Microfluidic 프로브 : 운영 및 현지화된 표면 처리에 사용

요약

이 비디오에서 우리는 microfluidic 프로브를 제시 ¹ (MFP). 우리는 MFP를 조립하는 방법을 자세히 설명, 거꾸로 현미경 위에 그것을 마운트하고, 기판 표면에 상대를 정렬하고, 마지막으로 버퍼 용액에 잠겨 기판 표면을 처리하는 데 그것을 사용하는 방법을 보여줍니다.

초록

Microfluidic 장치는 assays이 샘플 미세한를 사용하여 수행할 수 있도록 최근 세포의 microenvironment를 제어하는​​ 데 사용되었습니다. Microfluidics은 일반적으로 한정된 볼륨 내에 도입하고, 세포의 경우 교양 수있는 샘플을 자신의 사용을 제한 폐쇄 microchannels와 연결되어 있습니다. 한편, 시스템을 micropipetting 것은 특히 소스와 싱크 등 다른 하나지만, 흐름의 감금으로 하나 피펫의 작동은 3 차원에 어려운 푸시풀 설정을 사용하여 로컬 세포 표면 perfuse하는 데 사용되었습니다. 또한, pipettes는 불안정하고 어려운 위치이며, 따라서 오직 정적 구성에 사용됩니다.

microfluidic 프로브 (MFP)는 폐쇄 microfluidic 채널의 구축에 의해 부과하고 대신 microfluidic 시스템에 샘플을 둘러싸고의 microfluidic 흐름이 직접 시료에 전달 될 수 있으며, MFP를 사용하여 샘​​플을 통해 스캔한 제약을 circumvents. . 간격으로 주입 microjet은 주변 액체의 유체 힘에 의해 갇혀과 완전히 다른 오프닝으로 다시 aspirated되도록 분사와 열망 오픈은 서로 micrometers 몇 수십 내에 위치하고 있습니다. microjet는 기판 표면에 걸쳐 플러시 및화된 증착 / 표면에 걸쳐 탐사를 검색하여 큰 영역을 통해 사용할 수있는 시약의 전달을위한 정밀한 도구를 제공하실 수 있습니다. 이 비디오에서 우리는 microfluidic 프로브 ¹ (MFP)를 제시한다. 우리는 MFP를 조립하는 방법을 자세히 설명, 거꾸로 현미경 위에 그것을 마운트하고, 기판 표면에 상대를 정렬하고, 마지막으로 버퍼에 포장되어 기판 표면을 처리하는 데 그것을 사용하는 방법을 보여줍니다.

프로토콜

1. 프로브 헤드 (동영상에 표시되지 공정)의 Microfabrication

1. 1 μm의 두께 열 SiO2 레이어와 525 μm의 두께가 ^네이 웨이퍼, 직경 사인치은, 4000 RPM 45의를위한 포토 레지스트 (PR)와 spincoated 있습니다.
2. 웨이퍼 50 s에 대한 110C에서 prebaked 및 개발 DI에 씻어서 5 S에 대한 모든 요소 (포트와 microchannels)을 갖춘 마스크를 통해 노출됩니다.
3. 덮개 SiO2가 1시 7분에 거리에 새겨져 것은 ≈ 15 분 (SiO2가 에칭되어 기판의 dewetting 에칭의 완성을 나타냅니다)에서 불화 수 소산​​ 산성 (BHF)이 솔루션 버퍼. O2 플라즈마이나 아세톤이 재가하는 데 사용하거나 남은 PR을 스트립입니다.
4. 두 번째 PR 층은 스핀 코팅 ≈ 10 μm의 [31]의 두꺼운 overlayer을 항복, 45 s에 대한 1,500 rpm으로. 이 PR 층 아래 SiO2 패턴은 아직 볼 수 있으며 포트는 특징으로 보조 마스크와 웨이퍼를 정렬하는 데 사용됩니다.
5. 노출과 PR의 개발 후, 웨이퍼는 씻어서 건조, 20 분 95C에 postbaked입니다.
6. 시 웨이퍼는 척을 보호하기 위해 녹인 흰색 왁스와 지원 웨이퍼에 연결되어 있습니다.
7. 유도 결합 플라즈마 (ICP) 드리이 3 단계 과정에서 웨이퍼 지형에 SiO2 패턴을 PR를 전송하는 데 사용 및 임베디드입니다
   1. 드리이시 (두꺼운 PR에 의해 정의된 패턴)에 ≈ 500μmdeep 포트를 만들 수 있습니다.
   2. 드리 시스템에서 웨이퍼를 언로 드하지 않고, PR은 플라즈마를 사용하여 재를 떨어서 있습니다.
   3. 노출 SiO2 패턴은 50 μm의 깊이 채널을 생성하고, 웨이퍼를 통해 충전 및 방출 포트를 열고, 두 번째 드라이 에칭 프로세스에 대한 마스크 역할을합니다. 하역 후, 지원 웨이퍼는 온수의 흐름에 따라 분리됩니다. micromachined 웨이퍼는 다음 아세톤, 에탄올과 DI와 함께 청소합니다.
8. 개별 MFP 칩이 절단됩니다.
9. PDMS 인터페이스 블록은 두 구조 폴리 (methylmethacrylate) (PMMA) 요소, 바닥을 형성 광택 강판, 두 개의 모세 혈관 (각각 두 비아스 액세스 중 하나에 삽입 구멍 인들로 구성된 micromould로 캐스팅하여 가공합니다 강판)은 유체 연결 구멍 장소 소유자로 재직. PDMS는 최소한 1 H. 위해 60C에 오븐에 완치됩니다
10. PDMS 블록 230W 24의 1 mbar에서 공기 플라즈마의 두 부분을 활성화하고, 집에서 만든 기계 정렬 원조를 사용하여 두 가지를 가입하여 절단 MFP 실리콘 칩에 접착됩니다.
11. 어셈블리는 1 시간의 최소 60C 오븐에 공채로 남아 있습니다

