Name: כלובי פניאומטיים Microfluidic: גישה חדשנית עבור In-שבב קריסטל שמן, מניפולצית טיפול כימי מבוקרת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: למד לייצר מכשיר מיקרו-זרימה דו-שכבתי מ-PDMS ללכידת חומרים מולקולריים קריסטליים ושליטה בתגובות כימיות על השבב. שיטה זו מאפשרת טיפול כימי מבוקר בתנאים דינמיים למחקר מדעי החומרים.

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

המחברים רוצים להודות לתמיכה הכספית של הקרן הלאומית השוויצרית למדע (SNF) באמצעות פרויקט מס' 200021_160174.

<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>

למחברים אין מה לחשוף.

ניתן לשנות בקלות את הגישה המדווחת כדי לייצר צורות שסתומים שונות כדי לאפשר יישומים אחרים כגון כליאת נוזלים. ואכן, הגמישות של פרוטוקול זה מאפשרת גם לשנות את עובי השכבה התחתונה, ובכך את ממברנת ה-PDMS, מכמה עשרות לכמה מאות מיקרונים כדי למלא כל יישום מעניין. יתר על כן, ניתן לבצע אופטימיזציה של מידות של מבנים בכל שכבה של המכשיר עבור היישום הרצוי וניתן להשיג גבהים שונים של מבנים על תבניות המאסטר פשוט על ידי סיבוב הפוטו-רזיסט במהירויות שונות. סיבוב הפוטו-רזיסט במהירות גבוהה יותר מביא למבנים דקים יותר. 
כדי ליישם טוב יותר את הפרוטוקול, סביבת חדר נקי לייצור תבניות המאסטר חיונית באופן מהותי; אחרת, הליך הייצור יוביל לתבניות מאסטר פגומות ובכך למכשירים מיקרופלואידיים בלתי שמישים. יש להדגיש שני היבטים קריטיים בפרוטוקול זה: 1) הטמפרטורה הקבועה של התנור שיש לכוונן ל-80 מעלות צלזיוס ו-2) פרק הזמן המתוכנת בין תהליכים שיש לעמוד בו במדויק. כל שינוי בטמפרטורה ובמסגרת הזמן בפרוטוקול עלול להוביל לשבבים לא מלוכדים, ובכך למכשירים לא פונקציונליים.
התנאים ה"נטולי טורבולנטים" שנתקלים בהם בדרך כלל במערכות מיקרופלואידיות שימשו לאחרונה ליצירת מיקרו-מבנים או חומרים מולקולריים בתוך30 ומחוץ לשבבים מיקרופלואידיים חד-שכבתיים31. בשבבים מיקרופלואידיים דו-שכבתיים, ניתן לתפעל את משטר הזרימה הלמינרית, ומכאן שניתן לתפעל את הממשק שנוצר בין זרימות משותפות רציפות באמצעות כלובים פנאומטיים18,28. התקנים אלה מספקים גם שליטה יעילה על המסלול הסינתטי, מה שמוביל בתורו למיקום מדויק וללכידה על משטחים18. 
כפי שהוזכר קודם לכן, הפעלה פנאומטית בשבבים מיקרופלואידיים דו-שכבתיים שימשה בעבר ליישומים שונים כגון לכידת תאים20, מחקרי פעילות אנזימטית21 והתגבשות חלבונים24. עם זאת, המטרה העיקרית של הגישה המדווחת היא להציע פלטפורמה שתשמש ללכידה והכוונה של מסלול התיאום של חומר מולקולרי גבישי ובקרת תגובות כימיות על מבנים לכודים על שבב18,25. 
השיטה המתוארת לא רק מאפשרת לכידה של מבנים אנזוטרופיים אלא יכולה לשמש למיקום חלקיקים על משטחים. מחקרים עתידיים יכולים להיות מכוונים ביעילות לעיצוב צורות שסתומים חדשות ליישום נוסף בביולוגיה, מדעי חומרים וטכנולוגיות חיישנים. ניתן להשתמש בשילוב של צורות שסתומים שונות כמו גם גבהי תעלות ועובי ממברנה שהשתנו כדי למלא יישומים ספציפיים, כגון מחקרים כימיים המבוססים על ערבוב דיפוזיה ולוקליזציה של צמיחת חומרים.
יישום נוסף של הפלטפורמות המיקרופלואידיות המתוארות הוא בסמים כימיים מבוקרים של גבישים, מה שיכול להוביל להיווצרות רציונלית של ממשקים במבנים גבישיים19. גישה זו מספקת גם מגוון רחב של טיפולים לאחר מבנים לכודים על שבב; מתודולוגיה שללא ספק תפתח אופקים חדשים בהנדסת חומרים.
חשוב להדגיש כי מספר הטכנולוגיות המאפשרות תגובות כימיות מבוקרות בתנאים דינמיים ועל חומר גבישי מוגבל מאוד כיום, ולכן גישה זו אטרקטיבית מאוד בתחומים הקשורים לחומרים. עם זאת, מגבלה עיקרית של טכנולוגיה זו היא השימוש ב-PDMS. אלסטומר PDMS אינו תואם לממיסים אורגניים רבים, מה שמגביל את מספר התגובות שניתן לבצע בתוך שבבים מיקרופלואידיים אלה. בעתיד, יהיה צורך רב בפיתוח אלסטומרים אחרים שיכולים לסבול ולהיות יציבים כנגד מספר גדול יותר של ממיסים אורגניים על מנת להרחיב את תחום המחקר הזה לחומרים וכימאים אחרים.

