Name: Microfluidic 칩은 탄성 Microvalve의 배열을 제어 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 18 min 11 s
Description: 배우세요 PDMS 기반 탄성 마이크로밸브 어레이의 제작 및 자동화 방법을 통한 정밀한 미세유체 처리 기술. 이 프로토콜은 고효율 실험을 위한 세포 생물학 연구에 활용됩니다.

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이 작품은 바이오 메디컬 이미징 및 생물의 부여 # EB003307 국립 연구소 및 AF에 대한 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 경력 수상에 의해 지원되었다

CorelDraw이나 AutoCAD 소프트웨어를 사용 Microfluidic 장치 설계 PDMS microvalves 기반 장치의 원리 : 장치는 세 계층으로 구성됩니다 : 다양한 크기, microvalves와 유체 경로를 행동시키다하는 데 필요한 microchannels를 포함하는 &quot;제어 계층&quot;, 그리고 바운드되는 가운데 얇은 PDMS 막의 microchambers을 포함하는 유체 층 제어 계층 수 있습니다. 휴식, 인해 PDMS, 따라서 챔버가 에너지를 입력하지 않고 서로 격리 남아 그 자리에 대한 멤브레인 물개 (reversibly)의 규정 준수 및 소수성 수 있습니다. 밸브는 부정적인 압력 (예 : 집 진공)을 적용하여 연하므로 PDMS 막 따라서 유체 경로를 연결하는 아래로 굴절 두 유체 챔버 사이의 장벽을 지원하는 표면에서 분리 수 있습니다. 밸브 폐쇄는 진공에서 대기압으로 압력 설정을 전환하여 얻을 수 있습니다. 유체 계층과 제어 계층 패턴은 CorelDraw이나 AutoCAD 소프트웨어를 사용하여 설계되었습니다. 이러한 설계를 포함하는 마스크는 상업 서비스 (CAD / 아트 서비스, 밴든, OR)를 통해 투명 필름에서 높은 해상도 (8000 20,000 DPI)에서 인쇄되었다 (마스크 표시되지 않음). 표준 SU - 8 석판술를 사용하여 실리콘 마스터 제작 <ol><li> 표준 SU는 - 8 석판술 방법은 SU - 8 &quot;마스터&quot;(SU - 8 2050, MicroChem, 뉴턴, MA) microfluidic 레이어 및 청정실에서 밸브 제어 계층 (이 동영상에 표시되지 않음)에 대해.를 만드는 데 사용되었다 </li><li> 이전 PDMS 복제 SU - 8, 릴리스를 촉진하기 위해, 마스터는 플루오로 실란 ((tridecafluoro - 1, 1,2,2, - tetrahydrooctyl) - 1 - trichlorosilane (TFOCS))에의 증기에 노출에 의해 silanized되었습니다 진공 소스에 연결된 건조기 병 (알약을 건조하지 않고). 건조기 챔버는 TFOCS 증기의 부식 특성 화학 퓸 후드 때문에 내부에 위치해야합니다. </li><li> 건조기 챔버 내부에 흡수 종이 타월의 일부를 놓으십시오. 종이 타월에 TFOCS 한 방울을 추가하고 챔버에서 공기를 피난. 1 분에 대한 진공을 적용하고 끕니다. 진공 증착을 닫고 30 분 수 있습니다. 나중에 사용하기 위해 닫힌 용기에서 마스터 보관하십시오. </li></ol> 마스터에서 PDMS의 복제 성형 <ol><li> 유체 계층과 제어 계층은 SU - 8 마스터에서 PDMS의 복제 성형에 의해 만들어집니다. </li><li> 거품 지우지 10-15 분 건조기에서 철저하게 혼합 PDMS 사전 폴리머 및 가교제 (10시 1분 WT. 비율), 데 - 거품. </li><li> 1~2cm 긴 조각으로 실리콘 튜브 컷. 응용 프로그램에 따라 튜브의 적절한 크기를 선택하십시오. 우리는 나중에 16분의 1 인치 OD 튜빙에 쉽게 연결하기위한 여기에 1.14 mm의 ID tubings를 사용합니다. </li><li> 제어 계층의 SU - 8 마스터의 입구 지역에 아교 튜브에 Duco ® 시멘트를 사용하십시오. 실리콘 튜브는 PDMS와 같은 구성 요소로 만들어진이며, 튜브가 공기와 유체 꽉 인레츠 / 콘센트를 만들어, PDMS microfluidic 장치에 포함되므로, 너무 많은 접착제를 사용하지 않도록주의하십시오. </li><li> 우리의 장치에 유입 지역은 유체 및 제어 레이어 모두의 마스크에 설계된지만, 실리콘 튜브의 인레츠는 장치 중 하나 계층 (예를 들어, 제어 레이어)에 성형 수 있습니다. 유체 레이어 인레츠를 만들려면, 우리는 수동으로 유입 지역을 커버 막의 몇 부분을 제거하거나 주사. 바닥 표면은 종래의 현미경의 무대 장치의 영상을 지원, 평면되도록 따라서, 정렬 및 조립 후 모든 microchannels은 (흐름뿐만 아니라 밸브를 제어하는​​ 이들을 수행하시는 분들) 장치의 상단에서 액세스할 수 있습니다. </li><li> 조심스럽게 제어 레이어 마스터의 튜브 주위에 두 주인에 드 부풀어 오른 PDMS 잔. 건조기에 다시 데 - 거품. 