입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

이 절차의 전반적인 목표는 저항성 펄스 감지와 코드 분할 다중 액세스를 결합하여 여러 미세유체 채널에서 입자의 감지 및 크기를 다중화하는 미세유체 플랫폼을 시연하는 것입니다. microfluidic codes라고 명명된 이 기술은 자원이 제한된 환경에서 생물학적 샘플의 현장 검사에 매우 적합한 완전히 통합되고 진정한 휴대용 실험기구 칩 장치를 실현하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 미세유체 칩에 있는 입자의 공간적, 시간적 조작을 전자적으로 추적할 수 있어 현미경과 같은 외부 기기가 필요하지

우리의 기술은 연약한 석판인쇄술과 호환이 되고 입자가 Coulter 카운터와 유사한 직접적인 전자 해독을 제공하기 위하여 분별되는 microphotic 장치로 쉽게 통합될 수 있습니다. microfluidic 장치의 건축을 시작하기 위하여는, 4개의 세트, 7개의 비트 금 부호를 생성하십시오. 그런 다음 CAD(Computer Aided Design) 또는 AutoCAD와 같은 CAD 소프트웨어를 사용하여 골드 코드를 기반으로 4개의 고유한 전극 레이아웃을 설계합니다.

마지막으로, Photomask 공급업체에서 제조한 설계된 전극 레이아웃으로 Photomasked를 사용하십시오. 다음으로, 4인치 붕규산 유리 웨이퍼를 섭씨 120도의 5:1 피라냐 용액에 20분 동안 담급니다. 세척 후 섭씨 200도의 핫 플레이트에 있는 웨이퍼를 20분 동안 가열하여 잔류 수분을 증발시킵니다.

깨끗하고 건조한 웨이퍼를 스핀 코팅기에 넣습니다. 웨이퍼에 2ml의 네거티브 포토레지스트 용액을 바르고 40초 동안 분당 3000회전으로 스핀 코트를 스핀 코팅합니다. 스핀 코팅된 웨이퍼를 섭씨 150도의 핫 플레이트에서 1분 동안 건조시킵니다.

원하는 전극 패턴의 크롬 마스크로 웨이퍼를 덮습니다. 마스킹된 포토레지스트 표면을 365나노미터 UV 광선에 노출시켜 제곱센티미터당 225밀리줄을 얻습니다. 노출된 포토레지스트를 섭씨 100도의 핫 플레이트에서 1분 동안 굽습니다.

웨이퍼를 포토레지스트 현상액에 15초 동안 담근 다음 패턴 웨이퍼를 탈이온수를 부드럽게 분사하여 세척하고 질소 가스 흐름으로 웨이퍼를 건조시킵니다. 다음으로, 패터닝된 웨이퍼를 전자빔 금속 증발기에 놓습니다. 20나노미터 두께의 크롬 층과 80나노미터 두께의 금층을 초당 1옹스트롬의 속도로 웨이퍼에 증착합니다.

그런 다음 금속 코팅 웨이퍼를 아세톤으로 30 분 동안 40 킬로 헤르츠 및 100 % 진폭으로 초음파 가열하여 기본 포토 레지스트를 에칭합니다. 다이싱 톱을 사용하여 필요에 따라 웨이퍼를 더 작은 조각으로 자릅니다. 미세유체 채널 금형 제작을 시작하려면 앞서 설명한 붕규산 웨이퍼와 동일한 방식으로 4인치 실리콘 웨이퍼를 청소하고 건조시킵니다.

실리콘 웨이퍼를 스핀 코팅기에 놓고 4ml의 네거티브 포토레지스트 용액을 도포합니다. 웨이퍼를 500rpm에서 15초 동안 스핀 코팅한 다음 1, 000rpm에서 15초 동안, 마지막으로 3, 000rpm에서 60초 동안 스핀 코팅합니다. 아세톤에 적신 클린룸 와이프에 웨이퍼 면이 위로 향하게 하여 웨이퍼 뒷면과 가장자리에서 잔류 감광액을 제거합니다.

웨이퍼를 섭씨 65도에서 1분 동안 구운 다음 섭씨 95도에서 2분 동안 굽습니다. 드라이 웨이퍼에 미세유체 채널에 대한 크롬 마스크 패턴을 배치합니다. 포토레지스트를 제곱센티미터당 180밀리줄의 365나노미터 자외선에 노출시킨 다음 웨이퍼를 섭씨 65도와 95도에서 각각 1분과 2분 동안 다시 굽습니다.

패턴이 있는 웨이퍼를 포토레지스트 현상액 용기에 넣고 용기를 3분 동안 부드럽게 흔듭니다. 현상된 웨이퍼를 이소프로판올로 헹구고 질소 가스 흐름에서 웨이퍼를 건조시킵니다. 웨이퍼를 섭씨 200도에서 30분 동안 굽은 다음 프로파일로미터를 사용하여 패턴 포토레지스트가 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하게 두꺼운지 확인합니다.

덮개를 덮지 않은 페트리 접시에 200마이크로리터의 트리클로로실란과 함께 웨이퍼를 진공 데시케이터에 넣습니다. 웨이퍼를 트리클로로실란과 함께 데시케이터에 8시간 동안 방치하여 웨이퍼 표면을 실란화합니다. 장치 조립을 시작하려면 범용 클린룸 테이프를 사용하여 150mm 직경의 페트리 접시에 실리콘 웨이퍼 몰드를 부착합니다.

