Name: Cages pneumatiques microfluidiques: Une nouvelle approche pour In-chip Cristal Piégeage, Manipulation et traitement chimique contrôlée (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: Découvrez la fabrication de dispositifs microfluidiques en PDMS pour piéger et manipuler des matériaux cristallins avec contrôle chimique précis. Cette méthode avance la science des matériaux.

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Les auteurs tiennent à remercier le Fonds national suisse (FNS) pour son soutien financier dans le cadre du projet n° 200021_160174.

Note: Deux couches d&#39;un dispositif microfluidique double couche sont conçus en utilisant un logiciel de dessin, par exemple, AutoCAD et imprimés pour former à haute résolution des masques de film, avec une limite caractéristique de précision de 5 pm. des moules maîtres sont créés par SU-8 sur la lithographie 4 &quot;wafers de silicium, ce qui permet la production de structures de 50 um de hauteur. 1. Maître Mold Fabrication Utilisation SU-8 photolithographie <ol><li> Placez la plaquette de silicium sur une plaque chauffante réglée à 200 ° C pendant 10 min à déshydrater. Remarque: la plaquette de silicium déshydratation fournit un meilleur contact et assure la diffusion de la résine photosensible SU-8 pendant l&#39;étape de revêtement par centrifugation. </li><li> Refroidir la tranche déshydratée jusqu&#39;à la température ambiante sur une période de 3 min. </li><li> Charger la tranche sur une tournette et le dépôt 4 ml de SU-8 (environ 1 ml de SU-8 par pouce de substrat) au centre de la plaquette. <ol><li> Tout d&#39;abord, étaler le SU-8 déposé lentement à 500 Revolutions par minute (rpm) pendant 10 secondes. Une telle vitesse de rotation assure que SU-8 couverture est augmentée au-dessus de la surface de la plaquette entière. </li><li> En second lieu, le contrôle de l&#39;épaisseur du SU-8 en faisant tourner le substrat à des vitesses plus élevées. Dans les expériences en cours, utiliser une vitesse de rotation de 3000 tours par minute pendant 30 secondes pour générer SU-8 dispose de 50 um de haut. </li></ol></li><li> Essuyez le cordon de bord de la tranche soigneusement avec un coton lingette tout en tournant à une vitesse de rotation faible (typiquement 100 rpm). </li><li> Chauffer la plaquette enduite par centrifugation sur une plaque chauffante à 95 ° C pendant 15 min pour éliminer le solvant résiduel du SU-8 ( par exemple, &quot;cuisson douce&quot;). Remarque: la présence de motifs ou &quot;rides&quot; dans la couche de résist indique l&#39;élimination incomplète du solvant. </li><li> Refroidir la gaufrette de retour à la température ambiante et de contacter l&#39;émulsion face imprimée du photomasque avec la plaquette avant l&#39;exposition. </li><li> Allumez l&#39;unité lampe UV et de l&#39;exposition et de laisser le système se stabiliser sur une période de 10 mdans. Mesurer l&#39;intensité de la lampe à 365 nm en utilisant un UV-optomètre, et estimer le temps d&#39;exposition nécessaire (en fonction du temps = exposition énergétique / intensité à 365 nm). Remarque: L&#39;énergie d&#39;exposition dans les expériences en cours a été calculée à 250 mJ / cm 2. </li><li> Exposer le photomasque sur la tranche de spin-enduit à la lumière UV pour l&#39;heure estimée à l&#39;étape précédente. Ici, exposer 79,6 sec. </li><li> Immédiatement après l&#39;exposition, la cuisson de la tranche exposée sur une plaque chauffante à 65 ° C pendant 1 min, puis à 95 ° C pendant 5 min. Dans cette étape, la réaction est initiée par -light UV et terminé après la cuisson. </li><li> Laisser la plaquette post-cuisson pour refroidir jusqu&#39;à la température ambiante sur une période de 3 min. </li><li> Développer