Name: דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: למד לייצר שבב מיקרו-זורם דו-תלת-ממדי ליצירת טיפות PGD טהורות. שיטה זו מספקת הבנה מעמיקה של תהליכי היווצרות טיפות במיקרו-זורמים ליישומים ביוכימיים.

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 מחקר בסיסי שנג'ן מימון (מענק מס ' JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665, JCYJ20160317152359560). המחברים רוצה להודות פרופסור י' חן שנג'ן מכונים מתקדמים הטכנולוגי, האקדמיה הסינית למדעים לתומכים.

1. עובש ייצור
<ol><li>עיצוב photomasks שני באמצעות תוכנת הציור. לתאר את קווי המתאר של המבנה microchannel להשתמש בשתי שכבות נפרדות עבור מסכת 1 ו- 2 באותו קובץ הציור, אז להבטיח כל החיבורים בין ערוצים שונים. הדפס שכבות שונות באופן עצמאי כדי כרום צלחת על הזכוכית על ידי ספק עם רזולוציה 1 מיקרומטר. ודא photomasks כהה עם מבנים מעוצב שקוף, כמו קוטביות שלילית. הערה: המסכה 1 מכיל את הערוץ כניסת מפוזר שלב דרך פתח בגוף. המסכה 2 כוללת את הערוץ כניסת פאזה רציפה, המסנן לשקע.</li>
	<li>במעבדה פוטוליתוגרפיה המיועד, לנקות רקיק סיליקון בקוטר 3 אינץ. למקם את לחם הקודש על coater ספין, את הריב להצמיד כשהפחד לצ'אק הספין. ספין-קואט 2-3 מ של סו-8 2025 photoresist שלילי על גבי כשהפחד 10 s ב 1,000 סל ד, אז 30 s ב-3000 סל ד, המספקת את עובי השכבה הראשונה של 20 מיקרומטר.</li>
	<li>אופים רך על פלטה 95 מעלות צלזיוס במשך 6 דקות. לאחר וופל מצופה מתקרר לטמפרטורת החדר (RT), לחשוף אותם דרך המסכה 1 תחת מקבילות 15 mW/cm2, 365 nm של UV על ס' 18 לאחר חשיפה, לאפות על גזייה 95 מעלות צלזיוס במשך 6 דקות, ולאחר מכן לאפשר כשהפחד להצטנן עד RT.</li>
	<li>חזור על תהליך ציפוי ספין. החל מ ל 2-3 של 2100 SU-8 photoresist שלילי על גבי כשהפחד 10 s ב 1,000 סל ד, אז 30 s ב 2000 סל ד, המספקת את עובי השכבה השנייה של מיקרומטר 130. לאחר האפייה רך על גזייה 95 מעלות צלזיוס במשך 35 דקות, מניחים את המסכה 2 photoresist השכבה השנייה לחשוף ב-30 s, אשר היה מיושר עם השכבה ערוץ שלב התפזרו על ידי aligner UV. לאחר חשיפה, אופים על פלטה 95 מעלות צלזיוס במשך 7 דקות.</li>
	<li>לפתח את לחם הקודש על ידי הטבעית בתוך אמבט מנוער של 50 מ של פרופילן גליקול מתיל אתר אצטט עד תכונות ברור על כשהפחד ולאחר מכן לשטוף אותו עם אתיל אלכוהול. לבסוף, במקום את לחם הקודש על פלטפורמת תרמוסטטי לאפיית קשה כבר שעתיים.</li>
</ol>2. למחצה 3D מיקוד זרימת Microfluidic שבב פבריקציה נוספת
<ol><li>PDMS מיקס מונומר והסוכן ריפוי שלה על יחס משקל שונה במקצת העליון ואת הרבדים התחתון, בדרך כלל 10:1 על השכבה העליונה, ו- 8:1 השכבה התחתונה, באמצעות משחה אוטומטי מסית במשך 4 דקות. הערה: הלוחות PDMS העליון והתחתון מוכנים על יחס שונה במקצת (10:1 ל- 8:1 בהתאמה) של בסיס PDMS לסוכן ריפוי, שיפור החוזק מליטה. כאשר 5:1 יחס נבחר לשכבה התחתונה, המתים במצב של PDMS התחתון מקשה יישור והקטנת מליטה כוח בשל חוסר גמישות. בנוסף, העובי של לוח PDMS התחתון הוא בערך 1 מ בהתאמת המרחק עבודה של מיקרוסקופ. השבב מתעוות בקלות תחת לחץ גבוה כאשר 15:1 יחס נבחר.</li>
	<li>שופכים את התערובת לתבנית סיליקון שהושלמו בצלוחית 90-מ מ ולספק עובי של 2 ~ 3 מ"מ. למקם אותו בתוך תא ואקום, דגה עד נעלמים כל בועות האוויר. לרפא ב 80 ° C לשעה בתנור.</li>
