我々は、エラストマーポリジメチルシロキサン（PDMS）ベースのフォトリソグラフィにより定義された正確なボリュームを閉じて、特色にする余分なエネルギーを必要としないマイクロバルブの配列を製造し、自動化するためのプロトコルを示す。並列subnanoliter -音量ミキサーと統合されたマイクロ流体かん流システムが提示されます。
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この記事について
サマリー
要約
小型化されたマイクロ流体システムは、低コストのポイントオブケア診断およびハイスループットバイオメディカルアッセイのためのシンプルで効果的なソリューションを提供しています。堅牢なフロー制御と正確な流体ボリュームがこれらのアプリケーションの2つの重要な要件です。我々は、エラストマーポリジメチルシロキサン（PDMS）マイクロバルブの配列を特色にマイクロ流体チップを開発していること：1）流体のパスを閉じるには、余分なエネルギー源を必要としない、それ故に、ロードされたデバイスは、非常にポータブルであり、2）深さ（最大1mm）にチャンネルをmicrofabricatingが可能垂直な側壁と、非常に精密な機能をもたらす。
様々なサイズ、マイクロバルブと流体経路を作動させるために必要なマイクロチャネルを含む制御層、およびコントロールにバインドされている中央の薄いPDMS膜の流体経路とmicrochambersを含む流体層：PDMSマイクロバルブベースのデバイスは、3つの層から成る層。流体層と制御層は、SU - 8フォトレジストのマスターからPDMSのレプリカ成形によって作られ、そして薄いPDMS膜は、指定した高さにPDMSをスピンによって行われます。制御層は、両方の酸素の活性化の後に薄いPDMS膜に結合し、流体層で組み立てられています。マイクロバルブは、安静時に閉鎖されると負圧（例えば、家の掃除を）適用することによって開くことができます。マイクロバルブの閉鎖と開放は、コンピュータのソフトウェアによって制御されるソレノイドバルブを介して自動化されている。
ここで、我々は、2つの異なるアプリケーションの2つのマイクロバルブベースのマイクロ流体チップを示しています。最初のチップは、様々な混合比で水溶液の正確なサブナノリットルボリュームを保管し、ミキシングすることができます。他方のチップは、マイクロ流体細胞培養のコンピュータ制御の血流を可能にする。
デバイスは、制御するための製造が容易と簡単です。 PDMSの生体適合性のために、これらのマイクロチップは小型化された診断アッセイと同様に基本的な細胞生物学研究における幅広いアプリケーションを持つことができます。
プロトコル
CorelDrawのまたはAutoCADのソフトウェアを使用してマイクロ流体デバイスの設計
PDMSマイクロバルブベースのデバイスの原理：デバイスは、3つの層から構成されています：様々なサイズ、マイクロバルブと流体経路を作動させるために必要なマイクロチャネルを含む"制御層"、およびバインドされている中央の薄いPDMS膜のmicrochambersを含む流体層制御層へ。 PDMSのコンプライアンスと疎水性のために残り、で、そのシートに対して膜のシール（可逆的）、したがって、チャンバーは、エネルギーの入力なしで互いに分離されたままである。バルブは負圧（例えば、施設の真空）を適用することによって開くことができる、PDMS膜がダウンして偏向するため、流体のパスを接続する、二つの流体室間の壁をサポートしている表面から離れるように。バルブの閉鎖は、真空から大気圧まで圧力設定を切り替えることによって達成することができます。
流体層とコントロール層のパターンは、CorelDrawにまたはAutoCADを使用して設計されました。これらのデザインを含むマスクは、商用サービス（CAD /アートサービス、バンドン、OR）（マスクは図示せず）を介して透明フィルムに高解像度（8,000〜20,000 dpi）で印刷された。
標準のSU - 8フォトリソグラフィー....
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ディスカッション
私たちのマイクロバルブの設計の主な利点：
- 余分なエネルギー源は流体のパスを閉じるために必要とされない、したがって、ロードされたデバイスは、非常にポータブルであり、
- デバイスは、垂直な側壁との深い（最大1mm）にチャンネルを（すなわち機能の高さが独立して、その幅の指定が可能）microfabricatingと、非常に、その結果を可能にする、フォトリソグラフィにより柄のSU - 8鋳型からPDMSのレプリカで構築することができます。正確な機能。
パラレルミキサーの利点：
- それは制御するための製造が容易と簡単です。
- ボリュームは、フォトリソグラフィ、したがって、非常に正確な定義とされています。
- 液および試薬は、移植性の高いアッセイを可能にする、数日間のためのマイクロデバイスに格納することができます。
- 注目すべきは、PDMSはそのデバイスは小型の診断アッセイにおけるだけでなく、薬剤のスクリーニングと酵素ベースの生体分子検出などのセルベースアッセイの幅広い適用性を有し、生体適合性である。
統合されたマイクロ流体灌流.......
