Name: שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 18 min 11 s
Description: למד לייצר מערכי מיקרו-שסתומים מ-PDMS אלסטומרי לבקרת זרימה במערכות מיקרו-זורמיות. השיטה מאפשרת ערבוב נפחים תת-ננוליטריים ושיפור ניסויים ביולוגיים בתפוקה גבוהה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי הדמיה ביו מענק Bioengineering # EB003307 ועל ידי פרס קרן המדע הלאומית קריירה AF

למכשיר עיצוב Microfluidic CorelDraw או באמצעות תוכנת AutoCAD עקרון PDMS microvalves מכשירים מבוססי: מכשירים מורכבים משלוש שכבות: שכבה המכילה fluidic microchambers בגדלים שונים, מעין &quot;שכבת שליטה&quot; המכיל את microchannels צורך להפעיל את נתיב fluidic עם microvalves, וכן קרום דק באמצע PDMS כי הוא מחויב את שכבת שליטה. במנוחה, עקב התאימות ואת hydrophobicity של PDMS, את החותמות קרום (הפיך) כנגד המושב שלו, ולפיכך לתאי להישאר מבודדים אחד מהשני ללא השקעת אנרגיה. שסתומים ניתן לפתוח על ידי הפעלת לחץ שלילי (למשל, אבק הבית), כך הממברנה PDMS מסיט את ומפריד מפני השטח שתומך הקיר בין שני חדרי fluidic, ובכך לחבר את נתיב fluidic. סגירת Valve יכולה להיות מושגת על ידי החלפת ההגדרה הלחץ ואקום בלחץ אטמוספרי. שכבת Fluidic שכבת דפוסי השליטה נועדו CorelDraw או באמצעות תוכנת AutoCAD. מסכות המכיל עיצובים אלה הודפסו ברזולוציה גבוהה (8,000 עד 20,000 dpi) על סרטים שקיפות באמצעות שירותים מסחריים (CAD / אמנות שירותים, Bandon, OR) (מסכות לא מוצג). המצאה של אדונים סיליקון באמצעות photolithography סטנדרטי SU-8 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן SU-8 שיטות photolithography שימשו כדי ליצור SU-8 &quot;אדונים&quot; (SU-8 2050, MicroChem, ניוטון, MA) עבור שכבת microfluidic והשליטה שסתום שכבה cleanroom (לא רואים בסרט הזה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להקל על שחרורו, לפני שכפול PDMS SU-8, אדונים היו silanized ידי חשיפה לאדים של fluorosilane ((tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane (TFOCS)), תוך צנצנת ייבוש (ללא ייבוש כדורי) המחובר למקור ואקום. החדר ייבוש חייב להיות ממוקם בתוך מכסה המנוע עקב עשן כימי אופי מאכל של אדים TFOCS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המקום חלק קטן מגבת נייר סופג בתוך החדר ייבוש. הוסף ירידה של TFOCS אל מגבת נייר ולפנות את האוויר מן החדר. החל ואקום 1 דקות ומכבים. סגירת ואקום לאפשר 30 דקות להפקדה. שמור את המאסטרים במיכלים סגורים לשימוש עתידי. </li></ol> Replica דפוס של PDMS מן המאסטרים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השכבה fluidic ואת השכבה מלאה מיוצרים על ידי דפוס העתק של PDMS מ SU-8 אדונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> PDMS ערבוב ביסודיות מראש פולימר צולבות מקשר (10:01 wt. Ratio), דה בועה ייבוש למשך 10-15 דקות עד בועות ברור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים צינורות סיליקון לתוך 1-2 חתיכות ס&quot;מ. בחרו את הגודל המתאים של צינורות לפי בקשה. אנו משתמשים tubings 1.14 מ&quot;מ מזהה כאן חיבור קל צינורות OD 1 / 16 אינץ מאוחר יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מלט דוקו ® כדי צינורות דבק על האזורים מפרצון של המאסטר SU-8 של שכבת שליטה. היזהר שלא להשתמש בדבק יותר מדי, כמו צינורות סיליקון עשוי מרכיבים כמו PDMS, ואת צינורות יהיה מוטבע לתוך המכשיר PDMS microfluidic, יצירת האוויר פתחי הכניסה הדוק fluidic / שקעים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במכשיר שלנו, אזורים כניסת נועדו על המסכות של fluidic והן שכבות שליטה, אבל צינורות פתחי הכניסה סיליקון הם רק יצוק לתוך שכבה אחת (לדוגמה, שכבת שליטה) של המכשיר. כדי ליצור פתחי הכניסה לשכבה fluidic, אנו להסיר באופן ידני או לנקב את סעיפים אחדים של קרום זה מכסה את האזורים מפרצון. לכן, לאחר יישור והרכבה, כל microchannels (אלה שנושאים לזרום כמו גם אלה השולטים שסתומים) נגישים מהחלק העליון של המכשיר, כך את פני השטח התחתונה היא מישוריים, המאפשר הדמיה של המכשיר על הבמה מיקרוסקופ רגיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים בזהירות דה מבעבע PDMS על שני אדונים, סביב צינור יחידת