페트리 접시에 폴리디메틸실록산 프리폴리머 50g을 10:1 혼합물로 추가하고 진공 데시케이터에서 1시간 동안 혼합물의 가스를 제거합니다. 탈기된 혼합물을 섭씨 65도에서 최소 4시간 동안 경화시킵니다. 메스를 사용하여 경화된 PDMS 층을 잘라낸 다음 핀셋으로 금형에서 경화된 층을 벗겨냅니다.

PDMS를 작은 조각으로 자릅니다. 생검 펀처로 입구와 출구 미세유체 채널 구멍을 뚫습니다. PDMS 레이어 패턴을 투명 테이프에 뒤집어 놓아 미세 가공 표면을 청소합니다.

미리 준비된 전극 베어링 유리 기판을 아세톤, 이소프로판올 및 탈이온수로 헹굽니다. 질소 가스의 흐름에서 기판을 건조시킵니다. PDMS 층과 기판을 100밀리와트로 설정된 RF 플라즈마 발생기에 마이크로 머신 면이 위를 향하도록 놓습니다.

산소 플라즈마에서 마이크로머신 표면을 30초 동안 활성화합니다. 그런 다음 광학 현미경을 사용하여 패턴 PDMS 층을 표면 전극과 정렬합니다. 정렬되면 표면이 물리적으로 접촉하여 PDMS 층을 유리 기판에 밀봉합니다.

유리 기판의 코팅 전극 패턴이 PDMS 미세유체 채널과 적절하게 정렬되는 것이 중요합니다. 적절하게 정렬되면 표면 전극과의 입자 상호 작용은 다중화를 위해 원하는 코드 파형을 생성합니다. 조립된 장치를 섭씨 70도에서 유리 면이 아래로 향하게 하여 5분 동안 굽습니다.

마지막으로 전극 접촉 패드에 와이어를 납땜하여 장치 조립을 마칩니다. 실험을 시작하려면 미세유체 장치를 광학 현미경 스테이지에 놓습니다. 장치 참조 전극을 락인(lock-in) 증폭기의 신호 출력 포트에 연결하고 400kHz 사인파를 인가합니다.

양극 및 음극 센서 전극을 두 개의 독립적인 트랜스임피던스 증폭기에 연결합니다. 두 트랜스임피던스 증폭기를 차동 볼륨에 연결합니다.tag네거티브 센서 신호에서 뺄 포지티브 센서 신호가 있는 락인앰플리파이어의 입력. 락인(lock-in) 증폭기의 복조기 출력을 데이터 수집 장치에 연결합니다.

데이터 수집 소프트웨어에서 1MHz의 락인앰플리파이어 출력에 대한 샘플링 속도를 설정합니다. 현미경으로 보이는 장치의 작동을 광학적으로 기록하기 위해 고속 카메라를 설정하십시오. 준비된 세포 현탁액을 주사기에 주입합니다.

샘플 주사기를 주사기 펌프에 고정하고 주사기를 주입구 채널에 연결합니다. 배출 채널을 폐기물 용기로 향하게 하십시오. 주사기 펌프를 사용하여 임피던스 변조 신호를 기록하는 동시에 일정한 유속으로 장치를 통해 셀 서스펜션을 구동합니다.

실험이 완료된 후 분석 소프트웨어로 전기 데이터를 처리합니다. 처리된 전기 신호를 고속 카메라의 이미지와 비교하여 셀 크기에 대한 보정 곡선을 생성합니다. 세포 현탁액은 직교 센서 코드에서 파생된 4개의 고유한 전극 패턴을 가진 미세유체 센서 장치를 통해 흐랐습니다.

4개의 센서 신호는 모두 단일 전기 출력에서 기록되었습니다. 기록된 각 신호와 연결된 개별 센서는 기록된 센서 신호와 가능한 모든 코드의 상관관계에 의해 식별되었으며, 이는 명확하게 구별할 수 있는 자기 상관 피크를 생성했습니다. 4개 채널 모두에서 셀을 동시에 감지하여 간섭 신호에 의해 생성된 파형은 반복 알고리즘으로 해결되었습니다.

기록된 파형은 가능한 모든 코드와 상관되었으며 가장 큰 자기 상관 피크가 식별되었습니다. 해당 개별 센서 신호가 재구성되어 입력 파형에서 차감되었습니다. 잔류 신호는 입력으로 다음 반복으로 전달되었으며 잔류 신호가 자기 상관 피크를 생성하지 않을 때까지 프로세스가 계속되었습니다.

추정된 신호는 최소 제곱 근사치를 사용하여 재구성된 파형과 원래 기록된 파형 간의 최적 맞춤을 찾는 최적화 알고리즘을 기반으로 미세 조정되었습니다. 그런 다음 셀 위치, 크기 및 센서를 통과하는 시간을 추정된 센서 신호의 채널 수, 진폭, 지속 시간 및 상대 타이밍에서 결정했습니다. 이 절차는 전기 신호와 고속 카메라의 광학 측정을 비교하여 검증되었습니다.

일단 마스터하면 이 기술은 하드웨어 관점에서 매우 간단하기 때문에 구현하기가 매우 쉽습니다. 활성 온칩 구성 요소가 없습니다. 소프트 리소그래피와 직접 호환되며 신호 처리는 간단한 계산 알고리즘에 의존합니다.

이 프로토콜에 따라 코드 기반 멀티플렉스 전기 센서로 미세유체 칩을 제작하고 생체 분석 측정을 위해 전기 신호를 디코딩할 수 있습니다. 이 다재다능하고 확장 가능한 전자 감지 기술은 다양한 미세유체 장치에 쉽게 통합되어 칩에서 처리되는 입자를 공간적으로 시간적으로 추적하여 정량적 분석을 실현할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 미세유체 CODES 기술을 설계, 제작 및 구현하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.