드 버블링가 완료되면, 65 경화에 대해&gt; 1 시간 동안 ° C 오븐에 넣어. </li><li> 치료 제거 PDMS 덮인 오븐에서 마스터합니다. </li><li> 마스터 (각 마스터 세 동일한 장치를 포함)와 필 오프에서 개별 장치를 자르고. </li><li> 바늘이나 집게 한 켤레를 사용하여 입구 지역에서 접착제를 제거합니다. </li><li> 청정실로 제어 계층 PDMS를 가져가라. </li></ol> 씬 PDMS 막 제조 <ol><li> 와 같은 장치의 원리에 나타난 중간 계층 ~ 12 μm의 두께 PDMS 막으로 구성되어 있습니다. </li><li> 10시 1분 WT를 섞습니다. vortexing하여 헥산 (3시 1분 WT. 비율)와 PDMS 예비 중합체 / 치료 에이전트 혼합의 비율. </li><li> 깨끗한 방으로 이동합니다. (먼지없는 환경은 PDMS의 점막이 결함 무료 것을 보장을위한 중요합니다, 먼지 입자는 구멍 및 / 또는 defectively 복제 금형에 바인딩을 포함하는 점막이 발생할 수 있습니다.) </li><li> silanized 3 인치 직경 웨이퍼를 써Solitec의 회전자의 진공 척 수 있습니다. 웨이퍼는 PDMS 이전에 실리콘 표면에서 PDMS의 석방을 촉진하기 위하여 회전 (플루오로 실란 함께 derivati​​zed) silanized 수 있습니다. 척 이외의 테플론 그릇은 쉽게 청소 플라스틱 필름으로 포장했다. </li><li> 18 게이지 주사기 바늘을 (거품을 최소화)을 사용하여 웨이퍼 위에 PDMS / 헥산 혼합물로부터 2-3 ML 하는걸. </li><li> 스핀 매개 변수를 설정합니다. ~ 12 μm의 두께의 PDMS 필름의 결과, 30 초에 대한 7,000 rpm으로 회전. </li><li> 85에서 웨이퍼를 가열 ° C PDMS 필름을 치료하기 위해 철판 4 분. </li></ol> 다층 PDMS 장치 결합 및 조립 <ol><li> 제어 레이어와 산소 플라즈마 챔버에 PDMS 막 넣고. 30 초 (산소 압력 30 PSI, 유량 3-5 SCFH, 550W)의 플라즈마를 켭니다. 산소 활성화 직후 PDMS 막 (5 분 이내)와 접촉하게 제어 레이어를 가져와. 이러한 산소 압력, 유량 및 플라즈마 전원 및 치료 시간과 같은 시스템 매개 변수, 경험적으로 서로 다른 애플 리케이션에 따라 구성됩니다. </li><li> 5 분 기다립니다, 그리고 멤브레인와 함께 웨이퍼에서 제어 레이어를 제거합니다. </li><li> 제어 및 유체 레이어 모두 튜브를 통해 위로부터 접근할 수 있도록 인레츠 분야에서 세포막을 제거합니다. </li><li> 입체경 아래 유체 층 (평면)과 제어 계층 (인레츠 같은 tubings)를 맞춥니다. 때문에 PDMS에 PDMS 물개는 더 영구적인 결합이 필요하지 않습니다. </li></ol> 컴퓨터 제어 열고 진공 또는 압력에 의해 PDMS의 microvalves의 폐쇄 <ol><li> 장치 정렬 및 조립 후, 1.14 mm의 ID의 실리콘 인레츠에 16분의 1 인치 OD (32분의 1 인치 ID) Tygon 튜빙를 삽입하고 압력 소스 또는 유체 저수지에 인레츠를 연결합니다. </li><li> 밸브를 열고 닫는 경우, 압력은 진공 라인과 미니 세 방향 솔레노이드 밸브의 배열에 두 압력 조절기를 통해 연결된 공기압 라인에 의해 제어됩니다. </li><li> 솔레노이드 밸브는 Labview 소프트웨어를 통해 제어 내쇼날 인스 트루먼 트의 데이터 수집 하드웨어로 연결됩니다. </li><li> 장치 운영 및 막 편향은 컬러 CCD 카메라 (SPOT RT, 진단 계측기, 스털링 헤이츠, MI)과 시각 수 있습니다. </li></ol> 병렬 다른 정의 nanoliter 볼륨에서 두 개의 서로 다른 색상의 염료의 혼합 우리는 다양한 혼합 비율에 수성 솔루션의 정확한 하위 nanoliter 볼륨을 저장하고 믹싱을 허용 병렬 믹서의 작동을 보여줍니다 : <ol><li> 유체 층 microchambers 두 배열이 포함되어 있습니다 : 배열면서, microchambers의 크기는 200 μm의에서 X 400 μm의 200 μm의 X 40 μm의로, 왼쪽부터, 감소, 10 500 μm의 X 40 μm의 챔버하고 있습니다 단지 배열에 유체 연결에 사용, 챔버 10의 오른쪽에 대칭 크기 증가 챔버의 집합입니다. 배열 B의 여왕님 같은 설계는 것을 항상 같은 다른 행을 두 개의 인접 실의 추가 볼륨. 0, 0r와 B 10, B 10r은 혼합하지 않고 솔루션을 A와 B에 대한 각각의 컨트롤로 설계되었습니다. </li><li> 제어 계층은 밸브의 두 독립적으로 제어 세트가 있습니다. 밸브 {2} V의 두 번째 세트는 두 배열의 챔버의 각 쌍을 연결하는 데 사용되는 반면, 밸브 V {1}의 집합은 각각 인레츠 두 개의 챔버 배열을 연결하는 데 사용됩니다. </li><li> A와 B, 각각 배열 두 염료 솔루션의 흐름을 허용하는 밸브 세트 {V 1} 열어 microchambers를 입력합니다. 솔루션의 흐름은 손으로 또는 진공을 통해 얻을 수있는 솔레노이드 밸브로 제어 이겠지. 