Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 18 s
Description: 学ぶ多段階フォトリソグラフィ法によるバルブ付き多層マイクロ流体デバイスの作製プロトコル。複雑な形状のマスターモールドを作製し、流体制御を可能にする技術を解説します。

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著者は、原稿への有益なコメントと編集を提供してくださったScott Longwell氏と、デバイス撮影のためにRobert Puccinelli氏に感謝します。著者らは、ベックマン研究所の技術開発助成金からの寛大な支援に感謝しています。K.B.は、NSF GFRPフェローシップと、Stanford Clinical and Translational Science Award to Spectrum(NIH TL1 TR 001084)のTLIコンポーネントによってサポートされています。P.F.は、マコーミックとガビランのファカルティフェローシップを認めています。

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</ol>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

この作品は、私たちのオンラインツール26と製造元の指示25に基づき、製造パラメータへの簡単な変更を加えて任意のアプリケーションのために調整することができ、バルブと高さが可変ジオメトリーを備えた多層マイクロ流体デバイスのための完全なマルチステップフォトリソグラフィプロトコルを示しています。このプロトコルは、単純なパッシブ1層の金型を超えてマイクロ流体デバイスを構築することを望む研究者多層フォトリソグラフィ法を分かりやすく説明することを意図しています。 多層マイクロ流体デバイスは、高スループット生化学アッセイ1に単一細胞分析に至るまでのアプリケーション「ラボオンチップ」のための単一のソフトポリマーデバイス内の高度な機能の追求を可能にします。ここで構築されたビーズシンセサイザ装置は、そのCヒドロゲル液滴を生成するために単一の流れ層との両方の完全密封可能とふるいバルブ形状を有する複数の高さを実証しますビーズをポリマーに重合すること。バルブの存在は、...