חומרי מולקולרי כבר מזמן למד בקהילה המדעית בגלל המספר הרחב של יישומים בתחומים כמו אלקטרוניקה מולקולרית, אופטיקה וחיישנים 1-4. בין אלה, מוליכים אורגניים הם מעמד מרגש במיוחד של חומרים מולקולריים בגלל תפקידם המרכזי מציג גמישות מכשירים פונקציונליים משולבים 5,6. עם זאת, מתודולוגיות משמשת להפעלת תחבורת מטען אלקטרונית בחומרים מולקולריים מבוסס מוגבלות להיווצרות של מתחמי תחבורת תשלום (CTCs) ומלחים תחבורת תשלום (CTSs) 7-10. לעתים קרובות, CTCs ו CTSs מופקים על ידי שיטות אלקטרוכימי או באמצעות תגובות חמצון-חיזור כימיים ישירות; תהליכים המעכבות טרנספורמציה מבוקרת של moieties התורם או acceptor כדי ארכיטקטורות מורכבות יותר שבו multifunctionality ניתן לתפוס. בהתאם לכך, להבהרת שיטות שיטתיות חדשות עבור הדור לשליטה והמניפולציה של מולקולרי-בסיסחומרים ד עדיין מהווה אתגר משמעותי בתחומי מדע חומרים והנדסה מולקולרית, ואם מוצלח ללא ספק יובילו פונקציות חדשות ויישומים טכנולוגיים חדשניים. בהקשר זה, טכנולוגיות microfluidic לאחרונה שימשו לסנתז חומרים מולקולריים מבוססי בשל יכולתם לשלוט חום ומסה כמו גם את עוצמת התגובה דיפוזיה של חומרים כימיים במהלך תהליך סינתטי 11,12. במילות פשוטות, בתזרים רציף במספרים נמוכים ריינולדס ממשק יציב בין שניים או יותר זרמים מגיבים יכול להיות מושג, אשר פותח פתח להיווצרות אזור תגובה מבוקר היטב בתוך נתיב הזרימה, שבו הערבוב מתרחש רק באמצעות דיפוזיה 13-16. אכן, יש לנו העובדים בעבר תזרים למינרית למקם את המסלול הסינטטי של חומרים מולקולריים גבישים כגון פולימרי תיאום (CPS) בתוך ערוצי microfluidic 17. למרות מתודולוגיה זו הוכיחה gההבטחה reat במימוש ננו CP הרומן, שילוב ישיר של מבנים כאלה על גבי משטחים, כמו גם טיפול כימי נשלט לאחר היווצרותם טרם להתממש באתרו 18. כדי להתגבר על מגבלה זו, הראינו לאחרונה כי actuation של כלובי פנאומטי microfluidic (או שסתומים) המאוגדת מכשירים microfluidic דו שכבתי ניתן להשתמש ביתרון מבחינה זו. מאז עבודתו החלוצית של הקבוצה של Quake 19, שסתומים פנאומטיים microfluidic שימשו לעתים קרובות ללכידה תא בודד ובידוד 20, חקירות הפעילות האנזימטית 21, לכידה של כרכים נוזל קטן 22, לוקליזציה של חומרים תפקודיים על משטחים 23 וחלבון התגבשות 24. עם זאת, הראינו כי מכשירי microfluidic שכבה כפולה יכולים לשמש מלכודת, למקם ולשלב באתרו יצר מבנים להקריא רכיבים על משטחים 18. יתר על כן, יש לנו גם הוכיח כי ניתן להשתמש בטכנולוגיה כזו לבצע טיפולים כימיים נשלטו על מבנים לכודים, המאפשר הוא, &quot;החילופי ליגנד בסיוע microfluidic&quot; 18 ו סימום כימי מבוקר של גבישים אורגניים 18,25. בשני המקרים, CTCs יכול להיות מסונתז בתנאי microfluidic מבוקר, במחקר האחרון, multifunctionality יכול לתארו פיסה אותו החומר. בזאת, אנחנו מדגימים את הביצועים של מכשירי microfluidic שכבה כפולה אלה העסיקו תזרים עמוס צבע, ליצור ולשלוט במסלול התיאום של CP וכן הלוקליזציה שלה על פני השטח של ערוץ microfluidic ולבסוף להעריך נשלט טיפולים כימיים על על שבב מבנים לכודים.

