PDMS材料の柔らかさに、しかし、ナノチャネルの構築にPDMSを使用することは困難です。チャネルは、プラズマ接合時に容易に崩壊する傾向があります。本稿では、2マイクロチャネルの間nm孔サブ50とナノ流体ジャンクショ​​ンを作成するために、シリカコロイド状ナノ粒子の蒸発主導の自己組織化法を提案します。細孔径、ならびにナノ流体接合の表面電荷は、単に、自己組織化プロセスの前にバイアルに組み立てられたマイクロ流体デバイスの外部コロイダルシリカビーズの大きさ及び表面機能化を変更することにより調整可能です。ビーズ300nmの大きさ、500ナノメートル、900ナノメートルを有するナノ粒子の自己集合を使用して、それぞれ、〜45nmで、〜75 nmおよび〜135ナノメートルの細孔サイズを有する多孔質膜を作製することが可能でした。電気の下でアル電位は、陽イオン選択性膜として、このナノ多孔膜開始イオン濃度分極（ICP）作用は、15分以内〜1700倍のDNAを濃縮します。この非リソグラフィナノファブリケーションプロセスは、PDMSマイクロ流体チップ内部のイオンや分子のナノスケールの輸送過程の研究のための調整可能なナノ流体接合を構築するための新しい機会を開きます。

2マイクロチャネル間の自己組織化ナノ流体接合部が含まれているPDMSにおける動電コンセントレータチップ）は、図1Aに示されています。装置の中央のチャネルは、DNAサンプル溶液を充填し、50μm幅のビード配信チャネル（ 図1B）を介してそれぞれの側に2つの緩衝液流路に隣接しています。シリカのコロイド状懸濁液を試料と緩衝液路との間にナノ流体接合部を作成するために、すぐにプラズマ接合後ビーズ配信チャネルに流入されます。 700nmの深さ2μmの広いナノチャンネルからなるnanotrap配列は、トラップコロイド粒子に使用されます。非接触表面形状で得られ、そのスキャン画像）が、図1Cに示されています。蒸発後コロイドビーズ膜）は、図1Dに示されています。 図1EにおけるSEM）は、シリカビーズトラップを示していますビーズ配信チャネルからサンプルチャネルを分離する平面nanotrapアレイでペッド。 300 nmのシ...

ポリジメチルシロキサン(PDMS)の2つのマイクロチャネル間にナノ流体接合を作成するためのシリカコロイドナノ粒子の簡単な自己組織化技術を提案します。この技術を使用して、細孔径が~45 nmまでのナノ多孔質ビーズ膜をマイクロチャネル内に構築し、DNAサンプルの動電予備濃縮に適用しました。

