Microfluïdische Chips Gecontroleerde met elastomeer microklep Arrays
October 1st, 2007
Tonen we protocollen voor de productie en het automatiseren van elastomeer polydimethylsiloxaan (PDMS) op basis van microklep arrays dat er geen extra energie nodig te sluiten en zijn voorzien van photolithographically gedefinieerd precieze volumes. Een parallel subnanoliter-volume mixer en een geïntegreerd microfluïdische perfusie-systeem worden gepresenteerd.
Microfluidics biedt celbiologen de technologie voor hoogdoorvoerexperimenten waarbij nauwkeurige vloeistofverwerking vereist is. Hallo, ik ben Nin Chen Lee van Folk Lab bij de afdeling Bioengineering van de universiteit van Washington. Vandaag laat ik u zien hoe u microfluïdische tips kunt maken die worden bestuurd door een PDMS-microkleppenarray.
Het apparaat bestaat uit drie lagen. De eerste laag is de vloeistoflaag die microkamers in verschillende maten bevat en de tweede laag is de besturingslaag die kanalen tussen de twee lagen bevat. Er is een dunne PMS-membraan vanwege de hydrofobe eigenschappen en compliantie van PMS.
Het membraan verzegelt tegen zijn zaad, zodat de vloeistofkamers van elkaar geïsoleerd zijn. Als we vacuüm aanbrengen via de besturingskanalen, kan het PDMS-membraan dan doorbuigen en de eerder geïsoleerde vloeistofkamers met elkaar verbinden. Vandaag laat ik u een parallelle mixer zien die het mengen van sub-nanoliter volumes van aqueuze oplossingen in verschillende mengverhoudingen mogelijk maakt.
En dan gaat de volgende stap uit ons lab u een geïntegreerd microfluïdisch systeem laten zien dat het profusie van meerdere oplossingen in celculturen mogelijk maakt. Laten we beginnen. Hier laat ik u een master met polsfuncties van A SUH zien bovenop een siliconenwafer.
De master werd gemaakt van standaard SUH-fotografieprocedures van deze masters. We kunnen PDMS-replica's keer op keer maken. Om de afgifte van PDMS van de masters te vergemakkelijken, moeten we de master eerst izeren.
We izeren de master normaal gesproken met F-voeding omdat we met Florence Island werken, ik leg eerst de wafer in de ator en doe de druppels van het bos en sluit dan de desk skate-kamer, zet de vacuüm aan, laat de vacuüm 1, 2, 3 minuten staan en sluit dan de vacuüm. Laat het een halve uur verdampen en neem dan de golfdruppel. Voordat we replica MOD PDMS, moeten we eerst PDMS-pre-polymeer en verhardingsmiddelen in een verhouding van 10 tot één mengen.
Dus ik weeg een pre-polymeer van 31 gram en weeg dan de verhardingsmiddelen voor 3,1 gram en meng ze gedurende vijf minuten grondig. Het eindproduct ziet er zo uit. Daarna doe ik het in een dichtheidsverwarmer om de PS gedurende vijf tot 10 minuten te ontgassen tot het helder wordt.
Terwijl ik wacht tot PMS ontgast, kan ik siliconen slangen op het gebied van de besturingslaag plakken. We kiezen voor siliconen slangen omdat het dezelfde component van PMS is, dus later kan het in het apparaat worden ingebed en een lucht- en vloeistofdichting creëren. Nu voeg ik een beetje lijm D-cement toe aan het uiteinde van het kleine stuk siliconenslang en druk het op het inlaatgebied van de master.
Dus om ervoor te zorgen dat de slangen niet te ver over de amps van die siliconenslangen moeten zijn, moeten ze erg vlak zijn wanneer je ze snijdt en je zet niet te veel lijm erop, leg het uit, leg uit hoe je de lijm indrukt. Dus laten we zien. Er worden regio's gecreëerd op beide kant en neem het deksel eraf.
Nu is de PS ontwikkeld. Ik zal PS op de master gieten. Wees voorzichtig om PGA's rond de slangen te trekken.
