Plate-forme microfluidique à entraînement pneumatique pour la concentration de microparticules

Ce protocole décrit notre méthode de fabrication et d’exploitation sur une plate-forme microfluidique à entraînement pneumatique pour des concentrations multiparticules qui surmontent des lacunes telles que le colmatage des particules et les structures complexes. Cette méthode permet de traiter un nombre illimité de particules, de se concentrer sur un grand nombre de petites particules, de prévenir les dommages cellulaires indésirables et d’augmenter l’efficacité de l’entropie. En raison de l’importance de l’analyse biologique, les technologies de systèmes microfluidiques et biomédicaux microélectromécaniques sont utilisées pour développer et étudier des dispositifs de purification et de collecte de micromatériaux.

Pour commencer, utilisez un moule SU8 à canal de vanne pneumatique pré-préparé pour répliquer la couche PDMS pour le contrôle pneumatique de la vanne. Versez 10 millilitres de PDMS liquide et un millilitre d’agent de durcissement dans un moule de canal de vanne pneumatique préparé et activez la chaleur à 90 degrés Celsius pendant 30 minutes. Une fois les structures PDMS durcies, séparez le moule SU8.

Poinçonnez trois orifices pneumatiques de 1,5 millimètre dans le canal de la vanne pneumatique à l’aide d’une perforation de 1,5 millimètre. Versez 10 millilitres de PDMS liquide et un millilitre d’agent de durcissement dans un moule SU8 propre. Faites tourner la couche pendant 15 secondes à 1500 tours par minute à l’aide d’un enrobeur de spin, puis activez la chaleur à 90 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Séparez le moule SU8 après le durcissement des structures PDMS. Traiter la structure PDMS avec du plasma atmosphérique pendant 20 secondes. À l’aide d’un microscope, alignez les structures PDMS traitées au plasma en fonction de la structure du canal.

Collez les structures PDMS alignées en les chauffant à 90 degrés Celsius pendant 30 minutes. À l’aide d’une perforation de 1,5 millimètre, faites un trou de 1,5 millimètre de diamètre dans l’entrée et les sorties du canal de fluide dans la partie du canal pneumatique collé à la fine couche de diaphragme. Répliquez les deux côtés de la couche PDMS à l’aide de deux moules SU8 pour créer un canal microfluidique.

Utilisez un moule à canal microfluidique incurvé et rectangulaire à l’avant et un moule à canal d’interconnexion microfluidique à l’arrière. Versez 10 millilitres de PDMS liquide et un millilitre d’agent de durcissement dans le moule à canal microfluidique incurvé et rectangulaire, et faites-le tourner à 1200 tours par minute pendant 15 secondes, puis créez des moules pour la chambre à fluide incurvée et les canaux de fluide par activation thermique à 90 degrés Celsius pendant 30 minutes. Séparez la couche PDMS sur laquelle se forme le canal microfluidique.

Ensuite, traitez-le avec du plasma atmosphérique pendant 20 secondes pour fabriquer un moule activé par la chaleur recouvrant la paroi d’aération scellée en se liant à la plaquette de verre. Versez trois millilitres de PDMS liquide dans le canal d’interconnexion du moule SU8. Disposez la structure, fabriquée avec le moule du canal d’interconnexion, dans du PDMS liquide sur le moule du canal d’interconnexion microfluidique.

Ensuite, séchez la structure superposée à 130 degrés Celsius pendant 30 minutes. Après durcissement, retirez le moule SU8 avant de la couche réseau de canaux microfluidiques et décollez soigneusement le moule PDMS arrière. Versez 10 millilitres de PDMS liquide et un millilitre d’agent de durcissement dans un moule SU8 propre et activez-le à la chaleur à 90 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Séparez le moule SU8 après le durcissement des structures PDMS. Traiter les moules de canaux d’interconnexion microfluidique PDMS avec du plasma atmosphérique pendant 20 secondes. À l’aide d’un microscope, alignez les structures PDMS traitées au plasma en fonction de la structure des canaux.

Collez les structures PDMS alignées en chauffant à 90 degrés Celsius pendant 30 minutes. Alignez les structures PDMS préparées au cours de ce processus en fonction de la structure du canal et liez-les en les traitant avec du plasma atmosphérique pendant 20 secondes. À l’aide d’une seringue de 10 millilitres, remplissez le canal microfluidique avec de l’eau déminéralisée sans bulles.

Pour contrôler la pression du fluide de travail et des trois vannes pneumatiques qui contrôlent le débit des microbilles, insérez un régulateur de pression de précision avec quatre canaux de sortie ou plus pour le fluide de travail dans la plate-forme microfluidique. Préparer des particules d’essai de polystyrène carboxyle de différentes tailles dans de l’eau distillée. Pour contrôler le débit du fluide de travail, remplissez la moitié d’une bouteille en verre avec de l’eau et connectez le bouchon de la bouteille en verre au canal de sortie du contrôleur et à la microvalve.

À l’aide d’un microscope inversé, observez toutes les opérations de la plate-forme et mesurez le débit de fonctionnement dans le temps à la sortie à l’aide d’un débitmètre de liquide. Injecter le mélange de particules ou de fluides sous pression à l’entrée avec la vanne à particules. Appliquez une pression sur la vanne CIV à 15 kilopascals et la valve à particules à 18 kilopascals pour actionner la vanne.

Lorsque les particules sont concentrées, appliquez une pression uniquement sur la vanne de fluide. Le débit des fluides a été divisé en une plate-forme à quatre étages. La première étape était l’état de chargement.

Le fluide de travail et les particules étaient presque identiques car le réseau de canaux microfluidiques présentait une symétrie structurelle. La deuxième étape était l’état de blocage. Le chemin d’écoulement s’est rétréci et le débit mesuré à l’orifice de sortie a été réduit par la résistance hydraulique.

La troisième étape était l’état de concentration. Le QP mesuré était proche de zéro, et le QF était environ 1,42 fois celui de l’état de blocage. La dernière étape était l’état de libération.

Les débits et les taux de concentration qui en ont résulté ont prouvé que l’actionnement séquentiel programmé avec la vanne pneumatique fonctionne bien en raison des changements de débit. Les particules ont été concentrées et accumulées dans la zone de collecte lorsque la vanne CIV et la valve à particules ont été fermées, et toutes les particules concentrées collectées ont été libérées dans les quatre secondes lorsque seule la valve de fluide a été fermée. Une partie essentielle de cette procédure consiste à durcir la structure arrière où la couche PDMS est implantée par la pression supplémentaire de la couche d’air.

Et la couche de film déformée est soudainement activée. Cette plate-forme peut être utilisée pour l’auto-prétraitement de bioparticules très concentrées et droites et en suspension, car le fonctionnement n’est pas affecté par les propriétés des particules physiques.