<html>過去15年間、フィールドとしてマイクロフルイディクスは、マイクロメートルスケール1での流体の操作を可能にする新技術の爆発で、急速な成長を遂げています。少量が同時に劇的にスループットが向上し、スケール2、3の経済を活用することでコストを低減しつつ、高速化と感度を実現する可能性を有するので、マイクロ流体システムは、湿式実験室機能の魅力的なプラットフォームです。多層マイクロ流体システムは、単一細胞分析4、5、6、単一分子分析（ 例えば、デジタルPCR 7）、タンパク質結晶8、転写因子結合アッセイなどのハイスループット生化学分析の用途において特に重要な影響を作っていますF &quot;&gt; 9、10、及び細胞スクリーニング11。 マイクロフルイディクスの中心となる目標は、総生化学分析12のために、単一のデバイス内で複雑な流体操作を行うことが可能なデバイス「ラボオンチップ」の開発です。多層ソフトリソグラフィ技術の開発は、ミキサー、オンチップバルブの作成を可能にすることによって、この目標を実現する助けと積極的に小さな容積内の流体13、14、15を制御するためのポンプいます。その利点と実証されたアプリケーションにもかかわらず、これらのマイクロ流体技術の多くは、非専門家のユーザーによって大部分が未利用のまま。広く採用が原因微細加工施設へのアクセスが制限さに一部挑戦するだけでなく、製造技術の不十分な通信のためにされています。これは、FO特にそうですRバルブや複雑な形状のための構造を備えた多層マイクロ流体デバイス：重要な設計パラメータと製造技術の詳細、実用的な情報の不足は、多くの場合、これらのデバイスの設計と作成に関わるプロジェクトに着手から新たな研究者を抑止します。 この記事では、バルブ、高さ可変機能を備えた多層マイクロ流体デバイスを製造する設計パラメータから開始し、すべての製造工程を経て移動するための完全なプロトコルを提示することによって、この知識のギャップに対処することを目的とします。製造の最初のフォトリソグラフィ工程に着目し、このプロトコルは、金型からデバイスをキャストし、具体的な実験を実行するの下流の手順を説明し、他のマイクロフルイディクス・プロトコル16を補完します。 モノリシックチップ上の弁を持つマイクロ流体デバイスは、2層で構成されています。興味のある流体は、マイクロに操作される「フロー」層を、チャネル、空気または水を含むマイクロチャネルを選択的流動層14内の流体の流れを調節することができる「制御」層、。これら二つの層は、それぞれのその後呼ばれるプロセスにおいてポリジメチルシロキサン（PDMS）、レプリカ成形に使用される別個のシリコンモールドマスタ上に製造されている「ソフトリソグラフィ17。 &quot;多層デバイスを形成するために、PDMSの各層は、それぞれの成形マスター上にキャストした後、互いに整列し、それにより各層のチャネルを有する複合PDMSデバイスを形成しています。バルブは、フローチャネル及び制御チャネルが互いに交差するだけ薄い膜によって分離された位置に形成されています。コントロールチャネルの加圧は、流路を閉塞し、局所的に流体（ 図1）を変位させる、この膜を偏向させます。 アクティブオンチップバルブは、所望の最終用途に応じて、複数の方法で製造することができます。バルブ制御層は、流動層（ 図1）15の上または下であるかに応じて、いずれかの「プッシュダウン」または「押し上げる」幾何学で構成することができます。フローチャネルは、貼り合わせ基板と直接接触するようにするための「プッシュダウン」ジオメトリは、基板表面の選択的官能基化またはパターニングの利点を付与する、許可しながら形状は、下の閉鎖圧力および剥離に対する高いデバイスの安定性を可能にする「押し上げ」後で機能18、19用。 バルブはまた、流路の断面形状に応じて、「ふるい」バルブ意図的に漏出性または完全に密閉可能ないずれかになります。篩バルブは、ビーズ、細胞または他のmacroanalytes 1を捕捉するために有用であり、典型的なネガ型フォトレジスト（ 例えば、SU-8シリーズ）、HAを使用することにより製造されます長方形のプロファイルをVEの。制御チャネルは、これらの弁の領域の上に加圧されると、制御フロー層とPDMS膜は、角部を封止する流体の流れを許容するが、マクロスケールの粒子（ 図1）を捕捉することなく、バルブの矩形プロファイルに等方的に偏向します。逆に、完全に密封可能なマイクロ流体バルブは、バルブの位置で丸みを帯びたフォトレジストの小さなパッチを含むことによって製造されます。この幾何学的形状と、制御チャネルの加圧は、流体の流れを停止、完全にチャネルを密封する丸みを帯びた流動層に対して膜を偏向させます。流動層内の丸みを帯びたプロファイルは、典型的なフォトリソグラフィ工程の後にポジ型フォトレジストの溶融およびリフロー（ 例えば、AZ50 XTまたはSPR 220）を介して生成されます。我々は以前に、弁領域のリフロー後の高さは、選択されたフィーチャ寸法21に依存することを実証しました。このプロトコルには、双方のバルブ形状の製造を実証しますビーズ合成装置です。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55276/55276fig1.jpg" /> 図1：多層マイクロ流体バルブジオメトリ。ふるいのための典型的な「プッシュアップ」デバイスアーキテクチャおよび（上）と後（下）加圧の前に完全に密封可能なバルブ。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55276/55276fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> デバイスはまた、単一の流れ層内の複数の異なる高さの特徴を必要とするカオスミキサー13及びオンチップ抵抗器20のような複雑な受動的な特徴を含むことができます。可変高フロー層を達成するために、別のグループは、22をエッチングし 、プリント回路基板、多層PDMSレリーフアラインメント23、または多段階Pを含む多くの方法を採用していますhotolithography 24。当社グループは、効果的かつ再現性のある方法であることを、単一の成形マスターに多段階のフォトリソグラフィを発見しました。これを行うために、それぞれの層の適用の間に開発することなく、層に負のフォトレジスト（ 例えば、SU-8シリーズのフォトレジスト）の厚さのチャネルを構築する単純なフォトリソグラフィ技術が用いられます。それぞれの層は、シリコンマスター上製造元の指示25を使用して、その厚さに応じてネガ型フォトレジストでスピンされます。この高さの特徴は、特定の透明マスク（ 図2）ガラスマスク板に固定され、露光前以前スパン層に位置合わせを使用して層上にパターン化されます。多段階フォトリソグラフィでは、層間の正確な位置合わせは、完全な可変高さの流路を形成するのに重要です。整列後、各層は厚みに依存する露光後ベークに付されます。開発することなく、次の層はシムですilarlyパターン化。このようにして、背の高い機能は、複数のマスクの使用を介して単一の流れウェハ上に層ごとに構築することができます。各ステップの間に開発をスキップすることにより、以前のフォトレジスト層24（ すなわち 、2つの 25μmの層が50μmの機能を行うことができる）複合高機能を生成するために使用することができます。さらに、カオスミキサーヘリングボーン溝13とチャネルフロア機能は、以前に露出機能を有する層を用いて作製することができます。最終的な現像工程は、可変の高さ（ 図3）の機能を有する単一の流れウェハを作成する処理を終了します。 ここでは、オンチップバルブおよび複数の高さの流路を作製するのに必要なすべての手順の例を含む多段階フォトリソグラフィのための完全なプロトコルが提供されます。この製造プロトコルは、バルブとvariabを必要とする多層マイクロ流体ビーズシンセサイザーの文脈で提示されますル高さは、その機能のために備えています。この装置は、複数の試薬を含む自動化されたワークフローを可能にするためにポアズイユ性、液滴の成分を均質化するためのカオス混合器を制御し、両方が完全に密封し、篩バルブを介して流量を調節するために、油シースに水滴を生成するためのオンチップ抵抗器をTジャンクションを含みます入力。多段階フォトリソグラフィを用いて、これらの機能は、それぞれ高さまたはフォトレジストに応じて別の層の上に製造されます。以下の層は、このプロトコルで構成されている：（1）フローラウンドバルブ層（55μmで、AZ50 XTを）（2）フロー低層（55μmで、SU-8 2050）（3）フローの高層（85μmで、SU- 8 2025年、30μmの添加剤高さ）、および（4）ヘリンボーン溝（125μmで、SU-8 2025、40μmの添加剤高さ）（ 図3）。 ヒドロゲルビーズは、下流アッセイのための選択的な表面機能、薬物のカプセル化、ラディなどの様々な用途に使用することができますotracing撮像アッセイ、および細胞取り込み;我々は以前にランタニドナノ蛍光体20を含むスペクトル符号化されたPEGヒドロゲルビーズを製造するために、これらのデバイスのより複雑なバージョンを使用していました。ここで説明する設計が必要であれば、それらの研究努力で使用する任意の研究室のための参考資料に含まれています。私たちは、このプロトコルは、専門家やマイクロフルイディクスのエントリへの障壁を低くし、製造の成功の可能性を高めるために、バルブや複雑な形状で多層マイクロ流体デバイスを製造するのに似て興味非専門家のためのオープンなリソースを提供することを期待しています。

