Doppia Emulsione Generazione Utilizzando un Polidimetilsilossano (PDMS) coassiale flusso fuoco Dispositivo

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di costruire e testare un dispositivo microfluidico interamente in polidimetilsufossano che utilizza la focalizzazione del flusso coassiale per generare doppie emulsioni. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave in chimica e biologia che richiedono uno screening ad altissima produttività, come l'evoluzione diretta degli enzimi e l'identificazione di fenotipi rari. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente la produzione rapida di generatori di doppia emulsione utilizzando la fabbricazione in litografia morbida senza trattamenti superficiali specializzati.

Per iniziare, progettare le strutture microfluidiche per la fabbricazione a due strati. Utilizzando il software AutoCAD, stampare i progetti su una pellicola per circuiti stampati con una risoluzione di 10 micron, come descritto nel riferimento mostrato di seguito. Applicare uno o due millilitri di SU 8 30 35 al centro di un wafer di silicio pre-pulito di tre pollici di diametro, posizionarlo su uno spin coder e fissarlo al mandrino.

Centrifugare per 20 secondi a 500 giri/min, seguiti da 30 secondi a 2000 giri/min. Togliere la cialda e cuocerla su una piastra riscaldante a 135 gradi Celsius per 30 minuti. Lasciare raffreddare il wafer a temperatura ambiente prima di passare al passaggio successivo.

Ora esponi il wafer rivestito alla maschera per il primo strato sotto una luce LED fascicolata per 90 secondi. Dopo l'esposizione, riposizionare il wafer sulla piastra riscaldante a 135 gradi Celsius per un minuto. Una volta raffreddato, applicare da uno a due millilitri di SUH 2050 al centro del wafer.

Riposizionare il wafer sullo spin coder e girare per 20 secondi a 500 giri/min. Quindi gira per 30 secondi a 1.375 giri/min. Quando lo spin coder smette di girare, rimuovere il wafer e riposizionarlo sulla piastra riscaldante a 135 gradi Celsius per 30 minuti.

Quindi raffreddare il wafer a temperatura ambiente prima di passare al passaggio successivo. Allineare la maschera per il secondo strato sulla geometria che è stata modellata nei passaggi precedenti ed esporre nuovamente il wafer rivestito alla luce UV per tre minuti dopo l'esposizione, posizionare il wafer sulla piastra riscaldante a 135 gradi Celsius per un minuto. Una volta raffreddate, le maschere sono state sviluppate immergendo il wafer in un bagno agitato di glicole propilenico, acetato di etere monometilico.

Dopo 30 minuti nella vasca da bagno, togliere l'ostia e lavarla in isopropanolo. Quindi, cuocere la cialda sulla piastra calda a 135 gradi Celsius per un minuto. Raffreddare il wafer, quindi posizionare il master sviluppato in una capsula di Petri da 100 millimetri.

Preparare un lotto di PDMS combinando 50 grammi di base siliconica con cinque grammi di agente indurente in un bicchiere di plastica. Utilizzare uno strumento rotante dotato di un bastoncino per mescolare i componenti e quindi degassare la miscela all'interno di un essiccante per circa 30 minuti o fino a quando tutte le bolle d'aria non sono state rimosse. Successivamente, versare il PDMS sul master fino a uno spessore di tre millimetri.

Quindi posizionare la capsula di Petri nell'essiccato per un ulteriore degasaggio. Una volta rimosse tutte le bolle, cuocere il dispositivo a 60 gradi Celsius per due ore. Tagliare il dispositivo PDMS dallo stampo utilizzando un bisturi e posizionarlo su una superficie pulita con il lato del modello rivolto verso l'alto.

Quindi tagliare a metà il PDMS con una lametta per separare i due lati del dispositivo sul pezzo contenente la geometria di gestione del fluido da 50 micrometri impressa da master one. Perforare gli ingressi e le uscite fluidiche con un punzone per biopsia da 0,75 millimetri. Quindi, posiziona i pezzi PDMS con i lati modellati verso l'alto in una camera al plasma al plasma.