<table><tbody><tr><td>מסכות סרט ברזולוציה גבוהה</td><td>Microlitho,</td><td></td> <td>בריטניה-תכונות עד 5 & #956; m</td></tr><tr><td>SU8 photoresist</td><td>MicroChem Corp., ארה"ב</td><td>SU8-3050-סיליקון</td><td></td></tr> <tr><td>פרוסות</td><td>סיליקון בע"מ, גרמניה</td><td>4 אינץ' פרוסות סיליקון</td><td>משטח קדמי: מלוטש, משטח אחורי: חרוט</td></tr><tr><td>סיליקון אלסטומר KIT (PDMS)</td> <td>דאו קורנינג, ארה"ב</td><td>Sylgard&reg; 184-Spinner</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Suiss MicroTech, גרמניה</td><td>דלתא 80 ספינר</td><td>-</td></tr><tr><td>UV-Optometer</td><td>Gigahertz-Optik Inc., ארה"ב</td><td>X1-1-Mask</td><td></td></tr> <tr><td>Aligner</td><td>Suiss MicroTech, גרמניה</td><td>Karl Suss MA/BA6&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>מפתח SU8</td><td>Micro resist technology GmbH, גרמניה</td><td>mr-Dev 600-Trimethylsilyl</td><td></td></tr> <tr><td>chloride&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich, שוויץ</td><td>386529</td><td>&ge; 97%, זהירות: טפל בו רק מתחת למכסה המנוע.</td></tr><tr><td>מנקב ביופסיה</td><td>Miltex GmBH, גרמניה</td><td>33-31AA-P/25</td><td>1 מ"מ</td></tr><tr><td>מנקב ביופסיה</td><td>Miltex GmBH, גרמניה</td><td>33-31A-P/25</td><td>1.5 מ"מ</td></tr><tr><td>כיסוי זכוכית</td><td>מנזל-גלזר, גרמניה</td><td>BB024040SC</td><td>24 מ"מ ופעמים; 60 מ"מ, #5</td></tr><tr><td>מעבדה לטיפול בקורונה</td><td>מוצרים אלקטרו-טכניים, ארה"ב</td><td>BD-20ACV&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>צינורות PTFE</td><td>PKM SA, שוויץ</td><td>AWG-TFS-XXX</td><td>AWG 20TFS, גליל של 100&nbsp; m</td></tr><tr><td>צינורות גומי סיליקון</td><td>מוצרי Hi-Tek, UK-1</td><td></td> <td>מ"מ תעודת זהות</td></tr><tr><td>neMESYS משאבות מזרק</td><td>Cetoni GmbH, גרמניה</td><td>לחץ נמוך (290N)</td><td>-</td></tr><tr><td>מצלמה ברזולוציה גבוהה</td><td>Zeiss, גרמניה</td><td>Axiocam MRc</td><td></td></tr> <tr><td>5-מיקרוסקופ הפוך פלואורסצנטי</td><td>Zeiss, גרמניה</td><td>Axio Observer A1</td><td>ניתן להפעלה בשני אורכי גל, כלומר, 350 ננומטר ו-488 ננומטר</td></tr> חלקיקי <tr><td>פלואורסצנט פוליסטירן ירוק</td><td>פישר סיינטיפיק, שוויץ</td><td>גודל 11523363</td><td>: 5.0 & #956; m, תכולה מוצקה: 1%</td></tr> <tr><td>כסף חנקתי (AgNO3)</td><td>Sigma-Aldrich, שוויץ</td><td>209139</td><td>&ge; 99.0%</td></tr> <tr><td>L-ציסטאין (Cys)</td><td>Sigma-Aldrich, שוויץ</td><td>W326305</td><td>&ge; 97.0%</td></tr> <tr><td>כלי שקילה חד פעמי</td><td>סיגמא-אולדריץ', שוויץ</td><td>Z154881</td><td>ליטר וזמנים; W & Times; גובה : 86&nbsp; מ"מ וזמנים; 86&nbsp; מ"מ וזמנים; 25&nbsp; מ"מ</td></tr><tr><td>כלי שקילה חד פעמי</td><td>סיגמא-אולדריץ', שוויץ</td><td>Z708593</td><td>משושה, גודל XL</td></tr><tr><td>מרית פלסטיק</td><td>סמדני, שוויץ</td><td>3340</td><td>ליטר ופעמים; רוחב : 135 מ"מ x 14 מ"מ</td></tr><tr><td>צבע, Bemacron ROT E-G</td><td>Bezema, שוויץ</td><td>BZ 911.231</td><td></td></tr><tr><td>סטריאומיקרוסקופ</td> אדום <td>Wild Heerbrugg, שוויץ</td><td>Wild M8</td><td>הגדלה פי 500</td></tr><tr><td>אזמל חד פעמי</td><td>B. Braun, שוויץ</td><td>233-5320</td><td>Nr. 20</td></tr><tr><td>L-חומצה אסקורבית</td><td>Sigma-Aldrich, שוויץ</td><td>A4403</td><td>-</td></tr></tbody></table>