	<li>אפשר את PDMS להתקרר לשימוש RT. אזמל כדי לחתוך את המכשיר לפחות 3 מ מ מן התכונות, לאט קילוף השכבה PDMS מ כשהפחד סיליקון. פונץ ' לים מפוזר שלב, את כניסת פאזה רציפה ולשקע בשכבה העליונה PDMS באמצעות אגרוף 0.75 מ מ קוטר.</li>
	<li>לנקות את PDMS עם דבק כדי להסיר חלקיקי אבק. פלזמה להתייחס שכבות PDMS החלק העליון והחלק התחתון בו זמנית למשך 2 דקות בפלזמה W 300 מנקה. מניחים את השכבה העליונה על פני השכבה התחתונה והחלק את המשטחים יחסית עד תכונות מיושרים במלונות דרך מיקרוסקופ סטריאו.</li>
	<li>לרפא את המכשיר בתוך תנור ב 120 מעלות צלזיוס למשך יום אחד לשפר את הכוח להשלים מליטה.</li>
</ol>3. ריאגנטים הכנה
<ol><li>להכין את הפתרון של שלב רציף: Hexadecane על ידי המסת 18 vol % מבוססי סיליקון nonionic חומרים פעילי שטח.</li>
	<li>להכין את הפתרון של שלב מפוזרת: פוליפוני הידרופיליות (אתילן גליקול) diacrylate (PEGDA, MW 255,) המכילים 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%, MW 224)-ריכוז של 5 מ"ג/מ"ל צילום-יוזם, ו- rhodamine B ( 95%, MW 479.01)-ריכוז של 1 mmol/L כמו צבעי פלורסנט.</li>
	<li>למלא את המאגרים 1 מ"ל של בקר לחץ פנאומטי עם השלב רציפה. למלא את הטיפ 200 µL ג'ל טעינה עם השלב התפזרו.</li>
</ol>4. הכנת המערכת
<ol><li>מניחים את המכשיר microfluidic למחצה 3D על השלב של מיקרוסקופ אופטי הפוכה, במלונות עם מצלמה במהירות גבוהה.</li>
	<li>להתחבר fluorinated אתילן פרופילן (FEP) הצינור חורים מנוקבים של שלב רציף על-ידי הצמדת שפופרת מפלדת קצר, ולאחר מכן הכנס סוף טיפ הטעינה ג'ל לתוך החור מנוקב של שלב התפזרו. הכנס באורך 20 ס מ של שפופרת FEP לשקע את ההתקן ולמקם את הקצה שפופרת צנטרפוגה 15-mL. הערה: התצורה של המערכת מודגם באיור1.</li>
</ol>5. טיפות היווצרות
<ol><li>להניח את המכשיר על עבודה, שעליו מונחים של מיקרוסקופ הפוכה ולהבטיח כי הצומת בין ערוצים שונים ממוקם בערך במצב של מקור האור של המיקרוסקופ. פוקוס המיקרוסקופ הפוכה על אזור הכולל שני-שלבים לצומת, האזור דיזה במורד הערוץ.</li>
	<li>הגדר לחצים לשני שלבים באמצעות לחץ פנאומטי בקר לספק נוזלים באיטיות לאזור מצטלבים, עם 15 mbar לשלב התפזרו, mbar 30 בשלב רציף. המתן 3 דקות מייצב, equilibration עד זרימה יציבה נושאת אין בועות ושיירי PDMS.</li>
	<li>קלט את הפרמטרים על ממשק המשתמש של התוכנה שליטה. להגדיר את הלחץ של שלב התפזרו ככל שהלחץ ברמת הבסיס של המערכת כדי קבוע, לדוגמה, לשמור עליו-45 mbar. להגביר את הלחץ של פאזה רציפה עד מצב הפרידה אמולסיה השתנה מ לטוס למצב הזרמת עצה ולאחר מכן המתן 5 דקות לייצוב.</li>
	<li>מניחים בקצה צינור FEP החור עודפים מתחבר צינור צנטריפוגה כדי לאסוף את טיפות.</li>
</ol>6. PEGDA חלקיקים אוסף ואפיון
<ol><li>לתקן את הצינור צנטריפוגה aslant הנורה. להשיג את החלקיקים PEGDA דרך התמצקות מהירה על ידי חשיפה UV כאשר שלב נוזלי זורמים אל הצינור.</li>
	<li>לאחר סיום תהליך איסוף, לטעום ולבחון את החלקיקים PEGDA מבעד למיקרוסקופ פלורסנט עם 20 X או אובייקטים X 60 בהתאמה. הערה. שהתמונות הדיגיטליות פלורסנט שנתפסו על ידי המצלמה מנותחים על-ידי שיגרה תוכנות מחשב. התמונה היא deconvolution הראשון מבוסס על אלגוריתם R-L17 לחסל את השפעת blurring החוצה-של-התמקדות אור, ואת הספרה האובייקטים בתמונה מופקים המבוסס על שיטת זיהוי קצה מורכב; לבסוף, הקוטר של כל אובייקט כדור ניתן לחשב באמצעות טרנספורמציה האף18. כתוצאה מכך, וסטיית של הקוטר של ספירת אובייקטים ב כל תמונה יכול להיות מוערך.</li>
</ol>