Nu giet ik op de andere master die de vloeistoflaagfuncties heeft. Nadat PS op de masters is gegoten, moeten ze opnieuw worden ontgast in de dust kicker gedurende vijf tot tien minuten. Na het ontgassen, genezen we PMS in de oven bij 65 tot 70 graden gedurende één tot 24 uur.
Oké, geweldig. Na twee uur is de PMS genezen. Nu snijden we het PMS-apparaat van de SU-master en de periode voor de besturingslaag.
Met de slangen ingeschakeld, verwijderen we de lijm uit de inlaatgebieden. In onze apparaten worden inlaatregio's gecreëerd op beide drie lagen en besturingslagen, maar we hebben alleen de siliconenslang op één laag geplaatst.
Hier bijvoorbeeld alleen op de besturingslaag. Om toegang tot de vloeistoflaag te creëren, kunnen we de membraan onder de siliconenslangen doorboren om toegang te creëren. Dus dit kunnen we, we kunnen al die apparaten vanaf de bovenkant benaderen, dus het is gemakkelijker om microscopie op een stereoscoop en de traditionele omgekeerde microscoop te doen.
Nu gaan we naar de C-kamer. Om CTM S-membranen voor te bereiden, ga ik u laten zien hoe u de PDFs-membraan moet draaien met behulp van de headway-spinner. Voordat ik de wafer bovenop de top van de wafer controleer, heb ik de bal in het plastic grafiek bedekt en de papieren handdoek eronder geplaatst voor gemakkelijk schoonmaken van de schone rommel daarna.
Dus als het is afgerond, net zoals wat we met de masters eerder deden, na het schoonmaken op de vacuüm, geef ik ongeveer twee milliliter van de PMS taxi uit op de siliconenwafer omdat we een 11 tot 12 micron zes-membraan willen hebben, de wafer zal worden gedraaid bij 7.000 RTM gedurende 20 seconden, het begint En nu zou ik iets zeggen zoals, dus hier kun je zien dat de, de wafer draait bij. We zullen het draaien voor, hoe lang dan ook Na het draaien, plaatsen we de fer op de hotplate bij 85 graden gedurende vier minuten. Nu is het PDMS-membraan genezen.
Vervolgens oxideren we de P DM S-membraan en de besturingslaag in een plasma-oven. We beïnvloeden de platina-stroom op 75% en gebruiken de zuurstof druk van 30 PSI en flu-snelheid van vijf. Die parameters kunnen altijd worden aangepast aan verschillende toepassingen.
Zet de tine aan, zet de plasma aan gedurende 30 seconden. Plaats nu de besturingslaag bovenop de membraan. Breng ze in contact binnen een paar minuten, de besturingslaag zal aan de membraan worden gebonden.
Na een paar minuten verwijderen we de besturingslaag met de membraan. Oké, nu zijn we klaar om de besturingslaag uit te lijnen naar de,
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel presenteert protocollen voor het maken en automatiseren van elastomerische polydimethylsiloxaan (PDMS)-gebaseerde microkleppenarrays. Deze microkleppen werken zonder extra energie om te sluiten en zijn ontworpen met fotolitografisch gedefinieerde precieze volumes, wat microfluïdische toepassingen verbetert.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Microfluidica
- Bio-engineering
- Celbiologie
Achtergrond
- Microfluidica maakt hoge doorvoer experimenten mogelijk.
- Precieze vloeistofverwerking is cruciaal voor celbiologie toepassingen.
- PDMS staat bekend om zijn hydrofobiciteit en compliantie.
- Microkleppenarrays kunnen de experimentele efficiëntie verbeteren.
Doel van het onderzoek
- Om de fabricage van PDMS microkleppenarrays te demonstreren.
- Om de werking van deze microkleppen te automatiseren.
- Om een parallelle subnanoliter-volumemixer te presenteren.
Gebruikte methoden
- Fabricage van PDMS microkleppenarrays.
- Fotolitografische technieken voor het definiëren van volumes.
