미세 유체 압축 공기를 넣은 케이지 : A의 칩 크리스탈 트래핑, 조작에 대한 새로운 접근 방식 및 제어 화학 처리

이 접근법의 전반적인 목표는 결정성 분자 물질의 포획, 배위 경로의 유도, 그리고 칩 상의 포획 구조 내에서 화학 반응을 제어하는 이 장치의 잠재력을 입증하는 것입니다. 이 방법은 제어된 화학적 처리가 자기 조립 구조의 특성에 미치는 영향과 같이 재료 과학 분야의 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 또한, 동적 조건 하에서 제어된 화학적 처리를 가능하게 하는 기술이 현재 매우 제한적이라는 점을 강조하는 것이 중요하며, 따라서 이 접근법은 재료 관련 분야에서 매우 매력적입니다.

먼저, SU8 포토리소그래피를 사용하여 실란화된 마스터 몰드를 준비합니다. 파울링 입자는 시간과 온도 모두에 특히 민감합니다. 기술된 시간 범위와 온도를 준수하지 않을 경우, 접합되지 않아 기능하지 않는 소자가 제작될 수 있습니다.

일회용 칭량 접시에 엘라스토머 50 grams와 경화제 10 grams를 혼합하여 PDMS 혼합물을 준비합니다. 플라스틱 스파툴라를 사용하여 성분들을 완전히 섞어줍니다. 다음으로, 잘 섞인 PDMS를 진공 데시케이터에 15분 동안 두어 혼합물을 탈기시키고 갇힌 기포를 제거합니다.

첫 번째 PDMS 배치를 탈기하는 동안, 엘라스토머 10 g과 경화제 0.5 g을 사용하여 두 번째 배치를 혼합합니다. 그런 다음, 대조군 층이 포함된 마스터 몰드를 지름 11 mm의 원형 PTFE 프레임에 고정합니다. 5:1 비율로 혼합된 PDMS의 탈기가 완료되면 진공 챔버에서 꺼냅니다.

이제 PDMS의 5:1 혼합물을 컨트롤 층 마스터 몰드에 PTFE 프레임의 수직 벽 높이까지 붓습니다. 그런 다음 이를 데시케이터에 넣습니다. 동시에 PDMS의 20:1 혼합물도 데시케이터에 넣고 다시 진공을 겁니다.

코팅된 마스터 몰드와 20:1 비율로 혼합한 PDMS를 30분 동안 추가로 탈기합니다. 그런 다음, 데시케이터에서 두 항목을 꺼내어 80°C로 예열된 오븐에 컨트롤 레이어 마스터 몰드를 넣습니다. 컨트롤 레이어가 베이킹되는 동안, 유체 레이어용 마스터 몰드를 스핀 코터 위에 올립니다.

유체층용 마스터 몰드 위에 20:1로 혼합된 PDMS 약 4 milliliters를 붓고, 60 micrometers 두께의 층을 형성하기 위해 웨이퍼를 1200 rpms에서 40초 동안 스핀 코팅합니다. 총 1시간이 경과한 후, 오븐을 열어 스핀 코팅된 웨이퍼를 컨트롤 층 옆에 배치하고 80 degrees Celsius에서 15분 더 함께 베이킹합니다. 그 후, 총 75분이 경과하면 두 웨이퍼를 모두 오븐에서 꺼냅니다.

먼저, 대조군 층을 위해 5:1 비율로 혼합된 PDMS를 박리합니다. 면도날을 사용하여 칩을 잘라냅니다. 그런 다음 1 mm 바이옵시 펀치를 사용하여 입구용 구멍을 뚫습니다.

다음으로, 접착 테이프를 사용하여 절단된 제어층 칩에서 모든 이물질을 제거합니다. 칩이 깨끗해지면 실체 현미경을 사용하여 제어층 칩을 유체층 마스터 몰드 위에 정렬합니다. 그런 다음, 조립된 칩 주변에 잔여 PDMS를 붓고 끌어당겨 채웁니다.

전체 장치를 80 °C 오븐에 넣습니다. 조립된 소자들을 하룻밤 동안 굽습니다. 다음 날, 경화된 조립체를 오븐에서 꺼내 실온까지 식힙니다.