<ol><li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18231657">Droplet microfluidics.</a> Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).</li>
<li>Xiao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+multifunctional+NaYF4%3AEr3%2B%2CYb3%2B%2FPEGDA+hybrid+microspheres%3A+NIR-light-activated+photopolymerization+and+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+communications%22%5BJournal%5D)">Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery.</a> Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).</li>
<li>Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. Y. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra03950b#!divAbstract">Surface-functionalizable amphiphilic nanoparticles for pickering emulsions with designer fluid-fluid interfaces.</a> RSC Adv. 6, 39926-39932 (2016).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+synthesis+of+rigid+nanovesicles+for+hydrophilic+reagents+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery.</a> Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).</li>
<li>Shembekar, N., Chaipan, C., Utharala, R., Merten, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet-based+microfluidics+in+drug+discovery%2C+transcriptomics+and+high-throughput+molecular+genetics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Droplet-based microfluidics in drug discovery, transcriptomics and high-throughput molecular genetics.</a> Lab on a chip. 16, 1314-1331 (2016).</li>
<li>Soh, G. Y., Yeoh, G. H., Timchenko, V. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250915006478">Numerical investigation on the velocity fields during droplet formation in a microfluidic T-junction.</a> Chemical Engineering Science. 139, 99-108 (2016).</li>
<li>Chiarello, E., Derzsi, L., Pierno, M., Mistura, G., Piccin, E. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2072-666X/6/12/1458">Generation of Oil Droplets in a Non-Newtonian Liquid Using a Microfluidic T-Junction.</a> Micromachines. 6, 1825-1835 (2015).</li>
<li>Moyle, T. M., Walker, L. M., Anna, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+thread+formation+during+tipstreaming+through+an+active+feedback+control+loop%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Controlling thread formation during tipstreaming through an active feedback control loop.</a> Lab on a chip. 13, 4534-4541 (2013).</li>
<li>Moon, B. U., Abbasi, N., Jones, S. G., Hwang, D. K., Tsai, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water-in-Water+Droplets+by+Passive+Microfluidic+Flow+Focusing%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+chemistry%22%5BJournal%5D)">Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing.</a> Analytical chemistry. 88, 3982-3989 (2016).</li>
<li>Zhu, P., Tang, X., Wang, L. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10404-016-1717-2">Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration.</a> Microfluidics and Nanofluidics. , 20(2016).</li>
<li>Kim, S. H., Kim, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+formation+of+double-emulsion+drops+in+sudden+expansion+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+colloid+and+interface+science%22%5BJournal%5D)">Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels.</a> Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).</li>
<li>Jeong, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+generation+of+submicron+emulsion+droplets+via+highly+stable+tip-streaming+mode+in+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices.</a> Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).</li>
<li>Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+interfacial+tension+on+droplet+formation+in+flow-focusing+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+microdevices%22%5BJournal%5D)">The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device.</a> Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).</li>
<li>Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dripping+and+jetting+in+microfluidic+multiphase+flows+applied+to+particle+and+fiber+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+D+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis.</a> J Phys D Appl Phys. , 46(2013).</li>
<li>Anna, S. L., Mayer, H. C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2397023?journalCode=phf">Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device.</a> Physics of Fluids. 18, 121512(2006).</li>
<li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/tb/c5tb02209f#!divAbstract">Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay.</a> J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).</li>
<li>Richardson, W. H. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/josa/abstract.cfm?uri=josa-62-1-55">Bayesian-based iterative method of image restoration.</a> Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).</li>
<li>Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031320314003446">A survey of Hough Transform.</a> Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).</li>
<li>Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+production+and+tip-streaming+phenomenon+in+a+microfluidic+flow-focusing+device+via+an+interfacial+chemical+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%3A+the+ACS+journal+of+surfaces+and+colloids%22%5BJournal%5D)">Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction.</a> Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).</li>
<li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1537519">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Applied Physics Letters. 82, 364(2003).</li>
<li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2790785?journalCode=apl">Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device.</a> Applied Physics Letters. 91, 133106(2007).</li>
<li>Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microchannel+deformations+due+to+solvent-induced+PDMS+swelling%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling.</a> Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).</li>
<li>Chiu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universally+applicable+three-dimensional+hydrodynamic+microfluidic+flow+focusing%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing.</a> Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).</li>
<li>Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+pressure-driven+microfluidic+networks+using+electric+circuit+analogy%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy.</a> Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

הדור של טיפות במצב מיקוד זרימה באמצעות 2D ולמחצה 3D microfluidic התקן קודם לכן פותחה ב מגוון רחב של דוחות8,9,15,19,20, 21. במערכות אלו, הנוזל מימית לא יכול להיות פני השטח למוצק נבחר שלב התפזרו, כגון מים יונים8,15,20,<sup ...