<table><tbody><tr><td>Materials</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>マイラー透明マスク、5 "</td><td>FineLine Plotting</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5" Quartz Plates</td><td>United Silica&nbsp;</td><td>カスタム</td><td></td></tr><tr><td>4インチシリコンウェーハ、テストグレード</td><td>大学ウェーハ</td><td>452</td><td></td></tr><tr><td>SU8 2005、2025、2050フォトレジスト</td><td>Microchem</td><td>Y111045、Y111069、Y111072</td><td></td></tr><tr><td>Az50XT&nbsp;</td><td>統合マイクロマテリアル</td><td>AZ50XT-Q</td><td></td></tr><tr><td>SU8開発者</td><td>マイクロケム</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>AZ400K 1:3開発者</td><td>統合マイクロマテリアル</td><td>AZ400K1:3-CS</td><td></td></tr><tr><td>パイレックス150 mmガラス皿</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS3140150-1EA</td><td></td></tr><tr><td>ウェーハペトリ皿、150 mm</td><td>VWR</td><td>25384-326</td><td></td></tr><tr><td>ウェーハピンセット&nbsp;</td><td>電子顕微鏡科学(EMS)</td><td>78410-2W</td><td></td></tr><tr><td>トリクロロ(1H、1H、2H、2H-パーフルオロオクチル)シラン(PFOTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448931-10G</td><td></td></tr><tr><td>2 "x 3"スライドガラストーマス</td><td>サイエンティフィック&nbsp;</td><td>6686K20</td><td></td></tr><tr><td>RTV 615 エラストマーベースと硬化剤PDMSセット</td><td>モメンティブ&nbsp;</td><td>RTV615-1P</td><td></td></tr><tr><td>タイゴンチューブ、0.02" O.D.&nbsp;</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック&nbsp;</td><td>14-171-284</td><td></td></tr><tr><td>キャピラリーPEEKチューブ、510 &#956;m OD、125 &#956;m ID</td><td>ゼウス</td><td>カスタム</td><td>360 &#956;m PEEKは、Idex(カタログ番号:1571)</td></tr><tr><td>Cyro 4 mlチューブ</td><td>Greiner Bio-One</td><td>127279</td><td></td></tr><tr><td>エポキシ、30分</td><td>Permatex</td><td>84107</td><td></td></tr><tr><td>メタルピン、0.025 "OD、.013 "ID</td><td>ニューイングランドスモールチューブ</td><td>NE-1310-02</td><td></td></tr><tr><td>ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート、Mn 700</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>455008-100ML</td><td></td></tr><tr><td>で容易に入手可能です。フェニルリチウム(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィン酸光初期化剤&nbsp;</td><td>東京化学工業(株)</td><td>L0290</td><td>通常、LAPは社内で合成しています。&nbsp;</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H4034-25G</td><td></td></tr><tr><td>軽鉱物油</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>330779-1L</td><td></td></tr><tr><td>Span-80</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85548</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>UPI Chem</td><td>420095</td><td>&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>名前&nbsp;</td><td>会社</td><td>strongカタログ番号</td><td>コメント</td></tr><tr><td>Equipment</strong</td><td>>同等の設備または自作のセットアップも</td><td></td><td></td>同様に機能します</tr><tr><td>マスクアライナーカールサス</td><td></td><td>MA6</td><td></td></tr><tr><td>プロファイラー(表面形状測定機</td>)<td>KLA-Tencor</td><td>Alpha-Step D500</td><td></td></tr>スピン<tr><td>コーター</td><td>ローレル・テクノロジー</td>ズ <td>WS-650-23</td><td>100mmウェーハ対応のスピンコーターなら何でも使用可能</td></tr><tr><td>真空デシケーター、ベルジャースタイル</td><td>ベルアート</td><td>420100000</td><td></td></tr><tr><td>オーブン</td><td>コールパーマー</td><td>WU-52120-02</td><td></td></tr><tr><td>UVスポット硬化システム 3mm LLGオプション</td><td>ダイマックス</td><td>41015</td><td>UV LED、キセノンアークランプ、または同じ強度の他のUVソースも</td></tr><tr><td>同様に機能しますMFCSマイクロ流体制御システム</td><td>Fluidgent</td><td>MFCS-EZ</td><td>シリンジポンプ、カスタム空気圧、その他の制御システムも使用可能</td></tr><tr><td>自動制御スクリプティング</td><td>MATLAB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ホットプレート</td><td>Tory Pines Scientific</td><td>HP30</td><td>均一な加熱(、アルミニウムまたはセラミックプレート)を備えたホットプレートで十分です。</td></tr></tbody></table>

