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

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר ולהפעיל מכשיר מיקרופלואידי, להתגבשות חלבונים, איסוף נתוני עקיפה של קרני רנטגן בטמפרטורת החדר. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהתגבשות בתוך השבב ממזערת את ההפרעה המכנית של גבישי החלבון. שבבי רנטגן שקופים אלה קלים לייצור, ניתן להרכיב אותם ישירות על גוניומטרים של רוב קווי האלומה של הסינכרוטרון, ועושים שימוש יעיל בגבישים הזמינים בעת איסוף נתוני עקיפה של קרני רנטגן.

ראשית, הניחו תבנית מאסטר בעיצוב שבב רנטגן בצלחת פטרי בגודל 10 סנטימטר מרופדת בנייר אלומיניום. מערבבים יחד כ-30 גרם בסך הכל של בסיס PDMS וחומר ריפוי ביחס של 10 לאחד, ויוצקים את ה-PDMS על המאסטר לגובה של ארבעה מילימטרים. הסר את ה-PDMS במייבש ואקום למשך חמש דקות, ונשף אוויר כדי להסיר בועות אוויר שנותרו על פני ה-PDMS.

מרפאים את ה-PDMS בתנור בחום של 70 מעלות צלזיוס למשך שעה. לאחר מכן, מקלפים בעדינות את תבנית ה- PDMS המתרפאת מהמאסטר. השתמש באזמל כדי לחתוך את עודפי ה-PDMS.

לפני ייצור שבבי רנטגן, ודא שסביבת העבודה מסודרת כך שתאפשר גישה נוחה לכל הציוד והרכיבים הדרושים במהלך יציקת תבנית אפוקסי. כדי להתחיל בייצור השבבים, יש לדלל את הקודמים של שרף אפוקסי דו-רכיבי באתנול לריכוז מסת אתנול סופי של 40% לפי משקל. בעזרת מערבל מערבולת מערבבים שרף אפוקסי ואתנול יחד.

הסר את תבנית ה-PDMS במייבש ואקום למשך 30 דקות כדי להבטיח שה-PDMS יוכל לספוג מאוחר יותר בועות אוויר קטנות משרף האפוקסי. חותכים חתיכה בגודל 70 מילימטר על 70 מילימטר של רדיד פולימיד בעובי 7.5 מיקרון, ועוטפים את נייר הכסף סביב מגלשת זכוכית בגודל 75 מילימטר על 50 מילימטר. הדביקו את שולי נייר הכסף לחלק האחורי של השקופית ליצירת משטח פולימיד שטוח וקשיח.

טפל בנייר הפולימיד עם גב השקופית עם פלזמת חמצן למשך 20 שניות. לאחר מכן, דגרו את נייר הכסף בתמיסה מימית של 1% בנפח של APTS או GPTS למשך חמש דקות בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס. במהלך הסילניזציה, מערבבים היטב את תמיסות מבשר שרף האפוקסי בעזרת מרית קטנה.

העבר את תבנית ה-PDMS המנוטרלת ממייבש הוואקום למשטח ישר. יבש את רדיד הפולימיד הסילאני עם אוויר בלחץ או גז חנקן. מרחו במהירות טיפה מתערובת השרף על כל מיקרו-מבנה על התבנית.

הנח את רדיד הפולימיד עם גב השקופית עם הפנים כלפי מטה על שרף האפוקסי, ולחץ בחוזקה כלפי מטה על השקופית. מכסים את המכלול בנייר כסף ויריעת מתכת. הנח משקולות על יריעת המתכת כדי להפעיל לחץ של עד 1.4 ניוטון לסמ"ר על המכלול.

לאחר 15 דקות, הפרד בעדינות את שקופית הזכוכית מנייר הפולימיד בדוגמת אפוקסי, ונגב את נייר הפולימיד עד לייבוש. הניחו נייר כסף, יריעת מתכת ומשקולות בחזרה למעלה. הניחו לאפוקסי להתרפא בטמפרטורת החדר למשך שעה.

