Generazione di dimensione controllata poli (glicol etilenico) diacrilato goccioline tramite dispositivi microfluidici concentrandosi flusso Semi-3-dimensionale

Questo metodo può aiutare a rispondere alle domande chiave nel campo della formazione di goccioline microfluidiche, tra cui la fabbricazione del chip PDMS di focalizzazione del flusso semi-tridimensionale e la produzione di goccioline PGD pure. Il vantaggio principale di questa tattica è che il dispositivo di focalizzazione del flusso semi-3D fornisce terreni di prova più ampi per lo stampo di focalizzazione del flusso. La PGD pura assicura che il rapporto tra particelle di PGD sia inferiore al 10%Le implicazioni di questa tecnica possono essere estese a molte implicazioni biochimiche a causa del maggiore rapporto tra area superficiale e volume.

Le applicazioni su larga scala con ugello saranno vantaggiose per questa tecnica con il consumo di pochi microlitri di campione. Ora questo metodo può fornire informazioni sulla formazione di goccioline di PGD. Può essere applicato anche ad altri sistemi, come l'analisi della focalizzazione del flusso dotata di gas.

In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà a causa dell'intasamento dell'orifizio e dell'instabilità della muffa che scorre sulla punta. Di questo metodo è fondamentale, poiché la fabbricazione di chip con focalizzazione del flusso semi-3D è difficile da imparare perché l'allineamento degli strati PDMS superiore e inferiore per fabbricare chip semifluidici a mano non viene rivisto. Progetta le due fotomaschere utilizzando tecniche standard.

Utilizzare due layer separati per mascherare uno e due nello stesso file di disegno per assicurarsi che tutte le connessioni siano allineate tra i diversi canali. La prima maschera contiene il canale di ingresso in fase dispersa e un orifizio, mentre la seconda maschera contiene il canale di ingresso in fase continua, il filtro e l'uscita. Utilizzare i due segni di allineamento e stampare i diversi strati in modo indipendente su una lastra cromata su vetro.

Successivamente, in un laboratorio di fotolitografia designato, posizionare un wafer di silicio pulito di 3 pollici di diametro su una centrifuga e accendere l'aspirapolvere per fissare il wafer al mandrino rotante. Centrifugare due o tre millilitri di fotoresist negativo SU-8 2025 sul wafer per 10 secondi a 1.000 giri/min. Quindi modificare la velocità a 3.000 giri/min per 30 secondi.

Ciò fornirà uno spessore dello strato di 20 micron per il primo strato. Cuocete il primo strato appoggiandolo su una piastra a 95 gradi per sei minuti. E poi, togliete la cialda e lasciatela raffreddare di nuovo a temperatura ambiente.

Esporre il wafer morbido alla maschera numero uno sotto una luce UV collimata per 18 secondi. Dopo l'esposizione ai raggi UV, post-cottura del wafer su una piastra calda a 95 gradi Celsius per sei minuti. Successivamente, lasciare raffreddare il wafer a temperatura ambiente.

Ripetere il processo di spincoating una seconda volta utilizzando due o tre millilitri di fotoresist negativo SU-8 2100. Far girare il wafer per 10 secondi a 1.000 giri/min e poi a 2.000 giri/min per 30 secondi. In questo modo si ottiene uno spessore del secondo strato di 130 micron.

Dopo aver cotto delicatamente il wafer su una piastra calda a 95 gradi Celsius per 35 minuti, allineare la maschera numero due sul secondo strato di fotoresist ed esporla alla luce UV per 30 secondi. Quindi, infornalo su una piastra calda a 95 gradi Celsius per sette minuti. Una volta raffreddato a temperatura ambiente, sviluppare il wafer immergendolo in un bagno agitato di 50 millilitri di glicole propilenico metil etere acetato fino a quando le caratteristiche diventano chiare sul wafer.

Quindi, lavare l'ostia con alcol etilico. Infine, posizionare la cialda sulla piattaforma termostatica e cuocerla a 95 gradi per due ore. Miscelare un monomero PDMS e il suo agente indurente per quattro minuti con un rapporto di 10:1 per lo strato superiore e un rapporto di 8:1 per lo strato inferiore.

Utilizzando un agitatore automatico per unguenti, posizionare il wafer di silicone in una piastra di Petri da 90 millimetri, quindi versare la miscela PDMS con rapporto 8:1 sullo stampo a uno spessore di due o tre millimetri. Quindi, degassare il PDMS in una camera a vuoto fino a quando tutte le bolle scompaiono. Mettere la capsula di Petri in forno e polimerizzare il PDMS a 80 gradi Celsius per un'ora.