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謝辞
この作品は、生体イメージングとバイオの国立研究所によって助成金＃EB003307とAFの国立科学財団のキャリア賞ではサポートされていました
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント | |
|---|---|---|---|---|
| 洗浄済みシリコンウェハー | 消耗品 | Silicon Sense Inc. | 3P0110TEST | 直径3インチ、P/ホウ素 |
| "マスター"ウェハー（SU-8パターン形成済み） | 消耗品 | 標準的なフォトリソグラフィー手順を用いて社内で作製 | ||
| デシケーター (2台) | 装置 | VWR international | 24987-048 | 1台はシラン化用、もう1台はPDMSの脱泡用 |
| 電子天秤 | 装置 | OHAUS Corp. | SC6010 | |
| オーブン | 装置 | Sheldon Manufacturing, Inc. | 1330GM | |
| ミニボルテックスミキサー | 装置 | VWR international | 58816-121 | |
| スピンコーター | 装置 | Headway Research Inc. | PWM32 | |
| プラズマエッチャー | 装置 | Plasmatic Systems, Inc. | Plasma Preen II-973 | |
| ホットプレート | 装置 | Torre Pines Scientific | HP30A | |
| 実体顕微鏡 | 顕微鏡 | Nikon Instruments | TMZ1500 | |
| CCDカメラ | 装置 | Diagnostic Instruments | SPOT RT | |
| ソレノイドバルブ | 装置 | Lee Company | LHDA0511111H | |
| データ収集ボード | ハードウェア | National Instruments | PCI 6025E, CB-50LP | |
| LabView | ソフトウェア | National Instruments | Version 8.0 | |
| トリデカフルロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル-1-トリクロロシラン | 試薬 | United Chemical Technologies | T2492 | シラン化は化学薬品用ドラフトチャンバー内で行うこと |
| PDMSプリポリマーおよび架橋剤 | 試薬 | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| ヘキサン | 試薬 | EMD Millipore | HX0295-6 | |
| 着色染料 | 試薬 | Spectrum Chemical Mfg. Corp. | FD&C 110, 135, 150 | Blue #1, Yellow #5, Red #3 |
| 3 ml 使い捨て転送ピペット | 消耗品 | Fisher Scientific | 13-711-20 | |
| キムワイプ | 消耗品 | Kimberly-Clark Corporation | 34155 | |
| 秤量皿 | 消耗品 | VWR international | 12577-027 | |
| 舌圧子 | 消耗品 | Fisher Scientific | 11-700-555 | |
| P100ディッシュ | 消耗品 | Fisher Scientific | 08-772E | |
| シリコンチューブ (内径 (I.D.) 1.14 mm) | 消耗品 | Cole-Parmer | 07625-30 | |
| Tygonチューブ (外径 1/16 in; 内径 1/32 in) | 消耗品 | Cole-Parmer | 06418-02 | |
| Ducoセメント | 消耗品 | Devcon Inc. | 6245 | |
| カミソリブレード | ツール | VWR international | 55411-050 | |
| 針 | ツール | Fisher Scientific | 0053482 (25 Gauge) | |
| #5ピンセット | ツール | Fine Science Tools | 11251-20 | |
| 50 ml centrifuge tube | 消耗品 | Fisher Scientific | 05-526B | |
| シールラップフィルム | 消耗品 | AEP Industries Inc. | 0153877 | |
| 1.5 ml マイクロ遠心チューブ | 消耗品 | Fisher Scientific | 05-406-16 | |
| 15 ml 遠心チューブ | 消耗品 | BD Biosciences | 352097 | |
| 紫色のニトリルパウダーフリー手袋 | 消耗品 | VWR international | 40101-348 | |
| 1.2 mm ハリス生検パンチ | ツール | Ted Pella, Inc. | 15074 |
参考文献
- Li, N., Hsu, C. H., Folch, A. Parallel mixing of photolithographically-defined nanoliter volumes using elastomeric microvalve arrays. Electrophoresis. 26 (19), 3858-3864 (2005).
- Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. Microfluidic large-scale integration. Science.
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