Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 18 min 11 s
Description: 学ぶPDMSマイクロバルブアレイの製造と自動化手法。エネルギー不要で閉塞する弁を用いた高精度マイクロ流体制御システムの構築と、サブナノリットル体積混合への応用について解説します。

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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

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&quot;制御層&quot;、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を用いてシリコンのマスターの作製<ol><li>標準のSU - 8フォトリソグラフィー法は、マイクロ流体層とクリーンルームでのバルブの制御層（このビデオには示されていない）のためにSU - 8&quot;マスター&quot;（SU - 8 2050、マイクロケム、ニュートン、MA）を作成するために使用された。 </li><li>前のPDMSの複製SU - 8に、リリースを容易にするために、マスターは、フルオロシラン（（トリデカ- 1、1,2,2、 - テトラヒドロ）-1 - トリクロロシラン（TFOCS））、内の蒸気に暴露することによりシラン化された真空源に接続されたデシケータージャー（ペレットを乾燥させずに）。デシケータ室はTFOCS蒸気の腐食性の性質に化学ヒュームフード等により内部に配置されている必要があります。 </li><li>デシケーター室内の吸水性のペーパータオルの小さな部分を置きます。ペーパータオルにTFOCSのドロップを追加し、チャンバーから空気を抜く。 1分間真空状態にしてオフにしてください。真空を閉じて、堆積のための30分を許可する。将来使用するために密閉容器に入れ、マスターしてください。 </li></ol>マスターからのPDMSのレプリカ成形<ol><li>流体層と制御層は、SU - 8のマスターからPDMSのレプリカ成形によって作られています。 </li><li>泡透明になるまで10〜15分間デシケーター中で十分に混合PDMSプレポリマーと架橋剤（10:1重量比）、脱泡。 </li><li> 1〜2センチメートル長い部分にシリコンチューブをカット。アプリケーションに応じてチューブの適切なサイズを選択してください。我々は、後で1 / 16インチ外径のチューブへ簡単に接続できるようにここに1.14ミリメートルIDのチューブを使用してください。 </li><li>制御層のSU - 8マスターの入口の領域の上に接着剤のチューブにDuco ®のセメントを使用してください。シリコンチューブは、PDMSと同じ成分で作られており、チューブが空気と流体タイトインレット/アウトレットを作成し、PDMSマイクロ流体デバイスに組み込まれるように、あまりにも多くの接着剤を使用しないように注意してください。 </li><li>私たちの装置では、入口領域は流体とコントロール層の両方のマスクに設計されていますが、シリコンチューブの入口は、デバイスの一つの層（例えば、制御層）に成形されています。流体層に入口を作成するには、我々は、手動で入口の地域をカバー膜のいくつかのセクションを削除したり、穿刺。そのため、位置合わせと組み立ての後、すべてのマイクロチャネル（およびその制御バルブを、それらのような流れを運ぶもの）、従来の顕微鏡のステージ上のデバイスのイメージングを可能にする、底面が平面になるように装置の上部からアクセス可能です。 </li><li>慎重に制御層マスターでチューブの周りに、両方のマスターにデバブルPDMSを注ぐ。デシケーター中で再び脱泡。脱泡が完了した後、65硬化させるための&gt; 1時間℃のオーブンに入れ。 </li><li>オーブンから硬化PDMS -覆われたマスターを削除します。 </li><li>マスター（各マスター三同一のデバイスを含む）とピールオフから個々のデバイスをカット。 </li><li>針やピンセットを用いて口領域から接着剤を取り除く。 </li><li>クリーンルームに制御層PDMSを取る。 </li></ol>薄いPDMS膜の製造<ol><li>装置の原理に示すように、中間層は〜12μmの厚PDMS膜で構成されています。 </li><li>午前10時01分重量を混ぜる。ボルテックスによりヘキサン（3:1重量比）とPDMSプレポリマー/硬化剤の混合物の比率。 </li><li>クリーンルームに移動します。 （ほこりのない環境では、PDMS膜が欠陥のないことを保証するために重要であり、ダスト粒子は穴および/または不完全にレプリカの金型にバインドされているを含む膜になることがあります。） </li><li>シラン3インチ径ウエハの上に置くSolitecのスピナーの真空チャックに。ウェハは、シラン化でなければならない（フルオロシランで誘導体化）のシリコン表面からPDMSの放出を促進するために回転PDMS前。チャックの外側にテフロンのボウルは、簡単に洗浄用プラスチックフィルムで包まれていた。 </li><li> 18ゲージ注射針を（気泡を最小限に抑えるため）を使用してウェハ上にPDMS /ヘキサン混合物の2-3 mlを分注する。 </li><li>スピンパラメータを設定します。 〜12μmの厚さのPDMS膜では、その結果、30秒間7000rpmでスピン。 </li><li> 85ウエハを加熱° C PDMSフィルムを治すために、ホットプレート上で4分間。 </li></ol>多層PDMSデバイスのボンディングおよびアセンブリ<ol><li>酸素プラズマチャンバに制御層とPDMS膜を置く。 30秒（酸素の圧力30 PSI、流量3月5日SCFH、550W）のためにプラズマをオンにします。酸素の活性化の後に（5分以内）すぐにPDMS膜と接触制御層をもたらす。このような酸素の圧力、流量、及びプラズマの電力と処理時間などのシステムパラメータが、、経験的に別の用途に応じて設定されています。 </li><li> 5分間待ってから、膜とともにウェハから制御層を取り除く。 </li><li>制御と流体層の両方がチューブを経由して上からアクセス可能になるように注入口の部分に膜を取り外します。 </li><li>ステレオスコープの下で流体層（平面）と（入口のようなチューブ付）制御層を合わせます。 PDMS上にPDMSシールするので、永久的な結合は必要ありません。 </li></ol>真空または圧力によるPDMSのマイクロバルブのコンピューター制御開閉<ol><li>デバイスの整列と組み立て後、1.14 mm内径のシリコン注入口に1 / 16インチ外径（内径1 / 32インチ）タイゴンチューブを挿入し、圧力源や流体リザーバへの入口を接続する。 </li><li>バルブの開閉のために、圧力が真空ラインと小型三方電磁弁の配列に2つの圧力レギュレータを介して接続空気圧ラインによって制御されます。 </li><li>ソレノイドバルブは、LabVIEWソフトウェアを介して制御ナショナルインスツルメンツのデータ集録ハードウェアに接続されています。 </li><li>デバイスの操作と膜のたわみは、カラーCCDカメラ（SPOT RT、診断器具、スターリングハイツ、ミシガン州）で可視化です。 </li></ol>別の定義ナノリットル量の異なる2つの色の染料の並列混合我々は、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、混合を可能にする並列ミキサーの操作を示しています。 <ol><li>流体層はmicrochambersの2つの配列が含まれています：配列に沿って、microchambersのサイズが減少する、× 400μmの200μmのから200μmに、左から× 40μmの、10は500μm× 40μmのチャンバーで、です。配列内の流体接続のためにだけ使用される、チャンバ10の右側には、対称的にサイズが増加するチャンバーのセットです。配列Bのチャンバーは、このように常に等しい異なる行の2つの隣接室の添加量に設計されています。 0は、0RやB 10、B 10Rは混合せずにソリューションとBのそれぞれのコントロールとして設計されています。 </li><li>制御層は、バルブの2独立して制御セットがあります。