공기 방울이 microchambers 형태면, 더 많은 솔루션은 거품을 제거하는 강요 수있다, 또는 장치는 PDMS의 공기 투과성으로 인해 사라지는 몇 분 거품이 남아 있습니다. </li><li> 두 배열의 각 챔버를 분리하는 밸브 세트 {V 1} 닫습니다. </li><li> 다른 배열의 인접 챔버 사이에 액체가 혼합 수 있도록 오픈 밸브 세트 {V 2}. 혼합이 볼륨에 완료 ~ 1-2 분 밖에 걸리지 않습니다. </li><li> 각 유체 챔버로 다시 유체를 밀어 {2} V 닫고 챔버 스는 원래 형태로 다시 변형. 두 유체 배열이 11 다양한 크기의 챔버 설계되기 때문에, 11 다른 혼합 비율은 단일 혼합 단계에서 생산됩니다. </li></ol> microfluidic 세포 문화의 컴퓨터 제어 재관류를위한 통합 microfluidic 시스템 우리는 하나의 세포 배양 챔버에 여러 솔루션의 자동 재관류 수있는 microfluidic 시스템을 보여줍니다.인레츠은 단일 인레츠, 각종 조합, 또는 한번에 모두의 순서로 활성화할 수 있습니다 microvalves에 의해 제어됩니다. 이 장치는 기울기 또는 다양한 솔루션의 혼합물을 생산이 가능합니다. 유체 계층, 제어 계층, 그리고 중간 얇은 PDMS 막 :이 장치는 세 계층으로 구성되어 있습니다. 이 장치에 대한 대체 제조 단계 : <ol><li> 유체 채널과 제어 채널에 대한 유입 포트 사용 &quot;펀치&quot;입니다 1.2 mm 직경 해리스 마이크로 펀치 (테드 펠라 주식 회사). 튜빙은 제어 계층을 통해 PDMS에 삽입 무딘 18 게이지 바늘을 사용하여 인레츠에 연결되어 있습니다. 이것은 실리콘 튜브보다 인레츠의 밀도 포장을 허용합니다. PDMS의 준수 효과적으로 액체 또는 공기 압력을 전달하기 위해 바늘 주위에 단단히 인장을 제공합니다. </li><li> 이전에 설명한 바와 같이, 제어 계층에 얇은 PDMS 막의 결합은 산소 플라즈마에 노출을 사용하여 수행됩니다. </li><li> 유체 계층은 5시 1분의 비율로 PDMS 사전 폴리머와 가교제와 함께 복제 성형에 의해 준비하고 부분적으로 60 ° C 대류 오븐에서 25 분간 경화입니다. 이 시점에서, 부분적으로 치료 유체 층은 여전히​​ 촌스러운, 아직은 마스터에서 제거할 수 있습니다. </li><li> 유체 계층은 수동으로 입체경를 사용하여 미리 조립 제어 및 멤브레인 레이어에 정렬됩니다. 조립 장치는 다음 80 º C.에서 5 분 열판에 위치 다음, 밸브 제어 라인은 자동화 컨트롤러에 연결되어 있고 멤브레인 진공을 적용하여 모든 밸브 시트에 유체 층에서 분리 때까지 밸브는 actuated 있습니다. 장치가 추가로 최소한 1 시간 동안 80 º C에서 열판에 치료하는 동안 밸브를 &#39;분리&#39;후 컴퓨터 컨트롤러에 대한 순환 밸브를 끌으로 설정됩니다. </li></ol> 우리의 통합 microfluidic 시스템의 기능 : 장치가 다중 valving 방식을 사용하여 세포 배양 챔버 16 가지 솔루션의 자동 재관류이 가능합니다. 채널 디자인은 모든 인레츠의 저항이 균형을 보장합니다. 우리 microvalve 디자인은 교차 오염을 제한 유체의 신속한 제거를위한 통합 채널을 통해 rinsing 솔루션과 제어를 분리합니다. 통합 고기뼈 믹서는 여러 인레츠의 혼합물을 생산하기 위해 활성화할 수 있습니다. 또한 유량을 변경 활성화될 수있는 4 가지 다양한 저항 채널이 있습니다.

<ol><li>Li, N., Hsu, C. H., Folch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+mixing+of+photolithographically-defined+nanoliter+volumes+using+elastomeric+microvalve+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Parallel mixing of photolithographically-defined nanoliter volumes using elastomeric microvalve arrays.</a> Electrophoresis. 26 (19), 3858-3864 (2005).</li>
<li>Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+large-scale+integration%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microfluidic large-scale integration.</a> Science. 298 (5593), 580-584 (2002).</li>
</ol>

우리 microvalve 디자인의 주요 장점 : <ol><li> 엑스트라 에너지원이 유체 경로를 가까이에 필요하지 않다, 그러니 로드된 장치는 고도의 이식 및 </li><li> 장치는 수직 측벽과 깊이 (최대 1mm) 채널 (예 : 기능의 높이가 독립적으로 그들의 너비를 지정할 수 있습니다) microfabricating 매우 그 결과에 대한 있도록 photolithographically - 패턴 SU - 8 금형에서 PDMS 복제에 의해 만들 수 있습니다 정확한 있습니다. </li></ol> 병렬 믹서의 장점 : <ol><li> 그것은 제어 조작하기 쉽고 간단하다. </li><li> 볼륨 photolithographically, 따라서 매우 정확한 정의되고 있습니다. </li><li> 유체 및 시약은 높은 휴대 assays 수있게 몇 일 동안 microdevice에 저장할 수 있습니다. </li><li> 특히, PDMS 너무 장치가 소형 진단 assays에서뿐만 아니라 약물 검사 및 효소 기반 생분자 감지와 같은 셀 기반 assays의 광범위...