שליטה ב-השכבה. De-הבועה שוב ייבוש. אחרי דה מבעבע תושלם, להכניס לתנור 65 ° C למשך שעה 1&gt; בריפוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר נרפא PDMS מכוסה אדונים מהתנור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גזור מכשירים בודדים המאסטרים (אב אחד מכיל שלושה מכשירים זהים) לסירוגין לקלף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסרת דבק מאזורי מפרצון באמצעות מחט או זוג מלקחיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את השליטה שכבת PDMS לתוך חדר נקי. </li></ol> ייצור רזה PDMS ממברנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כפי עקרונית את המכשיר, את השכבה האמצעית מורכבת קרום PDMS ~ 12 מיקרומטר עבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 10:01 wt. יחס של PDMS prepolymer / תערובת סוכן ריפוי עם הקסאן (03:01 wt. היחס) על ידי vortexing. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבר לחדר נקי. (סביבה ללא אבק הוא קריטי על מנת להבטיח כי ממברנות PDMS נקייה מפגמים; חלקיקי אבק עלול לגרום ממברנות המכיל חורים ו / או פגום מחויב לעצב את העתק). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים silanized 3 אינץ בקוטר רקיק עללזרוק את הוואקום של הצנטריפוגה Solitec. רקיק צריך להיות silanized (derivatized עם fluorosilane) לפני PDMS ספינינג כדי להקל על שחרורו של PDMS ממשטחי הסיליקון. קערת טפלון מחוץ צ&#39;אק היה עטוף בסרט פלסטיק לניקוי קל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לוותר על 2-3 מ&quot;ל של תערובת PDMS / הקסאן על גבי פרוסות סיליקון באמצעות מחט מזרק 18-מד (למזעור בועות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת פרמטרים ספין. ספין בסל&quot;ד 7000 למשך 30 שניות, והתוצאה היא סרט PDMS בעובי 12 מיקרומטר ~. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את פרוסות סיליקון ב 85 מעלות צלזיוס למשך 4 דקות על פלטה חשמלית כדי לרפא את הסרט PDMS. </li></ol> מליטה Multilayer PDMS מכשיר והרכבה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את השכבה מלאה של קרום PDMS לתוך תא פלזמה חמצן. הפעל פלזמה במשך 30 שניות (30 psi לחץ חמצן, קצב הזרימה 3-5 SCFH, 550W). תביאו את השכבה לשלוט במגע עם קרום PDMS מיד (תוך 5 דקות) לאחר הפעלת חמצן. הפרמטרים של המערכת, כגון לחץ חמצן, קצב הזרימה, כוח פלזמה זמן הטיפול, מוגדרים באופן אמפירי לפי יישומים שונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המתן 5 דקות, ולהסיר את השכבה מלאה של פרוסות סיליקון יחד עם הממברנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר ממברנות על שטחי פתחי הכניסה כך ששני מלאה שכבות fluidic נגישים מלמעלה באמצעות צינורות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את השכבה מלאה (עם tubings כמו פתחי הכניסה) עם שכבת fluidic (מישורי) תחת stereoscope. מכיוון PDMS חותמות על PDMS, מליטה לא קבע נדרשת. </li></ol> המחשב שבשליטת פתיחה וסגירה של microvalves PDMS ידי ואקום או לחץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר יישור מכשיר והרכבה, להוסיף 1 / 16 אינץ OD (1 / 32 מזהה אינץ&#39;) צינורות Tygon לתוך פתחי הכניסה מזהה 1.14 מ&quot;מ סיליקון ולחבר את פתחי הכניסה למקורות הלחץ או מאגרי fluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור פתיחת וסגירת השסתומים, לחצים נשלטים על ידי קו ואקום קו לחץ האוויר מחובר דרך שני הרגולטורים לחץ מערך של שלוש דרך שסתומים מיניאטוריים סולנואיד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שסתומים סולנואיד מחוברים חומרה הלאומי נתונים רכישת מכשירים נשלט באמצעות תוכנת LabVIEW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבצע ההתקנים סטיה הממברנה הם דמיינו עם צבע מצלמת CCD (SPOT RT, כלי אבחון, סטרלינג הייטס, MI). </li></ol> במקביל ערבוב של שני צבעים צבע שונה שונה כרכים nanoliter מוגדר אנו מדגימים את פעולת המיקסר מקביל המאפשר אחסון ערבוב מדויק משנה nanoliter כרכים של תמיסות מימיות על יחסי ערבוב שונים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שכבת fluidic מכיל שני מערכים של microchambers: לאורך מערך, גודל microchambers פוחתת, החל השמאלי, מתוך 200 