バルブ{V 1}の組弁{V 2}の2番目のセットに対し、それぞれの注入口を持つ2つのチャンバーアレイを接続するために使用されるには2つの配列にチャンバーの各ペアを接続するために使用されます。 </li><li> AとB、それぞれのアレイに2つの色素溶液の流れを可能にするためにバルブのセット{V 1}を開いてmicrochambersを埋める。ソリューションの流れは手でまたはソレノイドバルブで制御引く真空のいずれかによって達成することができます。気泡がmicrochambersに形成している場合は、より多くのソリューションは、気泡を除去するためにプッシュすることができる、またはデバイスは、PDMSの空気透過性のために消えて数分と泡のために残すことができます。 </li><li>両方の配列内の各チャンバを隔離するバルブセット{V 1}を閉じてください。 </li><li>別の配列に隣接する室間の流体の混合を可能にするために開くバルブセット{V 2}。ミキシングは、これらのボリュームのために完了するには、1〜2分しかかかりません。 </li><li>各流体室に戻って流体を押すために{V 2}を閉じて、チャンバーは、その元の形状に戻る変形。 two流体アレイは11の異なるサイズのチャンバーに設計されているので、11の異なる混合比は、単一の混合工程で製造されています。 </li></ol>マイクロ細胞培養のコンピュータ制御の灌流のための統合されたマイクロ流体システム我々は、単一の細胞培養容器に複数のソリューションの自動化された灌流することができるマイクロ流体システムを示す。市販注入口は、単一の入口、様々な組み合わせ、またはすべてを一度に任意の順序で活性化することができるマイクロバルブによって制御されます。デバイスは、勾配や様々なソリューションの混合物を製造することが可能です。 流体層、制御層、および中間の薄いPDMS膜：このデバイスはまた、3つの層から構成され。 このデバイスのための代替製造工程： <ol><li>流体チャネルおよび制御チャネルの入口ポートは、1.2 mm径のハリスマイクロパンチを（テッドペラ、（株））を使用して、&quot;パンチ&quot;されています。チューブは、制御層を介してPDMSに挿入される鈍化18ゲージの針を使用して注入口に接続されています。これは、シリコンチューブより注入口の高密度パッキングすることができます。 PDMSのコンプライアンスは、効果的に流体または空気圧を提供するために針の周りタイトなシールを提供します。 </li><li>前述のように、制御層の薄いPDMS膜の接着は、酸素プラズマへの曝露を使用して行われます。 </li><li>流体層が5:1の割合でPDMSプレポリマーと架橋剤とレプリカ成形により作製し、部分的に60℃対流のオーブンで25分間硬化されています。この時点で、部分的に硬化流体層はまだ粘着性であり、まだそれがマスターから削除することができます。 </li><li>流体層は、手動でステレオスコープを用いて組み立て済みの制御と膜の層に整列されます。組み立て装置を80℃で5分間ホットプレート上に置かれる膜は、真空を適用することにより、すべてのバルブシートにおいて流体層から外れるまで次に、バルブの制御ラインは自動化されたコントローラに接続され、バルブが作動している。デバイスはさらに、少なくとも1時間80℃ホットプレート上で硬化されている間バルブを&quot;切り離す&quot;の後に、コンピュータのコントローラは、オンとオフのサイクルにバルブを設定されています。 </li></ol>私たちの統合されたマイクロ流体システムの機能：デバイスは、多重化された弁体のスキームを用いて細胞培養容器に16種類のソリューションの自動化された灌流することが可能です。チャネルの設計は、すべての注入口の抵抗がバランスであることを保証します。私たちのマイクロバルブのデザインは、クロスコンタミネーションを制限する流体の迅速な除去のための統合されたチャネルを介して洗浄ソリューションとコントロールを分離します。統合されたヘリンボーンのミキサーは、異なる入口の混合物を生成するためにアクティブにすることができます。さらに、流量を変更するために活性化できる4つの様々な抵抗のチャネルがあります。