כלובי פניאומטיים microfluidic: גישה חדשנית עבור in-שבב קריסטל שמן, מניפולצית טיפול כימי מבוקרת

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

לוקליזציה מדויקת וטיפול כימי מבוקר במבנים על פני השטח הם אתגרים משמעותיים לטכנולוגיות מעבדה נפוצות. כאן, אנו מציגים טכנולוגיה מבוססת מיקרופלואידית, המשתמשת במכשיר מיקרופלואידית דו-שכבתי, שיכול ללכוד ולמקם מבנים מסונתזים באתרם ומחוץ לאתרם על משטחי תעלה מיקרופלואידיים. באופן מכריע, אנו מראים כיצד ניתן להשתמש במכשיר כזה לביצוע תגובות כימיות מבוקרות על מבנים לכודים על השבב ואנו מדגימים כיצד ניתן לשנות במדויק את המסלול הסינתטי של חומר מולקולרי גבישי ואת מיקומו בתוך תעלה מיקרופלואידית באמצעות טכנולוגיה זו. גישה זו מספקת הזדמנויות חדשות להרכבה מבוקרת של מבנים על פני השטח ולטיפול בהם לאחר מכן.

מכשירי microfluidic כפול השכבה מורכבות משני שבבי microfluidic מלוכדים אשר מאוגדים PDMS כפי שמוצגים באיור 1. הרובד הראשון, שהוא בעת ובעונה האחת קשורה משטח, משמש לזרום נוזלים (שכבת נוזל), בעוד השכבה השנייה, אשר הוא ערובה ישירות על שכבת PDMS הראשונה, משמש לזרום גז (השכבה מלאה). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54193/54193fig1.jpg" /> איור 1. המכשיר microfluidic שכבה כפולה. (א) איור סכמטי ו- (ב) מיקרוסקופ של המכשיר microfluidic שכבה כפולה בשימוש בחקירות שלנו. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54193/54193fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> הזרקה של גז דרך תעלותשכבת השליטה סוחטת את שכבת הנוזל לכיוון (איור 2 א ו תרשים 2B) פן, המאפשרת לכידה ולוקליזציה של מבנים על פני שטח ערוץ microfluidic. להפעלה ללא קרום PDMS יכול לשמש כדי ליצור כלובים פנאומטי ו / או שסתומי מיקרו הנשלטות על ידי בקר פנאומטי. כמודלי מופת של actuation קרום, אנו מראים כיצד הסטייה המוחלטת של שכבת הנוזל תמנע זרימת צבען עמוס לזרום מתחת השסתום לאחר actuation שלה (איור 2 ג) ו הלכידה של microparticles ניאון על משטח microchannel (איור 2 ד ו 2E) . <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54193/54193fig2.jpg" /> איור 2. להפעלה ללא ממברנה ולכידה של מבנים. (א) צד ו- (ב) איורי מבט מלמעלה מראים את מכשיר microfluidic השכבה הכפולה להיותקדמי (למעלה) ואחרי (למטה) actuation של שסתום פנאומטי. (C) micrographs של מכשיר microfluidic שכבה כפולה לפני (למעלה) ואחרי הסחיטה של שכבת הנוזל (למטה). בשנת הפאנל התחתון, בשכבת נוזל מלא בתמיסה מימית של צבע rhodamine עבור תפיסה טובה יותר של actuation הממברנה. (ד) micrographs-שדה המואר של מכשיר microfluidic שכבה כפולה לפני (למעלה) ואחרי (למטה) actuation של השסתום עם חלקיקי פלורסנט קלקר המכיל בתמיסה מימית זורמים (10 wt.%). (ה) תמונות פלורסנט של תמונות מיקרוסקופ האופטיות שמוצגות ד <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54193/54193fig2large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> איור 3 א ממחיש את הלכידה של באתרו שנוצרה מחסומים בתוך מכשיר microfluidic שכבה כפולה באמצעות actuatיון של כלוב פנאומטי. שים לב כי קיים מסלול תיאום חדש נוצר לאחר actuation של השסתום הראשון. Actuation שסתום מבטיח ההשמנה של CP Ag (I) Cys שנוצר על הממשק של שני הזרמים מגיבים ומקל על הקמת מסלול תיאום חדש (איור 3 א). אפיון כימי מפורט של CP Ag (I) Cys שנוצר על הממשק של שני הזרמים המגיבים ניתן למצוא במחקרים קודמים 17,18. בנוסף, ואחרי הסרת עודפי ריאגנטים פתרונות עם זרימה של מים טהורים (איור 3 ב), פתרון חומצה אסקורבית רווי באתנול ניתן להוסיף את ערוץ microfluidic עבור הפחתה כימית מבוקרת של מבנים לכודים על-שבב (איור 3 ג). הפחתת הלחץ שסתום בין 3 ברים עד תיבה 1 גורסים שצריך טיפול כימי מבוקרת של CP Ag (I) לכודים Cys מתחת לאזור הידק 18. שינוי הצבע של לכודים Ag (I) Cys המחסומים עד חום כהה הואttributed להפחתת כסף חד ערכי אל המתכת, בהסכמה עם תצפיות קודמות 18,29. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54193/54193fig3.jpg" /> איור 3. השמנה של Ag (I) Cys מחסומי והפחתה כימית מבוקרת. (א) תמונת מיקרוסקופ אופטית מראה את הלכידה של באתרו synthetized Ag (I) Cys CP ויצירת מסלול תיאום חדש. (ב) מיקרוסקופ של מחסומים לכודים מתחת לאזור הדק לאחר הסרת פתרונות ריאגנטים עודפים עם זרימת מים, וב (C), מיקרוסקופ של אותו שסתום מייקרו לאחר תהליך צמצום התגובה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54193/54193fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.</a>