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

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

マイクロ流体システムは、ハイスループットの生化学的および生物学的分析への強力な新しいアプローチを可能にしました。しかし、研究課題に対処するために独自のマイクロ流体デバイスを開発できることから大きな恩恵を受ける非専門家にとっては、参入障壁が残っています。特に欠けていたのは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)デバイスを製造するためのレプリカ金型の開発における重要なステップであるフォトリソグラフィーに関連するプロトコルのオープンな普及でした。シングルハイトシリコンマスターの作製は文献で広く検討されてきましたが、多くの興味深いデバイス機能(バルブ構造を作成するためのフィーチャー丸め、マルチハイトシングルモールドパターニング、高アスペクト比の定義など)に必要な、より複雑なフォトリソグラフィー機能の製造手順は、多くの場合、明示的に概説されていません。
ここでは、バルブと複雑なマルチハイト形状を持つ多層マイクロ流体デバイスを作成するための完全なプロトコルを提供します。これは、あらゆるアプリケーションに合わせて調整可能です。これらの製造手順は、マイクロ流体ハイドロゲルビーズシンセサイザーのコンテキストで提示され、ポリエチレングリコール(PEGジアクリレート)と固体ビーズに重合できる光開始剤を含む液滴の生成を示しています。このプロトコルとそれに伴う議論は、さまざまなマイクロ流体デバイスの開発を可能にする設計原理と製造方法の基礎を提供します。ここに含まれる詳細により、専門家でなくても新しいデバイスを設計および製造できるようになり、最近開発された多くの技術を生物学研究所で最もエキサイティングなアプリケーションにもたらすことができます。

