Cages pneumatiques microfluidiques: Une nouvelle approche pour In-chip Cristal Piégeage, Manipulation et traitement chimique contrôlée

Dans la présente, nous décrivons la fabrication et le fonctionnement d’un système microfluidique à double couche composé de polydiméthylsiloxane (PDMS). Nous démontrons le potentiel de ce dispositif pour piéger, diriger la voie de coordination d’un matériau moléculaire cristallin et contrôler les réactions chimiques sur les structures piégées sur puce.

L’objectif global de cette approche est de démontrer le potentiel de ce dispositif pour piéger, diriger la voie de coordination d’un matériau moléculaire cristallin et contrôler les réactions chimiques sur les structures piégées sur puce. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la science des matériaux, telles que l’effet des traitements chimiques contrôlés sur les propriétés des structures auto-assemblées. Et il est important de souligner que le nombre de technologies permettant un traitement chimique contrôlé dans des conditions dynamiques est actuellement très limité, ce qui rend cette approche très attrayante dans le domaine des matériaux.

Pour commencer, préparez un moule maître silanisé à l’aide de la photolithographie SU8. La particule d’encrassement est particulièrement sensible au temps et à la température. Tout non-respect de la période et de la température décrites peut conduire à la fabrication d’un dispositif non collé, et donc non fonctionnel.

Préparez le mélange PDMS en combinant 50 grammes d’élastomère et 10 grammes d’agent de durcissement dans un plat de pesée jetable. Mélangez complètement les composants à l’aide d’une spatule en plastique. Ensuite, placez le PDMS bien mélangé dans un dessiccateur sous vide pendant 15 minutes pour dégazer le mélange et éliminer les bulles piégées.

Pendant que le premier lot de PDMS est en cours de dégazage, mélangez un deuxième lot en utilisant 10 grammes d’élastomère et 0,5 gramme d’agent de durcissement. Ensuite, fixez le moule principal contenant la couche de contrôle dans un cadre rond en PTFE de 11 millimètres. Une fois que le mélange de cinq pour un de PDMS a été dégazé, retirez-le de la chambre à vide.

Maintenant, versez le mélange cinq pour un de PDMS sur le moule principal de la couche de contrôle jusqu’à ce que le mélange atteigne le niveau de la paroi verticale droite du cadre en PTFE. Et puis placez-le dans le dessiccateur. Dans le même temps, placez également le mélange de 20 pour un de PDMS dans le dessiccateur et tirez à nouveau un vide.

Dégazez à la fois le moule maître revêtu et le rapport de 20 pour un de PDMS pendant 30 minutes supplémentaires. Ensuite, sortez-les tous les deux du dessiccateur et placez le moule principal de la couche de contrôle dans un four préchauffé à 80 degrés Celsius. Pendant la cuisson de la couche de contrôle, placez le moule maître pour la couche fluidique sur une machine à revêtir.

Versez environ 4 millilitres du mélange de 20 pour un de PDMS sur le moule maître pour la couche fluidique et appliquez une couche de rotation sur la plaquette pendant 40 secondes à 1200 tr/min pour obtenir une couche de 60 micromètres d’épaisseur. Après une heure de temps écoulé, ouvrez le four, placez la gaufrette essorée à côté de la couche de contrôle et faites-les cuire ensemble pendant 15 minutes supplémentaires à 80 degrés Celsius. Ensuite, après 75 minutes de temps écoulé, retirez les deux gaufrettes du four.

Tout d’abord, décollez le mélange de PDMS pour la couche de contrôle. Découpez les copeaux à l’aide d’une lame de rasoir. Ensuite, percez les trous pour les entrées à l’aide d’un poinçon de biopsie d’un millimètre.

Ensuite, utilisez du ruban adhésif pour enlever tous les débris des copeaux de couche de contrôle coupés en dés. Une fois les puces propres, utilisez un stéréomicroscope pour aligner la puce de la couche de contrôle sur le moule maître de la couche fluidique. Ensuite, versez et tirez le PDMS résiduel autour des puces assemblées.

Et placez l’ensemble de la configuration dans un four à 80 degrés Celsius. Faites cuire les appareils assemblés pendant la nuit. Le lendemain, sortez l’ensemble durci du four et laissez-le refroidir à température ambiante.