מערכות מבוססות-droplet microfluidic יש את היכולת לייצר מאוד monodisperse טיפות של ננומטר מיקרומטר קוטר טווח1 והחזק פוטנציאל גדול תפוקה גבוהה סמים גילוי2, סינתזה של מולקולות3 ,4ו-5בדיקות האבחון. בשל היתרונות הייחודיים של טיפות קטנות יותר, כגון פני השטח גדול יותר יחס נפח ויישומים בקנה מידה גדול עם צריכת microliters כמה מדגם, הטכנולוגיה משכה עניין נרחב במגוון רחב של תחומים. תחליב של שני נוזלים immiscible היא אחת השיטות האופייניות ביותר ליצירת droplet. בדוחות קודמים בתחום, חוקרים פיתחו מגוון רחב של גיאומטריות היווצרות droplet שונים, לרבות צומת t, מיקוד זרימה וזורמת משותפת גיאומטריות. ב גאומטריה צומת t, השלב התפזרו מועבר דרך ערוץ בניצב לתוך הערוץ הראשי, שבו זורם השלב רציף6,7. בגיאומטריה טיפוסי דו-ממדית (2D) מיקוד זרימה8,9 , הזרם מפוזר שלב זה לכסנתם מן הכביש הצדדי; והניח שיתוף זורם הגיאומטריה10,11, מצד שני, נים היכרות עם הזרם מפוזר שלב הוא co-axially בפנים נימי גדול עבור שותף זורם גאומטריה, כך הזרם מפוזר שלב זה לכסנתם מן לכל הכיוונים.
גודל droplet נקבע על-ידי התאמת יחס גודל ערוץ קצב זרימה, הגודל המינימלי המיוצר על ידי שותף זורם או צומת t הוא מוגבל לעשרות מיקרומטר. התמקדות-זרימה droplet היווצרות מערכת, שלושה מצבים של הפרידה droplet טופס על-ידי התאמת היחס הלחץ של שני שלבים ריכוז חומרים פעילי שטח, כולל טפטוף המשטר, המשטר לטוס ו זרימה-טיפ15. עצה-הזרמת מצב זה נקרא גם היווצרות פתיל, ואת המראה של דקה החוט ב"משיכת מהקצה של שלב התפזרו זרימה חרוט יתקיימו. מחקרים קודמים הדגימו טיפות פחות מ מיקרומטר כמה יכולים להיווצר על פי עצה-הזרמת תהליך ב- 2D או למחצה 3D מיקוד זרימה התקן8,12. עם זאת, כמו פתרון מימית המכילה ריכוז נמוך מאוד של PEGDA שימש את שלב התפזרו, היחס הצטמקות של חלקיקים PEGDA היה כ- 60% טיפות המקורי בקוטר לאחר צילום-פלמור, בעוד PEGDA ללא דילול כמו שלב התפזרו הובילו לא יציב הזרמת מידע מצב12. מתח פנים הוא פרמטר חשוב מתהליך אמולסיה, זה יקטן בשל התוספת של חומרים פעילי שטח לתוך הנוזל שלב רציפה, המוביל לירידה בגודל אגל, תדירות גבוהה יותר הדור13, עצה מאוד מעוקל, ו מניעת חוסר יציבות14. יתר על כן, כאשר ריכוז חומרים פעילי שטח בכמות גדולה הרבה יותר ריכוז קריטי מיצלה גבוה, מתח פנים כ מחזוריים במצב רוויה13 , מצב הזרמת עצה יכול להתרחש15.
מבוסס על תצפיות לעיל, בנייר זה, פיתחנו בגישה נתיישב לדור טיפות PEGDA באמצעות למחצה 3D מיקוד זרימה microfluidic, מכשיר מפוברק על ידי שיטת הדפס אבן רכה רב-שכבתית. שונה מהתקן טיפוסי 2D מיקוד זרימה, המכשיר תוך התמקדות זרימה למחצה 3D יש ערוץ רדוד שלב התפזרו ערוץ עמוק מתמשך שלב, כך השלב מפוזר יכול הטייה למעלה ולמטה לצד לרוחב. זה מספק מגוון גדול יותר התאמת מצב זרימה-התמקדות על-ידי הפחתת האנרגיה ואת הלחץ הדרוש פרידה droplet. שונה מן הדוח הקודם12, השלב התפזרו הוא מוודא כי היחס הצטמקות של חלקיקים PEGDA הוא נמוך מ 10%16; צילום PEGDAcontaining טהור-יוזם, השלב הרציף הוא התערובת של hexadecane המסת עם ריכוז גבוהות בתפזורת בסיס סיליקון nonionic חומרים פעילי שטח. גודל-לשליטה ואחידה טיפות יוצרו על-ידי התאמת היחס הלחץ של שני שלבים. הקוטר של טיפות משתנה מיקרומטר 80 1 מיקרומטר כמו הפרידה droplet תהליכי שינויים ממצב jetting למצב הזרמת עצה. בנוסף, החלקיק PEGDA סונתז בתהליך הפילמור צילום תחת חשיפה UV. מערכת microfluidic הדור droplet בקלות של ייצור תספק יותר אפשרויות עבור יישומים ביולוגיים.

