콜로이드 입자의 자기 조립 과정을 통해 PDMS 미세 유체 칩의 하위 50 Nm의 나노 유체 접합 만들기

요약

우리는 폴리디메틸실록산(PDMS)에서 두 마이크로채널 사이에 나노유체 접합을 생성하기 위해 실리카 콜로이드 나노입자의 간단한 자기 조립 기술을 제안합니다. 이 기술을 사용하여 기공 크기가 ~45nm인 나노다공성 비드 멤브레인을 마이크로채널 내부에 구축하고 DNA 샘플의 동전기 사전 농축에 적용했습니다.

초록

폴리 디메틸 실록산 (PDMS)의 성형으로 인해 결합의 용이성뿐만 아니라 투명성 마이크로 유체 장치를 만드는 일반적인 건축 재료이다. 때문에 PDMS 재료의 부드러움, 그러나 나노 채널을​​ 구축 PDMS를 사용하기 어려운 것이다. 채널 플라즈마 본딩시 쉽게 붕괴되는 경향이있다. 본 논문에서는 하위 50 개의 마이크로 사이에 기공 나노와 나노 유체 접합을 만들 수있는 실리카 콜로이드 나노 입자의 증발 중심의 자기 조립 방법을 제시한다. 기공 크기뿐만 아니라 나노 유체 접합 표면 전하 단순히 자기 조립 공정 전에 바이알 조립 미세 유동 장치의 외부 콜로이드 실리카 비드 크기 및 표면 작용을 변화시킴으로써 튜닝된다. 300 내지 500 나노 미터, 900 나노 미터의 비드 크기를 갖는 나노 입자의 자기 조립 (self-assembly)을 사용하여, 각각의 기공 (45) 내지 ~의 크기, ~ 75 nm이고, ~ 135 nm의 다공질 막을 제조하는 것이 가능했다. 전기에서알 전위 양이온 - 선택성 막으로서,이 나노 다공성 막을 개시 이온 농도 분극 (ICP) 작용을 15 분 이내에 ~ 1,700 배까지 농축하는 DNA. 이 아닌 나노 리소그래피 처리는 PDMS 마이크로 유체 칩 내부 이온 및 분자의 나노 전송 프로세스 연구를위한 가변 나노 유체 접합을 구축하기 위해 새로운 기회를 열어.

서론

10 ² 나노 - Nanofluidics 10 ^(1)의 길이 규모에서 생물학적 과정 또는 이온의 수송 현상과 분자를 연구하는 μ의 TAS의 새로운 연구 영역 (마이크로 총 분석 시스템)입니다. 필요한 경우 이러한 나노 채널과 나노 유체 도구의 출현으로, 분자 및 이온의 수송 과정은 분리 및 검출이 길이 규모에서 사용할 수있는 기능을 이용하여, 전례없는 정밀도로 모니터링 및 조작 할 수 있습니다. ^{1, 2} 분의 이러한 특성 나노 기능 전하 불균형을 일으켜 나노 채널 및 마이크로 채널 사이의 이온 농도 분극 (ICP)를 개시 할 수있는 나노 채널 벌크 전하 (또는 Dukhin 번호) 표면에 높은 비율이다. ⁽³⁾

나노 유체 현상의 연구를위한 일반적인 장치 플랫폼은 접합 등의 나노 채널의 배열에 의해 연결된 두 개의 마이크로 시스템으로 구성되어 있습니다. ^4-6 이러한 나노 유체 장치를 구축하기위한 선택의 재료로 인해 접합 과정에서 붕괴 채널을 방지 높은 강성의 실리콘이다. ⁷ ​​그러나, 실리콘 소자 제조 비싼 마스크와 클린 룸 시설에서 처리 상당한 양을 필요로한다. ⁸ 때문에 ....

프로토콜

실리카 콜로이드 비드 정학 1. 준비

1. 300 nm 내지 500 nm의 실리카 비드 현탁액의 제조
   1. 소용돌이 30 초 동안 실리카 비드 재고 서스펜션 (w 10 % / 물 V). 균일 한 현탁액을 얻었다. 1 분 동안 2,600 XG에 1.5 ML 튜브와 원심 분리기를에 600 ㎕의 재고 현탁액의 총을 피펫.
   2. 1 mM의 인산 나트륨 완충액 (PB, pH를 7.0) 400 μL로 뜨는을 대체합니다.
   3. 텍싱 통해 pH가 7.0에서 1 mM의 인산 나트륨 용액 15 %의 최종 농도로 실리카 비드를 일시.
2. 폴리와 표면 기능화 500nm의 실리카 비드 카르복실기 (알릴 아민 염산염, PAH), 폴리로 (소듐 스티렌 설포 네이트, PSS) 고분자 전해질
   1. 1 %를위한 10 ml의 1 M의 NaCl (PH 7.0) (w / v)의 비드 서스펜션이 장착 된 카르복실기 500 nm의 실리카 비드의 0.1 g을 일시 중단합니다.
   2. 1 M NAC 0.4 % PAH (MW 65K)를 준비1 M NaCl을 15 mL의 원액을 300 μL (20 % w / 물 V)를 용해시켜 L. 20 ㎖의 1 M NaCl 용액에 0.18 ....