le SU-8 non réticulé sur la plaquette par dissolution dans le révélateur SU-8 sur 8 min. Pour assurer l&#39;élimination complète de SU-8 non-réticulé, diviser le processus en deux étapes. <ol><li> Dans la première, immerger la plaquette dans la solution de révélateur pendant 5 min, rele déplacement de la majorité des non-réticulée SU-8. </li><li> Ensuite, plonger la plaquette dans une solution fraîche de développeur pendant 3 min pour dissoudre le reste non réticulé SU-8 (typiquement piégés entre les structures réticulées). </li></ol></li><li> Rincer la plaquette développée avec de l&#39;isopropanol et de laisser la plaquette ayant des structures à motifs (ci-après dénommé &quot;moule maître&quot;) tenir à sécher. Observation d&#39;un résidu laiteux sur le rinçage du moule maître indique que le développement est incomplet. </li><li> Chauffer le moule maître séché sur une plaque chaude à 200 ° C pendant 2-5 min à &quot;cuire dur&quot; du support et recuire fissures potentielles dans la réserve. </li><li> Laisser le moule maître fabriqué pour refroidir à la température ambiante. </li><li> Placer le moule maître dans un dessicateur (relié à une pompe à vide) à l&#39;intérieur d&#39;une hotte. </li><li> Versez 100 pi de chlorure de triméthylsilyle (TMCS) dans un bêcher en verre et placer ce dans le dessiccateur. ATTENTION: TMCS est inflammable, corrosive et toxiques; ainsi, les étapes de manipulation doivent être effectuées sous une hotte, l&#39;utilisateur de porter des gants de protection, des lunettes et une blouse de laboratoire. </li><li> Mettez le dessiccateur sous vide et attendre au moins 1 heure pour permettre à la vapeur de TMCS à déposer sur la surface principale du moule. </li><li> Au bout de 1 h, lentement équilibrer la pression à l&#39;intérieur dessicateur et ouvert à l&#39;atmosphère. ATTENTION: Ne pas respirer directement au-dessus du dessiccateur ouvert. </li><li> Retirez le maître silanisé et fermer le dessiccateur. </li></ol> 2. Fabrication de double couche dispositifs microfluidiques Remarque: Le protocole est particulièrement sensible au temps et à la température. Tout manquement à suivre pour le laps de temps et de la température peut conduire à la fabrication de dispositifs non-liés, et par conséquent, non-fonctionnels. <ol><li> Verser un mélange de PDMS élastomère et agent de durcissement (5: 1 en poids) dans un plat de pesée à usage unique et complètement mélanger avec une spatule en plastique. Dans l&#39;expérience actuelles on utilise 50 g d&#39;élastomère et 10 g d&#39;agent de durcissement pour former une couche en PDMS environ 5 mm de hauteur 19,26. </li><li> Placez les PDMS bien mélangés dans un dessiccateur sous vide pour dégazer et éliminer les bulles piégées pendant 15 min. </li><li> Mélanger PDMS élastomère et agent de durcissement (20: 1 en poids) dans un plat de pesée jetable (par exemple, 10 g élastomère et 0,5 g agent de durcissement) 19,26. </li><li> Fixer la &quot;couche de contrôle&quot; moule maître dans un cadre (dans les expériences en cours, une ronde de polytétrafluoroéthylène (PTFE) anneau de 11 mm). </li><li> Après 15 minutes, placez le 20: mélange 1 PDMS dans le dessiccateur sous vide pour le dégazage. </li><li> Dans le même temps que l&#39;étape précédente, sortir le 5 mélange 1 PDMS du dessiccateur et versez ce sur la &quot;couche de contrôle&quot; moule maître qui se trouve à l&#39;intérieur du cadre rond. Placez le cadre contenant les PDMS et moule maître dans le dessiccateur sous vide ainsi. Gardez l&#39;excédent PDMS. </li><li> Après 45 minutes (et 30 minutes après puttment tant PDMS mélanges dans le dessiccateur), prendre les deux PDMS mélanges du dessiccateur et placez le cadre contenant 5: 1 PDMS et