<ol><li>Li, N., Hsu, C. H., Folch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+mixing+of+photolithographically-defined+nanoliter+volumes+using+elastomeric+microvalve+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Parallel mixing of photolithographically-defined nanoliter volumes using elastomeric microvalve arrays.</a> Electrophoresis. 26 (19), 3858-3864 (2005).</li>
<li>Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+large-scale+integration%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microfluidic large-scale integration.</a> Science. 298 (5593), 580-584 (2002).</li>
</ol>

私たちのマイクロバルブの設計の主な利点： <ol><li>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、 </li><li>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。 </li></ol>パラレルミキサーの利点： <ol><li>それは制御するための製造が容易と簡単です。 </li><li>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。 </li><li>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。 </li><li>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。 </li></ol>統合されたマイクロ流体灌流...

<table><tbody><tr><td>洗浄済みシリコンウェハー</td><td>消耗品</td><td>Silicon Sense Inc.</td><td>3P0110TEST</td><td>直径3インチ、P/ホウ素</td></tr><tr><td>&quot;マスター&quot;ウェハー（SU-8パターン形成済み）</td><td>消耗品</td><td></td><td></td><td>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</td></tr><tr><td>デシケーター (2台)</td><td>装置</td><td>VWR international</td><td>24987-048</td><td>1台はシラン化用、もう1台はPDMSの脱泡用</td></tr><tr><td>電子天秤</td><td>装置</td><td>OHAUS Corp.</td><td>SC6010</td><td></td></tr><tr><td>オーブン</td><td>装置</td><td>Sheldon Manufacturing, Inc.</td><td>1330GM</td><td></td></tr><tr><td>ミニボルテックスミキサー</td><td>装置</td><td>VWR international</td><td>58816-121</td><td></td></tr><tr><td>スピンコーター</td><td>装置</td><td>Headway Research Inc.</td><td>PWM32</td><td></td></tr><tr><td>プラズマエッチャー</td><td>装置</td><td>Plasmatic Systems, Inc.</td><td>Plasma Preen II-973</td><td></td></tr><tr><td>ホットプレート</td><td>装置</td><td>Torre Pines Scientific</td><td>HP30A</td><td></td></tr><tr><td>実体顕微鏡</td><td>顕微鏡</td><td>Nikon Instruments</td><td>TMZ1500</td><td></td></tr><tr><td>CCDカメラ</td><td>装置</td><td>Diagnostic Instruments</td><td>SPOT RT</td><td></td></tr><tr><td>ソレノイドバルブ</td><td>装置</td><td>Lee Company</td><td>LHDA0511111H</td><td></td></tr><tr><td>データ収集ボード</td><td>ハードウェア</td><td>National Instruments</td><td>PCI 6025E, CB-50LP</td><td></td></tr><tr><td>LabView</td><td>ソフトウェア</td><td>National Instruments</td><td>Version 8.0</td><td></td></tr><tr><td>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</td><td>試薬</td><td>United Chemical Technologies</td><td>T2492</td><td>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</td></tr><tr><td>PDMSプリポリマーおよび架橋剤</td><td>試薬</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>ヘキサン</td><td>試薬</td><td>EMD Millipore</td><td>HX0295-6</td><td></td></tr><tr><td>着色染料</td><td>試薬</td><td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td><td>FD&amp;amp;C 110, 135, 150</td><td>Blue #1, Yellow #5, Red #3</td></tr><tr><td>3 ml 使い捨て転送ピペット</td><td>消耗品</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-711-20</td><td></td></tr><tr><td>キムワイプ</td><td>消耗品</td><td>Kimberly-Clark Corporation</td><td>34155</td><td></td></tr><tr><td>秤量皿</td><td>消耗品</td><td>VWR international</td><td>12577-027</td><td></td></tr><tr><td>舌圧子</td><td>消耗品</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-700-555</td><td></td></tr><tr><td>P100ディッシュ</td><td>消耗品</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-772E</td><td></td></tr><tr><td>シリコンチューブ (内径 (I.D.) 1.14 mm)</td><td>消耗品</td><td>Cole-Parmer</td><td>07625-30</td><td></td></tr><tr><td>Tygonチューブ (外径 1/16 in; 内径 1/32 in)</td><td>消耗品</td><td>Cole-Parmer</td><td>06418-02</td><td></td></tr><tr><td>Ducoセメント</td><td>消耗品</td><td>Devcon Inc.</td><td>6245</td><td></td></tr><tr><td>カミソリブレード</td><td>ツール</td><td>VWR international</td><td>55411-050</td><td></td></tr><tr><td>針</td><td>ツール</td><td>Fisher Scientific</td><td>0053482 (25 Gauge)</td><td></td></tr><tr><td>#5ピンセット</td><td>ツール</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-20</td><td></td></tr><tr><td>50 ml centrifuge tube</td><td>消耗品</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-526B</td><td></td></tr><tr><td>シールラップフィルム</td><td>消耗品</td><td>AEP Industries Inc.</td><td>0153877</td><td></td></tr><tr><td>1.5 ml マイクロ遠心チューブ</td><td>消耗品</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-406-16</td><td></td></tr><tr><td>15 ml 遠心チューブ</td><td>消耗品</td><td>BD Biosciences</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>紫色のニトリルパウダーフリー手袋</td><td>消耗品</td><td>VWR international</td><td>40101-348</td><td></td></tr><tr><td>1.2 mm ハリス生検パンチ</td><td>ツール</td><td>Ted Pella, Inc.</td><td>15074</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

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。

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。

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の生物医学的アッセイのための、簡便かつ効果的なソリューションを提供します。