Décollez ensuite l’assemblage PDMS du moule maître de la couche fluidique. Une fois libérés du moule maître, coupez en dés les dispositifs à double couche fabriqués à l’aide d’une lame et utilisez un poinçon de biopsie de 1,5 millimètre pour former les entrées et sorties fluidiques. Ensuite, traitez les lamelles en verre et la couche fluidique du dispositif assemblé avec une décharge corona pendant une minute ou utilisez du plasma d’oxygène, puis collez immédiatement les deux surfaces ensemble pour compléter le dispositif microfluidique.

Faites cuire les chips à double couche collées dans un four à 70 à 80 degrés Celsius pendant au moins quatre heures. Afin de manipuler le régime d’écoulement à l’aide d’un pousse-seringue et d’un contrôleur pneumatique, connectez d’abord les seringues précédemment chargées et placées dans un pousse-seringue aux entrées fluidiques du dispositif microfluidique et le système de contrôleur pneumatique aux entrées de contrôle du dispositif microfluidique. Pour visualiser le débit, chargez l’une des seringues d’un colorant aqueux et faites-la couler dans la chambre à un débit de 20 microlitres par minute.

Utilisez ensuite le système de commande pneumatique pour fermer la vanne en l’actionnant à trois bars. Il est important de noter que le fluide peut toujours s’écouler autour de la vanne une fois qu’elle est fermée, et cette caractéristique est importante pour obtenir un traitement chimique contrôlé de la structure piégée, telle que les polymères de coordination. Pour ouvrir la vanne, il suffit d’utiliser le système de contrôle pour relâcher la pression.

Pendant que la solution de la matrice s’écoule à travers le premier canal, injectez un autre fluide aqueux dans le deuxième canal d’entrée au même débit pour former une interface entre les deux flux aqueux. Fermez ensuite la vanne en l’actionnant à trois bars. L’actionnement de la vanne lors d’un double flux modifie l’interface des deux flux aqueux.

Ensuite, modifiez les débits de fluide des deux seringues à 30 microlitres par minute et 10 microlitres par minute respectivement afin de déplacer l’interface entre les deux fluides. Afin de visualiser la capacité de la vanne à piéger les microparticules, préparez d’abord une solution aqueuse contenant 10 % de microparticules fluorescentes de polystyrène en poids. Introduisez le fluide chargé de particules dans les deux canaux d’entrée à un débit total de 20 microlitres par minute.

Attendez deux minutes jusqu’à ce qu’un débit stable soit établi. Ensuite, excitez les billes fluorescentes à l’aide d’une source d’une longueur d’onde de 488 nanomètres pour mieux visualiser les billes. Lorsque vous êtes prêt, actionnez la vanne à trois bars pour la fermer.

Imagez la zone de la vanne pour voir plusieurs particules piégées sous la vanne et localisées à la surface pendant que le débit est maintenu. L’injection de gaz à travers des canaux dans la couche de contrôle comprime la couche de fluide vers la surface. Cela peut être utilisé pour dévier les fluides autour de la région contrôlée par l’actionneur indiquée ici par l’absence d’un colorant à la rhodamine.

Ces actionneurs pneumatiques peuvent également être utilisés pour piéger des particules ou des cellules telles que ces microparticules fluorescentes qui ont été piégées à la surface des microcanaux. Une autre caractéristique de ce dispositif est sa capacité à piéger les polymères de coordination générés par NC2 grâce à l’actionnement de la cage pneumatique. Pour cette configuration, deux flux de réactifs sont utilisés et une réaction chimique contrôlée a lieu à l’interface des deux liquides dans l’écoulement laminaire.

Une fois piégés, les polymères de coordination peuvent être traités chimiquement de manière contrôlée en utilisant les vannes pneumatiques. Si vous regardez cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de fabriquer efficacement un dispositif microfluidique à double couche qui peut être utilisé pour effectuer des réactions chimiques contrôlées sur diverses structures de tube. Lors de la tentative de cette procédure, il est important d’être limité à la plage horaire et à la température indiquées dans le protocole actuel.

Sinon, vos efforts peuvent conduire à la fabrication de dispositifs non liés ou défectueux et, par conséquent, non fonctionnels. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la science des matériaux pour explorer divers types de traitements chimiques contrôlés en tube avec une grande précision à l’aide d’une plate-forme microfluidique à double couche.