<table><tbody><tr><td>세척된 실리콘 웨이퍼</td><td>소모품</td><td>Silicon Sense Inc.</td><td>3P0110TEST</td><td>직경 3-inch, P/Boron</td></tr><tr><td>&quot;마스터&quot; 웨이퍼 (SU-8 패턴 포함)</td><td>소모품</td><td></td><td></td><td>표준 포토리소그래피 절차를 사용하여 자체 제작</td></tr><tr><td>데시케이터 (2개)</td><td>장비</td><td>VWR international</td><td>24987-048</td><td>하나는 실란화용, 하나는 PDMS 기포 제거용</td></tr><tr><td>전자저울</td><td>장비</td><td>OHAUS Corp.</td><td>SC6010</td><td></td></tr><tr><td>오븐</td><td>장비</td><td>Sheldon Manufacturing, Inc.</td><td>1330GM</td><td></td></tr><tr><td>미니 보텍서</td><td>장비</td><td>VWR international</td><td>58816-121</td><td></td></tr><tr><td>스피너</td><td>장비</td><td>Headway Research Inc.</td><td>PWM32</td><td></td></tr><tr><td>플라즈마 식각기</td><td>장비</td><td>Plasmatic Systems, Inc.</td><td>Plasma Preen II-973</td><td></td></tr><tr><td>핫플레이트</td><td>장비</td><td>Torre Pines Scientific</td><td>HP30A</td><td></td></tr><tr><td>실체 현미경</td><td>현미경</td><td>Nikon Instruments</td><td>TMZ1500</td><td></td></tr><tr><td>CCD 카메라</td><td>장비</td><td>Diagnostic Instruments</td><td>SPOT RT</td><td></td></tr><tr><td>솔레노이드 밸브</td><td>장비</td><td>Lee Company</td><td>LHDA0511111H</td><td></td></tr><tr><td>데이터 수집 보드</td><td>하드웨어</td><td>National Instruments</td><td>PCI 6025E, CB-50LP</td><td></td></tr><tr><td>LabView</td><td>소프트웨어</td><td>National Instruments</td><td>Version 8.0</td><td></td></tr><tr><td>Tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane</td><td>시약</td><td>United Chemical Technologies</td><td>T2492</td><td>실란화는 반드시 화학 흄 후드 내에서 수행해야 함</td></tr><tr><td>PDMS 프리폴리머 및 가교제</td><td>시약</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>헥산</td><td>시약</td><td>EMD Millipore</td><td>HX0295-6</td><td></td></tr><tr><td>색소 염료</td><td>시약</td><td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td><td>FD&amp;amp;C 110, 135, 150</td><td>Blue #1, Yellow #5, Red #3</td></tr><tr><td>3 ml 일회용 전이 피펫</td><td>소모품</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-711-20</td><td></td></tr><tr><td>킴와이프스</td><td>소모품</td><td>Kimberly-Clark Corporation</td><td>34155</td><td></td></tr><tr><td>웨잉 보트</td><td>소모품</td><td>VWR international</td><td>12577-027</td><td></td></tr><tr><td>설압자</td><td>소모품</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-700-555</td><td></td></tr><tr><td>P100 디쉬</td><td>소모품</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-772E</td><td></td></tr><tr><td>실리콘 튜브 (내경(I.D.) 1.14 mm)</td><td>소모품</td><td>Cole-Parmer</td><td>07625-30</td><td></td></tr><tr><td>Tygon 튜브 (외경 1/16 in; 내경 1/32 in)</td><td>소모품</td><td>Cole-Parmer</td><td>06418-02</td><td></td></tr><tr><td>Duco 시멘트</td><td>소모품</td><td>Devcon Inc.