לאחר מכן, הסר את המשקולות, את יריעת המתכת ואת נייר הכסף. מקלפים בעדינות את רדיד הפולימיד המעוצב מתבנית ה-PDMS. פלזמה מטפלת בנייר הכסף המעוצב למשך 20 שניות, ומסננת את נייר הכסף המעוצב עם APTS או GPTS, כפי שתואר קודם לכן.

סילן רדיד פולימיד בתולי עם תמיסת הסילאן האחרת באותם תנאים. יבש את שני נייר הכסף באוויר בלחץ. לאחר מכן, מרחו טיפת מים נטולי יונים על משטח נקי, יבש ושטוח.

חותכים מבני שבב בודדים על נייר כסף פולימיד, ומניחים את צד האפוקסי המעוצב של רדיד פולימיד כלפי מעלה על טיפת מים, ומחליקים בזהירות את נייר הכסף עד שהוא שטוח לחלוטין. הנח את נייר הכסף הפולימיד השני על נייר הכסף המעוצב כשהפנים הסילניות כלפי מטה. החלק בעדינות ביד את נייר הכסף השני מפינה לפינה הנגדית כדי להוציא בועות אוויר ולחבר את יריעות הפולימיד יחד.

כדי להתחיל לייצר את יציאות הגישה, חתוך מלוח PDMS נרפא של ארבעה מילימטרים, בלוק בגודל מספיק כדי לכסות את כל היציאות בשבב רנטגן פולימיד מבלי לכסות את תא ההתגבשות. פלזמה מטפלת, מסלקת ומייבשת את שבב הפולימיד ואת בלוק ה-PDMS. לחץ את הבלוק המטופל על השבב מעל היציאות.

מכסים את השבב בנייר כסף, שקופית זכוכית נקייה ויריעת מתכת. הפעל לחץ של 1.4 ניוטון לסנטימטר מרובע למשך שעה. לאחר מכן, השתמש באגרוף ביופסיה של 0.75 מילימטר כדי לנקב חורי כניסה ויציאה היכן שמסומנים בעיצוב השבב.

אטום את החלק האחורי של השבב בעזרת סרט בידוד חשמלי מסרט פולימיד. לאחר מכן, יש לדלל תמיסת מלאי של 9% לפי משקל של חומר ציפוי פלואורופולימר שקוף ל-0.45% לפי משקל עם ממס פלואור. חבר מחט בגודל 27 אינץ' למזרק.

התקן צינורות פוליטטרפלואורואתילן מעל קצה המחט. טען את תמיסת הפלואורופולימר למזרק נעילת Luer בנפח מיליליטר אחד. חבר את הקצה השני של הצינור לשקע שבב הרנטגן.

הזריק את תמיסת הפלואורופולימר לתוך השבב עד למילוי כל התעלות, והסר תמיסת פלואורופולימר מוגזמת באמצעות מזרק מלא באוויר. הניחו את השבב המלא כשהצד השטוח כלפי מטה על פלטה בחום של 190 מעלות צלזיוס. מחממים את השבב למשך חמש דקות כדי לאדות את הממס, ובכך מצפים את התעלות בפלואורופולימר.

לפני הליך ההתגבשות, יש לסנן את תמיסת החלבון הנבחרת עם מסנן 0.2 מיקרון. צנטריפוגה של התמיסה למשך 15 דקות בטמפרטורה של 16, 100 פעמים גרם ו-20 מעלות צלזיוס, ושחזור הסופרנטנט לניסויי ההתגבשות. כדי להתחיל בהליך ההתגבשות, שלב נפחים שווים של תמיסת חלבון והמשקעים שלה.

שואבים כ -20 מיקרוליטר מתערובת זו למזרק. השתמש במחט בגודל 27 אינץ' ובצינור PTFE כדי לחבר את המזרק לכניסה של שבב הרנטגן. חבר מזרק שמן מופלר לשקע באותו אופן.

