エラストマーのマイクロバルブの配列で制御マイクロ流体チップ

Summary

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。

Abstract

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。

Protocol

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....

Discussion

私たちのマイクロバルブの設計の主な利点：

1. 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、
2. 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：

1. それは制御するための製造が容易と簡単です。
2. 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。
3. 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。
4. 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.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
クリーンシリコンウェーハ	供給	シリコンセンス株式会社	3P0110TEST	3 インチ、SU-8 パターンを含む P/ボロン
「マスター」ウェーハ	消耗品			標準的なフォトリソグラフィー手順を使用して社内で製造
デシケーター (2)	機器	VWR 国際	24987-048	1 つはシラン化用、もう 1 つは PDMS 脱バブリング用です。
バランス	機器	オーハウス(株)	SC6010
オーブン	機器	ドンマニュファクチャリング株式会社	1330GM
ミニボルテクサー	機器	VWRインターナショナル	58816-121
スピナー	機器	ヘッドウェイリサーチ株式会社	PWM32
プラズマエッチング	装置	プラズマ・システムズ社	プラズマプリーンII-973
プレート	機器	トーレパインズサイエンティフィック	HP30A
ステレオスコープ	顕微鏡	ニコン機器	TMZ1500
CCDカメラ	機器	診断機器	スポットRT
電磁弁	機器	リーカンパニー	LHDA0511111H
データ取得ボード	ハードウェア	ナショナルインスツルメンツ	PCI 6025E、CB-50LP
LabView	ソフトウェア	ナショナルインスツルメンツ	バージョン8.0
トリデカフルオロ-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	ユナイテッド・ケミカル・テクノロジー	ズ T2492	シラン化は、化学ヒュームフードで行う必要があります。
PDMS プレポリマーおよび架橋剤	試薬	ダウ コーニング	シルガード 184
ヘキサン	試薬	EMD ミリポア	HX0295-6
カラー 染料	試薬	スペクトル Chemical Mfg. Corp.	FD&C 110、135、150	ブルー#1、イエロー#5、レッド#3。
3 mlの使い捨てトランスファーピペット	用品	フィッシャーサイエンティフィック	13-711-20
キムワイプ用品		キンバリークラークコーポレーション	34155
ボート	用品VWR	インターナショナル	12577-027
舌圧子	用品	ッシャーサイエンティフィック	11-700-555P100
皿	供給	フィッシャーサイエンティフィック	08-772E
シリコーンチューブ (内径 (ID))	供給品	コール・パーマー	07625-30
タイゴン・チューブ (O.D. 1/16 インチ; 内径 1/32 インチ)	供給品	コール・パーマー	06418-02
デュコ・セメント	・サプライ	Devcon Inc.	6245
カミソリ刃	ツール	VWR 国際	55411-050
ニードル	ツール	フィッシャー サイエンティフィック	0053482 (25 ゲージ)
#5 鉗子	ツール	ファイン サイエンス ツール	11251-20
50 ml 遠心分離管	サプライ	フィッシャー サイエンティフィック	05-526B
シール ラップ フィルム	供給	AEP Industries Inc.
1.5 ml 微量遠心チューブ	供給	フィッシャー サイエンティフィック	05-406-16
15 ml 遠心分離チューブ	供給	BD バイオサイエンス	352097
パープル ニトリル パワーフリー グローブ	供給	VWR 国際	40101-348
1.2 mm ハリス生検パンチ	ツール	テッド・ペラ Inc.	15074