Method Article

미세입자 농도를 위한 공압 구동 미세유체 플랫폼

DOI:

10.3791/63301

⸱

February 1st, 2022

 ,  , 
1Department of Digital Anti-Aging Health Care, Inje University, 2Micro device Lab Co., Ltd, 3Department of Biomedical Engineering, Inje University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

본 프로토콜은 효율적인 미세입자 농축을 위해 사용될 수 있는 공압 미세유체 플랫폼을 기술한다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

본 기사는 미세유체 플랫폼을 사용하여 입자 농도를 제어하기 위해 공압 밸브를 제조 및 조작하는 방법을 소개한다. 이 플랫폼에는 곡선 유체 채널과 3개의 공압 밸브가 있는 3차원(3D) 네트워크가 있으며, 이 네트워크는 폴리디메틸실록산(PDMS)과의 이중 복제를 통해 네트워크, 채널 및 공간을 생성합니다. 이 장치는 공압 밸브에 의해 제어되는 유체 유량의 과도 반응을 기반으로 (1) 샘플 로딩, (2) 샘플 차단, (3) 샘플 농도 및 (4) 샘플 방출의 순서로 작동합니다. 입자는 체 밸브 (Vs) 플레이트의 얇은 다이어프램 층 변형에 의해 차단되고 곡선 미세 유체 채널에 축적됩니다. 작동 유체는 두 개의 온/오프 밸브의 작동에 의해 배출됩니다. 조작의 결과로, 다양한 배율의 모든 입자가 성공적으로 차단되고 분리되었습니다. 이 기술이 적용될 때, 작동 압력, 농도에 필요한 시간, 및 농도 속도는 장치 치수 및 입자 크기 배율에 따라 달라질 수 있다.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

생물학적 분석의 중요성으로 인해, 미세유체 및 생물의학 미세전자기계 시스템(BioMEMS) 기술1,2는 미세물질 2,3,4의 정제 및 수집을 위한 장치를 개발 및 연구하는 데 사용된다. 파티클 포획은 활성 또는 수동으로 분류됩니다. 활성 트랩은 외부 유전체5, 자기 영동6, 청각7, 시각8 또는 열9 힘에 사용되어 독립 입자에 작용하여 움직임을 정확하게 제어 할 수 있습니다. 그러나 입자와 외부 힘 사이의 상호 작용이 필요합니다. 따라서 처리량이 낮습니다. 미세유체 시스템에서, 유량을 제어하는 것은 외부 힘이 표적 입자로 전달되기 때문에 매우 중요하다.

일반적으로, 수동 미세유체 장치는 마이크로채널(10,11

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 입자 농도를위한 미세 유체 플랫폼 설계

  1. 3D 흐름 네트워크에서 유체 흐름을 위한 공압 밸브 1개와 체(Vs), 유체(Vf) 및 입자(Vp) 밸브 작동을 위한 3개의 공압 밸브로 구성된 공압 미세유체 플랫폼을 설계합니다(그림 1).
    참고: Vs는 액체로부터 입자를 농축시키는 것을 차단하고, Vf 및 Vp는 농축 후 유체 및 입자 방출을 허용한다. 세 개의 공압 포트는 유체/공압 공급 층(일반적으로 개방됨)과 밸브를 작동시키기 위한 공압 밸브 광 배출구에서 압축 공기를 제공합니다. 마이크로유체 채널 네트워크는 CAD 프로그램18,19로 설계되었습니다.
  2. 채널을 공압 공급 계층과 3D 채널 네트워크 계층으로 설계합니다(그림 2).
    참고: 유체 네트워크는 전방 부분의 곡선 채널 및 후부 영역의 직사각형 챔버와 상호 연결됩니다. Vs 유입을 차단하고, 입자는 곡선형 유체 채널의 수집 영역에 축적된다. 입자가 없는 유체(입자가 없는 액체)는 Qf 출구를 통해 배출되고 농축된 입자는 Qp 배출구를 통해 배출됩니다(<....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