מיקרומטר x 400 מיקרומטר עד 200 מיקרומטר x 40 מיקרומטר; 10 הוא 500 x 40 מיקרומטר קאמרית מיקרומטר והוא השתמשו רק עבור החיבור fluidic במערך; בצד ימין של תא 10 היא קבוצה של תאים סימטרי הגדלת בגדלים. בתאי B של מערך נועדו כזה נפח נוסף של כל שני חדרים סמוכים בשורות שונות שווה תמיד. 0, 10r 0r 10 ו-B, B נועדו כפקדי בהתאמה פתרונות A ו-B ללא ערבוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השכבה מלאה יש שתי עצמאי שבשליטת סטים של שסתומים. סט של ברזים V {1} משמש לחיבור שני מערכים קאמרית עם פתחי הכניסה שלהם, ואילו קבוצה שנייה של שסתומים {2} V משמש לחיבור כל זוג חדרים בשני מערכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלאו את microchambers ידי פתיחת שסתום להגדיר V {1} כדי לאפשר זרימה של שני פתרונות כדי לצבוע מערכים A ו-B, בהתאמה. זרימה של פתרונות ניתן להשיג גם על ידי היד או על ידי משיכת ואקום מבוקר עם שסתומי סולנואיד. אם בועות אוויר הטופס microchambers, הפתרון יכול להיות יותר דחף להוציא את בועות, או את המכשיר אפשר להשאיר למשך דקות ספורות ובועות ייעלמו בשל חדירות האוויר של PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את שסתום להגדיר V {1} לבודד כל תא במערכים שניהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שסתום להגדיר פתח V {2} כדי לאפשר נוזל ערבוב בין החדרים הסמוכים מערכים שונים. ערבוב לוקח רק ~ 1-2 דקות כדי להשלים את הכרכים האלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור V {2} כדי לדחוף את הנוזלים חזרה אל החדר כל fluidic ותאי לעוות חזרה לצורה המקורית שלהם. מאז שני מערכים fluidic נועדו עם לשכות 11 בגדלים שונים, 11 יחסי ערבוב שונים מיוצרים בשלב ערבוב אחד. </li></ol> מערכת microfluidic משולב זלוף מבוקרת מחשב של תרביות תאים microfluidic אנו מדגימים מערכת microfluidic כי הוא מסוגל זלוף האוטומטי של פתרונות מרובים תא תא בודד תרבות.פתחי הכניסה נשלטים על ידי microvalves, אשר יכול להיות מופעל בכל רצף של פתחי הכניסה יחידה, שילובים שונים, או בבת אחת. המכשיר מסוגל לייצר הדרגתיים או תערובות של פתרונות שונים. גם מכשיר זה מורכב משלוש שכבות: שכבת fluidic, שכבת שליטה, קרום דק באמצע PDMS. ייצור שלבים חלופיים עבור התקן זה: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כניסה ויציאות של ערוצי fluidic ערוצי שליטה הם &quot;אגרוף&quot; באמצעות 1.2 מ&quot;מ בקוטר האריס Micro-Punch (טד פלה, Inc). Tubing מחובר פתחי הכניסה באמצעות הקהה 18 מחטים מד אשר מוכנסים אל PDMS דרך שכבת שליטה. זה מאפשר אריזה צפופה של פתחי הכניסה מאשר צינורות הסיליקון. הציות של PDMS מספק חותמת הדוק סביב המחטים ביעילות לספק נוזלים או לחץ פנאומטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כפי שתואר קודם לכן, מליטה של ​​קרום דק PDMS לשכבה השליטה מושגת באמצעות חשיפה פלזמה חמצן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השכבה fluidic הוא הוכן על ידי דפוס עם העתק PDMS מראש פולימר צולבות מקשר ביחס של 5:01 ו חלקית ריפוי במשך 25 דקות ב 60 ° C בתנור הסעה. בשלב זה, את השכבה fluidic נרפא חלקית עדיין דביק, אך ניתן להסיר מן האדון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השכבה fluidic מיושר באופן ידני כדי לשלוט מראש כינס את שכבות קרום באמצעות stereoscope. המכשיר התאספו מושם אז במשך 5 דקות על פלטה חמה ב 80 º C. בשלב הבא, לשלוט על קווי שסתום מחוברים בקר אוטומטיות השסתומים הם actuated עד הממברנה מתנתק מן השכבה fluidic בכלל המושבים שסתום על ידי יישום ואקום. אחרי &quot;ניתוק&quot; השסתומים, בקר את המחשב מוגדר מחזור השסתומים תוך המכשיר לרפא עוד לפחות שעה 1 על פלטה חשמלית ב 80 מעלות צלזיוס. </li></ol> התכונות של מערכת משולבת microfluidic שלנו: המכשיר מסוגל זלוף אוטומטי של 16 פתרונות שונים לחדר תא התרבות באמצעות תוכנית valving multiplexed. העיצוב ערוץ מבטיחה עמידות של כל פתחי הכניסה היא מאוזנת. עיצוב microvalve שלנו מבודד פתרונות בקרות שטיפה בערוצים משולבת להסרת מהירה של נוזל, אשר מגביל צולבות זיהום. מיקסר אדרה משולב יכול להיות מופעל כדי לייצר תערובות של פתחי הכניסה שונה. בנוסף, ישנם ארבעה ערוצי התנגדות משתנה כי יכול להיות מופעל כדי לשנות את קצב הזרימה.

