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

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。

このアプローチの全体的な目標は、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することです。この方法は、自己組織化構造の特性に対する制御された化学処理の影響など、材料科学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。また、動的条件下で制御された化学処理を可能にする技術の数は現在非常に限られているため、このアプローチは材料関連の分野で非常に魅力的であることを強調することが重要です。

まず、SU8フォトリソグラフィーを使用してシラン化されたマスターモールドを準備します。ファウリング粒子は、時間と温度の両方に特に敏感です。記載されている時間枠と温度に従わないと、ボンディングされていない、したがって機能しないデバイスが製造される可能性があります。

使い捨ての計量皿に50グラムのエラストマーと10グラムの硬化剤を組み合わせて、PDMS混合物を調製します。プラスチックのヘラを使用してコンポーネントを完全に混合します。次に、よく混合したPDMSを真空下でデシケーターに15分間入れて、混合物を脱気し、閉じ込められた気泡を取り除きます。

PDMSの最初のバッチを脱気している間に、10グラムのエラストマーと0.5グラムの硬化剤を使用して2番目のバッチを混合します。次に、制御層を含むマスターモールドを丸い11mmPTFEフレームに固定します。PDMSの5対1の混合物が脱気されたら、真空チャンバーから取り出します。

次に、PDMSの5対1の混合物を制御層マスターモールドに注ぎ、混合物がPTFEフレームの直線垂直壁のレベルに達するまで注ぎます。そして、それをデシケーターに入れます。同時に、20対1のPDMS混合物をデシケーターに入れ、再び真空を引き抜きます。

コーティングされたマスターモールドと20対1の比率のPDMSの両方をさらに30分間脱気します。次に、両方をデシケーターから取り出し、80°Cに予熱したオーブンに制御層マスターモールドを置きます。制御層がベイクしている間に、流体層のマスターモールドをスピンコーターに配置します。

20対1のPDMSを約4ミリリットルのPDMSを流し込み層のマスターモールドに流し込み、1200rpmで40秒間スピンコートすると、厚さ60μmの層が得られます。合計1時間経過したら、オーブンを開け、スピンコーティングされたウェーハを制御層の隣に置き、摂氏80度でさらに15分間一緒に焼きます。次に、合計75分が経過したら、両方のウェーハをオーブンから取り出します。

まず、制御層用のPDMSを5対1で剥離します。カミソリの刃を使って切り抜きます。次に、1ミリメートルの生検パンチを使用して入口の穴を開けます。

次に、粘着テープを使用して、さいの目に切った制御層のチップから破片を取り除きます。チップがきれいになったら、実体顕微鏡を使用して、制御層チップを流体層マスターモールドの上に位置合わせします。次に、組み立てたチップの周りに残りのPDMSを注ぎ、引き抜きます。

そして、セットアップ全体を摂氏80度のオーブンに入れます。組み立てたデバイスを一晩焼きます。翌日、硬化したアセンブリをオーブンから取り出し、室温まで冷まします。

次に、PDMSアセンブリを流体層マスターモールドから剥がします。マスターモールドから取り出したら、作製した二重層デバイスをブレードでさいの目に切り、1.5mmの生検パンチを使用して流体の入口と出口を形成します。次に、ガラスカバースリップと組み立てたデバイスの流体層をコロナ放電で1分間処理するか、酸素プラズマを使用してから、すぐに2つの表面を接着してマイクロ流体デバイスを完成させます。

接着した2層チップを70〜80°Cのオーブンで少なくとも4時間焼きます。シリンジポンプと空気圧コントローラーを使用して流量連隊を操作するには、まず、シリンジポンプにあらかじめ装填して配置したシリンジをマイクロ流体デバイスの流体入口に接続し、空気圧コントローラーシステムをマイクロ流体デバイスの制御入口に接続します。流れを視覚化するには、シリンジの1つに水性染料をロードし、毎分20マイクロリットルの流量でチャンバーに流します。

次に、空気圧コントローラーシステムを使用して、バルブを3バールで作動させてバルブを閉じます。バルブが閉じた後も流体はバルブの周りを流れることができ、この機能は、配位ポリマーなどのトラップ構造の制御された化学処理を達成するために重要であることに注意することが重要です。バルブを開くには、コントローラーシステムを使用して圧力を解放するだけです。

ダイ溶液が第1のチャネルを流れる間に、同じ流量で別の水溶液を第2の入口チャネルに注入し、2つの水系流の間に界面を形成します。次に、バルブを3バールで作動させてバルブを閉じます。デュアルフロー中のバルブの作動により、2つの水性フローの界面が変化します。

次に、2つのシリンジの流体流量をそれぞれ毎分30マイクロリットルと毎分10マイクロリットルに変更して、2つの流体間の界面をシフトします。バルブが微粒子を捕捉する能力を視覚化するために、まず10重量%のポリスチレン蛍光微粒子を含む水溶液を準備します。粒子を含んだ流体を2つの入口チャネルに、毎分20マイクロリットルの合計流量で導入します。

安定したフローが確立されるまで 2 分間待ちます。次に、波長488ナノメートルの光源を使用して蛍光ビーズを励起し、ビーズを最適に表示します。準備ができたら、バルブを3バールで作動させて閉じます。

バルブの領域を画像化して、バルブの下に閉じ込められたいくつかの粒子が、流れが維持されている間に表面に局在しているのを確認します。制御層のチャネルを通じてガスを注入すると、流体層が表面に向かって圧迫されます。これは、アクチュエータによって制御される領域の周りの流体を偏向するために使用できます。これは、ローダミン染料の不在または示されています。

これらの空気圧アクチュエータは、マイクロチャネル表面にトラップされたこれらの蛍光微粒子などの粒子または細胞をトラップするためにも使用できます。このデバイスのもう一つの特徴は、空気圧ケージの作動を通じてNC2によって生成された配位ポリマーをトラップする能力です。このセットアップでは、2つの試薬フローが使用され、層流の2つの液体の界面で制御された化学反応が起こります。

一度トラップされた配位ポリマーは、空気圧バルブを使用することにより、制御された方法で化学的に処理することができます。このビデオをご覧になっている方は、チューブ上のさまざまな構造に対して制御された化学反応を行うために使用できる二重層マイクロ流体デバイスを効果的に製造する方法を十分に理解しているはずです。この手順を試みる際には、現在のプロトコルで報告されている時間枠と温度に制約されることが重要です。

そうしないと、あなたの努力が非接着または欠陥のある、したがって機能しないデバイスの製造につながる可能性があります。この技術は、その開発後、材料科学の分野の研究者が、二重層マイクロ流体プラットフォームを使用して、さまざまなタイプのチューブ内制御化学処理を高精度で探求する道を開きます。