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

このプロトコルは、ポリジメチルシロキサン中の2つのマイクロチャネル間にナノ流体接合部を作成するためのコロイドシリカナノ粒子の新規で単純な自己組織化技術を実証します。陽イオン選択膜として機能する孔径約45ナノメートルのビーズ膜は、DNAおよびタンパク質サンプルの動電濃縮に使用できます。概要:最初のステップでは、ナノトラップを備えたPDMSデバイスを二重成形プロセスで鋳造します。デバイスをガラス基板にプラズマ接合した後、表面官能化シリカビーズをマイクロチャネルに注入して、自己組織化コロイド膜を形成します。最後に、ソースメーターと分圧器を使用して膜全体に電圧が印加されます。イオンの枯渇と濃度の増加は、CCDカメラを備えた倒立落射蛍光顕微鏡を使用して観察されます。シリカコロイド粒子懸濁液の調製:300ナノメートルのシリカビーズから始めます。30秒間のボルテックスビーズストック。600マイクロリットルの懸濁液をエッペンドルフチューブに引き出し、2, 600gで1分間遠心分離します。遠心分離後、上清を慎重に取り除きます。ビーズを400マイクロリットルの1ミリモルリン酸ナトリウム緩衝液で再懸濁し、15%の作業濃度に達します。ボルテックスして均質な懸濁液に到達します。同じ手順を繰り返して、500ナノメートルのシリカビーズを調製します。500ナノメートルのカルボン酸シリカビーズの場合、15ミリリットルのファルコンチューブで100ミリグラムを重くします。次に、9.8ミリリットルの1モル塩化ナトリウムを移してビーズを再懸濁します。チューブを激しく渦にします。チューブを数回反転させて、底部に衝突したビーズを移動させます。ビーズの表面電荷を修飾するために、PAHとPSSの2つの高分子電解質を調製します。0.9%PSSは、180ミリグラムのPSSを200ミリリットルの1モル塩化ナトリウムで溶解することによって調製されます。0.4%PAHは、300マイクロリットルの原液を15ミリリットルの1モル塩化ナトリウムに誘導することによって調製されます。両方のソリューションをボルテックスして、完全に溶解するようにします。正に帯電したPAH層を堆積させるには、200マイクロリットルのPAH溶液をビーズ懸濁液に加えます。1分間ボルテックスし、懸濁液をローテーター内で室温で1時間インキュベートします。結合していないPAHを洗い流すには、懸濁液を1, 801gで1分間遠心分離し、ビーズを沈殿させます。上清を取り除きます。1〜2ミリリットルの水をチューブにピペットで入れて、ビーズを破壊します。残りの8ミリリットルの水を加えてからボルテックスします。洗濯手順をさらに4回繰り返します。5回目の洗浄と遠心分離の後、上清を廃棄し、9.8ミリリットルの1モル塩化ナトリウムでビーズを復元します。負に帯電したPSS層を堆積させるには、200マイクロリットルのPSS溶液をビーズ懸濁液に加えます。1分間ボルテックスし、ローテーター内の懸濁液を室温で1時間インキュベートします。PAHコーティングの場合と同様に、ビーズをDI水で5回洗浄します。最後の洗浄後、上清を廃棄し、650マイクロリットルの1ミリモルリン酸ナトリウム緩衝液と0.05%トゥイーン20でビーズを再懸濁します。ビーズ懸濁液をエッペンドルフチューブに移します。500ナノメートルのアミンシリカビーズを調製するには、同じ手順を繰り返して、負に帯電した単一のPSS層を堆積させます。PDMSマイクロ流体チップの製造:シリコンマスターを製造するには、まずシリコンウェーハ上に4, 000 RPMで1マイクロメートルの薄さのフォトレジストをスピンコートします。次に、プロジェクションリソグラフィーと反応性イオンエッチングを使用して、ビーズのナノトラップとして深さ700ナノメートル、幅2マイクロメートルの平面ナノチャネルを作成します。次に、2番目のフォトレジスト層を2, 000 RPMでスピンコートし、以前にパターン化されたナノトラップにアライメントを実行します。接触リソグラフィーとシリコンのディープリアクションイオンエッチングによってマイクロチャネルを追加します。離型層を作成するには、シリコンマスターを50マイクロリットルのトリクロロシランを入れた真空ジャーで一晩シラン化します。PDMS金型を鋳造するには、PDMSベースと硬化剤を10:1の比率で混合します。シリコンマスターの上にミックスを注ぎます。PDMS入りマスターを真空ジャーに入れて気泡を取り除き、70°Cのオーブンで焼いてPDMSを架橋します。2時間焼いた後、シリコンマスターからPDMSスラブを慎重に取り外します。表面をプラズマで処理して、ブランクシリコンウェーハに永久的な結合を作成します。端に沿ってテープを貼り付けて、次の PDMS キャスト ステップのパーティション ラインをマークします。離型層を作成するには、PDMS金型を真空ジャーで一晩シラン化します。PDMS金型の上にPDMSを鋳造し、真空ジャーに移して脱気します。その後、オーブンで焼きます。硬化したPDMSスラブを、テープでマークされた仕切り線に沿ってPDMSモールドから剥がします。デバイスを慎重に切り取り、リザーバーに1.5ミリメートルの生検パンチで穴を開けます。