</td><td>6245</td><td></td></tr><tr><td>면도날</td><td>도구</td><td>VWR international</td><td>55411-050</td><td></td></tr><tr><td>바늘</td><td>도구</td><td>Fisher Scientific</td><td>0053482 (25 Gauge)</td><td></td></tr><tr><td>#5 핀셋</td><td>도구</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-20</td><td></td></tr><tr><td>50 ml 원심분리 튜브</td><td>소모품</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-526B</td><td></td></tr><tr><td>씰 랩 필름</td><td>소모품</td><td>AEP Industries Inc.</td><td>0153877</td><td></td></tr><tr><td>1.5 ml 마이크로 원심분리 튜브</td><td>소모품</td><td>Fisher Scientific</td><td>05-406-16</td><td></td></tr><tr><td>15 ml 원심분리 튜브</td><td>소모품</td><td>BD Biosciences</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>보라색 니트릴 파우더 프리 장갑</td><td>소모품</td><td>VWR international</td><td>40101-348</td><td></td></tr><tr><td>1.2 mm Harris 생검 펀치</td><td>도구</td><td>Ted Pella, Inc.</td><td>15074</td><td></td></tr></tbody></table>

microfluidic 칩은 탄성 microvalve의 배열을 제어

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

소형 microfluidic 시스템은 저렴한 포인트 - 오브 - 간호 진단 및 높은 처리량 생명 의학 assays를위한 간단하고 효과적인 솔루션을 제공합니다. 강력한 흐름 제어 및 정밀 유체 볼륨이 응용 프로그램의 두 가지 중요한 요구 사항입니다. 우리는 탄성 polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve 배열을 갖춘 microfluidic 칩을 개발했다고 1) 유체 경로를 닫습니다 엑스트라 에너지원이 필요 없다, 따라서 로드된 장치는 고도의 이식이며, 2) 깊이 (최대 1mm) 채널을 microfabricating를 허용 수직 측벽과 매우 정확한 기능에 결과. 다양한 크기, microvalves와 유체 경로를 행동시키다하는 데 필요한 microchannels를 포함하는 제어 계층, 그리고 컨트롤에 바인딩하는 가운데 얇은 PDMS 막의 유체 경로와 microchambers를 포함하는 유체 층 : PDMS microvalves 기반 장치는 세 계층으로 구성됩니다 계층. 유체 계층과 제어 계층은 SU - 8 포토 레지스트 마스터에서 PDMS의 복제 성형에 의해 만들어진, 그리고 얇은 PDMS 막 지정 높이에서 PDMS를 회전에 의해 이루어집니다. 제어 계층은 모두의 산소 활성화 후 얇은 PDMS 막에 접착 다음 유체 층과 조립합니다. microvalves는 휴식을 폐쇄하고 부정적인 압력 (예 : 집 진공)을 적용하여 열 수 있습니다. Microvalve 폐쇄와 개방은 컴퓨터 소프트웨어에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브를 통해 자동화되어 있습니다. 여기서 우리는 두 개의 다른 응용 프로그램을위한 두 microvalve 기반 microfluidic 칩을 보여줍니다. 첫 번째 칩은 다양한 혼합 비율에 수성 솔루션의 정확한 하위 nanoliter 볼륨을 저장하고 혼합을 허용합니다. 두 번째 칩은 microfluidic 세포 문화의 컴퓨터 제어를위한 살포 수 있습니다. 디바이스 제어 조작하기 쉽고 간단합니다. PDMS의 biocompatibility로 인해,이 마이크로 칩은 소형 진단 assays뿐만 아니라 기본적인 세포 생물학 연구에 광범위한 애플 리케이션을 수 있습니다.