결과

두 마이크로 간의 자기 조립 된 나노 유체 접합을 포함 PDMS에 집중 기적 칩)는도 1a에 도시된다. 장치의 중앙 채널은 50 ㎛ 폭 비드 전달 채널 (도 1b)을 통해 DNA 시료 용액으로 채워지고 양쪽에 각각 2 완충액 채널 어귀된다. 실리카 콜로이드 현탁액 샘플 완충액 나노 유체 채널 간의 접합을 만들 즉시 플라즈마 본딩 후 비드 전달 채널로 유입된다. 깊은 700 nm의 2 ㎛ 폭 나노 채널로 구성된 nanotrap 배열은 트랩 콜로이드 입자를 사용한다. 비접촉 표면 프로파일 얻어 그 스캔 이미지)는도 1c에 도시되어있다. 증발시킨 후, 콜로이드 비드 막)은도 1d에 도시되어있다. 그림 1E의 SEM)은 실리카 비드 트랩을 보여줍니다비드 전달 채널로부터 샘플 채널 분리 nanotrap 평면 어레이에서 PED. .......

토론

nanofluidics을 연구 일반 기기 설계 방식에 따라, 우리는 나노 채널의 어레이를 패터닝하는 리소그래피 콜로이드 성 나노 입자의 증착 구동 자기 조립을 사용하는 대신 두 개의 미세 채널에서 나노 유체 사이의 접합을 제작. 비드 전달 채널, 700 nm의 깊이가 100 ㎛의 전체 폭에 비드 전달 채널의 양쪽에 2 ㎛의 폭 nanotraps의 배열 콜로이드 입자를 흐르는 경우에 흐르는 비드 현탁액을 방지 인해 nanotraps에서 표면 장력 채널 버퍼 샘플. 일단 빠르게 비드 배달 채널에 포장 콜로이드 입자를 포집 및 샘플 사이의 나노 다공성 접합을 형성하고 채널 버퍼.

모세관 력이 배출구 (R)의 입구 실리카 비드 현탁액을 구동 있도록 플라즈마 본딩 직후의 비드 현탁액을로드하는 것이 중요일시적으로 친수성 ​​비드 전달 채널에 eservoirs. 입구 저수지 흐름을 차단하는 공기 방울을 방지하기 위해, 높은 피펫 팁 저장조의 바닥에 도달 한 후 저장고에 비드 현탁액을 해제.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
폴리(스티렌술폰산) 나트륨염	폴리사이언스	08772
폴리(알릴아민) 용액	시그마 알드리치	479144-5G
실리카 마이크로스피어 - 300nm	폴리사이언스	24321
실리카 마이크로스피어 - 500nm	폴리사이언스	24323
실리카 마이크로스피어 카르복실 기능성 - 500nm	폴리사이언스	24753
실리카 마이크로스피어 아민 기능성 - 500nm	폴리사이언스	24756
실가드 184 실리콘 엘라스토머 키트	다우 코닝
트리클로로실란	시그마 알드리치	175552
초음파 세척기	브랜슨	3510
튜브 로테이터	VWR	10136-084
와류 믹서	WiseMix	VM-10
마이크로 원심분리기	VWR	Micro 1207
플라즈마 클리너	Harrick 플라즈마	PDC-001-HP
PDMS 믹서	Thinky	ARE-250
오븐	Thermo Scientific	PR305220M
Epi-fluorescence 현미경	Nikon	Eclipse Ti
CCD 카메라	Andor	Clara
백금 전극	Alfa Aesar	43014
소스 미터	Keithley	2400
디지털 멀티미터	Extech	410
현미경 유리 슬라이드	Thermo Scientific	2951-001
Tween 20	Merck Millipore	822184
염화나트륨	Fisher Scientific	7646-14-5
인산나트륨 일염기성	시그마 알드리치	71505
인산나트륨 이염기성	시그마 알드리치	S3264
DNA	IDT		CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C
B-Phycoerythrin	Life Technologies	P-800
Zeta 전위 측정용 동적 광 산란 시스템	Malvern	Zetasizer Nano S
Photoresist	Shipley	SPR700-1.0
프로젝션 리소그래피	Nikon	NSR2005i9
반응성 이온 에처	응용 재료	AME P5000
ICP 딥 반응성 이온 에처	STS	STS-6"
접촉 리소그래피	전자 비전	EV620
포토레지스트 코터 개발자	SSI	SSI 150
비접촉식 표면 프로파일러	Wyko	NT 9800