<table><tbody><tr><td>פרוסת סיליקון</td><td>Huashi Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2025, 2100</td><td>Microchem Co.</td><td></td><td>מפתחת</td></tr><tr><td>Y111069 SU-8</td><td>Microchem Co.</td><td></td><td></td>Y020100</tr><tr><td>מסכת כרום</td><td>Qingyi דיוק מסכה ביצוע ושות', בע"מ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>פולידימתילסילוקסן (PDMS)</td> <td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>פולי (אתילן גליקול) דיאקרילט (PEGDA)</td> <td>Sigma</td><td>26570-48-9</td><td></td></tr><tr><td>2-הידרוקסי-40-(2-הידרוקסיאתוקסי)-2-מתילפרופיופנון</td><td>TCI</td><td>H1361-5G</td><td>פוטו-יוזם</td></tr><tr><td>הקסדקן</td><td>Sigma</td><td>544-76- 3</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>CHT</td><td>144243-53-8</td><td>חומרים פעילי שטח</td></tr><tr><td>רודמין B</td><td>אלאדין</td><td>81-88-9</td><td>צבע פלואורסצנטי</td></tr><tr><td>ספין ציפוי</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>מכונת</td><td></td><td></td><td></td>ליטוגרפיה</tr><tr><td>מערבל משחה אוטומטי</td><td>Thinky</td><td>ARV-310</td><td></td></tr><tr><td>תנור</td><td>BluePard</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ אופטי</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>מצלמה מהירה</td><td>Hamamatsu, יפן</td><td>ORCA-פלאש</td><td></td></tr><tr><td>MAESFLO מערכת בקרת נוזלים מיקרופלואידית</td><td>מנורת UV FUIGENT</td><td>MFCS-EZ</td><td></td></tr><tr><td></td><td>FUTANSI</td><td></td><td>365 ננומטר אור UV, 8000 MW/CM2</td></tr></tbody></table>

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות microfluidic מכשירים

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

פוליפוני אחיד ואת גודל-לשליטה (אתילן גליקול) diacrylate (PEGDA) טיפות ניתן לייצרו באמצעות הזרם התמקדות בתהליך במכשיר microfluidic. הנייר הזה מציעה semi-three-dimensional (למחצה 3D) מיקוד זרימת microfluidic שבב על היווצרות droplet. השבב polydimethylsiloxane (PDMS) היה מפוברק בשיטת הדפס אבן רכה רב-שכבתית. Hexadecane המכיל חומרים פעילי שטח שימש שלב רציף, PEGDA עם אולטרה סגול (UV) צילום-היוזם היה השלב התפזרו. פיתחה אפשרה את מתח הפנים המקומי להטיל ויצרו טיפ יותר cusped אשר קידם פורצים מיקרו-טיפות קטנות. כמו הלחץ של שלב התפזרו היה קבוע, בגודל של טיפות נהיה קטן יותר עם הגדלת לחץ מתמשך שלב לפני שלב התפזרו זרימה היה נשבר. כתוצאה מכך, טיפות עם וריאציה גודל מ מיקרומטר 1 מיקרומטר 80 קוטר ניתן להשיג באופן סלקטיבי על-ידי שינוי היחס לחץ בשני ערוצים כניסת, המקדם הממוצע של וריאציה נאמדת מתחת ל 7%. יתר על כן, טיפות יכול להפוך מיקרו-חרוזים על-ידי חשיפה UV עבור צילום-הפילמור. Conjugating מולקולות על פני מיקרו-חרוזים כאלה יש הרבה שימושים פוטנציאליים בתחומי ביולוגיה וכימיה.

השבב למחצה 3D מיקוד זרימת microfluidic היה מפוברק באמצעות טכניקות הדפס אבן רכה שכבתיים כמתואר לעיל. תהליך ייצור ואת תוצאות עובש מאסטר ב- protocolare באיור 2. השכבה הראשונה, אשר מספק ערוץ רחב מיקרומטר 65 היכרות עם השלב מפוזרת ולא של 50 מיקרומטר רחב דיזה (איור 2), הוא 20 מיקרומטר עובי. שכבת עובי תוספת מיקרומטר 130 משמש כדי לספק את הערוץ פאזה רציפה וערוץ יציאה (איור 2b)...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להמחיש את תהליכי ייצור וניסויים אימות של semi-three-dimensional (למחצה 3D) מיקוד זרימת microfluidic שבב על היווצרות droplet.