Una volta raffreddato a temperatura ambiente, utilizzare un bisturi per tagliare il dispositivo ad almeno tre millimetri di distanza dalle caratteristiche e staccare lentamente lo strato PDMS dal wafer di silicio. Quindi, perforare l'ingresso della fase dispersa, l'ingresso della fase continua e l'uscita nello strato PDMS superiore utilizzando un punzone di 0,75 millimetri di diametro. Pulire la superficie del PDMS con nastro adesivo per rimuovere eventuali particelle di polvere.

Quindi, posizionare contemporaneamente gli strati PDMS superiore e inferiore in un pulitore al plasma ed esporre al plasma per due minuti a 300 watt. Immediatamente dopo l'esposizione al plasma, posizionare lo strato superiore sullo strato inferiore e far scorrere le superfici relativamente fino a quando le caratteristiche non sono allineate osservando attraverso uno stereomicroscopio. Polimerizzare il dispositivo in forno a 120 gradi Celsius per un giorno per migliorarne la forza e completare l'incollaggio.

Per iniziare, preparare la soluzione in fase continua sciogliendo il 18% di un tensioattivo non ionico a base di silicone in esadecano. Successivamente, preparare la soluzione della fase dispersa iniziando con un diacrilato idrofilo, un millimole per litro di un colorante fluorescente e aggiungendo cinque milligrammi per millilitro di un fotoiniziatore. Riempire i serbatoi da un millilitro di un regolatore di pressione pneumatico con la fase continua.

Quindi, riempire una punta da 200 microlitri di gel con la fase dispersa. Posizionare il dispositivo microfluidico semi-3D sul tavolino di un microscopio ottico invertito dotato di una fotocamera ad alta velocità. Quindi, collegare un tubo di etilene propilene fluorurato al foro perforato della fase continua collegandolo prima a un tubo corto di acciaio inossidabile, inserendo il tubo all'estremità di una punta di caricamento del gel e posizionando la punta nel foro perforato della fase dispersa.

Quindi, inserire un tubo FEP lungo 20 cm nell'uscita del dispositivo e posizionare l'estremità in una capsula di Petri. Focalizzare il microscopio invertito su una regione che contiene l'intersezione a due fasi, la regione dell'orifizio e il canale a valle. Quindi, impostare le pressioni delle due fasi utilizzando un regolatore di pressione pneumatico collegato.

Impostare la fase dispersa a 15 millibar e la fase continua a 30 millibar. Attendere tre minuti affinché la pressione si stabilizzi e venga raggiunto un flusso di fluido stabile, senza bolle o residui di PDMS. Quindi, impostare la pressione della fase dispersa come pressione di base del sistema a 45 millibar.

Aumentare la pressione della fase continua fino a quando la modalità di rottura dell'emulsione non viene modificata dalla modalità di getto alla modalità di flusso della punta. Quindi, attendi cinque minuti affinché si stabilizzi. Una volta configurato, posizionare l'estremità del tubo che collega il foro di uscita alla piastra di Petri e raccogliere le goccioline.

Esponili alla luce UV dove si solidificheranno rapidamente in sfere. A causa della differenza di profondità del canale di fase disperso e del canale di fase continua, il flusso di fase disperso viene schiacciato in tutte le direzioni dal flusso di fase continuo. Di conseguenza, si forma una punta liquida conica simmetrica per produrre goccioline in modo continuo.

La dimensione delle goccioline viene modificata dal rapporto di pressione del flusso di fasi disperse e continue. Qui, la pressione della fase continua viene modificata per influenzare la forza di sheering in modo che i processi di rottura delle goccioline passino dalla modalità di getto alla modalità di flusso della punta. Le goccioline vengono solidificate mediante fotopolimerizzazione formando particelle all'uscita dal chip.

Le goccioline mostrate qui si sono formate con diversi rapporti di pressione. Il raggio delle goccioline risultante ha una relazione inversa con il rapporto di pressione tra fase continua e fase dispersa. Questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo delle applicazioni biologiche e fornisce un potente strumento per la scoperta di farmaci, la sintesi di biomolecole e i test diagnostici.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare chip microfluidici semi-tridimensionali e come produrre alcune goccioline micro PGD. Non dimenticare che lavorare con il fotoresist PGMEA può essere estremamente pericoloso e precauzioni come indossare guanti monouso e una maschera devono essere sempre prese durante l'esecuzione di questa procedura.