la «couche de contrôle&quot; maître moule dans un four à 80 ° C. </li><li> Dans le même temps, commencer à tourner enduire le moule maître &quot;couche fluidiques&quot; avec le 20: mélange 1 PDMS. La vitesse de rotation pour le revêtement par centrifugation est déterminée en fonction de la hauteur désirée, et il a été rapporté ailleurs 27. But de mettre fin à revêtement par centrifugation à 60 min et de garder les PDMS résiduels. </li><li> Après 60 minutes, mettre le moule maître de spin &quot;couche fluidiques&quot; revêtue de 20: 1 PDMS dans un four à 80 ° C. </li><li> A 75 min, prendre les deux moules de maître hors du four. </li><li> Décollez seulement les 5: 1 PDMS du moule maître &quot;de la couche de contrôle&quot;, dés le substrat avec une lame et percer les trous pour les couches de contrôle avec un perforateur de biopsie 1 mm au niveau des entrées des positions déterminées dans la conception. Ici, la couche de contrôle est de 24 mm de longueur et 24 mm de largeur. </li><li> Rdébris emove à partir de copeaux en dés à l&#39;aide de ruban adhésif. </li><li> Assembler manuellement les dés et poinçonné puces de couche de contrôle au - dessus du 20: spin 1 PDMS enduit sur ​​le moule &quot;couche fluidiques&quot; maître à l&#39; aide d&#39; un stéréomicroscope avec le grossissement de 500X (Figure 1). </li><li> Verser et d&#39;en tirer les PDMS résiduels autour des puces assemblés pour faire une couche de PDMS plus épaisse et donc de faciliter le retrait des couches fluidiques et de contrôle liés à la fin. </li><li> Placez le moule maître &quot;couche fluidiques&quot; contenant les deux dispositifs de couche dans un four à 80 ° C et de stocker du jour au lendemain. </li><li> Le jour suivant, prendre l&#39;ensemble durci hors du four et laisser refroidir à température ambiante. </li><li> Décollez l&#39;ensemble PDMS de la &quot;couche fluidiques&quot; moule maître, dés les dispositifs fabriqués à double couche avec une lame (24 mm de longueur et 24 mm de largeur) et poinçon fluidiques entrées / sorties avec une biopsie perforateur 1,5 mm. </li><li> Traiter la surface des puces avec open canaux et des lamelles de verre (24 mm x 40 mm) avec une décharge corona immédiatement et les lier ensemble. Traiter en déplaçant la décharge en couronne sur la dalle et le verre couvre-PDMS plus de 1 min. Vous pouvez également utiliser un système de plasma paillasse pour faciliter la liaison. </li><li> Stocker les puces collées à double couche dans un four à 70-80 ° C pendant au moins 4 heures. </li></ol> 3. Assemblage du système microfluidique <ol><li> Après que le dispositif microfluidique a été assemblé, relier les entrées de la couche fluidiques de la puce aux réservoirs fluidiques (seringues) en utilisant le polytétrafluoroéthylène (PTFE) tube (0,8 mm id). </li><li> Connecter la source aux entrées de commande de couche en utilisant un tube en caoutchouc de silicone et des connecteurs métalliques qui ont un diamètre extérieur de 1,6 mm, l&#39;alimentation en pression. </li><li> Ouvrez et fermez les vannes en appliquant l&#39;air sous pression à 3 bars en utilisant une source de pression qui est actionné manuellement. fluides d&#39;approvisionnement vers les canaux à l&#39;aide d&#39;une série de contrôle informatique de pompes à seringue. </li><li> Visualisez l&#39;actionnement de vannes et de fonctionnement de l&#39;appareil avec un appareil photo haute résolution monté sur un microscope inversé. Utilisez 5X à 63X grossissement. </li></ol> 4. Manipulation du régime de flux laminaire par pneumatique Cage Actuation Remarque: La couche fluidiques se compose de deux canaux convergents d&#39;entrée, qui sont de 150 um de largeur, à un canal principal plus large de 300 um de