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות המפתח בתחום היווצרות הטיפות המיקרופלואידיות, כולל ייצור שבב ה-PDMS הממוקד בזרימה תלת מימדית למחצה, וייצור טיפות ה-PGD הטהורות. היתרון העיקרי של טקטיקה זו הוא שמכשיר מיקוד הזרימה התלת-ממדי למחצה מספק שטחי בדיקה גדולים יותר לתבנית מיקוד זרימה. PGD טהור מוודא שהיחס בין חלקיקי PGD נמוך מ-10%ניתן להרחיב את ההשלכות של טכניקה זו להשלכות ביוכימיות רבות בשל יחס שטח הפנים לנפח הגדול יותר.זרבובית, יישומים בקנה מידה גדול יועילו לטכניקה זו עם צריכת כמה מיקרוליטרים של דגימה. כעת שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי היווצרות טיפות PGD. ניתן ליישם אותו גם על מערכות אחרות כגון ניתוח מיקוד זרימה מצויד בגז.בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו בגלל סתימת הפתח וחוסר היציבות של עובש זרימת הקצה. שיטה זו היא קריטית, מכיוון שקשה ללמוד ייצור שבב מיקוד זרימה תלת-ממדית למחצה מכיוון שהיישור של שכבות PDMS עליונות ותחתונות לייצור שבב חצי נוזלי בידיים אינו נבדק. עצבו את שתי מסכות הצילום בטכניקות סטנדרטיות.השתמשו בשתי שכבות נפרדות למסיכה אחת ושתיים באותו קובץ ציור כדי להבטיח שכל החיבורים יסתדרו בין הערוצים השונים. מסכה אחת מכילה את תעלת הכניסה המפוזרת ופתח, ואילו מסכה שנייה מכילה את תעלת כניסת הפאזה הרציפה, המסנן והיציאה. השתמש בשני סימני היישור והדפיס את השכבות השונות באופן עצמאי על לוח כרום על זכוכית.לאחר מכן, במעבדת פוטוליתוגרפיה ייעודית, הניחו פרוסת סיליקון נקייה בקוטר 3 אינץ' על ציפוי מסתובב והפעילו את הוואקום כדי להצמיד את הוופל לצ'אק הסיבוב. סובב ציפוי שניים עד שלושה מיליליטר של SU-8 2025 שלילי לאור על הפרוסה למשך 10 שניות ב-1,000 סל"ד. לאחר מכן שנה את המהירות ל-3,000 סל"ד למשך 30 שניות.זה יספק עובי שכבה של 20 מיקרון לשכבה הראשונה. אופים את השכבה הראשונה רכה על ידי הנחתה על פלטה חמה של 95 מעלות צלזיוס למשך שש דקות. ואז, הסר את הוופל ותן לו להתקרר בחזרה לטמפרטורת החדר.חשפו את הוופל הרך למסכה מספר אחת תחת אור UV מכוסה למשך 18 שניות. לאחר חשיפה ל-UV, אופים את הוופל לאחר מכן על פלטה חמה של 95 מעלות צלזיוס למשך שש דקות. לאחר מכן, הניחו לוופל להתקרר בחזרה לטמפרטורת החדר.חזור על תהליך הסיבוב בפעם השנייה באמצעות שניים עד שלושה מיליליטר של SU-8 2100 שלילי לאור. סובב את הוופל למשך 10 שניות ב-1,000 סל"ד, ולאחר מכן ב-2,000 סל"ד למשך 30 שניות. זה מספק עובי שכבה שנייה של 130 מיקרון.לאחר אפייה רכה של הוופל על פלטה חמה של 95 מעלות צלזיוס למשך 35 דקות, יש ליישר את המסכה מספר שתיים על השכבה השנייה של הפוטו-רזיסט, ולחשוף אותה לאור UV למשך 30 שניות. לאחר מכן, אופים אותו על צלחת חמה של 95 מעלות צלזיוס למשך שבע דקות. לאחר שהתקרר בחזרה לטמפרטורת החדר, פתח את הוופל על ידי טבילה באמבט מעורבב של 50 מיליליטר של פרופילן גליקול מתיל אתר אצטט עד שהתכונות מתבהרות על הוופל.לאחר מכן, שטפו את הוופל באלכוהול אתילי. לבסוף, מניחים את הוופל על הפלטפורמה התרמוסטטית ואופים אותו קשה בחום של 95 מעלות צלזיוס למשך שעתיים. מערבבים מונומר PDMS וחומר הריפוי שלו למשך ארבע דקות ביחס של 10:1 לשכבה העליונה ויחס של 8:1 לשכבה התחתונה.בעזרת מערבל משחה אוטומטי, הניחו את פרוסת הסיליקון בצלחת פטרי של 90 מילימטר, ולאחר מכן שפכו את תערובת ה-PDMS ביחס של 8:1 על התבנית לעובי של שניים עד שלושה מילימטרים. לאחר מכן, הסירו את ה-PDMS בתא ואקום עד שכל הבועות נעלמות. מכניסים את צלחת הפטרי לתנור ומרפאים את ה-PDMS בחום של 80 מעלות צלזיוס למשך שעה.