<ol><li>Li, N., Hsu, C. H., Folch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+mixing+of+photolithographically-defined+nanoliter+volumes+using+elastomeric+microvalve+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Parallel mixing of photolithographically-defined nanoliter volumes using elastomeric microvalve arrays.</a> Electrophoresis. 26 (19), 3858-3864 (2005).</li>
<li>Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+large-scale+integration%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microfluidic large-scale integration.</a> Science. 298 (5593), 580-584 (2002).</li>
</ol>

היתרונות העיקריים של תכנון microvalve שלנו: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אין מקור אנרגיה נוסף נדרש כדי לסגור את נתיב fluidic, ומכאן את המכשיר טעון הוא נייד מאוד, ו </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המכשיר יכול להיות בנוי על ידי העתקים מן PDMS photolithographically בדוגמת SU-8 תבניות, המאפשר microfabricating עמוק (עד 1 מ&quot;מ) עם הערוצים הצדדיים אנכי (כלומר את גובה התכונות ניתן לציין בנפרד רוחב שלהם) וכתוצאה מכך מאוד תכונ...

<table><tbody><tr><td>פרוסות סיליקון נקיות</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Silicon Sense Inc.</td><td>3P0110TEST</td><td>קוטר 3-inch, P/Boron</td></tr><tr><td>&quot;פרוסות מאסטר&quot; המכילות תבניות SU-8</td><td>ציוד מתכלה</td><td></td><td></td><td>יוצרו במעבדה באמצעות נהלי פוטוליתוגרפיה סטנדרטיים</td></tr><tr><td>מייבשים (2)</td><td>ציוד</td><td>VWR international</td><td>24987-048</td><td>אחד עבור סילניזציה, אחד עבור הוצאת בועות מ-PDMS.</td></tr><tr><td>מאזניים</td><td>ציוד</td><td>OHAUS Corp.</td><td>SC6010</td><td></td></tr><tr><td>תנור</td><td>ציוד</td><td>Sheldon Manufacturing, Inc.</td><td>1330GM</td><td></td></tr><tr><td>MiniVortexer</td><td>ציוד</td><td>VWR international</td><td>58816-121</td><td></td></tr><tr><td>ספינר</td><td>ציוד</td><td>Headway Research Inc.</td><td>PWM32</td><td></td></tr><tr><td>מכשיר חריטה בפלסמה</td><td>ציוד</td><td>Plasmatic Systems, Inc.</td><td>Plasma Preen II-973</td><td></td></tr><tr><td>פלטה מחממת</td><td>ציוד</td><td>Torre Pines Scientific</td><td>HP30A</td><td></td></tr><tr><td>סטריאוסקופ</td><td>מיקרוסקופ</td><td>Nikon Instruments</td><td>TMZ1500</td><td></td></tr><tr><td>מצלמת CCD</td><td>ציוד</td><td>Diagnostic Instruments</td><td>SPOT RT</td><td></td></tr><tr><td>שסתומי סולנואיד</td><td>ציוד</td><td>Lee Company</td><td>LHDA0511111H</td><td></td></tr><tr><td>כרטיס רכישת נתונים</td><td>חומרה</td><td>National Instruments</td><td>PCI 6025E, CB-50LP</td><td></td></tr><tr><td>LabView</td><td>תוכנה</td><td>National Instruments</td><td>Version 8.0</td><td></td></tr><tr><td>Tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane</td><td>ריאגנט</td><td>United Chemical Technologies</td><td>T2492</td><td>יש לבצע את הסילניזציה תחת מCבּוֹת כימיים.</td></tr><tr><td>פולימר מקשר (prepolymer) ומקשר צולב של PDMS</td><td>ריאגנט</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>הקסאן</td><td>ריאגנט</td><td>EMD Millipore</td><td>HX0295-6</td><td></td></tr><tr><td>צבעים</td><td>ריאגנט</td><td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td><td>FD&amp;amp;C 110, 135, 150</td><td>כחול #1, צהוב #5, אדום #3.</td></tr><tr><td>פיפטות העברה חד-פעמיות של 3 ml</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-711-20</td><td></td></tr><tr><td>נייר Kimwipes</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Kimberly-Clark Corporation</td><td>34155</td><td></td></tr><tr><td>סירות שקילה</td><td>ציוד מתכלה</td><td>VWR international</td><td>12577-027</td><td></td></tr><tr><td>מוריד לשון</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-700-555</td><td></td></tr><tr><td>צלחות P100</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-772E</td><td></td></tr><tr><td>צינור סיליקון (קוטר פנימי (I.D.) של 1.14 mm)</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Cole-Parmer</td><td>07625-30</td><td></td></tr><tr><td>צינור Tygon (קוטר חיצוני 1/16 in; קוטר פנימי 1/32 in)</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Cole-Parmer</td><td>06418-02</td><td></td></tr><tr><td>דבק Duco Cement</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Devcon Inc.</td><td>6245</td><td></td></tr><tr><td>להב תער</td><td>כלים</td><td>VWR international</td><td>55411-050</td><td></td></tr><tr><td>מחטים</td><td>כלים</td><td>Fisher Scientific</td><td>0053482 (25 Gauge)</td><td></td></tr><tr><td>פינצטה #5</td><td>כלים</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-20</td><td></td></tr><tr><td>מבחנה לצנטריפוגה של 50 ml</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-526B</td><td></td></tr><tr><td>סרט איטום</td><td>ציוד מתכלה</td><td>AEP Industries Inc.</td><td>0153877</td><td></td></tr><tr><td>מבחנות מיקרו-צנטריפוגה של 1.5 ml</td><td>ציוד מתכלה</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-406-16</td><td></td></tr><tr><td>מבחנות לצנטריפוגה של 15 ml</td><td>ציוד מתכלה</td><td>BD Biosciences</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>כפפות ניטריל סגולות ללא אבקה</td><td>ציוד מתכלה</td><td>VWR international</td><td>40101-348</td><td></td></tr><tr><td>מחץ ביופסיה של Harris בקוטר 1.2 mm</td><td>כלים</td><td>Ted Pella, Inc.</td><td>15074</td><td></td></tr></tbody></table>