largeur. Et la couche de commande comporte une série de vannes rectangulaires identiques (250 um x 200 um) qui sont situées au-dessus du canal fluidique principal. <ol><li> Une fois que l&#39;installation est reliée à la pompe à seringue et des systèmes de régulation pneumatique, introduire un flux aqueux de teinture par l&#39;intermédiaire de l&#39;un des canaux d&#39;entrée, à raison de 20 ul / min de débit. </li><li> Fermez la vanne en actionnant elle à 3 bars. </li><li> Soyez conscient que le fluide peut encore couler autour de la vanne. Cette caractéristique est importante dans la réalisation de traitement chimique contrôlée des structures piégées 18,25 &lt;/ Sup&gt;. </li><li> Ouvrir la soupape en relâchant la pression. </li><li> Bien que la solution de colorant circule à travers le premier canal, injecter un fluide aqueux dans le deuxième canal d&#39;entrée à 20 ul / min. Une interface entre les deux flux aqueux est formé en raison de l&#39;écoulement laminaire régime présent dans le dispositif microfluidique. </li><li> Fermez la vanne en actionnant elle à 3 bars. Dans ce cas, l&#39;actionnement de la soupape change l&#39;interface des deux flux aqueux; un résultat qui peut être utilisé pour modifier la voie de synthèse pendant la formation d&#39;un CP (voir ci - dessous) 18,28. </li><li> Modifier les débits de fluide à 30 ul / min et 10 ul / min et observer l&#39;aval ou vers le haut décalée de guidage de l&#39;interface générée entre les deux fluides. </li></ol> 5. La localisation des Microparticules <ol><li> Connectez la puce à double couche fabriquée à la pompe à seringue et systèmes de commande pneumatique. </li><li> Préparer une solution aqueuse contenant 10 en poids.% De polystyrènedes particules fluorescentes (5 um de diamètre, excitation et d&#39;émission maximum à 468 nm et 508 nm, respectivement). </li><li> Utiliser une source d&#39;excitation laser fonctionnant à une longueur d&#39;onde de 488 nm. </li><li> Introduire le fluide chargé de particules dans les deux canaux d&#39;entrée à un débit total de 20 ul / min. </li><li> Attendre 2 min jusqu&#39;à ce qu&#39;un flux stable est établie. </li><li> Actionner la vanne à 3 bar pour le fermer. Plusieurs particules seront piégés en dessous de la vanne et localisée à la surface tandis que le débit est maintenu. </li></ol> 6. Génération et la réduction contrôlée d&#39;un polymère de coordination (CP) <ol><li> Préparer une solution aqueuse 2,5 mM de nitrate d&#39;argent (AgNO 3). </li><li> Préparer une solution aqueuse à 2,5 mM de cystéine (Cys). </li><li> Préparer une solution d&#39;acide ascorbique dans de l&#39; éthanol saturé 18. </li><li> Utilisez la même puce double couche et injecter les deux réactifs dans les deux canaux d&#39;entrée (un réactif par entrée) chacun à un débit de50 ul / min. </li><li> Observer la formation d&#39;argent et de cystéine (Ag (I) Cys) CP à l&#39;interface des deux vapeurs co fluide. </li><li> Actionner la vanne à 3 bars pour piéger l&#39;Ag formé (I) Cys CPs sous le robinet. </li><li> eau distillée Flush dans les canaux d&#39;entrée à un débit de 50 ul / min pour laver les réactifs excédentaires utilisés au cours du processus de synthèse. </li><li> Relâcher la pression et ouvrir la vanne. Les CPs générés restent en dessous de la vanne dans des conditions d&#39;écoulement arrêté. </li><li> Afin de procéder à une réduction chimique contrôlée de Ag piégé (I) Cys CPs, relâcher la pression de la vanne à 1 bar et rincer la solution d&#39;acide ascorbique saturé dans de l&#39;éthanol à un débit de 10 ul / min. </li><li> Observer un changement de couleur claire qui est attribuée à la réduction de Ag (I) en argent métallique (Ag (0)) par l&#39;acide ascorbique 18. </li></ol>