テープとIPAで表面を洗浄した後、PDMSデバイスを25mm×75mmの顕微鏡スライドガラスにプラズマボンディングします。プラズマ結合の直後に、10マイクロリットルの懸濁液をビーズデリバリーチャネルの4番と6番の入口に注入します。ビーズ送達チャネルを満たした後、ビーズ送達チャネルのアウトレット 1 と 9 を除くすべてのリザーバーを覆います。デバイスを室温で3時間自然乾燥させ、使用前に4°Cで保管してください。デバイスの顕微鏡写真は、コロイド粒子が上部と下部のビーズ送達チャネル内で集合していることを示しています。SEM画像は、サンプルとバッファーチャネルの間に、ナノトラップアレイでトラップされた自己組織化された300ナノメートルのシリカコロイド粒子を示しています。緩衝液チャネルの3番目と7番目の入口に、10マイクロリットルの1ミリモルのリン酸ナトリウム緩衝液を入れます。サンプルチャネル入口5に10マイクロリットルの10ナノモルDNAサンプルを入れます。すべての出口に逆ピペットチップで穏やかな負圧を加え、気泡のない溶液でチャネルを満たします。10マイクロリットルのリン酸ナトリウム緩衝液をリザーバー2と8に、10マイクロリットルのDNAサンプルをリザーバー10に加えて、圧力を5分間安定させます。DNAの動電濃度の実験:マイクロ流体チップをソースメーターに接続された分圧器に接続します。PTワイヤーをリザーバー3、7、5、10に挿入します。ナノ流体接合部に電圧を印加します。まず、リザーバー5と10に30ボルトを塗布し、リザーバー3と7に接地します。約 25 秒後にリザーバー 10 の電圧を 30 ボルトに下げます。動電予備濃縮の結果:マイクロ流体チャネルはDNAで満たされており、初期濃度は10ナノモルです。タイムラプス顕微鏡写真は、ナノ流体コロイド接合部のいずれかのイオン枯渇領域の形成を示しています。イオン枯渇領域は10秒で開始されました。バッファーチャネルが接地されている間に、サンプルチャネルに電圧が印加されると、濃縮DNAプラグが生成されました。点線は、水路の壁を強調するために使用されています。300ナノメートルのコロイド膜を使用して、約1, 700倍の濃度係数を15分以内に達成します。DNAの平均蛍光強度は、ナノ多孔質膜膜の時間の関数として増加しています。点線は、10ナノモル、17マイクロモル、2マイクロモル、および10マイクロモルのDNAのシグナルレベルを表します。濃縮プラグは、300ナノメートルのシリカビーズのナノ多孔質膜で生成されます。500ナノメートルのシリカビーズ。PSSの単層でコーティングされた500ナノメートルのシリカアミンビーズ。PAHとPSSの2層でコーティングされた500ナノメートルのシリカカルボキシルビーズ。結論:推定細孔径45ナノメートルの自己組織化コロイドシリカ膜を用いて、ナノ流体接合部付近のイオン濃度分極を実証し、DNAサンプルを15分以内に1700倍濃縮した。シリコンベースのナノチャネルと比較して、自己組織化コロイド膜の主な利点は、密閉されたマイクロ流体デバイスの外側、別のバイアル内で表面機能化を実行できることです。このアプローチは、10〜100ナノメートルの範囲でイオンおよび分子輸送を研究するために、緩衝液のビーズサイズ、イオン強度、またはpH値を制御することにより、容易に調整可能な孔径を持つマイクロナノ流体プラットフォームを迅速に作製する可能性を開くと考えています。

creating-sub-50-nm-nanofluidic-junctions-pdms-microfluidic-chip-via

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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ここでは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)で作られた二重層マイクロ流体システムの製造と操作について説明します。このデバイスのトラップ、結晶性分子材料の配位経路の誘導、およびオンチップトラップ構造への化学反応の制御の可能性を実証します。...

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シーケンシャルキャピラリティーアシストアセンブリによる微生物と微粒子のパターニング

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微多孔性アニール粒子足場用ミクロゲルビルディングブロックのマイクロ流体合成

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コンビナトリアルプラグ製造のための二層マイクロ流体デバイス

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コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

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コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクションを作成します