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים microvalve אלסטומרי

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

מערכות microfluidic מיניאטורי לספק פתרונות פשוטים ויעילים עבור עלות נמוכה נקודה של טיפול אבחון תפוקה גבוהה מבחני ביו. בקרת זרימה יציבה ואמצעי אחסון fluidic מדויק שתי דרישות קריטיות עבור יישומים אלה. פיתחנו שבבי microfluidic שמציעות אלסטומרי polydimethylsiloxane (PDMS) מערכים microvalve כי: 1) אין צורך במקור אנרגיה נוספת כדי לסגור את נתיב fluidic, ומכאן את המכשיר טעון הוא נייד מאוד, ו 2) לאפשר microfabricating עמוק (עד 1 מ&quot;מ) ערוצים עם הצדדיים אנכי וכתוצאה מכך תכונות מאוד מדויק. Microvalves מכשירים מבוססי PDMS מורכב משלוש שכבות: שכבה המכילה fluidic נתיבים fluidic ו microchambers בגדלים שונים, שכבה מלאה המכילה את microchannels צורך להפעיל את נתיב fluidic עם microvalves, וכן קרום דק באמצע PDMS כי הוא חייב לשלוט השכבה. שכבת Fluidic שכבות לשלוט מבוצעים על ידי דפוס העתק של PDMS מ SU-8 אדונים photoresist, ואת קרום דק PDMS נעשית על ידי ספינינג PDMS בגבהים שצוינו. שכבת השליטה הוא קשור קרום דק PDMS לאחר הפעלת חמצן של שניהם, אז התאספו עם שכבת fluidic. Microvalves סגורים במנוחה ניתן לפתוח על ידי הפעלת לחץ שלילי (למשל, אבק בית). סגירת ופתיחת Microvalve הם אוטומטיים דרך שסתומים סולנואיד נשלט על ידי תוכנת מחשב. כאן, אנו ממחיש שני microvalve מבוססי שבבי microfluidic עבור שני יישומים שונים. השבב הראשון מאפשר לאחסון ערבוב מדויק משנה nanoliter כרכים של תמיסות מימיות על יחסי ערבוב שונים. השבב מאפשר second זלוף מבוקרת מחשב של תרביות תאים microfluidic. המכשירים קל לפברק ופשוטה לשליטה. בשל biocompatibility של PDMS, שבבים אלה יכול להיות יישומים רחב מבחני אבחון מיניאטורי, כמו גם מחקרים בסיסיים בביולוגיה התא.

אנו מדגימים פרוטוקולים לייצור מיכון אלסטומרי polydimethylsiloxane (PDMS) מבוססי מערכים microvalve כי אין צורך אנרגיה נוספת כדי לסגור תכונה כרכים מדויק מוגדר photolithographically. מיקסר במקביל subnanoliter נפח ומערכת משולבת זלוף microfluidic מוצגים.

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי

מערכות מיקרופלואידיות ממוזערות מספקות פתרונות פשוטים ויעילים לאבחון זול בנקודת הטיפול (point-of-care) ולבדיקות ביו-רפואיות בעלות תפוקה גבוהה.