לאחר שהתקרר בחזרה לטמפרטורת החדר, השתמש באזמל כדי לחתוך את המכשיר לפחות שלושה מילימטרים מהתכונות, ולקלף לאט את שכבת ה-PDMS מפרוסת הסיליקון. לאחר מכן, נקב את כניסת הפאזה המפוזרת, כניסת הפאזה הרציפה והיציאה בשכבת ה-PDMS העליונה באמצעות אגרוף בקוטר 0.75 מילימטר. נקה את משטח ה-PDMS עם סרט דבק כדי להסיר חלקיקי אבק.לאחר מכן, הנח את שכבות ה-PDMS העליונות והתחתונות בו-זמנית לתוך מנקה פלזמה, וחשוף לפלזמה למשך שתי דקות ב-300 וואט. מיד לאחר החשיפה לפלזמה, הנח את השכבה העליונה על השכבה התחתונה והחלק את המשטחים יחסית עד שהתכונות מיושרות לצפייה דרך מיקרוסקופ סטריאו. רפאו את המכשיר בתנור בחום של 120 מעלות צלזיוס למשך יום אחד כדי לשפר את חוזקו ולהשלים את ההדבקה.כדי להתחיל, הכינו את תמיסת הפאזה הרציפה על ידי המסה של 18% של חומר פעילי שטח לא יוני מבוסס סיליקון בהקסדקאן. לאחר מכן, הכינו את התמיסה של השלב המפוזר על ידי התחלה עם דיאקרילט יתד הידרופילי, מילימול אחד לליטר צבע פלואורסצנטי, והוספת חמישה מיליגרם למיליליטר של יוזם צילום. מלאו את מאגרי המיליליטר של בקר לחץ פנאומטי בשלב הרציף.לאחר מכן, מלאו קצה טעינת ג'ל של 200 מיקרוליטר בשלב המפוזר. הנח את המכשיר המיקרופלואידי התלת-ממדי למחצה על הבמה של מיקרוסקופ אופטי הפוך המצויד במצלמה במהירות גבוהה. לאחר מכן, חבר צינור אתילן פרופילן מופלר לחור האגרוף של השלב הרציף על ידי הצמדתו תחילה לצינור קצר מנירוסטה, הכנסת הצינור לקצה קצה טעינת ג'ל והנחת הקצה לתוך החור האגרוף של השלב המפוזר.לאחר מכן, הכנס צינור FEP באורך 20 ס"מ לשקע המכשיר, והנח את הקצה בצלחת פטרי. מקד את המיקרוסקופ ההפוך באזור המכיל את הצומת הדו-פאזי, אזור הפתח והתעלה במורד הזרם. לאחר מכן, הגדר לחצים של שני השלבים באמצעות בקר לחץ פנאומטי מחובר.הגדר את השלב המפוזר על 15 מיליבר, ואת השלב הרציף על 30 מיליבר. המתן שלוש דקות עד שהלחץ יתייצב, ומגיעים לזרימת נוזלים יציבה, ללא בועות או שאריות PDMS. לאחר מכן, הגדר את הלחץ של השלב המפוזר כלחץ רמת הבסיס של המערכת ל -45 מיליבר.הגדל את הלחץ של השלב הרציף עד לשינוי מצב פירוק האמולסיה מסילון למצב הזרמת הקצה. לאחר מכן, המתן חמש דקות עד שהוא יתייצב. לאחר ההגדרה, הנח את קצה הצינור המחבר את חור היציאה לצלחת פטרי, ואסוף את הטיפות.חשוף אותם לאור UV שם הם יתמצקו במהירות לכדורים. בגלל הפרש העומק של ערוץ הפאזה המפוזר, וערוץ הפאזה הרציף, זרימת הפאזה המפוזרת נלחצת מכל הכיוונים על ידי זרימת הפאזה הרציפה. כתוצאה מכך נוצר קצה נוזל חרוטי סימטרי לייצור טיפות ברציפות.גודל הטיפות משתנה על ידי יחס הלחץ של זרימת פאזות מפוזרות ורציפות כאן, הלחץ של השלב הרציף משתנה כדי להשפיע על הכוח העצום כך שתהליכי פירוק הטיפות משתנים ממצב הסילון למצב הזרמת הקצה. הטיפות מתמצקות על ידי פוטופולימריזציה היוצרות חלקיקים ביציאה מהשבב.הטיפות המוצגות כאן נוצרו עם יחסי לחץ שונים. לרדיוס הטיפה המתקבל יש קשר הפוך עם יחס הפאזה הרציפה ללחץ הפאזה המפוזר. טכניקה זו סוללת את הדרך לחוקרים בתחום היישומים הביולוגיים ומספקת כלי רב עוצמה לגילוי תרופות, סינתזה של ביומולקולות ובדיקות אבחון.לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר שבבים מיקרופלואידיים תלת מימדיים למחצה, וכיצד לייצר כמה טיפות מיקרו PGD. אל תשכח שעבודה עם PGMEA יכולה להיות מסוכנת ביותר ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון לבישת כפפות חד פעמיות ומסכה בעת ביצוע הליך זה.