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

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

המטרה הכוללת של גישה זו היא להדגים את הפוטנציאל של התקן זה ללכידה, להכוונת נתיב הקואורדינציה של חומר מולקולרי גבישי ולשליטה בתגובות כימיות על גבי מבנים הלכודים על השבב. שיטה זו יכולה לסייע במתן תשובות לשאלות מפתח בתחום מדעי החומרים, כגון השפעת טיפולים כימיים מבוקרים על תכונותיהם של מבנים המורכבים באופן עצמי. וחשוב להדגיש כי מספר הטכנולוגיות המאפשרות טיפול כימי מבוקר תחת תנאים דינמיים הוא מוגבל מאוד כיום, מה שהופך גישה זו לאטרקטיבית מאוד בתחומים הקשורים לחומרים.ראשית, הכינו תבנית מאסטר מסילנזת באמצעות פוטוליתוגרפיה של SU8. חלקיק הלכלוך (fouling particle) רגיש במיוחד הן לזמן והן לטמפרטורה. כל אי-עמידה במסגרת הזמן ובטמפרטורה המתוארות עלולה להוביל לייצור של התקן שאינו מודבק, ולכן אינו תפקודי.הכינו את תערובת ה-PDMS על ידי שילוב של 50 גרם מהאלסטומר ו-10 גרם מחומר ההקשיה בתוך כלי שקילה חד-פעמי. ערבבו את הרכיבים באופן מלא בעזרת שפכטל פלסטיק. לאחר מכן, הכניסו את ה-PDMS המעורבב היטב למייבש (desiccator) תחת ואקום למשך 15 דקות כדי לבצע ניקוי גזים (degassing) מהתערובת ולהוציא בועות כלואות.בעוד שהסדרה הראשונה של ה-PDMS עוברת תהליך של הוצאת גזים (degassing), ערבב סדרה שנייה באמצעות 10 גרם של אלסטומר ו-0.5 גרם של חומר המקשה. לאחר מכן, קבע את תבנית המאסטר המכילה את שכבת הביקורת לתוך מסגרת PTFE עגולה בקוטר 11 מילימטר. ברגע שתערובת ה-PDMS ביחס של חמישה לאחד תסיים את תהליך הוצאת הגזים, הוצא אותה מתא הוואקום.כעת, שפכו את תערובת ה-PDMS ביחס של חמישה לאחד על תבנית המאסטר של שכבת הבקרה, עד שהתערובת תגיע לגובה הדופן האנכית הישרה של מסגרת ה-PTFE. לאחר מכן, הניחו אותה בתוך הדסיקטור. במקביל, הניחו גם את תערובת ה-PDMS ביחס של 20 לאחד בתוך הדסיקטור ושאיש שוב את האוויר ליצירת ואקום.בצעו דגס (Degas) הן לתבנית המאסטר המצופה והן לתמיסת ה-PDMS ביחס של 20 ל-1 למשך 30 דקות נוספות. לאחר מכן, הוציאו את שניהם מהדסיקטור והניחו את תבנית המאסטר של שכבת הבקרה בתנור שחומם מראש ל-80 °C. בזמן ששכבת הבקרה נאפית, הניחו את תבנית המאסטר עבור השכבה הפלואידית על מכשיר spin coater.