우리는 탄성 polydimethylsiloxane (PDMS) 기반 photolithographically 정의 정확한 볼륨을 닫고 기능을 더 추가 에너지를 필요가 없다 microvalve 배열을 제조 및 자동화 프로토콜을 보여줍니다. 병렬 subnanoliter 볼륨 믹서와 통합 microfluidic 재관류 시스템을 소개하는 부분이있다.

Microfluidic 칩은 탄성 Microvalve의 배열을 제어

소형화된 미세유체 시스템은 저비용 현장 진단 및 고처리량 생의학 분석을 위한 간단하고 효율적인 솔루션을 제공합니다.

미세유체 기술은 정밀한 유체 제어가 필요한 고처리량 실험을 수행하고자 하는 세포 생물학자들에게 유용한 기술을 제공합니다. 안녕하세요, 워싱턴 대학교 바이오공학과 Folk Lab의 Nin Chen Lee입니다. 오늘은 PDMS 미세 밸브 어레이로 제어되는 미세유체 팁을 제작하는 방법을 보여드리겠습니다.해당 장치는 세 개의 층으로 구성됩니다. 첫 번째 층은 다양한 크기의 마이크로 챔버가 포함된 유체층이며, 두 번째 층은 두 층 사이에 채널이 포함된 제어층입니다. PMS의 소수성과 유연성으로 인해 얇은 PMS 막이 형성되어 있습니다.막이 시드(seed)에 밀착되어 유체 챔버들이 서로 격리됩니다. 제어 채널을 통해 진공을 가하면 PDMS 막이 변형되어 이전에 격리되었던 유체 챔버들을 연결할 수 있습니다. 오늘은 서로 다른 혼합 비율로 서브 나노리터 부피의 수용액을 혼합할 수 있는 병렬 믹서를 보여드리겠습니다.이제 저희 실험실의 크리스프 단계에서는 세포 배양물에 여러 용액을 주입할 수 있는 통합 미세유체 시스템을 보여드리겠습니다. 시작해 보겠습니다. 여기 실리콘 웨이퍼 위에 PDMS 특징이 있는 마스터를 보여드립니다.마스터는 해당 마스터들의 표준 SUH 사진 공정 절차를 통해 제작되었습니다. 이를 통해 PDMS 복제본을 반복적으로 제작할 수 있습니다. 마스터로부터 PDMS를 쉽게 분리하기 위해서는 먼저 마스터를 표면 처리해야 합니다.우리는 Florence Island와 작업하고 있기 때문에 일반적으로 F foods를 사용하여 마스터를 제작합니다. 먼저 웨이퍼를 증착기에 넣고 forest 방울을 떨어뜨린 다음, 데스크 스케이트 챔버를 닫고 진공 펌프를 켭니다. 1, 2, 3분 동안 진공 상태를 유지한 후 진공을 끕니다. 30분 동안 증발시킨 후 웨이퍼를 꺼냅니다. PDMS 복제물을 만들기 전에, 먼저 PDMS 프리폴리머와 경화제를 10:1 비율로 사전 혼합해야 합니다.먼저 프리폴리머 31 g을 정량하고, 경화제 3.1 g을 정량한 후 5분 동안 충분히 혼합합니다. 완성된 제품의 모습은 이와 같습니다. 그 후, PS 내의 기포를 제거하기 위해 밀도 히트(density heat)에 넣고 투명해질 때까지 5분에서 10분 동안 처리합니다.PMS의 기포가 제거되기를 기다리는 동안, 컨트롤 층 영역에 실리콘 튜빙을 접착할 수 있습니다. 실리콘 튜빙은 PMS와 동일한 성분이기 때문에, 나중에 장치에 매립하여 기밀 및 유체 밀봉을 형성할 수 있어 선택했습니다. 이제 작은 실리콘 튜빙 조각의 끝부분에 D cement 접착제를 약간 바르고, 이를 마스터의 입구 영역에 눌러 고정합니다.따라서 튜빙이 앰프 위로 넘치지 않게 하려면, 실리콘 튜빙을 자를 때 단면이 매우 평평해야 하며 상단에 접착제를 너무 많이 도포해서는 안 됩니다. 접착제를 누르는 방법을 설명해 보겠습니다. 