מיקרופלואידיקה מציעה לביולוגים של תאים טכנולוגיה לביצוע ניסויים בקיבולת גבוהה שבהם נדרש טיפול מדויק בנוזלים. שלום, אני נין צ'ן לי מהמעבדה של פולק במחלקה להנדסה ביובית, אוניברסיטת וושינגטון. היום אראה לכם כיצד להכין קצוות מיקרופלואידיים הנשלטים על ידי מערך שסתומי PDMS מיקרוסקופיים.המכשיר מורכב משלוש שכבות. השכבה הראשונה היא השכבה הפלואידית המכילה מיקרו-תאים בגדלים שונים, והשכבה השנייה היא שכבת הבקרה המכילה תעלות בין שתי השכבות. קיימת ממברנת PMS דקה בשל ההידרופוביות והגמישות של PMS.המעמם נסגר כנגד התבנית שלו, ובכך הוא מבודד את תאי הנוזלים זה מזה. אם נפעיל ואקום דרך ערוצי הבקרה, ממбраנת ה-PDMS יכולה להתכופף ולחבר את תאי הנוזלים שהיו מבודדים קודם לכן. היום אני אדגים לכם מערבל מקבילי המאפשר לערבב נפחים של פחות מננו-ליטר של תמיסות מימי ביחסי ערבוב שונים.כעת, קריס מהמעבדה שלנו יעניק לכם הדגמה של מערכת מיקרופלואידיקה משולבת המאפשרת הזרמה של מספר תמיסות לתוך תרביות תאים. בואו נתחיל. כאן אני מראה לכם מאסטר עם תכונות תעלות של SU-8 על גבי פרוסת סיליקון.התבנית המאסטר יוצרה באמצעות הליכי פוטוליתוגרפיה סטנדרטיים של SUH מהמאסטרים הללו. אנו יכולים להכין רפליקות של PDMS שוב ושוב. כדי להקל על הפרדת ה-PDMS מהמאסטרים, עלינו תחילה לבצע פסיבציה למאסטר.אנו בדרך כלל נחשיג את התבנית באמצעות F foods מכיוון שאנו עובדים עם Florence Island. ראשית, אני מניח את הפרוסה (wafer) בתוך ה-ator ומטפטף טיפות של forest, ולאחר מכן סוגר את תא ה-desk skate, מפעיל את הוואקום, משאיר את הוואקום למשך 1, 2, 3 דקות ואז סוגר את הוואקום. מניחים לחומר להתאדות במשך חצי שעה ואז מוציאים את ה-wave drop. לפני הכנת רפליקה של MOD PDMS, עלינו לערבב מראש את ה-PDMS pre polymer ואת סוכני ההקשיה ביחס של 10 ל-1.שקלתי 31 גרם של פרה-פולימר, ולאחר מכן שקלתי 3.1 גרם של חומרי מעבדה (curing agents) וערבבתי אותם היטב במשך חמש דקות. כך נראה המוצר המוגמר. לאחר מכן, הכנסתי את התערובת לתנור ואקום (density heat) כדי להוציא בועות אוויר מה-PS במשך 5 עד 10 דקות, עד שהחומר הפך לשקוף.בזמן ההמתנה לסיום תהליך הוצאת בועות האוויר מה-PMS, ניתן להדביק צינורות סיליקון לאזור של שכבת הבקרה. בחרנו בצינור סיליקון מכיוון שזהו אותו רכיב של ה-PMS, כך שניתן יהיה להטמיע אותו במכשיר מאוחר יותר וליצור אטם אטום לאוויר ולנוזלים. כעת אני מוסיף מעט דבק D cement לקצה של פיסת צינור סיליקון קטנה ולוחץ אותה על אזור הכניסה של התבנית הראשית.כדי שהצינורות לא יחריגו את המגברים, יש לוודא שצינורות הסיליקון הללו שטוחים מאוד בעת החיתוך, ואין למרוח כמות מרובה מדי של דבק על חלקם העליון. הסבירו כיצד אתם לוחצים את הדבק. בואו נראה. נוצרים אזורים הן בפתח האוורור והן בהסרת המכסה.כעת כאשר ה-PS מוכן, אשפוך אותו מעל לתבנית (master). יש להיזהר למשוך את ה-PGAs המקיפים את הצינורות.כעת אני שופך על התבנית הראשית השנייה, הכוללת את מאפייני שכבת הנוזלים. לאחר שפיכת ה-PS לתבניות, יש להסיר מהן בועות שוב במכשיר להסרת אבק (dust kicker) למשך 5 עד 10 דקות. לאחר הסרת הבועות, אנו מקרינים את ה-PMS בתנור בטמפרטורה של 65 עד 70 °C למשך שעה אחת עד 24 שעות.בסדר, מצוין. לאחר שעתיים, ה-PMS עבר תהליך פולימריזציה (curing). כעת נגזור את התקן ה-PMS מהתבנית הראשית של ה-SU ונתחיל בהכנת שכבת הבקרה.לאחר הכנסת הפיתולים, אנו מסירים את הדבק מאזורי הכניסה. במכשירים שלנו, אזורי כניסה נוצרו הן בשלוש השכבות והן בשכבות הבקרה, אך אנו מחברים את פיתול הסיליקון לשכבה אחת בלבד.לדוגמה, כאן רק בשכבת הבקרה. כדי ליצור גישה לשכבת הנוזלים, ניתן לנקב את הממברנה מתחת לצינורות הסיליקון כדי ליצור פתח גישה. כך נוכל לגשת לכל המכשירים הללו מלמעלה, מה שמקל על ביצוע מיקרוסקופיה תחת סטראוסקופ ומיקרוסקופ הפוך מסורתי.כעת אנו נכנסים לחדר C. כדי להכין ממбраנות CTM S, אראה לכם כיצד לסובב את ממברנת ה-PDFs באמצעות סבב ה-headway. לפני שהנחתי את הפרוסה על גבי תושבת הפרוסות, כיסיתי את הבסיס בניילון ואספתי נייר סופג מתחתיו כדי להקל על ניקוי השאריות לאחר מכן.אם כך, לאחר שהתהליך הושלם, בדומה למה שעשינו עם התבניות לפני כן, לאחר ניקוי בשואב, אני מתיס כ-2 mL של PDMS על גבי פרוסת הסיליקון, מכיוון שאנו מעוניינים להשיג ממбраנה בעובי של 11 עד 12 µm. הפרוסה תסובב במהירות של 7,000 RPM למשך 20 שניות. כעת ניתן לראות את הפרוסה מסתובבת; נסובב אותה למשך הזמן הנדרש. לאחר הסבב, נניח את הפרוסה על לוח חימום בטמפרטורה של 85 °C למשך ארבע דקות. כעת ממбраנת ה-PDMS עברה פולימריזציה.