- Integratie van microfluïdische perfusiesystemen.
- Testen van de functionaliteit van de microkleppen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle creatie van energievrije sluitende microkleppen.
- Demonstratie van precieze volumecontrole in microfluidica.
- Integratie van een mixer voor verbeterde vloeistofverwerking.
- Validatie van het microfluïdische perfusiesysteem.
Conclusies
- De ontwikkelde PDMS microkleppenarrays zijn effectief voor microfluïdische toepassingen.
- Automatisering van deze systemen kan de experimentele doorvoer aanzienlijk verbeteren.
- Toekomstige toepassingen kunnen complexe biologische tests omvatten.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Microfluidic systems with elastomeric microvalve arrays address the need for precise, low-volume fluid control in early-stage discovery workflows. By enabling automated, energy-independent valve operation, these platforms support reproducible compound screening and mechanistic de-risking in target validation. The technology enhances predictive confidence in assay outcomes through volumetric precision and fluidic isolation, directly impacting go/no-go decisions in lead identification pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through precise sub-nanoliter mixing and fluidic isolation of reaction chambers.
- Operational Value: Supports automated valve actuation via computer-controlled solenoid valves, reducing manual intervention in screening workflows.
- Predictive Value: Facilitates dose-response gradient generation and chemotaxis assays, improving target confidence through quantitative phenotypic readouts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Allows preparation of validated biological systems with controlled perfusion of microfluidic cell cultures for consistent compound exposure.
- Operational Value: Enables standardization of fluidic volumes and mixing ratios across replicates, enhancing assay reproducibility and scalability.
- Platform Utility: Provides a reusable microfluidic interface for high-throughput evaluation of compound libraries under defined flow conditions.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Supports disease-relevant cell culture perfusion studies, enabling mechanistic de-risking prior to in vivo validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Permits steering of chemical gradients and rapid solution switching to model dynamic microenvironmental cues in preclinical models.
- Biomarker Alignment: Facilitates screening of cellular responses to growth factors and drugs, supporting translational biomarker identification in discovery phases.
Pipeline & Workflow Integration
Positioned within the discovery continuum, microfluidic microvalve arrays bridge early hypothesis testing to lead identification by enabling precise fluid handling and automated perfusion systems critical for assay reliability.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing via isolated microchambers and programmable valve arrays for pathway clarification and target de-risking.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible sub-nanoliter mixing and computer-controlled perfusion of cell-based assays.
- Analytics: Generates quantitative fluidic readouts (e.g., mixing ratios, perfusion rates) that enable comparative analysis across experimental conditions.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical workflows via integrated perfusion systems modeling tissue-level fluid dynamics.
- Enterprise Reuse: Fabricated via replica molding from SU-8 masters, allowing scalable production of standardized microfluidic platforms across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through precise volumetric control and reduction of fluidic variability in biological assays.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via automated valve control and bonded PDMS layer architecture.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions via reliable dose-response generation and reduced false positives in screening campaigns.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization through mechanistically de-risked target validation and assay reproducibility.
Implementation Considerations
- Requires expertise in PDMS microfluidic fabrication, photolithography, and plasma bonding techniques.
- Depends on access to vacuum/pressure sources, solenoid valves, and computer-controlled automation software (e.g., LabVIEW).
- Necessitates cross-team standardization of chip design, valve actuation protocols, and fluidic interface specifications.
- Involves adaptation considerations for different cell types, channel geometries, and biocompatible surface treatments.
- Practical limitations include manual alignment steps during assembly and potential PDMS absorption of small hydrophobic compounds.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
12:02
Computer-controlled Opening and Closing of PDMS Microvalves by Vacu
9:11
Plasma Bonding Control and Valve Layers
0:00
Title
7:05
Preparing the Thin PDMS Valve Layer
1:52
The SU-8 Master
15:09
An Integrated Microfluidic System for Computer Controlled Perfusion
10:37
Aligning Control and Fluidic Layers
0:18
Introduction
2:51
PDMS Replica Molding
17:32
Conclusion