이제 보겠습니다. 벤트의 양쪽에 영역이 생성되었으므로 뚜껑을 엽니다.이제 PS가 개발되었습니다. 마스터 위에 PS를 붓겠습니다. 튜빙 주변의 PGA를 당길 때 주의하십시오.이제 유체층 특징이 있는 다른 마스터 위에 붓고 있습니다. 마스터에 PS를 부은 후, 더스트 키커(dust kicker)에서 5분에서 10분 동안 다시 기포를 제거해야 합니다. 기포 제거 후, 65 to 70 °C의 오븐에서 1시간에서 24시간 동안 PMS를 경화시킵니다.좋습니다. 2시간 후에 PMS가 경화되었습니다. 이제 SU 마스터에서 PMS 소자를 잘라내고 제어층을 위해 주기적으로 처리합니다.튜브를 삽입한 상태에서, 유입구 영역의 접착제를 제거합니다. 본 장치의 경우, 세 개의 층과 제어층 모두에 유입구 영역이 생성되어 있으나, 실리콘 튜브는 한 개의 층에만 삽입합니다.예를 들어, 여기서는 컨트롤 층에만 해당됩니다. 유체 층으로 접근하기 위해, 실리콘 튜브 아래의 막을 천공하여 통로를 만들 수 있습니다. 이렇게 하면 모든 장치에 상단에서 접근할 수 있으므로, 실체 현미경이나 전통적인 도립 현미경으로 현미경 관찰을 수행하기가 더 수월합니다.이제 C룸으로 이동하겠습니다. CTM S 막을 준비하기 위해, headway 스피너를 사용하여 PDF 막을 스핀 코팅하는 방법을 보여드리겠습니다. 웨이퍼를 웨이퍼 척 상단에 놓기 전에, 플라스틱 그래프로 볼을 덮고 나중에 오염물을 쉽게 청소할 수 있도록 아래에 페이퍼 타월을 배치했습니다.따라서 준비가 완료되었다면, 이전의 마스터 제작 과정과 마찬가지로 진공 세척 후 실리콘 웨이퍼 위에 PDMS를 약 2 mL 분주합니다. 11~12 µm 두께의 막을 형성하고자 하므로, 웨이퍼를 7,000 rpm으로 20초 동안 스핀 코팅합니다. 이제 다음과 같이 설명하겠습니다. 여기 웨이퍼가 회전하는 것을 볼 수 있습니다. 정해진 시간 동안 스핀 코팅을 진행합니다. 스핀 코팅 후, 웨이퍼를 85 °C의 핫플레이트 위에 4분 동안 둡니다. 이제 PDMS 막이 경화되었습니다.다음으로 플라스마 오븐에서 PDMS 막과 대조군 층을 산화시킵니다. 플라스마 전력을 75%로 설정하고, 산소 압력은 30 PSI, 유량은 5로 사용합니다. 이러한 파라미터는 응용 분야에 따라 언제든지 조정할 수 있습니다.타인을 켜고, 플라즈마를 30초 동안 작동시킵니다. 이제 막 위에 컨트롤 층을 배치합니다. 이 둘을 접촉시키면 몇 분 내에 컨트롤 층이 막에 결합됩니다.몇 분 후, 막과 함께 대조군 층을 제거합니다. 이제 대조군 층을 투명 층에 정렬할 준비가 되었습니다. 더 이상 클린룸 내부가 아니므로, 스카치 테이프를 사용하여 투명 층 위의 먼지를 제거합니다.또한 제어층의 입구 영역에서 멤브레인을 제거해야 합니다. 이는 하단의 유체층으로 접근하기 위함입니다. 따라서 멤브레인이 부착된 제어층을 유체층 위에 놓으십시오.모든 챔버 유체 챔버와 밸브를 확인하십시오. 모든 구성 요소가 왼쪽에서 오른쪽으로 정렬되어 있는지 확인하십시오. 정렬되지 않은 경우, 제어층을 제거하고 다시 작업할 수 있습니다.여기에서 유체 층과 제어 층이 정렬된 것을 확인할 수 있습니다. 이제 유체 공급원 및 압력 공급원과 연결하기 위해 이 입구들에 더 얇은 튜빙을 삽입하겠습니다. 이제 밸브를 압력 공급원에 연결하고 유체 입구를 유체 공급원에 연결합니다.여기에는 PDMS 마이크로 밸브를 열고 닫기 위해 파란색과 노란색의 두 가지 서로 다른 염료가 준비되어 있습니다. 