그런 다음 유체층 마스터 몰드에서 PDMS 어셈블리를 떼어냅니다. 마스터 몰드에서 분리되면, 제작된 이중층 장치를 칼로 절단하고 1.5 millimeter 생검 펀치를 사용하여 유체 유입구와 유출구를 형성합니다. 다음으로, 유리 커버슬립과 조립된 장치의 유체층을 코로나 방전으로 1분 동안 처리하거나 산소 플라스마를 사용한 후, 즉시 두 표면을 서로 접합하여 미세유체 장치를 완성합니다.

접합된 이중층 칩을 70~80 °C의 오븐에서 최소 4시간 동안 굽습니다. 시린지 펌프와 공압 컨트롤러를 사용하여 흐름 체제를 조절하려면, 먼저 시린지 펌프에 장착된 시린지들을 미세유체 장치의 유체 입구에 연결하고, 공압 컨트롤러 시스템을 미세유체 장치의 제어 입구에 연결하십시오. 흐름을 시각화하기 위해 시린지 중 하나에 수성 염료를 채우고 20 µL/min의 유량으로 챔버 내에 흘려줍니다.

그런 다음 공압 제어 시스템을 사용하여 3 bar에서 작동시켜 밸브를 닫습니다. 밸브가 닫힌 후에도 유체가 밸브 주변으로 계속 흐를 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요하며, 이러한 특징은 배위 고분자와 같은 포획된 구조의 제어된 화학적 처리를 달성하는 데 중요합니다. 밸브를 열려면 제어 시스템을 사용하여 압력을 해제하면 됩니다.

염색액이 첫 번째 채널을 통해 흐르는 동안, 동일한 유량으로 두 번째 입구 채널에 다른 수성 액체를 주입하여 두 수성 흐름 사이에 계면을 형성합니다. 그런 다음 3 bar에서 밸브를 작동시켜 닫습니다. 이중 흐름 중에 밸브를 작동시키면 두 수성 흐름의 계면이 변화합니다.

다음으로, 두 유체 사이의 계면을 이동시키기 위해 두 시린지의 유체 유량을 각각 30 µL/min과 10 µL/min으로 변경합니다. 밸브의 미세 입자 포집 능력을 시각화하기 위해, 먼저 중량 기준 10%의 폴리스티렌 형광 미세 입자가 포함된 수용액을 준비합니다. 입자가 포함된 유체를 두 입구 채널로 총 20 µL/min의 유량으로 주입합니다.

안정적인 흐름이 형성될 때까지 2분 동안 기다립니다. 그런 다음, 비드를 가장 잘 관찰하기 위해 488 nanometers 파장의 광원을 사용하여 형광 비드를 들뜨게 합니다. 준비가 되면 3 bar의 압력으로 밸브를 작동시켜 닫습니다.

유동이 유지되는 동안 밸브 영역을 이미지화하여, 밸브 아래에 갇혀 있거나 표면에 국소화된 여러 입자들을 확인합니다. 제어층의 채널을 통해 가스를 주입하면 유체층이 표면 쪽으로 압착됩니다. 이는 로다민 염료의 부재로 표시된 액추에이터 제어 영역 주변으로 유체를 편향시키는 데 사용할 수 있습니다.

이러한 공압 액추에이터는 마이크로채널 표면에 포집된 형광 미세 입자와 같이 입자나 세포를 포집하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 장치의 또 다른 특징은 공압 케이지의 작동을 통해 NC2에서 생성된 배위 고분자를 포집할 수 있다는 점입니다. 이 설정에서는 두 가지 시약 흐름이 사용되며, 층류 내의 두 액체 계면에서 제어된 화학 반응이 일어납니다.

배위 고분자가 포획되면 공압 밸브를 사용하여 제어된 방식으로 화학적 처리를 할 수 있습니다. 이 영상을 시청하시는 분들은 다양한 튜브 구조상에서 제어된 화학 반응을 수행하는 데 사용할 수 있는 이중층 미세유체 장치를 효과적으로 제작하는 방법에 대해 충분히 이해하고 계실 것입니다. 이 절차를 시도할 때는 본 프로토콜에 보고된 시간 범위와 온도를 엄격히 준수하는 것이 중요합니다.

그렇지 않으면, 이러한 노력으로 인해 비결합 또는 결함이 있는, 따라서 기능하지 않는 소자가 제작될 수 있습니다. 이 기술의 개발 이후, 재료 과학 분야의 연구자들은 이중층 미세유체 플랫폼을 사용하여 높은 정밀도로 다양한 유형의 튜브 내 제어 화학 처리를 탐구할 수 있는 길이 열렸습니다.