שפכו כ-4 milliliters מהתערובת של PDMS ביחס של 20 ל-1 על התבנית הראשית עבור השכבה הפלואידית, ובצעו spin coat לווייפר למשך 40 שניות ב-1200 rpms כדי להשיג שכבה בעובי של 60 micrometers. לאחר זמן כולל של שעה אחת, פתחו את התנור, הניחו את הווייפר שעבר spin coat לצד שכבת הבקרה ואפו אותם יחד למשך 15 דקות נוספות ב-80 degrees Celsius. לאחר מכן, לאחר זמן כולל של 75 דקות, הוציאו את שני הווייפרים מהתנור.ראשית, קלפו את תערובת ה-PDMS ביחס של חמישה לאחד עבור שכבת הביקורת. גזרו את השבבים באמצעות סכין גילוח. ולאחר מכן, נקבו את החורים עבור הכניסות באמצעות מחסן ביופסיה של 1 mm.בשלב הבא, השתמשו בסרט דביק כדי להסיר שאריות מהשבבים החתוכים של שכבת הבקרה. לאחר שהשבבים נקיים, השתמשו במיקרוסקופ סטריאוסקופי כדי ליישר את שבב שכבת הבקרה מעל לתבנית המאסטר של השכבה הפלואידית. לאחר מכן, שפכו ומשכו את שאריות ה-PDMS מסביב לשבבים המורכבים.הנח את כל המערך בתנור בטמפרטורה של 80 °C. אפה את ההתקנים המורכבים למשך הלילה. למחרת, הוצא את המכלול שהתקשה מהתנור והשאר אותו להתקרר לטמפרטורת החדר.לאחר מכן, קלפו את מכלול ה-PDMS מתבנית המאסטר של השכבה הפלואידית. לאחר השחרור מתבנית המאסטר, חתכו את המכשירים בעלי השכבה הכפולה שיוצרו בעזרת להב, והשתמשו במנקב ביופסיה של 1.5 millimeter כדי ליצור את פתחי הכניסה והיציאה הפלואידיים. לאחר מכן, טפלו בכיסויי זכוכית ובשכבה הפלואידית של המכשיר המורכב באמצעות פריקת קורונה למשך דקה אחת או השתמשו בפלסמת חמצן, ובסぐו הדביקו את שני המשטחים זה לזה כדי להשלים את המכשיר המיקרופלואידי.אפו את השבבים בעלי השכבה הכפולה המחוברים יחדיו בתנור בטמפרטורה של 70 עד 80 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות לפחות. כדי לשלוט במשטר הזרימה באמצעות משאבת מזרקים ובקר פניאומטי, חברו תחילה את המזרקים, שהוטענו מראש והוצבו במשאבת מזרקים, אל כניסות הנוזלים של המכשיר המיקרופלואידי, ואת המערכת של הבקר הפניאומטי אל כניסות הבקרה של המכשיר המיקרופלואידי. כדי להמחיש את הזרימה, טענו את אחד המזרקים בצבע מימי והזרימו אותו אל התא בקצב זרימה של 20 microliters לדקה.לאחר מכן, השתמש במערכת הבקרה הפניאומטית כדי לסגור את השסתום על ידי הפעלתו בלחץ של three bar. חשוב לציין כי נוזל עדיין יכול לזרום מסביב לשסתום לאחר סגירתו, ומאפיין זה חשוב להשגת טיפול כימי מבוקר של מבנה לכוד, כגון פולימרים קואורדינציוניים. כדי לפתוח את השסתום, פשוט השתמש במערכת הבקרה לשחרור הלחץ.