תוך כדי ניטור השבב במיקרוסקופ, מלאו את תמיסת ההתגבשות דרך הכניסה לשבב עם הפריסה המקבילה. הזרקו מספיק שמן פלואור כדי להפריד את תאי ההתגבשות בשבב. לאחר מכן, חסום את יציאות הכניסה והיציאה באמצעות מהדקי נייר או תקעים צרים אחרים.

אחסן את השבב בתנאי ההתגבשות המתאימים. כעת ניתן לצפות בהיווצרות הגביש במיקרוסקופ או על ידי מדידות פיזור אור דינמיות. כאשר הוא מוכן לאיסוף נתונים, השתמש בסרט דו צדדי כדי לקבע את שבב הרנטגן למתאם מודפס בתלת מימד עבור הגוניומטר של הצלחת.

התקן את מתאם השבב על הגוניומטר של הצלחת בקו האלומה של הסינכרוטרון. אסוף ונתח את נתוני העקיפה. מיקרוסקופ שדה בהיר שימש לכימות קצב האידוי של מים מתאי ההתגבשות של שבב רדיד הפולימיד.

פיזור אור דינמי יכול לזהות את הגרעין הראשוני של גבישי תאומטין בשבב PDMS על שקופית זכוכית עם גיאומטריה שוות ערך, מה שמאפשר אופטימיזציה של תנאי ההתגבשות. 10 דפוסי עקיפה נאספו מכל אחד מ-83 גבישי תאומטין שגדלו בשבב פולימיד עם סיבוב של מעלה אחת במהלך כל מסגרת. מערך הנתונים פוצל לחמישה מערכי משנה לפי מסגרת, ולאחר מכן הוערכה דעיכת העוצמה של כוח העקיפה המנורמל לאורך זמן.

עד מערך הנתונים הרביעי, עוצמת העקיפה ירדה מתחת ל-50%ערכי גורם ה-R המדידה של מערכי המשנה גדלו עם הזמן, מה שמצביע על כך שהגבישים סבלו מנזקי קרינה במהלך איסוף הנתונים. זה יוחס לרדיקלים חופשיים שנוצרו במהלך חשיפה לקרני רנטגן ופגעו בגבישים שכנים באותו תא. לגבישי התאומטין הדו-פירמידליים הייתה התפלגות רחבה של כיוונים בשבב הרנטגן.

גבישי איזומראז גלוקוז אורתורומבי הראו גם התפלגות רחבה של כיוונים כאשר גדלו בשבב פולימיד. עם זאת, לגבישי תיורדוקסין היו בעיקר כיוונים במישורי xy, xz ו-yz, אולי בשל צורתם המוארכת. באופן כללי, שבבים אלה חזקים מאוד ובעלי רקע רנטגן נמוך.

זה הופך את שיטת הייצור הזו למתאימה לטכניקות הדמיית רנטגן אחרות, כגון פיזור קרני רנטגן בזווית קטנה. ניתן להתאים הליך זה בקלות כך שיתאים לצרכי הניסוי שלך. לדוגמה, ניתן לשנות את עיצוב השבב על ידי התאמת הממדים של התאים הבודדים או המספר הכולל של תאים לכל שבב.

התמקדות מיוחדת עבורנו הייתה להנדס זרימת עבודה שאינה דורשת ציוד עתיר עלות, כמו כלים מיוחדים או משאבות מיקרופלואידיות. לאחר צפייה בסרטון זה וקריאת כתב היד, אתם אמורים להבין היטב כיצד להתגבש בשבב, לעקוב אחר תהליך ההתגבשות ולהקליט ולנתח נתוני עקיפה בגישת השבב. לאחר השליטה, טכניקה זו מאפשרת ייצור אצווה של שבבים מיקרופלואידיים ממאסטר PDMS תוך כשלוש שעות ללא צורך בחדר נקי ייעודי.