微粒子濃度のための空気圧駆動マイクロ流体プラットフォーム

Summary

本プロトコルは、効率的な微粒子濃縮に使用できる空気圧マイクロ流体プラットフォームを記述している。

Abstract

本稿では、マイクロ流体プラットフォームを用いて粒子濃度を制御する空気圧バルブを製造・運用する方法を紹介する。このプラットフォームには、湾曲した流体チャネルと3つの空気圧バルブを備えた3次元(3D)ネットワークがあり、ポリジメチルシロキサン(PDMS)による二重複製を介してネットワーク、チャネル、および空間を作成します。このデバイスは、空気圧バルブによって制御される流体流量の過渡応答に基づいて、(1)サンプルローディング、(2)サンプルブロッキング、(3)サンプル濃度、および(4)サンプルリリースの順序で動作します。粒子は、ふるいバルブ(Vs)プレートの薄いダイヤフラム層変形によってブロックされ、湾曲したマイクロ流体チャネルに蓄積する。作動流体は、2つのオン/オフバルブの作動によって排出されます。操作の結果、様々な倍率のすべての粒子が首尾よく傍受され、噛み合わなくなった。この技術を適用する場合、動作圧力、濃縮に要する時間、および濃縮速度は、装置寸法および粒径倍率に応じて変化し得る。

Introduction

生物学的分析の重要性のために、マイクロ流体および生物医学的マイクロエレクトロメカニカルシステム(BioMEMS)技術^1,2は、マイクロマテリアル^2,3,4の精製および収集のための装置の開発および研究に使用される。パーティクル キャプチャは、アクティブまたはパッシブに分類されます。アクティブトラップは、独立した粒子に作用する外部誘電体⁵、磁束⁶、聴覚⁷、視覚⁸、または熱⁹の力に使用され、それらの動きの正確な制御を可能にした。ただし、粒子と外力の間の相互作用が必要です。したがって、スループットは低くなります。マイクロ流体システムでは、外力がターゲット粒子に伝達されるため、流量を制御することは非常に重要です。

一般に、受動マイクロ流体デバイスは、マイクロチャネル^10、11内にマ....

Protocol

1. 粒子濃縮のためのマイクロ流体プラットフォームの設計

1. 3Dフローネットワーク内の流体フロー用の1つの空気圧バルブと、ふるい(Vs)、流体(Vf)、および粒子(Vp)バルブ操作用の3つの空気圧バルブで構成される空気圧マイクロ流体プラットフォームを設計します(図1)。
   注:Vsブロックは液体から粒子を濃縮し、VfおよびVpは濃縮後に流体および粒子放出を可能にする。3つの空気圧ポートは、流体/空気圧供給層(ノーマルオープン)と空気圧バルブライト出口から圧縮空気を供給し、バルブを作動させます。マイクロ流体チャネルネットワークは、CADプログラム^18、19を用いて設計されている。
2. チャンネルを空気圧供給層と3Dチャンネルネットワーク層として設計します(図2)。
   注:流体ネットワークは、前部の湾曲したチャネルおよび後部の長方形のチャンバと相互接続されている。Vsは入口を塞ぎ、粒子は湾曲した流体チャネルの収集領域に蓄積する。粒子を含まない流体(粒子を含まない液体)はQf出口を通って出され、濃縮粒子はQp出口を通って出ます(図3)。
3. 上記条件に従....

Results

図8 は、 表2で述べたように、4段階のプラットフォーム動作のための流体速度の流量を示す。第1段階は、ローディング状態(状態)である。プラットフォームには、すべてのバルブを開いた状態で流体が供給され、作動流体(Qf)と粒子(Qp)は、マイクロ流体チャネルネットワークが構造対称性を示すのとほぼ同じです。2段目(b状態)では、圧縮空気をVsに輸送して粒子をブロックし、Vsダイヤフラムが変形するにつれて流路が狭くなり、出口ポートで測定した流量が油圧抵抗によって低下した。QfとQpの流量はほぼ同じで、その差は2.67%未満でした。第3段階(c状態)では、圧縮空気を粒子濃縮のためにVsおよびVpに送達し、VsおよびVpを閉じ、Vfを開放した。測定されたQpはゼロに近く、Qfはb状態の約1.42倍であった。ほとんどの場合、両方の散逸チャネルが動作しているときに流量は2倍になりますが、プラットフォームはメイン流体チャネルとVsで異なるタイプの油圧抵抗を持つため、作動流体の総流量が減少します。最後に(d状態)、圧縮空気をVfのみに送出して濃縮粒子を回収し、Qf.......

Discussion

このプラットフォームは、さまざまなサイズの粒子を精製および濃縮する簡単な方法を提供します。空気圧バルブ制御により粒子が蓄積・放出され、パッシブ構造がないため目詰まりは観察されません。この装置を用いて、3つのサイズの粒子の濃度が提示される。しかしながら、動作圧力、濃縮に要する時間、および速度は、装置寸法、粒径倍率、およびVs18、^20、21における圧力に応じて変化し得る。

ステップ3.1を実行すると、気泡がチャネルの曲面に残ることがあります。気泡が残ると流路内の環境が変化するため、操作前に顕微鏡で流路を非常に注意深く確認する必要があります。

以前の研究と比較して、このプラットフォームにはいくつかの長所と短所があります。誘電泳動法では、より少ない標的粒子が使用される²²。粒子と外力との間の物理的相互.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 mmパンク	自己導入	自己導入	このパンクは、Miltex®プランジャー付き生検パンチ(15110-15)製品。
4インチシリコンウェーハ/ SU-8金型	4science	29-03573-01	4インチ(100)Ptypeシリコンウェーハ/ SU-8金型
カルボキシルポリスチレン架橋粒子(24.9 μm)	Spherotech	CPX-200-10	濃縮ビーズ試料1
流量計	センシリオン	SLI-1000	流量測定
ハイスピードカメラ	フォトロン	FASTCAM ミニ	濃度観察
ホットプレート	HI-1000	1個として	PDMS
KOVAX-SYRINGE 10mL/シリンジ	韓国ワクチン	22G-10ML	マイクロ流体チャネルに気泡のない脱塩水を入れます。
実験室用コノナ処理装置/大気圧プラズマ	電装	BD-20AC	チップボンディング/大気圧プラズマ
液体ポリジメチルシロキサン, PDMS	Dow Corning Inc.	Sylgard 184	チップ顕微鏡のコンポーネント
	オリンパス	IX-81	濃度の観察
PEEKチューブ	SAINT-GOBAIN PPL CORP.	AAD04103	粒子を注入または収集する
ポリスチレン粒子(4.16 μm)	Spherotech	PP-40-10	濃縮ビーズ試料3
ポリスチレン粒子(8.49 μm)	Spherotech	PP-100-10	濃縮ビーズサンプル2
圧力コントローラーフルコン	AMED&	mu;flucon	スピン
コーター	iNexus	ACE-200	SU-8金型に液体PDMSを散布