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

L'objectif général de cette approche est de démontrer le potentiel de ce dispositif pour piéger, diriger le chemin de coordination d'un matériau moléculaire cristallin et contrôler des réactions chimiques sur des 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 de traitements chimiques contrôlés sur les propriétés de structures auto-assemblées. Et il est important de souligner que le nombre de technologies permettant des traitements chimiques contrôlés dans des conditions dynamiques est actuellement très limité, ce qui rend cette approche particulièrement attrayante dans les domaines liés aux matériaux.

Pour commencer, préparez un moule-maître silanisé en utilisant la photolithographie SU8. La particule d'encrassement est particulièrement sensible à la fois au temps et à la température. Toute déviation par rapport au délai et à la température décrits peut entraîner la fabrication d'un dispositif non scellé, et par conséquent non fonctionnel.

Préparez le mélange de PDMS en combinant 50 grammes d'élastomère et 10 grammes d'agent de réticulation dans un récipient jetable de pesée. 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 afin de débarrasser le mélange des bulles piégées.

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

Versez maintenant le mélange de PDMS à cinq contre un sur le moule maître de la couche de commande jusqu'à ce que le mélange atteigne le niveau de la paroi verticale droite du cadre en PTFE. Ensuite, placez-le dans le dessiccateur. En même temps, placez également le mélange de PDMS à vingt contre un dans le dessiccateur et appliquez à nouveau le vide.

Dégazez à la fois le moule maître revêtu et le rapport de 20 à 1 de PDMS pendant encore 30 minutes. Ensuite, retirez-les tous deux du dessiccateur et placez le moule maître de la couche de commande dans un four préchauffé à 80 degrés Celsius. Pendant que la couche de commande cuit, placez le moule maître de la couche fluidique sur un coupleur de rotation.

Verser environ 4 millilitres du mélange 20:1 de PDMS sur le moule maître de la couche fluidique et appliquer une couche par centrifugation sur la tranche pendant 40 secondes à 1200 tr/min pour obtenir une couche de 60 micromètres d'épaisseur. Après un temps total écoulé d'une heure, ouvrir le four, placer la tranche recouverte à côté de la couche de commande et les faire durcir ensemble pendant 15 minutes supplémentaires à 80 degrés Celsius. Ensuite, après un temps total écoulé de 75 minutes, retirer les deux tranches du four.

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

Ensuite, utilisez un ruban adhésif pour éliminer tous les débris des puces de la couche de commande découpées. Une fois les puces propres, utilisez un microscope stéréo pour aligner la puce de la couche de commande sur le moule maître de la couche fluidique. Puis, versez et aspirez le PDMS résiduel autour des puces assemblées.

Et placer l'ensemble dans un four à 80 degrés Celsius. Faire cuire les dispositifs assemblés toute la nuit. Le jour suivant, sortir l'assemblage durci du four et le laisser refroidir à température ambiante.

Ensuite, décollez l'assemblage en PDMS du moule maître de la couche fluidique. Une fois libéré du moule maître, découpez les dispositifs fabriqués en double couche à l’aide d’une lame et utilisez un poinçon de biopsie de 1,5 millimètre pour former les entrées et sorties fluidiques. Puis, traitez les lamelles de verre et la couche fluidique du dispositif assemblé par décharge au corona pendant une minute ou utilisez un plasma d’oxygène, puis assemblez immédiatement les deux surfaces afin de compléter le dispositif microfluidique.

Faites cuire les puces doubles superposées collées dans un four à 70 à 80 degrés Celsius pendant au moins quatre heures. Afin de contrôler le régime d'écoulement à l’aide d’une pompe à seringue et d’un contrôleur pneumatique, reliez d’abord les seringues préalablement chargées et placées dans la pompe à seringue aux entrées fluidiques du dispositif microfluidique, ainsi que le système du contrôleur pneumatique aux entrées de commande du dispositif microfluidique. Pour visualiser l’écoulement, chargez l’une des seringues avec un colorant aqueux et faites-le circuler dans la chambre à un débit de 20 microlitres par minute.

Ensuite, utilisez le système de commande pneumatique pour fermer la vanne en l'actionnant à trois bars. Il est important de noter que le fluide peut encore s'écouler autour de la vanne une fois celle-ci fermée, et cette caractéristique est essentielle pour réaliser un traitement chimique contrôlé de la structure piégée, comme les polymères de coordination. Pour ouvrir la vanne, utilisez simplement le système de commande afin de relâcher la pression.

Alors que la solution de moule s'écoule dans le premier canal, injectez un autre fluide aqueux dans le deuxième canal d'entrée à la même vitesse d'écoulement afin de former une interface entre les deux écoulements aqueux. Fermez ensuite la vanne en l'actionnant à trois bars. L'actionnement de la vanne pendant l'écoulement double modifie l'interface entre les deux écoulements aqueux.

Ensuite, modifiez les débits des fluides 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 % en poids de microparticules fluorescentes de polystyrène. Introduisez le fluide chargé en particules dans les deux canaux d'entrée à un débit total de 20 microlitres par minute.

Attendre deux minutes jusqu'à ce qu'un débit stable soit établi. Ensuite, exciter les billes fluorescentes à l'aide d'une source dont la longueur d'onde est de 488 nanomètres pour observer au mieux les billes. Une fois prêt, actionner la vanne à trois bars pour la fermer.

Imager la zone de la vanne pour observer plusieurs particules piégées sous la vanne et localisées à la surface, le débit étant maintenu. L'injection de gaz à travers les canaux de la couche de commande comprime la couche fluide vers la surface. Cela peut être utilisé pour dévier les fluides autour de la région contrôlée par l'actionneur, ici indiquée par l'absence d'un colorant rhodamine.

Ces actionneurs pneumatiques peuvent également être utilisés pour piéger des particules ou des cellules, comme ces microparticules fluorescentes qui ont été piégées à la surface du microcanal. Une autre caractéristique de ce dispositif est sa capacité à piéger des polymères de coordination générés par NC2 grâce à l'activation de la cage pneumatique. Dans ce dispositif, deux flux de réactifs sont utilisés et une réaction chimique contrôlée a lieu à l'interface des deux liquides en 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 bien comprendre comment fabriquer efficacement un dispositif microfluidique en double couche, qui peut être utilisé pour réaliser des réactions chimiques contrôlées sur diverses structures en tube. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de respecter le cadre temporel et la température indiqués dans le présent protocole.

Dans le cas contraire, vos efforts pourraient conduire à la fabrication de dispositifs non soudés, défectueux et par conséquent non fonctionnels. Après son développement, cette technique ouvre 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, en utilisant une plateforme microfluidique à double couche.