2. MFP의 어셈블리

1. 가스 기밀 유리 주사기는 기포가 존재하지 않습니다 않도록 플라스틱 주사기와 바늘을 사용하여 적절한 시약으로 가득합니다. 일반적으로, 우리는 주사에 대한 1 -10 microliter의 주사기와 열망에 대한 50-10 배 더 큰 볼륨과 주사기를 사용합니다.
2. 주사기가 낮은 죽은 볼륨 Nanotight 피팅을 사용하여 튜브를 모세관에 연결되어 있습니다.
3. 모세 혈관은 자필 현미경으로 거품을 확인합니다.
4. MFP 칩은 모세 혈관을 연결할 때 거품의 트래핑 방지하기 위해 버퍼 솔루션 prefilled입니다.
5. 모세 혈관은 프로브 헤드에있는 PDMS 연결 부분에 전원 연결

3. 설정 MFP의

1. 프로브 헤드는 프로브 홀더에 고정되어 있으며 거꾸로 현미경 꼭대기 프로브 스테이션에 장착할 수 있습니다
2. 주사기는 고정밀 주사기 펌프에 게재됩니다.
3. 이러한 유리 슬라이드로 기판은, 현미경 단계에 부착된있는 집에서 만든 홀더에 삽입됩니다.
4. MFP의 메사와 기판의 병렬는 MFP가 기판에 접촉 반입 때 나타나는 뉴턴의 반지 (간섭 변두리) 관찰에 의해 goniometers 한 켤레를 사용하여 조정됩니다. 연락처 및 반지의 주파수의 포인트는 기울기의 표시로 제공하고 있습니다. MFP가 표면에 부합되면, 하나의 간섭 반지는 전체 표면을 통해 확장됩니다. 이 법안은 또한 MFP와 기판 사이의 간격을 보정하는 역할을합니다.
5. MFP와 기판 사이의 간격은 표면 patterning 공정에 대한 중요합니다. 기판이 MFP 아래를 검색하여 처리되기 때문에, 수평 정렬은 마이크로 미터의 정밀도로 조정해야 세 마이크로 미터 나사에 의해 형성된 쓰리 포인트 지원을 사용하여 이루어집니다 있습니다.

4. MFP의 운영

1. 분배는 LabView 소프트웨어를 통해 제어됩니다. 장치 작업이 안구와 CCD 카메라를 사용하여 시각입니다. 사출 : 흡인 비율은 주변 버퍼와 원하는 기하학적 흐름 패턴과 시약의 확산에 따라 1시 3분에서 1시 10분 다릅니다.
2. 흡인의 주사기와 거품의 존재를 제대로 작동 확인하려면 먼저 적절한 열망을 시작하기 전에 흡인의 주사기로 액체를 주입.
3. 액체와 구슬이나 형광등 추적 염료의 모니터 흐름과 구속의 분사를 시작합니다.
4. 특정 응용 프로그램의 프로브를 사용하여, 즉 에칭 또는 표면이나 세포의 얼룩, 증착을위한 표면 처리를 통해 검색합니다.

토론

이 시약 및 기판의 종류와 함께 사용 (2) 적응, (I) 휴대이며 (3) 큰 영역을 통해 운영 할 수 있기 때문에 microfluidic 프로브 (MFP)는 다목적입니다.

불필요한 거품이 거품을 방지하기 위하여 흐름의 중단을 초래할 수있는 모든 구성 요소가 조립하기 전에 액체로 가득해야합니다. 프로브와 표면 사이의 간격은 몇 micrometers입니다 아직 메사 수백 micrometers 폭이며, cm의 범위에 거리가 스캔됩니다. 따라서 MFP 메사와 기판 사이의 스캔 표면과 병렬의 수평 모두 아주 세심하게 조정해야합니다. 마지막으로, 흡인과 주사 사이의 비율은 MFP와 기판 사이의 간격으로 주입 시약을 모두 캡처할 수있을만큼 커야합니다.

MFP는 생리 버퍼에 포장되어 조직이나 개별 세포를 처리하거나 표면에 에칭 패턴으로, 온화한 조건 하에서 단백질과 patterning 표면에 사용할 수 있습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
미세유체 커넥터	Upchurch Scientific	Micro- 및 Nano-tight 피팅 및 슬리브
2액형 수동 디스펜서	Conprotec Inc.	DM400	PDMS 혼합물 분주 및 혼합용
LabVIEW	National Instruments	Version 8.0
강제 대류 오븐	VWR international	1330FM
유리 주사기	Hamilton Co
모세관 튜빙	Polymicro Technologies
플라즈마 챔버	Tegal Corporation	Plasmaline 415
도립 현미경	Nikon Instruments	TE2000-E
주사기 펌프	Cetoni	neMESYS
Sylgard 184	Ellsworth Adhesives	184 Sil Elast Kit
카메라	Photometrics	QuantEM 512SC
현미경 스테이지
미세유체 프로브 홀더 고니오미터	Melles Griot	07GON504
리니어 스테이지	Applied Scientific Instrumentation	LS-50	MFP의 z-축 제어용
수동 리니어 스테이지	Newport Corp.	443-4 Series	MFP의 x- 및 y-축 제어용
현미경 스테이지	Applied Scientific Instrumentation	PZ-2000	x-, y- 및 z- 제어 가능