도 8은 표 2에 언급된 바와 같이 4단계 플랫폼 작동을 위한 유체 속도의 유량을 나타낸다. 첫 번째 단계는 로딩 상태(상태)입니다. 플랫폼에는 모든 밸브가 개방된 유체가 공급되었고, 작동 유체(Qf) 및 입자(Qp)는 미세유체 채널 네트워크와 거의 동일하여 구조적 대칭을 나타낸다. 두 번째 단계 (b 상태)에서는 압축 공기를 Vs로 이송하여 입자를 차단하고 Vs 다이어프램이 변형됨에 따라 유로가 좁아지고 출구 포트에서 측정 된 유량이 유압 저항에 의해 감소되었습니다. Qf와 Qp의 유속은 거의 유사했으며 그 차이는 2.67 % 미만이었습니다. 세 번째 단계 (c 상태)에서 압축 공기는 입자 농도를 위해 Vs 및 Vp로 전달되었으며 Vs 및 Vp는 닫히고 Vf는 열려 있습니다. 측정된 Qp는 0에 가까웠고, Qf는 b 상태의 약 1.42배였다. 대부분의 경우, 두 방산 채널이 모두 작동 중일 때 유량이 두 배가되지만 플랫폼은 주 유체 채널과 Vs.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 플랫폼은 다양한 크기의 입자를 정화하고 농축하는 간단한 방법을 제공합니다. 입자는 공압 밸브 제어를 통해 축적되고 방출되며 수동 구조가 없기 때문에 막힘도 관찰되지 않습니다. 이 장치를 사용하여 세 가지 크기의 입자 농도가 표시됩니다. 그러나, 작동 압력, 농축에 필요한 시간, 및 속도는 Vs18,20,21에서의 장치 치수, 입자 크기 배율, 및 압력에 따라 달라질 수 있다.

단계 3.1을 수행할 때, 기포는 채널의 곡면 상에 남아있을 수 있다. 기포가 남아 있으면 채널의 환경이 변하기 때문에 작동 전에 현미경을 통해 채널을 매우 신중하게 점검해야합니다.

이전 연구와 비교하여이 플랫폼에는 몇 가지 장점과 단점이 있습니다. 이전기 영동 방법에서, 더 적은 수의 표.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 사업은 한국연구재단(NRF) 한국 정부(과학기술정보통신부)가 후원하는 보조금의 지원을 받았다. (아니요. NRF-2021R1A2C1011380).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 mm 펑자체 프로듀션자체 프로듀이 펑크는 Miltex®를 기반으로 금형 제작자에게 요청하여 만들어졌습니다; 플런저를 사용한 생검 펀치 (15110-15) 제품.
4 인치 실리콘 웨이퍼 / SU-8 금형4science29-03573-014 인치 (100) P 타입 실리콘 웨이퍼 / SU-8 금형
카르복실 폴리스티렌 가교 입자 (24.9 μ m)SpherotechCPX-200-10농축 비드 샘플1
유량계SensirionSLI-1000유량 측정
고속 카메라PhotronFASTCAM Mini농도 관찰
핫 플레이트액체HI-1000가열판
10 mL / 주사기Koreavaccine22G-10ML미세유체 채널을 기포가 없는 탈염수로 채웁니다.
실험실 Conona 처리기/대기 플라즈마Electro-TechnicBD-20AC칩 본딩/대기 플라즈마
액체 폴리디메틸실록산, PDMS다우코닝 Inc.Sylgard 184칩
OlympusIX-81농도
관찰 PEEK 튜브SAINT-GOBAIN PPL CORP.AAD04103주입 또는 수집
4.16 μ m)SpherotechPP-40-10농축 비드 샘플3
폴리스티렌 입자 (8.49 μ m)SpherotechPP-100-10농축 비드 샘플2
압력 컨트롤러 /μ 플루콘AMEDμ 플루콘공기압 제어
스핀 코터iNexusACE-200SU-8 금형에 액체 PDMS를 펼칩니다
크 션 경화용 현미경의 구성 요소 폴리스티렌 입자 (은 .

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature. 442 (7107), 368-373 (2006).
  2. Desitter, I., et al. A new device for rapid isolation by size and characterization of rare circulating tumor cells. Anticancer Research. 31 (2....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microfluidic PlatformPneumatic ValveParticle ConcentrationPDMS MicrochannelsPneumatic MicrofluidicsMicrobead Flow ControlSample LoadingDiaphragm ValveFlow Rate MeasurementMicrofluidic Device Fabrication

Related Articles