진공원과 공기압에 연결된 솔레노이드 밸브를 사용하며, 밸브는 light view 소프트웨어로 제어합니다. 이제 1번 밸브 세트를 열겠습니다.PDMS 막이 굴곡되며 밸브가 열리는 것을 볼 수 있습니다. 이제 첫 번째 밸브 세트를 닫고, 두 번째 세트를 열었다 닫겠습니다. 이제 모든 마이크로 밸브가 정상적으로 작동합니다.두 종류의 서로 다른 다이(dye)로 미세 유체 챔버를 채우겠습니다. 밸브 세트 1번을 열고 진공을 이용하여 두 다이를 챔버 안으로 끌어당깁니다. 챔버가 다이로 채워지면, 각 챔버를 격리하기 위해 밸브 세트 1번을 닫은 후 밸브 세트를 켭니다.두 번째로, 두 배열의 쌍을 혼합합니다. 밸브를 열고 혼합하는 과정은 일반적으로 약 1분에서 2분 정도 소요됩니다. 저희는 챔버 크기를 10가지 서로 다른 크기로 설계하였습니다.총 11가지의 서로 다른 혼합 비율을 설정하였습니다. 혼합이 완료된 후 밸브를 닫으면, 각 챔버마다 서로 다른 혼합 비율이 적용된 것을 확인하실 수 있습니다.색상이 파란색에서 초록색으로, 그리고 다시 노란색으로 변했습니다. 제작된 이 장치들은 약물 스크리닝과 같은 생의학적 분석이나, 화학 물질과 성장 인자 또는 약물의 농도 차이에 따른 세포 반응 및 화학 주성(chemotaxis)과 같은 세포 생물학 연구에 잠재적으로 활용될 수 있습니다. 저는 Chris Sip이며, 통합 마이크로플루이딕 관류 시스템 장치를 시연하겠습니다. 이 장치는 앞서 제작 과정에서 확인한 장치와 매우 유사합니다.유일하고 주요한 차이점은 확산을 통해 혼합되는 밸브로 구분된 별개의 챔버를 갖는 대신, 여러 개의 유입구가 수렴하며 밸브에 의해 제어되는 다중 밸브 스키마를 갖는다는 것입니다. 제가 시연할 내용은 서로 다른 유입구의 온/오프를 제어하는 밸브의 선택적 작동입니다. 또한, 통합 믹싱 채널의 작동과 구배 제어에 대해서도 보여드리겠습니다.화면 상단에 수렴하는 16개의 유입구가 보이며, 유체는 상단에서 이 수직 채널을 통해 아래로 흘러 세포 배양 챔버인 이 분기 네트워크로 진입하게 됩니다. 이제 유입구의 유체가 파란색 염료로 바뀌어 흐르는 것을 볼 수 있으며, 챔버를 통과할 때 층류 유동 프로파일이 나타나는 것을 확인할 수 있습니다. 이제 파란색과 노란색을 조합하고 있으며, 이를 전환하여 반대 조합을 생성할 수도 있습니다.구배를 오른쪽으로 유도할 수 있습니다. 또한 다른 유형의 구배를 생성할 수도 있습니다. 현재 화면은 밸브의 빠른 전환을 보여주고 있으며, 이를 통해 서로 다른 용액 사이를 매우 빠르게 교체할 수 있습니다.이제 균질기를 통해 청색과 황색 용액을 주입하고 있으며, 챔버 내에서 용액이 녹색으로 나오는 것을 볼 수 있습니다. 또한 다양한 유입구를 임의로 전환할 수 있습니다. 이번 경우에는 적색 유입구를 통해 주입하고 있으며, 이것이 모든 녹색 용액을 대체하고 있습니다. 오늘은 마이크로 유체 밸브 기반 장치를 제작하는 방법을 보여드렸으며, 서브 리터 부피의 매우 정밀한 양으로 두 가지 색상의 염료를 다양한 비율로 혼합하는 것을 시연하였습니다.저희 연구실의 Chris가 다양한 용액의 관류를 위한 통합 미세유체 시스템 또한 시연하였습니다. 시청해 주셔서 감사드리며, 여러분의 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.

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