マイクロフルイディクス（微小流体デバイス）は、精密な液体制御が必要とされるハイスループット実験を行うための技術を細胞生物学者に提供します。こんにちは。ワシントン大学バイオエンジニアリング学科、Folk LabのNin Chen Leeです。本日は、PDMSマイクロバルブアレイによって制御されるマイクロフルイディックチップの作製方法をご紹介します。このデバイスは3つの層で構成されています。第1層は流体層であり、異なるサイズのマイクロチャンバーが含まれています。第2層は制御層であり、2つの層の間にチャネルが含まれています。PMSの疎水性とコンプライアンスにより、薄いPMSメンブレンが存在します。メンブレンがシード部分で密閉されるため、流体チャンバー同士が互いに隔離されます。制御チャネルを通じて真空を印加すると、PDMSメンブレンがたわみ、それまで隔離されていた流体チャンバーが連結されます。本日は、異なる混合比でサブナノリットル体積の水溶液を混合できるパラレルミキサーについてご紹介します。そして、当研究室からのこのステップでは、細胞培養に複数の溶液を灌流させることができる統合マイクロ流体システムについて解説します。それでは始めましょう。ここでは、シリコンウェハー上のSU-8で構成された、微細構造を持つマスターをお見せします。マスターは、これらの原版から標準的なSUH写真工程を用いて作製されました。これにより、PDMSレプリカを繰り返し作製することが可能です。マスターからPDMSを容易に剥離させるために、まずマスターを処理する必要があります。通常、Florence Islandを用いてマスターを作成します。まず、ウェハーをエバポレーターに入れ、フォレストの液滴を滴下した後、デスクスケートチャンバーを閉じ、真空ポンプを作動させます。1、2、3分間真空状態を維持した後、真空ポンプを停止します。30分間蒸発させた後、ウェハーを取り出します。PDMSでレプリカを作成する前に、まずPDMS前駆体と硬化剤を10:1の比率で混合する必要があります。まず、プレポリマーを31 g量り取り、次に硬化剤を3.1 g量り取り、5分間十分に混合します。完成した製品はこのようになります。その後、気泡を取り除くため、透明になるまで5～10分間、真空脱泡器に入れます。PMSの脱気（デバブル）を待つ間に、コントロール層の領域にシリコンチューブを接着します。シリコンチューブを選択したのは、PMSと同じ成分であるため、後でデバイスに埋め込むことで気密性と液密性の高いシールを作成できるからです。ここで、小さなシリコンチューブの先端に少量のDセメント接着剤を塗り、マスターの入口領域に押し付けます。チューブがアンプの上に倒れないようにするためには、シリコンチューブを切断する際に切り口を非常に平らにし、上部に接着剤を塗りすぎないようにする必要があります。接着剤をどのように押し付けるかについて説明します。それでは、ベントの両側に領域を作成し、蓋を取り外します。PSが作製されました。このPSをマスターの上に流し込みます。チューブ周辺のPGAを引っ張らないよう注意してください。次に、流体層の構造を持つもう一方のマスターに流し込みます。PSをマスターに流し込んだ後、ダストキッカーで5～10分間、再度脱泡を行う必要があります。脱泡後、PMSをオーブンで65～70 °Cで1時間から24時間かけて硬化させます。承知いたしました。2時間後、PMSの硬化が完了しました。次に、PMSデバイスをSUマスターから切り離し、コントロール層の処理を行います。チューブを装着し、デバイスの入口領域から接着剤を除去します。デバイスの入口領域は3つの層とコントロール層の両方に作成されていますが、シリコンチューブを装着するのは1つの層のみです。例えば、ここではコントロール層のみに注目します。流体層へのアクセス経路を作るために、シリコンチューブの下にあるメンブレンに穴を開けます。これにより、デバイスのすべてに上部からアクセスできるため、ステレオスコープや従来の倒立顕微鏡を用いた顕微鏡観察が容易になります。これからC室に入ります。CTM S膜を準備するために、ヘッドウェイ・スピナーを用いてPDF膜のスピンコートを行う方法を説明します。ウェハーをチャックの上に置く前に、ボールをプラスチックグラフで覆い、後で汚れを簡単に掃除できるように、下にペーパータオルを敷きました。したがって、マスターの際と同様に準備が整っていれば、真空中で洗浄した後、シリコンウェハの上にPDMSを約2 mL分 dispense します。ここでは11〜12 µmの膜厚を得たいため、ウェハを7,000 rpmで20秒間スピンコートします。ここで、ウェハが回転している様子が確認できます。規定の時間まで回転させます。スピンコート後、ウェハを85 °Cのホットプレートで4分間加熱します。これでPDMS膜が硬化しました。