ここでは、液滴からポリエチレングリコール（PEG）ヒドロゲルビーズを生成することができる装置を作ることによって弁付き、可変高さの多層マイクロ流体の金型の製造を実証します （ 図2）。完全な製造工程の概要は前作のデザイン要素を使用して図3に含まれている、ビーズシンセサイザは、その流れの層を含む4の高さを使用する（1）層流変調（55μm）と（2）フローにAZ50 XTバルブを丸めPEGを混合するための低高抵抗で試薬を導入するための流路（55μm）と（3）の出口とミキサー（85ミクロン）に低抵抗で流れを導くための高いチャンネルを流れ、および（4）ヘリンボーン移流ミキサー（125ミクロン）均質な溶液に架橋剤（ 図4Aおよび4B）。この構築に使用される設計パラメータと推奨設計制約の表デザインは表1の設計ファイルとマスク転送ファイルに含まれているが、 材料</str...

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。

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

このビデオプロトコルの全体的な目的は、オンチップバルブと、あらゆるアプリケーションに合わせて調整可能な複数の高さ特性を備えた、マイクロ流体マスターモールドの完全な多段階フォトリソグラフィを実証することです。本手法は、オンチップメンブレンバルブを含む複雑な形状を持つマイクロ流体デバイス用マスターモールドの作製方法に関する包括的な概要を提供します。この手法の主な利点は、マイクロ流体デバイス内の流れを容易に制御できることであり、生物学的アプリケーションにおけるマイクロ流体技術導入への大きな障壁を克服することを可能にします。フォトリソグラフィーの手順は初心者が習得するのが難しいことが多いため、本手法の視覚的な実演が極めて重要です。適切なアライメント、現像、および露光は、視覚的な手がかりとクリーンルームでの経験に依存します。まず、デバイスを設計し、多層構造のための個々のフォトマスクを準備します。さらに、SU-8 2050ネガ型フォトレジストを5 µmの厚さで塗布したウェハを約4枚準備し、付属のテキストプロトコルに従ってフロート露光を行います。コート済みのウェハをスピンコーターに設置し、真空ポンプを起動してスピンチャックに固定します。窒素または圧縮空気を用いて、表面のダストを吹き飛ばしてください。次に、2〜3 mLのAZ 50XTポジ型フォトレジストをウェハの中央に塗布します。スピンコートを行い、厚さ55 µmの層を形成します。塗布後、ウェハを5インチのペトリ皿に慎重に置き、20分間静置します。次に、ホットプレートを用いて、温度を65 °Cから112 °Cまで1時間あたり450 °Cの速度で上昇させながら、ウェハーを22分間ソフトベークします。その後、ウェハーを取り出し、周囲環境での再水和させるため、ペトリ皿に入れて室温で一晩静置します。フローラウンド透過マスクの印刷面がウェハーに最も近くなるように5インチのガラスプレートにテープで固定し、UVマスクアライナーのマスクポジショナーにロードします。ウェハーにUVを930 milliJoules、6サイクルにわたって照射します。直ちにウェハーを撹拌した現像液に3〜5分間、または液が紫色に変わりパターンが現れるまで浸して現像します。現像後、ウェハーを取り出し、脱イオン水で十分に洗浄します。次に、ウェーハをハードベイクして、バルブ構造を融解させ、丸みを持たせます。温度を65°Cから190°Cまで、1時間あたり10°Cの速度で15時間かけて上昇させます。終了後、ホットプレートの電源を切り、ウェーハを室温まで冷却させます。ウェーハ上の形状が丸みを帯びました。このハードベークは、長方形のバルブ形状を適切にリフローさせ、丸みを帯びたバルブプロファイルにするために不可欠です。処理時間が短いと、ひび割れや不安定な状態を招く可能性があります。可変高さの構造を持つデバイスを製作するために、前述の手順に従い、洗浄済みのウェハをスピンコーターに設置します。1〜2 mLのSU-8 2050ネガ型フォトレジストをウェハの中央に滴下し、形成済みのバルブ構造の上にフォトレジストをスピンコートします。その後、コートしたウェハを5インチのシャーレに慎重に配置し、平坦な場所で20分間、またはストリーク（筋状のムラ）が消えるまで静置します。次に、2台のホットプレートを65°Cと95°Cに予熱します。ウェハーを65°Cのプレートに2分間、95°Cのプレートに8分間、そして再び65°Cのプレートにさらに2分間置いて、ウェハーのソフトベークを行います。ウェハーが室温まで冷却されたら、プリント面がウェハーに最も近くなるように、flow low透明度マスクを5インチの石英ガラスプレートにテープで固定し、UVマスクアライナのマスクポジショナーに装着します。その後、ウェハーをUVマスクアライナのチャックに設置し、顕微鏡の接眼レンズまたはカメラを使用して、新しいflow low層のパターンをflow round valve層のパターンに慎重に合わせます。まず、デバイス境界の水平、垂直、および傾斜軸をマスク上のデバイス境界フィーチャーに合わせて整列させます。次に、層間の十字線フィーチャーを整列させます。