Dubbele Emulsion Generation Met een Polydimethylsiloxaan (PDMS) Co-axiale Flow Focus Device

Het algemene doel van deze procedure is om een volledig polydimethylsiloxaan microfluïdisch apparaat te bouwen en te testen dat coaxiale stromingsfocus gebruikt om dubbele emulsies te genereren. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in de chemie en biologie die een ultrahoge doorvoersnelheid vereisen, zoals de gerichte evolutie van enzymen en de identificatie van zeldzame fenotypes. Het grote voordeel van deze techniek is dat het de snelle productie van generatoren voor dubbele emulsies mogelijk maakt met behulp van soft lithography fabricage zonder gespecialiseerde oppervlaktebehandelingen.

Om te beginnen ontwerp je de microfluïdische structuren voor een tweedelige fabricage. Gebruik AutoCAD-software om de ontwerpen af te drukken op circuitboardfilm met een resolutie van 10 micron zoals beschreven in de referentie hieronder. Breng een tot twee milliliter SU 8 30 35 aan in het midden van een vooraf gereinigde siliconenwafer met een diameter van drie inch die op een spin coder wordt geplaatst en bevestig deze aan de chuck.

Spine gedurende 20 seconden bij 500 RPM, gevolgd door 30 seconden bij 2000 RPM. Verwijder de wafer en bak deze gedurende 30 minuten op een hete plaat van 135 graden Celsius. Laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur voordat je verder gaat met de volgende stap.

Stel de gecoate wafer nu bloot aan de masker voor de eerste laag onder een gecolleerde LED-lamp gedurende 90 seconden. Plaats de wafer na de blootstelling weer gedurende een minuut op de hete plaat van 135 graden Celsius. Nadat het is afgekoeld, breng een tot twee milliliter SUH 2050 aan in het midden van de wafer.

Plaats de wafer weer op de spin coder en spine gedurende 20 seconden bij 500 RPM. Draai vervolgens gedurende 30 seconden bij 1.375 RPM. Wanneer de spin coder stopt met draaien, verwijder je de wafer en plaats deze weer gedurende 30 minuten op de hete plaat van 135 graden Celsius.

Koel de wafer vervolgens weer af tot kamertemperatuur voordat je naar de volgende stap gaat. Lijn het masker voor de tweede laag uit op de geometrie die in de vorige stappen is gevormd en stel de gecoate wafer weer bloot aan het UV-licht gedurende drie minuten. Plaats de wafer na de blootstelling weer gedurende een minuut op de hete plaat van 135 graden Celsius. Nadat het is afgekoeld, ontwikkel de maskers door de wafer in een geroerde bad van propyleenglycol, monomethyletheracetaat te dompelen.

Na 30 minuten in het bad, verwijder de wafer en was deze in isopropanol. Bak vervolgens de wafer gedurende een minuut op de hete plaat van 135 graden Celsius. Koel de wafer af en plaats vervolgens de ontwikkelde master in een 100 millimeter petrischaal.

Bereid een batch PDMS voor door 50 gram siliconenbasis te combineren met vijf gram hardener in een plastic beker. Gebruik een rotatiegereedschap met een roerstaaf om de componenten te mengen en ontgas vervolgens het mengsel gedurende ongeveer 30 minuten in een droogkast of tot alle luchtbellen zijn verwijderd. Giet vervolgens de PDMS over de master tot een dikte van drie millimeter.

Plaats vervolgens de petrischaal in de droogkast voor verdere ontgassing. Zodra alle luchtbellen zijn verwijderd, bak je het apparaat gedurende twee uur op 60 graden Celsius. Snijd het PDMS-apparaat uit de mal met een scalpel en plaats het op een schone ondergrond met de patroonzijde naar boven.

Snijd vervolgens het PDMS doormidden met een scheermes om de twee zijden van het apparaat op het stuk met de door master een gedrukte 50 micrometer vloeistofverwerkingsgeometrie te scheiden. Boor de vloeistoftoevoer- en afvoeropeningen met een biopsienaald van 0,75 millimeter. Plaats vervolgens de PDMS-stukken met hun patroonzijde omhoog in een plasmakamer.

Behandel het apparaat gedurende 60 seconden met zuurstofplasma op een mbar in een 300 watt plasmareiniger. Verwijder vervolgens de monsters en bevochtig het oppervlak van het ongedoofd stuk PDMS met een druppel DI-water om als tijdelijke smering te dienen terwijl je het apparaat door een stereomicroscoop bekijkt. Plaats de plasmabehandelde oppervlakken samen en schuif de oppervlakken totdat een mechanische vergrendeling is bereikt.

Wanneer de verzonken en uitstaande frames elkaar raken, plaats je het apparaat in een oven van 60 graden Celsius en bak het gedurende twee dagen om het water te laten verdampen en de binding te voltooien. Bevestig vervolgens het geassembleerde apparaat aan een glazen plaatje met behulp van verschillende druppels ongehard PDMS, bak het construct in een oven van 60 graden Celsius gedurende een uur. Om de PDMS te harden, plaats je de microfluïdische chip op de tafel van een omgekeerde microscoop gekoppeld aan een digitale camera die in staat is tot sluitersnelheden van minimaal 100 microseconden.

Monteer vervolgens drie 10 milliliter spuiten op spuitpompen en bevestig 27 gauge naalden aan elk van ze. Bevestig ongeveer 30 centimeter PE twee slang aan elk van de naalden en steek de losse uiteinden van de slangen in de geschikte geponste gaten in het apparaat. Steek vervolgens een stuk PE twee van 10 centimeter in de uitgangspoort van het apparaat en plaats het andere uiteinde in een afvalverzamelcontainer.

Na het opzetten, prime je het apparaat door de spuitpompen op hoge snelheid te laten lopen. Stop de pompen. Zodra de vloeistof in de slangsegmenten de inlaatpoorten van het apparaat bereikt, richt je de microscoop op het gebied van de chip dat een 50 bij 50 micrometer opening bevat en pas het frame aan zodat het het uitloopkanaal stroomafwaarts omvat.

Stel de spuitpompen in om de vloeistof met een snelheid van 250 microliter per uur voor de binnenste fase, 100 microliter per uur voor de middelste fase en 700 microliter per uur voor de continue fase naar de generator voor dubbele emulsies te leveren. Wacht 10 minuten tot het systeem in evenwicht is.

Verhoog vervolgens de stroomsnelheid van de buitenste fase tot 1