בעוד תמיסת התבנית זורמת בערוץ הראשון, הזריקו נוזל מימי נוסף לערוץ הכניסה השני באותו קצב זרימה כדי ליצור ממשק בין שתי הזרימות המימיות. לאחר מכן, סגרו את השסתום על ידי הפעלתו בלחץ של three bar. הפעלת השסתום במהלך זרימה כפולה משנה את הממשק של שתי הזרימות המימיות.שנה כעת את קצבי זרימת הנוזלים של שתי המזרקים ל-30 microliters per minute ו-10 microliters per minute בהתאמה, כדי להסיט את הממשק בין שני הנוזלים. כדי להמחיש את יכולתו של השסתום ללכוד מיקרו-חלקיקים, הכן תחילה תמיסה מימית המכילה 10% מיקרו-חלקיקי פוליסטירן פלואורסצנטיים לפי משקל. הכנס את הנוזל המכיל את החלקיקים לשני ערוצי הכניסה בקצב זרימה כולל של 20 microliters per minute.המתינו שתי דקות עד שיתבסס זרימה יציבה. לאחר מכן, עוררו את החרוצים הפלואורסצנטיים באמצעות מקור באורך גל של 488 nanometers כדי להשיג את התצפית הטובה ביותר על החרוצים. כשאתם מוכנים, הפעילו את השסתום בלחץ של three bar כדי לסגור אותו.דמיינו את אזור השסתום כדי לראות מספר חלקיקים הלכודים מתחת לשסתום וממוקמים על פני השטח בזמן שהזרימה נשמרת. הזרקה של גז דרך תעלות בשכבת הבקרה דוחפת את שכבת הנוזל לעבר פני השטח. ניתן להשתמש בכך כדי להסיט נוזלים מסביב לאזור הנשלט על ידי המפעיל, המסומן כאן על ידי היעדרו של צבע rhodamine.ניתן להשתמש במפעילים פנאומטיים אלו גם כדי ללכוד חלקיקים או תאים, כגון מיקרו-חלקיקים פלואורסצנטיים אלו שנלכדו על פני השטח של המיקרו-ערוץ. תכונה נוספת של התקן זה היא יכולתו ללכוד פולימרים קואורדינציוניים שנוצרו ב-NC2 באמצעות הפעלת הכלוב הפנאומטי. עבור מערך זה נעשה שימוש בשני זרימות של ריאגנטים, ותגובה כימית מבוקרת מתרחשת בממשק שבין שני הנוזלים בזרימה למינרית.לאחר לכידתם, ניתן לטפל בכימיקלים של הפולימרים הקואורדינציוניים באופן מבוקר באמצעות שסתומים פנאומטיים. אם אתם צופים בסרטון זה, עליכם להיות בעלי הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן לייצר ביעילות התקן מיקרופלואידי דו-שכבתי, שבו ניתן להשתמש לביצוע תגובות כימיות מבוקרות על מבני צינורות שונים. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב להיצמד למסגרת הזמן ולטמפרטורה המדווחות בפרוטוקול הנוכחי.אחרת, המאמץ עלול להוביל לייצור של התקנים שאינם מחוברים או פגומים, ולפיכך אינם פונקציונליים. לאחר פיתוחה, סללה טכניקה זו את הדרך עבור חוקרים בתחום מדע החומרים לחקור סוגים שונים של טיפולים כימיים מבוקרים בתוך צינור בדיוק גבוה, תוך שימוש בפלטפורמה מיקרופלואידית דו-שכבתית.