次に、プラズマオーブンを用いてPDMSメンブレンとコントロールレイヤーを酸化させます。プラチナパワーを75%に設定し、酸素圧を30 PSI、流量を5に設定します。これらのパラメータは、用途に応じて適宜調整が可能です。タイマーを起動し、プラズマを30秒間照射します。次に、コントロールレイヤーをメンブレンの上に配置します。これらを接触させると、数分後にはコントロールレイヤーがメンブレンに接合されます。数分後、メンブレンとともにコントロール層を取り除きます。これで、コントロール層をフルクリア（完全透明層）に合わせて整列させる準備が整いました。現在はクリーンルーム外であるため、スコッチテープを使用してフルクリア上のホコリを除去します。また、コントロール層の入口領域からメンブレンを除去する必要があります。これは、下層の流体層にアクセスできるようにするためです。したがって、メンブレンが付いたコントロール層を流体層の上に配置してください。すべてのチャンバー流体チャンバーとバルブを確認してください。これらがすべて左から右へ正しく整列していることを確認します。整列していない場合は、コントロール層を取り除いてやり直してください。ここでは、流体層と制御層が整列していることがわかります。次に、これらの入口に細いチューブを挿入し、流体源および圧力源に接続します。続いて、バルブを圧力源に、流体入口を流体源に接続します。ここでは、PDMSマイクロバルブの開閉のために、青色と黄色の2種類の異なる染料を使用しています。真空源と空気圧に接続されたソレノイドバルブを使用し、バルブはLightViewソフトウェアによって制御されます。それでは、バルブセット1番を開きます。PDMSメンブレンがたわみ、バルブが開いているのがわかります。次に、最初のバルブセットを閉じ、2番目のセットを順に開閉します。これで、すべてのマイクロバルブが正常に動作しています。2種類の異なるダイ（粒子）を用いて、マイクロ流体チャンバーを充填します。バルブセット1番を開き、真空を用いて2種類のダイをチャンバー内に引き込みます。チャンバーにダイが充填された後、バルブセット1番を閉じて各チャンバーを隔離し、その後バルブセットをオンにします。2番目に、2つのアレイ内のペアを混合します。バルブを開いてから混合が完了するまで、通常1〜2分かかります。なお、チャンバーのサイズは10種類の異なるサイズで設計しています。ここでは11種類の異なる混合比を調製しています。混合が完了した後、バルブを閉じることで、各チャンバーに異なる混合比が設定されていることが確認できます。色は青から緑へ、そしてさらに黄色へと変化しました。作製されたこれらのデバイスは、薬剤スクリーニングなどの生物医学的アッセイや、走化性、あるいは異なる濃度の化学物質、成長因子、薬剤に対する細胞応答などの細胞生物学研究に活用できる可能性があります。私はChris Sipです。ここでは、統合マイクロ流体灌流システムであるデバイスについて実演します。これは、先ほど作製工程で見たデバイスと非常に類似しています。唯一の、そして最大の相違点は、拡散によって混合されるバルブで区切られた個別のチャンバーを持つ代わりに、バルブによって制御され、合流する複数のインレットを備えたマルチプレクスバルブ方式を採用していることです。ここでは、バルブの選択的な作動によって、異なるインレットのオン・オフを制御する方法を実演します。さらに、統合されたミキシングチャネルの動作と、グラジエントのステアリングについても説明します。画面上部には16個の入口があり、これらが合流しています。流れは上部からこの垂直チャネルを通り、細胞培養チャンバーであるこの分岐ネットワークへと流入します。ここで、入口から青色の染料に切り替えて流すと、チャンバーを通過する際の層流プロファイルを確認できます。次に、青色と黄色を組み合わせて流し、その後、これを切り替えて逆の組み合わせを作成します。グラジエントを右側に誘導することができます。また、他の種類のグラジエントを作成することも可能です。ここではバルブの高速切り替えを示しており、異なる溶液をかなり迅速に交互に切り替えることができます。現在、このホモジナイザーに青色と黄色の液体を供給しており、チャンバー内では溶液が緑色になって出てきます。また、任意の数の異なる入口を切り替えることも可能です。この例では、赤色の入口から供給しており、これによりすべての緑色の溶液が置き換わっています。本日は、マイクロ流体バルブベースのデバイスの作製方法を示し、サブリットル体積での2色の染料の異なる比率での混合を実演しました。当研究室のChrisが、異なる溶液を灌流するための統合マイクロ流路システムについても実演しました。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りいたします。