最後に、バルブフィーチャーが目的の箇所でフロー低抵抗フィーチャーと交差していることを確認します。次に、ウェーハに170 milliJouleのUV露光を行います。終了後、ウェーハを取り出し、65 degrees Celsiusと95 degrees Celsiusに設定した2台のホットプレートを切り替えてポストベークを行います。ウェーハを現像せずに室温まで冷却し、その後、付属のテキストプロトコルに従い、SU-8 2025を用いてフロー高層、次いでカオティックミキサーヘリンボーン層を順次形成します。すべての層の形成が完了した後、25 mLのSU-8現像液を含む攪拌槽にウェハーを3.5分間、またはパターンがはっきりと現れるまで浸し、現像を行います。実体顕微鏡を用いて、パターンの境界が鮮明かつ明確に定義されていることを確認してください。現像中は20秒ごとに確認を行い、パターンが完全に形成され、レジストが洗い流されていることを確かめてください。現像しすぎると、特に複雑なモールド設計においてパターンの損傷を招く可能性があります。次に、ウェハーをハードベイクし、すべてのフォトレジストパターンを安定させます。その後、付属のテキストプロトコルに従ってコントロールレイヤーを作製します。既存のオープンアクセスプロトコルに従い、ガラス上にプッシュアップ形状の多層マイクロ流体デバイスを作製し、目視検査によってすべてのバルブがコントロールラインに対して適切に配置されていること、および次の工程に進む前にすべてのインレットが完全にパンチされていることを確認してください。水を入れたTygonチューブを、シリンジポンプ、流体コントローラー、またはリザーバーを備えたオープンソースのソレノイドバルブアレイなどの流量制御システムに接続します。次に、メタルピンをチューブに接続し、さらにそのメタルピンをコントロールラインインレットのデバイスポートに接続します。次に、各ラインの流量制御システムを25 PSIに設定し、デバイスの制御ラインを加圧します。顕微鏡下での観察により、バルブが確実に閉鎖および再開放することを確認してください。マイクロ遠心チューブ内で、3.9 mgの光開始剤を100 µLの脱イオン水に懸濁し、液滴をハイドロゲルビーズに重合させるための光開始剤溶液を調製します。溶液を遮光して保護します。2本目のマイクロ遠心チューブに、脱イオン水 132 µL、PEGジアクリレート 172 µL、光開始剤溶液 12 µL、およびHEPES緩衝液 85 µLを加え、ハイドロゲル液滴溶液を作成します。このハイドロゲル液滴溶液を、専用のクライオチューブ容器に移します。次に、クライオチューブ容器のチューブを制御可能な圧力源に接続し、PEEKチューブをデバイスの試薬入口に接続します。続いて、液滴を回収するためにデバイス出口にPEEKチューブを挿入します。デバイス内から気泡を取り除いてシステムを再加圧し、その後RO1オイルバルブを減圧して、オイル圧を10 PSIに設定します。次に、PEG混合液の圧力を9 PSIに設定し、上流バルブの圧力を下げ、目的のサイズの液滴が生成されるよう必要に応じて圧力を調整します。50 FPS以上のカメラを用いた顕微鏡観察により液滴サイズを決定します。液滴が安定したら、デバイスの重合領域の上にUV光源を配置し、光源から365 nanometerの光を100 milliWatts per square centimeterの強度で5 millimeterのスポットに照射します。ビーズふるいバルブを加圧し、重合したビーズが集まる様子を確認して、液滴がビーズ状に硬化していることを確かめます。最後に、ビーズふるいバルブを減圧し、PEEK流出口チューブを通してチューブにビーズを回収します。本プロトコルでは、まずフローバルブのラウンド化の方法について説明します。ここでは、プロフィロメーターを用いて、本手法によって生じるリフロー後の典型的なバルブの丸みを帯びたプロファイルを確認し、高さが約55 micronsであることを示しました。左側の画像では、バルブがオフの状態であり、液体がチャネルを通過できます。バルブを加圧して作動させると、これらのバルブを通過する流れが遮断されます。ここでは、T字型液滴ジェネレーターにおいて、オイルエマルション中にハイドロゲル液滴を生成し、ビーズ合成装置が作動している様子を確認できます。ふるい状のバルブを用いて下流の流れを部分的に遮断することで、流体は流れ続けながら、ビーズはバルブの後方に捕捉されます。このプロセスを用いて作製された結果、ビーズの直径は平均52.6 micronsであり、標準偏差はわずか1.6 micronsでした。約3,000個のビーズのうち、3標準偏差以上の誤差があったものは1%未満でした。この手法に習熟すれば、設計から試験までを3日間で完了させることができます。これにより、迅速な設計の反復が可能になります。本手順に従えば、作製経験が少ない研究者であっても、独自の複雑なマイクロ流体デバイスを構築し、それを自身の生物学的課題に適用することが可能です。このビデオを視聴することで、複雑な可変高さ構造やバルブを備えたデバイスを含む、あらゆる複雑度のマイクロ流体デバイスの作製に必要なフォトリソグラフィー工程の実施方法について、十分に理解できるはずです。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