בשלב הבא נחמצן את ממברנת ה-P DM S ואת שכבת הבקרה בתנור פלסמה. נקבע את הספק הפלטינה על 75%, ונשתמש בלחץ חמצן של 30 PSI ובקצב זרימה של חמישה. ניתן תמיד להתאים פרמטרים אלו בהתאם ליישומים שונים.הפעילו את המכשיר, הפעילו את הפלסמה למשך 30 שניות. כעת הניחו את שכבת הבקרה מעל לממברנה. הביאו אותן למגע; תוך מספר דקות שכבת הבקרה תיקשר לממברנה.לאחר מספר דקות, הסירו את שכבת הבקרה יחד עם הממברנה. כעת אנו מוכנים ליישר את שכבת הבקרה אל ה-fully clear. מכיוון שאיננו נמצאים עוד בחדר נקי, נשתמש בסרט דביק (scotch tip) כדי להסיר את האבק מה-fully clear.עלינו להסיר גם את הממברנה מאזור הכניסה של שכבות הבקרה. זאת כדי לאפשר גישה לשכבת הנוזל שמתחתיהן. לכן, הניחו את שכבת הבקרה עם הממברנה מעל שכבת הנוזל.בדקו את כל תאי הנוזלים ואת השסתומים. ודאו שכולם מיושרים משמאל לימין. אם הם אינם מיושרים, ניתן להסיר את שכבת הבקרה ולבצע את הפעולה מחדש.ניתן לראות כאן כי שכבת הנוזלים ושכבת הבקרה מיושרות. כעת אכניס מספר צינורות דקים יותר אל פתחי כניסה אלו כדי לחבר אותם למקורות הנוזלים ולמקורות הלחץ. כעת אחבר את השסתומים למקור הלחץ ואחבר את פתחי כניסת הנוזלים למקור הנוזלים.כאן יש לנו שני צבעים שונים, אחד כחול ואחד צהוב, לפתיחה וסגירה של מיקרו-שסתומים מ-PDMS. אנו משתמשים בשסתומים סולנואידיים המחוברים למקור ואקום ולכוח לחץ אוויר, והשסתומים נשלטים באמצעות תוכנת LightView. כעת אני פותח את סט השסתומים מספר אחת.ניתן לראות את ממбраנות ה-PDMS נכנעות ואת השסתומים פתוחים. כעת אני סוגר את מערכת השסתומים הראשונה, סוגר ופותח את המערכת השנייה, פותח וסוגר. כעת כל השסתומים המיקרוסקופיים פועלים.אני אמלא את תאי המיקרופלואידיקה בשני תמיסות שונות. אני אפתח את סט השסתומים מספר אחת ואשתמש בואקום כדי למשוך את שתי התמיסות אל תוך התאים. לאחר שהתאים ימולאו בתמיסות, אסגור את סט השסתומים מספר אחת כדי לבודד כל תא, ולאחר מכן אפעיל את סט השסתומים.שנית, כדי לערבב את הזוגות בשתי המערכים. השארת השסתום פתוח והערבוב נמשכים בדרך כלל בין דקה לשתי דקות. מכיוון שתכננו את גדלי התאים ב-10 גדלים שונים.לכן, יש לנו יחס ערבוב של 11 יחסים שונים. לאחר סיום הערבוב, אני סוגר את השסתום, וכך ניתן לראות שבתאים הבודדים קיימים יחסי ערבוב שונים.הצבע השתנה מכחול לירוק ואז למשחה של צהוב. לאחר הייצור, ניתן להשתמש במכשירים אלו פוטנציאלית בבדיקות ביו-רפואיות, כגון סריקת תרופות, או במחקרי ביולוגיה של התאים, כגון כימוטקסיס או תגובת תאים לריכוזים שונים של כימיקלים, גורמי גדילה או תרופות. אני כריס סיפ, ואדגים מכשיר המהווה מערכת פרפוזיה מיקרופלואידית אינטגרטיבית, והוא דומה מאוד למכשיר שנראה קודם לכן בשלב הייצור.ההבדל היחיד והעיקרי הוא שבמקום תאים נפרדים המופרדים על ידי שסתום שמתערבבים באמצעות דיפוזיה, יש לנו מספר כניסות שמתכנסות ונשלטות על ידי שסתומים, סכמת שסתומים מרובת-ערוצים (multiplex valving scheme). מה שאדגים הוא הפעלה סלקטיבית של שסתומים, שתשלוט על פתיחה או סגירה של כניסות שונות. בנוסף, אראה את הפעולה של תעלת ערבוב משולבת וניתוב של מדרגות ריכוזים (gradients).בחלק העליון של המסך ניתן לראות 16 פתחים הנכנסים זה לזה, כאשר הזרימה מגיעה מלמעלה דרך תעלה אנכית זו ואל תוך רשת הפיצול, שהיא תא תרבית התאים. כעת אנו רואים את הפתחים מחליפים לצבע כחול, שזורם וניתן להבחין בפרופיל הזרימה הלמינרית בעודו עובר דרך התא. כעת אנו מבצעים שילוב של כחול וצהוב, ואז נוכל להחליף זאת כדי ליצור את השילוב ההפוך.ניתן להכווין את המעבר (gradient) שלנו לצד ימין. ניתן ליצור סוגים אחרים של מעברים. כעת מוצגת ההחלפה המהירה של השסתומים, כך שנוכל להתחלף במהירות רבה בין תמיסות שונות.כעת אנו מזינים צבע כחול וצהוב דרך ההומוגניזטור, והתמיסה יוצאת ירוקה בתא, ואנו יכולים גם להחליף כל מספר של כניסות שונות. במקרה זה, אנו מזינים כניסה אדומה, התופסת את מקומה של כל התמיסה הירוקה. היום הצגתי בפניכם כיצד להכין התקנים מבוססי שסתום מיקרו-פסיח (micro-footed valve) והדגמתי ערבוב של שני צבעים ביחסים שונים בנפחים של פחות מליטר באופן מדויק.כריס מהמעבדה שלנו הדגים גם מערכות מיקרופלואידיות משולבות עבור פרופוזיה (profusion) של תמיסות שונות. תודה שצפיתם ובהצלחה בניסוי שלכם.