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Nicolet+iS5+User+Guide%22">Nicolet iS5 User Guide</a>. , (2015).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

L’approche rapportée peut être facilement modifiée pour fabriquer différentes formes de vannes afin de s’offrir d’autres applications telles que le confinement des fluides. En effet, la flexibilité de ce protocole permet également de modifier l’épaisseur de la couche inférieure, et donc de la membrane PDMS, de quelques dizaines à quelques centaines de microns pour répondre à toute application d’intérêt. De plus, les dimensions des structures dans chaque couche de l’appareil peuvent être optimisées pour l’application souhaitée et différentes hauteurs de structures sur les moules maîtres peuvent être simplement obtenues en faisant tourner la résine photosensible à différentes vitesses. L’essorage de la résine photosensible à une vitesse plus élevée permet d’obtenir des structures plus minces. 
Pour mieux mettre en œuvre le protocole, un environnement de salle blanche pour la fabrication des moules maîtres est essentiel ; Sinon, le processus de fabrication conduira à des moules maîtres défectueux et donc à des dispositifs microfluidiques inutilisables. Deux aspects critiques doivent être soulignés dans ce protocole : i) la température constante du four qui doit être ajustée à 80 °C et ii) la période de temps programmée entre les processus qui doit être respectée avec précision. Toute modification de la température et de la temporalité dans le protocole peut conduire à des puces non liées, et donc, à des dispositifs non fonctionnels.
Les conditions « libres de turbulences » généralement rencontrées dans les systèmes microfluidiques ont récemment été utilisées pour la génération de microstructures ou de matériaux moléculaires à l’intérieur30 et à l’extérieur des puces microfluidiques monocouches31. Dans les puces microfluidiques à double couche, le régime d’écoulement laminaire, et donc l’interface générée entre les co-flux continus, peuvent être manipulés à l’aide de cages pneumatiques18,28. Ces dispositifs permettent également un contrôle efficace de la voie de synthèse, ce qui permet une localisation et un piégeage précis sur les surfaces18. 
Comme mentionné précédemment, l’actionnement pneumatique dans les puces microfluidiques à double couche a déjà été utilisé pour diverses applications telles que le piégeage de cellules20, les études d’activité enzymatique21 et la cristallisation des protéines24. Cependant, l’objectif principal de l’approche rapportée est de proposer une plate-forme à utiliser pour piéger et diriger la voie de coordination d’un matériau moléculaire cristallin et contrôler les réactions chimiques sur les structures piégées sur puce18,25. 
La méthode décrite permet non seulement de piéger des structures anisotropes, mais peut également être utilisée pour localiser des particules sur des surfaces. Les études futures peuvent être orientées efficacement vers la conception de nouvelles formes de vannes pour des applications supplémentaires en biologie, en science des matériaux et en technologies de capteurs. La combinaison de différentes formes de vannes ainsi que de hauteurs de canaux et d’épaisseurs de membrane modifiées peut être utilisée pour répondre à des applications spécifiques, telles que des études chimiques basées sur le mélange par diffusion et la localisation de la croissance des matériaux.
Une autre application des plates-formes microfluidiques décrites est le dopage chimique contrôlé des cristaux, qui peut conduire à une formation rationalisée d’interfaces dans les structures cristallines19. Cette approche prévoit également une large gamme de post-traitements de structures piégées sur puce ; Une méthodologie qui ouvrira sans aucun doute de nouveaux horizons en génie des matériaux.
Il est important de souligner que le nombre de technologies permettant des réactions chimiques contrôlées dans des conditions dynamiques et sur la matière cristalline est très limité à l’heure actuelle, ce qui rend cette approche très attrayante dans les domaines liés aux matériaux. Cependant, l’utilisation du PDMS est une limitation majeure de cette technologie. L’élastomère PDMS est incompatible avec de nombreux solvants organiques, ce qui limite le nombre de réactions pouvant être menées à l’intérieur de ces puces microfluidiques. À l’avenir, le développement d’autres élastomères capables de tolérer et d’être stables contre un plus grand nombre de solvants organiques sera fortement nécessaire afin d’étendre ce domaine de recherche à d’autres matériaux et chimies.