generation-size-controlled-poly-ethylene-glycol-diacrylate-droplets

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

יצירת תחליבים כפולים מיקרופלואידיים כוללת בדרך כלל מכשירים עם יכולת הרטבה מעוצבת או רכיבי זכוכית בהתאמה אישית. כאן אנו מתארים את הייצור והבדיקה של מחולל תחליב כפול שכולו פולידימתילסילוקסן (PDMS) שאינו דורש טיפול פני שטח או תהליכי ייצור מסובכים, ומסוגל לייצר תחליבים כפולים עד 14 מיקרומטר.

זוגי אמולסיה דור שימוש בהתקן זרימת פוקוס Co-הצירית polydimethylsiloxane (PDMS)

כאן, אנו מדגימים שיטת ייצור פשוטה עבור מיקרו-טיפות מים בשמן (W/O) הניתנות לשליטה בגודל, חד-פיזוריות, באמצעות מכשיר מיקרופלואידיקה צנטריפוגלי מבוסס נימים. שיטה זו דורשת נפח דגימה קטן בלבד ומאפשרת ייצור בתפוקה גבוהה. אנו מצפים ששיטה זו תהיה שימושית לניתוחים ביוכימיים ותאים מהירים.

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

פרוטוקולים מתוארים להרכבת מתכלה thermoresponsive hydrogels מבוסס על hydrazone cross-linking של oligomers פולימריים על הסולם בתפזורת, microscale, ו ננו, והשני עבור הכנת ג'ל חלקיקים והן nanofibers.

בדיית Thermoresponsive Hydrogels מתכלה-פיסיקליות מרובים באמצעות שחול תגובתי, מיקרופלואידיקה, הרכבה עצמית, Electrospinning

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

שלב-היפוך זרימה ושיתוף התקן הוא הפגין ליצירת monodisperse טיפות צמיגות גבוהה מעל Pas 1, מה שקשה להבין ב מיקרופלואידיקה droplet.

בדיית טיפות צמיגות גבוהה באמצעות המכשיר נימי Microfluidic עם שלב-היפוך זרימה ושיתוף מבנה

עבודה זו מספקת שיטה הזיוף של פלטפורמות מבוססות-droplet microfluidic לבין היישום של microspheres לזיהוי עבור הגברה ננו-ספירה-PCR. שיטת ננו-ספירה-PCR מאפשר לקבל חד גדילי DNA amplicons מבלי המפריד בין שני גדילי ה-DNA.

גישה Microfluidic המבוססות על Droplet ו ננו-ספירה-PCR הגברה עבור חד גדילי DNA Amplicons

מאמר זה מתאר את תהליך microfluidic והפרמטרים להכין הגורמים חלקיקי אלסטומרים גבישי נוזלי. תהליך זה מאפשר הכנת הגורמים חלקיקי, הווריאציות של הגודל והצורה שלהם (מתוך ליבה גולגלת כדי חריפה prolate,-קליפה, מורפולוגיות ג'אנוס) כמו גם סדר הגודל של הופעה.

Microfluidic הכנת Elastomer גבישי נוזלי מפעילים

בדיקות טיפות מים בשמן שימושיות לכימיה אנליטית, התפתחות אנזימים וניתוח תאים בודדים, אך בדרך כלל דורשות מיקרופלואידיקה כדי ליצור את הטיפות. כאן, אנו מתארים תחליב בתבנית חלקיקים, גישה נטולת מיקרופלואידים לביצוע בדיקות טיפות.

תחליב בתבנית חלקיקים מאפשר בדיקות טיפות נטולות מיקרופלואידים

כאן, מוצג פרוטוקול לייצור התקנים מיקרופלואידיים מבוססי זכוכית המשמשים ליצירת תחליבי מונודיספראז גבוהים עם גודל טיפה מבוקר.

התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים

הפרוטוקול הנוכחי מתאר ייצור של מיקרוספרות נקבוביות פתוחות מאוד (HOPMs) המבוססות על פולי(חומצה לקטית-קו-גליקולית) באמצעות טכנולוגיית מיקרופלואידית מבוססת תחליב יחיד. למיקרוספרות אלה יש יישומים פוטנציאליים בהנדסת רקמות ובבדיקת תרופות.

ייצור מיקרוספרות נקבוביות פתוחות במיוחד (HOPMs) באמצעות טכנולוגיה מיקרופלואידית

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 שבב מיקרו-זורם דו-תלת-ממדי ליצירת טיפות PGD טהורות. שיטה זו מספקת הבנה מעמיקה של תהליכי היווצרות טיפות במיקרו-זורמים ליישומים ביוכימיים.

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים

גלה סרטונים נוספים