サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

この方法は、半三次元フローフォーカシングPDMSチップの製造や純粋なPGD液滴の生成など、マイクロ流体液滴形成分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この戦術の主な利点は、セミ3Dフローフォーカシングデバイスがフローフォーカシング金型のより大きな試験場を提供することです。純粋なPGDは、PGD粒子の比率が10%未満であることを確認しますこの技術の意味は、表面積と体積の比率が大きいため、多くの生化学的影響に拡張できます。

ノズル、大規模なアプリケーションは、サンプルの数マイクロリットルを消費するこの技術の利点になります。現在、この方法はPGD飛沫形成に関する洞察を提供することができます。また、ガスを装備したフローフォーカシング分析などの他のシステムにも適用できます。

一般に、この方法に不慣れな個人は、オリフィスの詰まりと先端の流れ型の不安定性のために苦労します。この方法が重要であるのは、半流路フォーカシングチップの作製は、手作業で半流路チップを製造するための上部と下部のPDMS層の位置合わせが見直されないため、習得が困難であるためです。2 つのフォトマスクを標準的な手法を使用して設計します。

同じ図面ファイル内のマスク 1 とマスク 2 に 2 つの別々の画層を使用して、すべての接続が異なるチャネル間で整列するようにします。マスク 1 には分散フェーズ インレット チャネルとオリフィスが含まれ、マスク 2 には連続フェーズ インレット チャネル、フィルター、およびアウトレットが含まれます。2つの位置合わせマークを使用して、異なるレイヤーをガラス上のクロムプレートに個別に印刷します。

次に、指定されたフォトリソグラフィーラボで、直径3インチのきれいなシリコンウェーハをスピンコーターに置き、真空をオンにしてウェーハをスピンチャックに貼り付けます。2〜3ミリリットルのSU-8 2025ネガフォトレジストをウェーハに1, 000rpmで10秒間スピンコートします。次に、速度を3, 000 rpmsに30秒間変更します。

これにより、最初の層に20ミクロンの層厚が提供されます。最初の層を摂氏95度のホットプレートに6分間置いて柔らかく焼きます。次に、ウェーハを取り出して室温に戻します。

ソフトベイクされたウェーハを、コリメートされたUVライトの下でマスク番号1に18秒間露光します。UV露光後、95°Cのホットプレートでウェーハを6分間ポストベークします。その後、ウェーハを室温まで冷まします。

2〜3ミリリットルのSU-8 2100ネガフォトレジストを使用して、スピンコーティングプロセスを2回繰り返します。ウェーハを 1, 000 rpm で 10 秒間回転させ、次に 2, 000 rpm で 30 秒間回転させます。これにより、2 層目の厚さは 130 ミクロンになります。

95°Cのホットプレートで35分間ソフトベーキングした後、2層目のフォトレジストにマスクNo.2を並べ、30秒間UV光を照射します。次に、摂氏95度のホットプレートで7分間ポストベークします。室温に戻したら、ウェーハ上に特徴が明らかになるまで、50ミリリットルのプロピレングリコールメチルエーテルアセテートの攪拌槽に浸してウェーハを現像します。

次に、ウェーハをエチルアルコールで洗浄します。最後に、ウェーハをサーモスタットプラットフォームに置き、摂氏95度で2時間ハードベークします。PDMSモノマーとその硬化剤を、最上層が10:1、最下層が8:1の比率で4分間混合します。

軟膏自動攪拌機を用いて、シリコンウェーハを90mmのシャーレにセットし、8:1の比率のPDMS混合物を金型上に2〜3mmの厚さまで注ぎます。次に、すべての気泡が消えるまで真空チャンバー内でPDMSを脱気します。ペトリ皿をオーブンに入れ、PDMSを摂氏80度で1時間硬化させます。

室温に戻したら、メスを使用してデバイスをフィーチャから少なくとも3ミリメートル離して切断し、シリコンウェーハからPDMS層をゆっくりと剥がします。次に、直径0.75ミリメートルのパンチを使用して、分散した位相入口、連続位相入口、および出口を上部のPDMS層に打ち抜きます。PDMSの表面を粘着テープで清掃し、ほこりの粒子を取り除きます。

次に、上部と下部の両方のPDMS層を同時にプラズマクリーナーに入れ、300ワットで2分間プラズマにさらします。プラズマ曝露の直後に、最上層を最下層に置き、実体顕微鏡で見ると特徴が整列するまで表面を相対的にスライドさせます。120°Cのオーブンで1日硬化させると、強度が増し、接着が完了します。

まず、シリコーンベースの非イオン性界面活性剤の18%をヘキサデカンに溶解して、連続相溶液を調製します。次に、親水性ペグジアクリレート、蛍光染料1リットルあたり1ミリモル、光開始剤1ミリグラムあたり5ミリグラムを添加して、分散相の溶液を調製します。空気圧コントローラーの1ミリリットルのリザーバーに連続相を充填します。

次に、200 μリットルのゲルローディングチップに分散相を充填します。ハイスピードカメラを搭載した倒立型光学顕微鏡のステージにセミ3Dマイクロ流体デバイスを置きます。次に、フッ素化エチレンプロピレンチューブを短尺のステンレスチューブに取り付け、ゲルローディングチップの端部にチューブを挿入し、分散相のパンチ穴にチップを装着して、連続相のパンチ穴にフッ素化エチレンプロピレンチューブを接続します。

次に、長さ20cmのFEPチューブをデバイスの出口に挿入し、端をペトリ皿に入れます。倒立顕微鏡を、二相交差、オリフィス領域、および下流チャネルを含む領域に焦点を合わせます。次に、接続された空気圧コントローラーを使用して、2つの相の圧力を設定します。

分散相を 15 ミリバールに設定し、連続相を 30 ミリバールに設定します。圧力が安定するまで3分間待ち、気泡やPDMS残留物が運ばれず、安定した流体の流れに達します。次に、システムの基本レベル圧力としての分散相の圧力を45ミリバールに設定します。

エマルジョンのブレークアップモードが噴射から先端ストリーミングモードに変更されるまで、連続相の圧力を上げます。その後、安定するまで5分待ちます。セットアップが完了したら、出口穴をシャーレに接続するチューブ端を配置し、液滴を収集します。

それらをUV光にさらし、そこで急速に球体に固化します。分散相チャネルと連続相チャネルの深さが異なるため、分散相流は連続相流によってすべての方向に圧迫されます。その結果、対称的な円錐形の液体チップが形成され、液滴が連続的に生成されます。

液滴のサイズは、分散相流と連続相流の圧力比によって変化します。ここでは、連続相の圧力がせん断力に影響を与えるように変更され、液滴の分解プロセスが噴射モードから先端ストリーミングモードに変化します。液滴は光重合により固化し、チップから出る際に粒子を形成します。

ここに示されている液滴は、異なる圧力比で形成されました。結果として得られる液滴半径は、連続相と分散相の圧力比に反比例します。この技術は、生物学的応用分野の研究者に道を開き、創薬、生体分子の合成、診断テストのための強力なツールを提供します。

このビデオを見れば、半3次元マイクロ流体チップの製造方法と、マイクロPGD液滴を数個生成する方法を十分に理解できるはずです。フォトレジストPGMEAでの作業は非常に危険である可能性があり、この手順を実行する際には使い捨て手袋やマスクの着用などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。