De Microfluïdische Probe: Werking en gebruik voor plaatselijke Surface Processing

Summary

In deze video presenteren we de microfluïdische probe ¹ (MFP). We leggen in detail hoe u de MFP assembleren, monteren bovenop een omgekeerde microscoop, en lijn deze ten opzichte van het substraat oppervlak, en tenslotte laten zien hoe het te gebruiken om een ​​substraatoppervlak ondergedompeld in een bufferoplossing proces.

Abstract

Microfluïdische apparaten kunnen testen worden uitgevoerd met behulp van kleine hoeveelheden van het monster en zijn onlangs gebruikt om de micro-omgeving van de cellen te controleren. Microfluidics is vaak geassocieerd met gesloten microkanalen die hun gebruik te beperken tot monsters die kunnen worden ingevoerd, en gekweekt in het geval van cellen, in een beperkte volume. Aan de andere kant zijn micropipetting systeem gebruikt om lokaal perfuseren cellen en oppervlakken, met name met behulp van push-pull situaties waar een pipet fungeert als bron en het andere als zinken, maar de opsluiting van de stroming is moeilijk in drie dimensies. Bovendien, pipetten zijn kwetsbaar en moeilijk te positioneren en dus worden gebruikt in statische configuratie alleen.

De microfluïdische sonde (MFP) omzeilt de beperkingen opgelegd door de constructie van gesloten microfluïdische kanalen en in plaats van omsluiten het monster in de microfluïdische systeem, de microfluïdische stroom kan direct geleverd worden op het monster, en gescand over het monster, met behulp van de MFP. . De injectie en aspiratie openingen zijn gelegen binnen een enkele tientallen micrometers van elkaar, zodat een MicroJet geïnjecteerd in het gat wordt beperkt door de hydrodynamische krachten van de omringende vloeistof en volledig opgezogen terug in de andere opening. De MicroJet kan worden gespoeld over het substraatoppervlak en zorgt voor een nauwkeurige tool voor gelokaliseerde afzetting / levering van de reagentia die kan over grote gebieden worden gebruikt door het scannen van de sonde op het oppervlak. In deze video presenteren we de microfluïdische sonde ¹ (MFP). We leggen in detail hoe u de MFP assembleren, monteren bovenop een omgekeerde microscoop, en lijn deze ten opzichte van het substraat oppervlak, en tenslotte laten zien hoe het te gebruiken om een ​​substraatoppervlak ondergedompeld in een buffer proces.

Protocol

1. Microfabricage van de sonde kop (proces niet in de video)

1. Een Si ² wafer, vier centimeter in diameter, 525 micrometer dik, met een 1 micrometer dikke thermische SiO2 laag is spincoated met een fotolak (PR) voor 45 s bij 4000 toeren per minuut.
2. De wafer wordt voorgebakken op 110C voor 50 s, en blootgesteld via een masker met alle elementen (havens en microkanalen) voor 5 s, ontwikkeld en gespoeld met DI.
3. De onbedekte SiO2 is weg geëtst in een gebufferde 01:07 fluorwaterstofzuur (BHF) oplossing in ≈ 15 min. (dewetting van de ondergrond waar de SiO2 is geëtst geeft voltooiing van de etsen). Een O2 plasma of aceton wordt gebruikt om de as of strip de rest van PR.
4. Een tweede laag is PR spin-coating bij 1500 rpm gedurende 45 s, waardoor een dikke deklaag van ≈ 10 urn [31]. De SiO2 patroon onder dit PR laag is nog zichtbaar en wordt gebruikt om de wafer af te stemmen met een tweede masker met de havens alleen.
5. Na belichting en ontwikkeling van de PR, is de wafer gespoeld, gedroogd en postbaked bij 95C gedurende 20 minuten.
6. De Si wafer is bevestigd op een wafer te ondersteunen met gesmolten witte was aan de boorkop te beschermen.
7. Een inductief gekoppeld plasma (ICP) DRIE wordt gebruikt om de PR-overdracht en ingebed SiO2 patronen in wafer topografie in een proces in drie stappen:
   1. DRIE tot ≈ 500μmdeep poorten te maken in Si (patroon gedefinieerd door de dikke PR).
   2. Zonder dat het lossen van de wafer uit de DRIE machine, is de PR verast met behulp van een plasma.
   3. De blootgestelde SiO2 patroon fungeert als masker voor een tweede droge etsproces, het creëren van 50 urn diepe geulen, en het openen van de vulling en ontluchting-poorten door de wafer. Na het lossen, is de steun wafer vrijstaande onder een stroom van warm water. De micromachined wafer wordt vervolgens gereinigd met aceton, ethanol en DI.
8. Individuele MFP chips zijn in blokjes.
9. Een PDMS-interface blok is vervaardigd door gieten in een micromould bestaat uit twee gestructureerde poly (methylmethacrylaat) (PMMA) elementen, een gepolijste stalen plaat die de bodem, en twee haarvaten (elk ingebracht in een van de twee vias-access gaten in de stalen plaat) die dienen als plaats houders voor de vloeibare verbinding gaten. Het PDMS is uitgehard in een oven op 60 ° C gedurende minstens 1 uur
10. De PDMS blok is gebonden aan een in blokjes gesneden MFP silicium chip door het activeren van beide onderdelen in de lucht plasma bij een mbar voor 24 s bij 230W, en toetreding tot de twee samen met behulp van een zelfgemaakte mechanische uitlijning hulp.
11. De montage wordt overgelaten aan binding in een 60C oven voor een minimum van 1 uur