microfluidic-pneumatic-cages-novel-approach-for-chip-crystal-trapping

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

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

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

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

מכשירי Millifluidic מנוצלים לסינתזה מבוקרת של ננו, ניתוח של מנגנוני תגובה וזרימת קטליזה המתמשכת זמן נפתר.

Millifluidics לסינתזה כימית וזמן נפתר מכניסטית לימודים

אנו מציגים שיטה לקיבוע מהיר, הפיך של מולקולות קטנות והרכבות nanoparticle פונקציונליות ללימודי Surface Plasmon התהודה (SPR), תוך שימוש רציף לכידת הכימיה cycloaddition bioorthogonal ונוגדן אנטיגן על השבב.

Microfluidic תגובת Capture-חיי בן אשר על השבב כדי לשתק הפיך מולקולות קטנות או מבני Multi-רכיב עבור יישומי Biosensor

פרוטוקול זה מתאר ארכיטקטורת מערכת לביצוע הפרדות חלקיקים אוטומטיות בנפח קטן (0.15-1.5 מ"ל) באמצעות מכשיר מיקרופלואידי, ודן בשיטות לייעול הביצועים והתפעול של מכשיר אקוסטופלואידי.

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

פרוטוקול זה מתאר בפירוט כיצד לפברק ופועלים microfluidic התקנים עבור איסוף נתונים של קרני רנטגן בטמפרטורת החדר. בנוסף, הוא מתאר כיצד לפקח התגבשות חלבונים על ידי פיזור אור דינאמי וקיבלתי כיצד לעבד ולנתח נתונים עקיפה.

Microfluidic שבבים עבור בחיי עיר קריסטל רנטגן עקיפה ו בחיי עיר פיזור אור דינאמי עבור קריסטלוגרפיה טורי

נייר זה מפרט את פרוטוקול הייצור של שבבים מיקרופלואידיים שפותחו להתגבשות  חלבונים על שבב בשיטת הדיאליזה ובניסויי עקיפת קרני רנטגן. תהליך microfabrication מאפשר לשלב קרום דיאליזה תאית מתחדשת למחצה עם כל משקל מולקולרי מנותק, בין שתי שכבות של השבב.

התגבשות חלבונים על שבב על ידי מיקרודיאליזה עבור In Situ רנטגן עקיפה מחקרים

הפרוטוקול הנוכחי מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית פנאומטית שיכולה לשמש לריכוז יעיל של מיקרו-חלקיקים.

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

Microfluidics הוא כלי רב עוצמה לפיתוח בדיקות אבחון. עם זאת, ציוד וחומרים יקרים, כמו גם טכניקות ייצור וטיפול מייגע, נדרשים לעתים קרובות. כאן אנו מפרטים את פרוטוקול הייצור של התקן מיקרופלואידי אקרילי עבור אימונו-אנליזות מגנטיות מבוססות מיקרו וננו-חלקיקים בסביבה זולה ופשוטה לשימוש.

מיקרומילינג בקרה נומרי ממוחשב של מכשיר אקרילי מיקרופלואידי עם הגבלה מדורגת עבור בדיקות חיסוניות מבוססות ננו-חלקיקים מגנטיים

הפרוטוקול הנוכחי מתאר התגבשות של גבישי קרח מיקרוסקופיים והידרטים של קלתראט בהתקנים מיקרופלואידיים, מה שמאפשר חילופי נוזלים סביב הגבישים שנוצרו. זה מספק אפשרויות שאין שני להן לבחון את תהליך ההתגבשות ומנגנוני הקשירה של המעכבים.

גישה מיקרופלואידית לחקר התגבשות קרח וקלתראט הידרט

למד לייצר מכשיר מיקרו-זרימה דו-שכבתי מ-PDMS ללכידת חומרים מולקולריים קריסטליים ושליטה בתגובות כימיות על השבב. שיטה זו מאפשרת טיפול כימי מבוקר בתנאים דינמיים למחקר מדעי החומרים.

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

גלה סרטונים נוספים