Matériaux moléculaires ont longtemps été étudiés dans la communauté scientifique en raison de leur large nombre d&#39;applications dans des domaines tels que l&#39; électronique moléculaire, optique et des capteurs 1-4. Parmi ceux - ci, les conducteurs organiques sont une classe particulièrement intéressante de matériaux moléculaires en raison de leur rôle central dans les écrans flexibles et dispositifs fonctionnels intégrés 5,6. Cependant, les méthodes utilisées pour permettre le transport de charge électronique dans les matériaux moléculaires à base sont limités à la formation de complexes de transport de charge (CTC) et des sels de transport de charge (CTSS) 7-10. Fréquemment, CTC et CTS sont générés par des procédés électrochimiques ou par des réactions redox chimiques directes; processus qui entravent une transformation contrôlée du donneur ou accepteur fragments d&#39;architectures plus complexes où multifonctionnalité peut être conçu. En conséquence, l&#39;élucidation de nouvelles méthodes systématiques pour la génération et la manipulation de la base moléculaire contrôlablematériaux d reste un défi important dans les domaines de la science des matériaux et de l&#39;ingénierie moléculaire, et sans doute en cas de succès conduira à de nouvelles fonctions et applications technologiques nouvelles. Dans ce contexte, les technologies microfluidiques ont récemment été utilisées pour synthétiser des matériaux à base moléculaire en raison de leur capacité de contrôler les transferts de chaleur et de masse, ainsi que le volume de réaction-diffusion des réactifs au cours d&#39; un procédé de synthèse 11,12. En d&#39;autres termes, des flux continus et à faible nombre de Reynolds d&#39; une interface stable entre deux ou plusieurs courants de réactifs peuvent être obtenus, ce qui permet la formation d&#39;une zone de réaction bien contrôlée à l&#39; intérieur du trajet d&#39;écoulement, où le mélange ne ​​se produit que par diffusion 13-16. En effet, nous avons déjà utilisé des écoulements laminaires pour localiser la voie de synthèse des matériaux moléculaires cristallins tels que les polymères de coordination (CP) à l&#39; intérieur des canaux microfluidiques 17. Bien que cette méthode a montré gpromesse reat dans la réalisation de nanostructures roman CP, l&#39;intégration directe de ces structures sur des surfaces, ainsi que le traitement chimique contrôlée après leur formation doit encore être réalisé in situ 18. Pour surmonter cette limitation, nous avons récemment montré que l&#39;actionnement des cages microfluidiques pneumatiques (ou des vannes) sont intégrés dans des dispositifs microfluidiques à deux couches peut être avantageusement utilisée à cet égard. Depuis les travaux pionniers du groupe Quake 19, vannes pneumatiques microfluidiques ont souvent été utilisés pour piéger une seule cellule et d&#39; isolement 20, les enquêtes d&#39;activité enzymatique 21, le piégeage de petits volumes de fluide 22, la localisation de matériaux fonctionnels sur les surfaces 23 et la cristallisation des protéines 24. Cependant, nous avons montré que des dispositifs microfluidiques double couche peuvent être utilisés pour piéger, localiser et d&#39; intégrer formé in situ des structures à lire sur les composants et sur ​​les surfaces 18. En outre, nous avons également démontré que cette technologie peut être utilisée pour effectuer des traitements chimiques contrôlées sur les structures piégées, permettant à la fois, &quot;microfluidique échange de ligand assisté&quot; 18 et contrôlé le dopage chimique des cristaux organiques 18,25. Dans les deux cas, les CTC peuvent être synthétisés dans des conditions contrôlées microfluidiques, et dans l&#39;étude la plus récente, multifonctionnalité pourraient être décrits dans la même pièce de matériau. Ici, nous démontrons la performance de ces dispositifs microfluidiques double couche utilisant des flux de colorant chargé, de générer et de contrôler la voie de la coordination d&#39;un CP, ainsi que sa localisation sur la surface d&#39;un canal microfluidique et enfin évaluer contrôlé des traitements chimiques sur la puce structures piégées.