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Research

JoVE Journal

Biology

生物学

この記事では、流体力学的流れに基づいて粒子の閉じ込めのためのマイクロ流体ベースの手法を提案する。我々はそれによって統合されたマイクロデバイスの任意の粒子の閉じ込めとマイクロマニピュレーションを可能にする、フィードバック制御のメカニズムを使用して流体よどみ点での安定した粒子のトラッピングを示しています。...

単一粒子のためのマイクロ流体ベースの流体力学的トラップ

この研究では、〜8マイクロ秒で2つの溶液を混合することのできるマイクロミキサーの作製と使用について説明します。また、UV蛍光と蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）を用いて分光検出とこれらのミキサの使用方法を示しています。...

タンパク質の折り畳みを研究するためのマイクロ流体ミキサー

この記事では、単一細胞解析のためのマイクロ流体チップを提示する。これは、蛍光アッセイまたはイムノアッセイによって細胞内タンパク質、酵素、補因子、およびセカンドメッセンジャーの定量化を可能にする。...

単一細胞の多彩な化学分析マイクロ流体チップ

この記事では、マイクロ流体ラピッドプロトタイピングプラットフォームのさまざまな手法について説明します。提案された技術は、紫外線(UV)に敏感で温度硬化性のエポキシ、ポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースのチューブ、ワイヤーボンディング、および異方性接着フィルムに基づいています。提示された組み立て手順は、1回限りの使用デバイスと再利用可能なマイクロ流体システムの両方に対して開発されています。...

ハイスループットマイクロ流体の迅速かつ低コストのプロトタイピング包装方法

ここでは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)で作られた二重層マイクロ流体システムの製造と操作について説明します。このデバイスのトラップ、結晶性分子材料の配位経路の誘導、およびオンチップトラップ構造への化学反応の制御の可能性を実証します。...

マイクロ流体空気圧ケージ：インチップクリスタルトラッピング、操作のための新しいアプローチと管理化学治療

流体成分と統合された微細加工デバイスは、in vivoの微小環境を模倣した細胞研究のためのin...

シングルまたは共存化学/電気/せん断応力刺激下で細胞応答を研究するためのマイクロ流体デバイスを設計

多層マイクロ流体デバイスは、機能のために複雑な形状のマスターモールドの製造をしばしば含みます。この記事では、バルブと任意のアプリケーションに合わせて調整可能な可変高さ機能を備えたマルチステップフォトリソグラフィーの完全なプロトコルを紹介します。そのデモンストレーションとして、ハイドロゲルビーズを作製できるマイクロ流体液滴発生装置を作製します。...

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

ここでは、伸縮性、デュアル チャネルの作製、臓器レベルの機能体外の概説のため器官チップ マイクロ細胞培養装置を記述するプロトコルを提案する.

伸縮性、デュアル チャネル、オルガン マイクロ流体チップのスケーラブルな作製

1500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプの配列、オンサイトミキシングモジュラスから構成される複雑な寿命機械の高スループット研究のためのマイクロ流体システムを発表します。マイクロ流体チップは、生体内の非常に複雑で動的な微小環境条件の解析を可能にします。...

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

ここでは、マイクロ流体チップと、新生血管形成の初期微小環境を再現する、自動制御された高効率循環マイクロ流体システムを提供し、高い発光せん断応力、経経皮流の生理学的レベル、および様々な血管内皮成長因子(VEGF)分布によって内皮細胞(ECs)を同時に刺激することを可能にする。...

新血管新生初期事象を模倣する微発性モデル

ここでは、油中水型エマルジョン(プラグ)でコンビナトリアルライブラリを産生するためのポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースの二重層デバイスの作製について説明します。プラグ製造の自動化に必要なハードウェアとソフトウェアがプロトコルに詳述されており、蛍光プラグの定量的ライブラリの製造も実証されています。...

コンビナトリアルプラグ製造のための二層マイクロ流体デバイス

学ぶPDMSマイクロバルブアレイの製造と自動化手法。エネルギー不要で閉塞する弁を用いた高精度マイクロ流体制御システムの構築と、サブナノリットル体積混合への応用について解説します。

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

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