2. Montage van de MFP

1. Gasdichte glas spuiten zijn gevuld met de juiste reagentia met behulp van plastic spuiten en naalden om ervoor te zorgen dat er geen luchtbellen aanwezig zijn. Normaal gesproken maken we gebruik van een 1 -10 microliter spuit voor injectie, en een spuit met 5-10 keer groter volume voor aspiratie.
2. De spuiten zijn aangesloten op buizen met behulp van capillaire Nanotight fittingen met een laag dood volume.
3. Haarvaten zijn gevuld en gecontroleerd op bubbels onder de microscoop.
4. De MFP chip is vooraf ingevuld met buffer om te voorkomen dat het vangen van bel bij het aansluiten van de haarvaten.
5. De haarvaten zijn aangesloten op de PDMS-verbinding stuk in de meetkop

3. Set-up van de MFP

1. De sonde hoofd wordt vastgeklemd in de sonde houder en gemonteerd op de sonde station bovenop een omgekeerde microscoop
2. De spuiten zijn geplaatst in hoge-precisie spuit pompen.
3. De ondergrond, zoals een glasplaatje, wordt ingebracht in een zelfgemaakte houder die is aangebracht op de microscoop podium.
4. De parallelliteit van de mesa van de MFP en het substraat wordt aangepast met behulp van een paar goniometers door het observeren van de Newton ringen (inmenging franjes) die worden weergegeven als de MFP in contact wordt gebracht met het substraat. Het punt van contact en de frequentie van de ringen dienen als indicatie van de kantelen. Als de MFP is uitgelijnd met het oppervlak, een enkele storing ring strekt zich uit over het gehele oppervlak. Deze maatregel dient ook om het ijken van de scheiding tussen MFP en substraat.
5. De kloof tussen de MFP en de ondergrond is van cruciaal belang voor oppervlakte-patronen processen. Omdat de ondergrond wordt verwerkt door het scannen van het onder de MFP, de horizontale uitlijning moet worden aangepast met micrometer precisie en is bereikt met behulp van een drie punten te ondersteunen gevormd door drie micrometer schroeven.

4. Werking van de MFP

1. Doseren is geregeld via LabView software. Werking van het apparaat wordt gevisualiseerd door het oog en het gebruik van een CCD-camera. De injectie: aspiratie verhouding varieert 1u03-01u10, afhankelijk van de diffusiviteit van het reagens met de omliggende buffer en de gewenste geometrische stromingspatroon.
2. Om te controleren voor een goede werking van de aspiratie spuit en de aanwezigheid van belletjes, eerst injecteren vloeistof met het streven spuit voordat u de juiste ambitie.
3. Start injectie van vloeibare en monitor stroom en opsluiting van kralen of van fluorescerende tracer kleurstof.
4. Gebruik de sonde voor de specifieke toepassing, dwz scannen via het oppervlak voor de verwerking van de depositie, etsen of kleuring van het oppervlak of cellen.

Discussion

De microfluïdische sonde (MFP) is veelzijdig, omdat het (i) mobiel, (ii) aanpasbaar voor gebruik met verschillende types van reagentia en substraat en het kan (iii) worden bediend over grote gebieden.

Ongewenste bellen kan leiden tot verstoring van de stroming om luchtbellen te vermijden, alle componenten moeten worden gevuld met vloeistof voorafgaand aan de montage. De kloof tussen de sonde en het oppervlak is slechts enkele micrometers, maar de mesa is enkele honderden micrometers breed, e...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
microfluidic connectors	Upchurch Scientific	Micro- en Nano-tight fittings en sleeves
2-component manual dispenser	Conprotec Inc.	DM400	Om PDMS-mengsel te doseren en mengen
LabVIEW	National Instruments	Versie 8.0
Mechanical Convection Oven	VWR international	1330FM
Glass syringes	Hamilton Co
Capillary tubing	Polymicro Technologies
Plasma Chamber	Tegal Corporation	Plasmaline 415
Inverted Microscope	Nikon Instruments	TE2000-E
Syringe pumps	Cetoni	neMESYS
Sylgard 184	Ellsworth Adhesives	184 Sil Elast Kit
Camera	Photometrics	QuantEM 512SC
Microscope stage
Microfluidic probe holder goniometers	Melles Griot	07GON504
Linear stage	Applied Scientific Instrumentation	LS-50	Voor z-controle van de MFP
Manual linear stage	Newport Corp.	443-4 Series	Voor x- en y- as controle van de MFP
Microscope stage	Applied Scientific Instrumentation	PZ-2000	Met x-, y- en z- controle