<table><tbody><tr><td>Masques en film haute résolution</td><td>Microlitho, Royaume-Uni-Caractéristiques</td><td></td> <td>jusqu’à 5 &#956 ; m</td></tr><tr><td>SU8 photoresist</td><td>MicroChem Corp., USA</td><td>SU8-3050-Plaquettes</td><td></td></tr> <tr><td>de silicium</td><td>Silicon Materials Inc., Allemagne</td><td>Plaquettes de silicium 4"</td><td>Surface avant : polie, Surface arrière :</td></tr> gravée <tr><td>Silicone Elastomer KIT (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>Sylgard&reg ; 184-Spinner</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Suiss MicroTech, Allemagne</td><td>Delta 80 spinner</td><td>-</td></tr><tr><td>Optomètre UV</td><td>Gigahertz-Optik Inc., États-Unis</td><td>X1-1-Mask</td><td></td></tr> <tr><td>Aligner</td><td>Suiss MicroTech, Allemagne</td><td>Karl Suss MA/BA6&nbsp ;</td><td>-</td></tr><tr><td>SU8 développeur</td><td>Micro resist technology GmbH, Allemagne</td><td>mr-Dev 600-Trimethylsilyl</td><td></td></tr> <tr><td>chloride&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich, Suisse</td><td>386529</td><td>&ge ; 97 %, ATTENTION : Manipulez-le uniquement sous la hotte.</td></tr><tr><td>Perforateur de biopsie</td><td>Miltex GmBH, Allemagne</td><td>33-31AA-P/25</td><td></td></tr><tr><td>Perforateur de biopsie</td> 1 mm <td>Miltex GmBH, Allemagne</td><td>33-31A-P/25</td><td>1,5 mm</td></tr><tr><td>Lamelle en verre</td><td>Menzel-Glaser, Allemagne</td><td>BB024040SC</td><td>24 mm &times ; 60 mm, #5</td></tr><tr><td>Laboratoire Corona Treater</td><td>Electro-Technic Products, États-Unis</td><td>BD-20ACV&nbsp ;</td><td>-</td></tr><tr><td>Tube en PTFE</td><td>PKM SA, Suisse</td><td>AWG-TFS-XXX</td><td>AWG 20TFS, rouleau de 100&nbsp ; m</td></tr><tr><td>Tube en caoutchouc de silicone</td><td>Hi-Tek Products,</td> <td>UK-1</td> <td>mm I.D.</td></tr><tr><td>neMESYS Seringues</td><td>Cetoni GmbH, Allemagne</td><td>Basse pression (290N)</td><td>-</td></tr><tr><td>Caméra haute résolution</td><td>Zeiss, Allemagne</td><td>Axiocam MRc</td> <td>5-Microscope</td></tr> <tr><td>inversé fluorescent</td><td>Zeiss, Allemagne</td><td>Axio Observer A1</td><td>Utilisable à deux longueurs d’onde, c’est-à-dire , 350 nm et 488 nm</td></tr><tr><td>Particules fluorescentes de polystyrène vert</td><td>Fisher Scientific, Suisse</td><td>11523363</td><td>Taille : 5.0 &#956 ; m, teneur en solides : 1 %</td></tr><tr><td>Nitrate d’argent (AgNO3)</td><td>Sigma-Aldrich, Suisse</td><td>209139</td><td>&ge ; 99.0 %</td></tr><tr><td>L-cystéine (Cys)</td><td>Sigma-Aldrich, Suisse</td><td>W326305</td><td>&ge ; 97.0 %</td></tr><tr><td>Plateau de pesée jetable</td><td>Sigma-Aldrich, Suisse</td><td>Z154881</td><td>L & fois ; W & fois ; H : 86&nbsp ; mm & fois ; 86&nbsp ; mm & fois ; 25 ans ; mm</td></tr><tr><td>Plat de pesée jetable</td><td>Sigma-Aldrich, Suisse</td><td>Z708593</td><td>Hexagonal, Taille XL</td></tr><tr><td>Spatule en plastique</td><td>Semadeni, Suisse</td><td>3340</td><td>L &times ; L : 135 mm x 14 mm</td></tr><tr><td>Colorant, Bemacron ROT E-G</td><td>Bezema, Suisse</td><td>BZ 911.231</td><td></td></tr><tr><td>Stéréomicroscope</td> rouge <td>Wild Heerbrugg, Suisse</td><td>Wild M8</td><td>Grossissement 500x</td></tr><tr><td>Scalpels jetables</td><td>B. Braun, Suisse</td><td>233-5320</td><td>Nr. 20</td></tr><tr><td>Acide L-ascorbique</td><td>Sigma-Aldrich, Suisse</td><td>A4403</td><td>-</td></tr></tbody></table>