Trattare il dispositivo con plasma di ossigeno a un millibar per 60 secondi in un pulitore al plasma da 300 watt. Quindi rimuovere i campioni e bagnare la superficie del pezzo non spento di PDMS con una goccia di acqua deionizzata che funge da lubrificante temporaneo mentre si osserva il dispositivo attraverso uno stereomicroscopio. Posizionare le superfici trattate al plasma insieme e far scorrere le superfici fino a ottenere un blocco meccanico.

Quando i telai incassati e i telai sporgenti si accoppiano, una volta assemblati, posizionare il dispositivo in un forno a 60 gradi Celsius e cuocerlo per due giorni per far evaporare l'acqua e completare l'incollaggio. Quindi fissare il dispositivo assemblato a un vetrino utilizzando diverse gocce di PDMS non polimerizzato, cuocere il costrutto in un forno a 60 gradi Celsius per un'ora. Per polimerizzare il PDMS posiziona, il chip microfluidico sul tavolino di un microscopio invertito accoppiato con una fotocamera digitale in grado di raggiungere velocità dell'otturatore di almeno 100 microsecondi.

Quindi, montare tre siringhe da 10 millilitri sulle pompe a siringa e collegare aghi da 27 gauge a ciascuna di esse. Collegare circa 30 centimetri di tubo in PE a ciascuno degli aghi e inserire le estremità libere dei tubi negli appositi fori del dispositivo. Quindi inserire un PE due di 10 centimetri nella porta di uscita del dispositivo e posizionare l'altra estremità in un contenitore per la raccolta dei rifiuti.

Una volta configurato, adescare il dispositivo facendo funzionare le pompe a siringa ad alta velocità. Arrestare le pompe. Una volta che il fluido nei segmenti del tubo raggiunge le porte di ingresso del dispositivo, mettere a fuoco il microscopio sulla regione del chip che contiene un orifizio di 50 x 50 micrometri e regolare il telaio in modo che includa il canale di uscita a valle.

Impostare le pompe a siringa in modo che erogano il fluido al doppio generatore di emulsione ad una portata di 250 microlitri all'ora per la fase interna, 100 microlitri all'ora per la fase media e 700 microlitri all'ora. Per la fase continua. Attendere 10 minuti affinché il sistema si equilibri.

Quindi, aumentare la portata della fase esterna a 1050 microlitri all'ora. Attendere altri tre-cinque minuti affinché la generazione di doppie emulsioni si stabilizzi in questa serie di condizioni di flusso. Una volta stabilizzato, acquisisci cinque secondi di immagini video a 30 hertz.

Salva i video per l'elaborazione offline tramite l'analisi manuale delle immagini. Ripetere questo processo variando la portata della fase esterna utilizzando i valori riportati nella tabella uno del protocollo di testo allegato. Mantenere i ritmi delle fasi interna e intermedia.

Durante questo processo, il dispositivo a doppia emulsione è stato testato in una varietà di condizioni di flusso. Per dimostrare la formazione di emulsioni doppie monodisperse di varie dimensioni, sopra ogni immagine è mostrato il rapporto tra la fase continua e la somma della fase interna e media. Gli istogrammi dei diametri delle goccioline per i rapporti di flusso selezionati mostrano l'uniformità relativa nella dimensione delle goccioline generate.

Le doppie emulsioni risultanti producono una variazione media del coefficiente di diametro del 5,2%Il dispositivo dimostra la capacità di formare doppie emulsioni significativamente più piccole della larghezza dell'orifizio e mostra una chiara tendenza decrescente con l'aumento dei rapporti di flusso. Al più alto flusso di fase portante testato sono state formate doppie emulsioni da 14 micrometri utilizzando l'orifizio da 50 per 50 micrometri dopo il suo sviluppo. Questa tecnica apre la strada agli investigatori chimici e biologici per eseguire esperimenti di microfluidica a goccioline compatibili con le piattaforme di rilevamento standard di citometria a flusso.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare e testare generatori microfluidici a doppia emulsione che utilizzano semplici tecniche di costruzione PDMS.