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ビュー ポートの可視光と赤外線を透明なプラスチックのマイクロ流体デバイスを製造するためソフト平版のプロシージャ

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ワンステップ連続湿式エッチング法によって異なる幾何学的なセクションのポリジメチルシロキサン マイクロ流路の加工方法

PDMSベースの多層、マイクロ流体デバイスの製造プロセスは、インビトロ転写および翻訳(IVTT)反応を長期間にわたって行うことを可能にする。さらに、これらの反応を長期間自動化および維持するために必要なハードウェアとソフトウェアの包括的な概要を提供します。...

長期無細胞遺伝子発現の伝導のための多層マイクロ流体プラットフォーム

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

このプロジェクトは、小規模な研究所が精密な多層マイクロ流体デバイスの製造のための使いやすいプラットフォームを開発することを可能にします。このプラットフォームは、&lt;10...

多層マイクロ流体デバイスの製造用三次元プリント顕微鏡マスクアライメントアダプターの設計と開発

本プロトコルは、最小限のユーザー介入で数百の ショウジョウバエメラノガスター 胚を整列、固定化、および正確に圧縮することができるマイクロ流体システムの設計、製造、および特性評価について説明しています。このシステムは、刺激後分析のためのサンプルの高解像度イメージングと回収を可能にし、他の多細胞生物学的システムに対応するように拡張することができます。...

ハイスループットマイクロ流体圧縮システムによる多細胞生物のメカノ刺激

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

このプロトコルでは、微小管ポリマーの力学を調査するのに適したマイクロ流体デバイスの設計と製造について詳しく説明します。マイクロファブリケーション、自動フロー制御、および計算モデリング技術の合成により、 in...

微小管ポリマーメカニクス研究のためのマイクロ流体工学に基づくアプローチの開発

学ぶ多段階フォトリソグラフィ法によるバルブ付き多層マイクロ流体デバイスの作製プロトコル。複雑な形状のマスターモールドを作製し、流体制御を可能にする技術を解説します。

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

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