cages pneumatiques microfluidiques: une nouvelle approche pour in-chip cristal piégeage, manipulation et traitement chimique contrôlée

Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment

La localisation précise et le traitement chimique contrôlé des structures sur une surface sont des défis importants pour les technologies de laboratoire courantes. Ici, nous introduisons une technologie basée sur la microfluidique, utilisant un dispositif microfluidique à double couche, qui peut piéger et localiser des structures synthétisées in situ et ex situ sur les surfaces des canaux microfluidiques. De manière cruciale, nous montrons comment un tel dispositif peut être utilisé pour effectuer des réactions chimiques contrôlées sur des structures piégées sur puce et nous démontrons comment la voie de synthèse d’un matériau moléculaire cristallin et son positionnement à l’intérieur d’un canal microfluidique peuvent être modifiés avec précision avec cette technologie. Cette approche offre de nouvelles opportunités pour l’assemblage contrôlé des structures en surface et pour leur traitement ultérieur.

Les dispositifs microfluidiques à double couche sont constitués de deux puces microfluidiques collées structurées dans PDMS comme représenté sur la figure 1. La première couche, qui est à la fois lié à une surface, est utilisé pour l&#39; écoulement des fluides (couche liquide), tandis que la seconde couche, qui est directement liée à la première couche de PDMS, est utilisé pour l&#39;écoulement du gaz (couche de contrôle). <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54193/54193fig1.jpg" /> Figure 1. Double-couche dispositif microfluidique. (A) Illustration schématique et (B) micrographie du dispositif microfluidique double couche utilisé dans nos enquêtes. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54193/54193fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> L&#39;injection de gaz à travers des canaux dansla couche de commande comprime la couche de fluide vers la surface (figure 2A et figure 2B), ce qui permet le piégeage et la localisation des structures sur la surface du canal microfluidique. PDMS membrane d&#39;actionnement peut être utilisé pour générer des cages pneumatiques et / ou des micro-valves qui sont commandées par un dispositif de commande pneumatique. En tant que modèles exemplaires de l&#39; actionnement de la membrane, nous montrons comment la déviation totale de la couche de fluide permet d&#39; éviter un écoulement de colorant chargé de faire circuler en dessous de la vanne après son actionnement (figure 2C) et le piégeage des microparticules fluorescentes sur la surface de microcanaux (Figure 2D et 2E) . <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/54193/54193fig2.jpg" /> Figure 2. Membrane d&#39; actionnement et de piégeage des structures. (A) Side et (B) vue de dessus illustrations montrant le dispositif microfluidique double couche soitavant (en haut) et après (en bas) d&#39;actionnement de la valve pneumatique. (C) micrographies d&#39;un dispositif microfluidique double couche avant ( en haut) et après compression de la couche de fluide (en bas). Dans le panneau inférieur, la couche liquide est rempli avec une solution aqueuse d&#39;un colorant rhodamine pour une meilleure perception de l&#39;actionnement de la membrane. (D) micrographies Bright-champ d&#39;un dispositif microfluidique double couche avant ( en haut) et après ( en bas) actionnement de la valve avec un écoulement des particules fluorescentes de polystyrène en solution aqueuse contenant (10 en poids.%). Images (E) Fluorescent des images au microscope optique indiquées dans D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54193/54193fig2large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> La figure 3A illustre le piégeage in situ généré CPs l&#39; intérieur d&#39; un dispositif microfluidique double couche par actuation d&#39;une cage pneumatique. Notez qu&#39;une nouvelle voie de coordination est généré après l&#39;actionnement de la première vanne. L&#39;actionnement de la valve assure le piégeage de l&#39;Ag (I) Cys CP générée à l&#39;interface des deux courants de réactifs et facilite la formation d&#39;une nouvelle voie de coordination (figure 3A). Une caractérisation chimique détaillée de l&#39;Ag (I) Cys CP générée à l&#39;interface des deux courants de réactifs se trouvent dans des études antérieures 17,18. En outre, et après l&#39; élimination de l&#39;excédent de réactifs de solutions avec un flux d&#39;eau pure (figure 3B), une solution d&#39;acide ascorbique saturé dans de l&#39; éthanol peut être ajouté à canal microfluidique pour la réduction chimique contrôlée des structures sur puce piégées (figure 3C). Réduire la pression de la vanne de 3 bars à 1 bar est favorable à un traitement chimique contrôlée de la piégées Ag (I) Cys CP dessous de la zone encastrée 18. Le changement de couleur des piégés CPs Ag (I) Cys à brun foncé est unttributed à la réduction de l&#39; argent monovalent au métal, en accord avec les observations antérieures 18,29. <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54193/54193fig3.jpg" /> Figure 3. Piégeage de Ag (I) Cys CPs et de réduction chimique contrôlée. (A) Image en microscopie optique montrant le piégeage d&#39;une in situ synthétisées Ag (I) Cys CP et la génération d&#39;une nouvelle voie de la coordination. (B) Micrographie de CPs piégés sous la zone serrée après le retrait de solutions de réactifs excédentaires avec un débit d&#39;eau, et (C), micrographie de la même micro-valve après le processus de réaction de réduction. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54193/54193fig3large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande cette figure.</a>

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.

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

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. ...

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.

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