microfluidic-chips-controlled-with-elastomeric-microvalve-arrays

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

במאמר זה, אנו מציגים שיטה microfluidic מבוסס על הכליאה החלקיקים מבוסס על זרימה הידרודינמית. אנו מדגימים לכידה חלקיק יציב בנקודה נוזל הקיפאון באמצעות מנגנון בקרה ומשוב, ובכך מאפשרים כליאה ו המיקרומניפולציה של חלקיקים שרירותי microdevice משולבת.

Microfluidic מבוססי הידרודינמית מלכודת חלקיקים יחיד

בעבודה זו נסביר את ייצור ושימוש במיקסר microfluidic מסוגל ערבוב שני פתרונות ~~~HEAD=NNS 8 μs. כמו כן, אנו מדגימים את השימוש מערבלי אלה עם זיהוי ספקטרוסקופיות באמצעות הקרינה UV ותהודה הקרינה העברת אנרגיה (סריג).

מערבלים microfluidic ללימוד קיפול חלבונים

במאמר זה אנו מציגים שבב microfluidic לניתוח תא בודד. זה מאפשר כימות של חלבונים תאיים, אנזימים, cofactors, ושליחים שני באמצעות מבחני או immunoassays ניאון.

שבב microfluidic לניתוח הכימי תכליתי של תאים בודדים

במאמר זה אנו מתארים טכניקות שונות עבור פלטפורמות אב טיפוס מהירות מיקרופלואידיות. הטכניקות המוצעות מבוססות על אפוקסי אולטרה סגול (UV) וריפוי טמפרטורה, צינורות מבוססי פולידימתילסילוקסן (PDMS), הדבקת חוטים וסרטי דבק אנזוטרופיים. הליכי ההרכבה המוצגים פותחו הן עבור מכשירים לשימוש חד פעמי והן עבור מערכות מיקרופלואידיות לשימוש חוזר.

שיטות אריזה של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי בתפוקה גבוהה מהירה ובעלות נמוכה

כאן, אנו מתארים את הייצור והתפעול של מערכת מיקרופלואידית דו-שכבתית העשויה מפולידימתילסילוקסן (PDMS). אנו מדגימים את הפוטנציאל של מכשיר זה ללכידה, הכוונת מסלול הקואורדינציה של חומר מולקולרי גבישי ושליטה בתגובות כימיות על מבנים לכודים על השבב.

כלובי פניאומטיים Microfluidic: גישה חדשנית עבור In-שבב קריסטל שמן, מניפולצית טיפול כימי מבוקרת

התקנים מיקרו-מיוצרים המשולבים עם רכיבים נוזליים מספקים פלטפורמה במבחנה למחקרי תאים המחקים את המיקרו-סביבה in vivo. פיתחנו שבבים מיקרופלואידיים מבוססי פולימתיל-מתאקרילט לחקר תגובות תאיות תחת גירוי מתח כימי/חשמלי/גזירה יחיד או קיים.

עיצוב מכשירי microfluidic ללימוד ותגובות ניידות תחת בית או להתאבדות כימית / חשמל / שאר מתח גירויים

התקנים מיקרופלואידיים רב-שכבתיים כוללים לעתים קרובות ייצור של תבניות מאסטר עם גיאומטריות מורכבות לפונקציונליות. מאמר זה מציג פרוטוקול שלם עבור פוטוליתוגרפיה רב-שלבית עם שסתומים ומאפייני גובה משתנה הניתנים לכוונון לכל יישום. כהדגמה, אנו מייצרים מחולל טיפות מיקרופלואידיות המסוגל לייצר חרוזי הידרוג'ל.

פוטו-ליתוגרפיה גובה רב שלבי משתנה עבור Valved רב שכבתי מכשירים microfluidic

כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר את ייצור של הערוץ מתיחה, כפול, איברים שבב microfluidic תא תרבות מכשירי recapitulating איברים ברמת פונקציונליות בתוך חוץ גופית.

ייצור מדרגי של הערוץ מתיחה, כפול, צ'יפס Microfluidic איברים

אנו מציגים מערכת מיקרופלואידית למחקרי תפוקה גבוהה על מכונות חיים מורכבות, המורכבת מ-1500 יחידות תרבות, מערך של משאבות פריסטליות משופרות ומודולוס ערבוב באתר. השבב המיקרופלואידי מאפשר ניתוח של התנאים המיקרו-סביבתיים המורכבים והדינמיים ביותר ב-vivo.

יצירת תנאי סביבה דינמיים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי בעל תפוקה גבוהה

כאן, אנו מספקים שבב microfluidic ומערכת מיקרופלואידית במחזור מבוקרת ויעילה מאוד באופן אוטומטי, כי מסכם את microenvironment הראשונית של neovascularization, המאפשר לתאי אנדותל (ECs) להיות מגורה על ידי מתח גזירה זוהר גבוה, רמה פיזיולוגית של זרימה transendothelial, גורם צמיחה אנדותל כלי דם שונים (VEGF) הפצה בו זמנית.

מודל מיקרופלואידי לחקות אירוע ראשוני של ניאו-סקולריזציה

הייצור של התקן דו-שכבתי מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לייצור ספריות קומבינטוריות בתחליבים של מים בשמן (תקעים) מוצג כאן. החומרה והתוכנה הדרושים לאוטומציה של ייצור תקעים מפורטים בפרוטוקול, ומודגם גם ייצור ספרייה כמותית של תקעים פלואורסצנטיים.

התקן מיקרופלואידי דו-שכבתי לייצור תקע קומבינטורי

למד לייצר מערכי מיקרו-שסתומים מ-PDMS אלסטומרי לבקרת זרימה במערכות מיקרו-זורמיות. השיטה מאפשרת ערבוב נפחים תת-ננוליטריים ושיפור ניסויים ביולוגיים בתפוקה גבוהה.

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי

גלה סרטונים נוספים