Name: Dubbele Emulsion Generation Met een Polydimethylsiloxaan (PDMS) Co-axiale Flow Focus Device (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Leer hoe je dubbele emulsies genereert met een PDMS-microfluidisch apparaat via co-axiale stroomfocusing. Deze methode vereenvoudigt fabricage zonder gespecialiseerde oppervlaktebehandelingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door een Research Award van het California Institute for Quantitative Biosciences (QB3), het Bridging the Gap Award van de Rogers Family Foundation, de UCSF / Sandler Stichting Programma voor Doorbraak Biomedical Research, een subsidie ​​van BASF, en het NSF door middel van de Faculteit Early Career Development (LOOPBAAN) Program (DBI-1253293).

1. SU8 Master Fabrication <ol><li> Het ontwerp van de microfluïdische structuren voor twee lagen fabricage met behulp van AutoCAD-software en hebben de ontwerpen gedrukt door een verkoper op printplaat film met 10 micrometer resolutie. De details van inrichting ontwerp worden gegeven in een aangrenzende referentie 11 en het kanaal geometrieën zijn weergegeven in figuur 1. De lagen moeten bevatten uitrichtkenmerken om legeren features uit elke fabricage laag 12. </li><li> Plaats een pre-gereinigd 3 inch diameter silicium wafer op een spin coater en zet de stofzuiger om het aan te brengen op de boorkop. Breng 1 ml SU8-3035 in het midden van de wafel en centrifugeren gedurende 20 sec bij 500 rpm, daarna 30 sec bij 2000 rpm, die een dikte van 50 urn. </li><li> Verwijder de wafer en bakken op 135 ° C gedurende 30 min kookplaat. Laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur alvorens naar de volgende stap. </li><li> Expose de gecoate wafer naar de 1 e laag masker (figuur 2A </strong&gt;) in het kader van een gecollimeerde 190 mW, 365 nm LED gedurende 90 sec. Na blootstelling, plaatst de wafer op een 135 ° C kookplaat gedurende 1 minuut, daarna afkoelen tot kamertemperatuur alvorens tot de volgende stap. </li><li> Plaats de wafer op de spin coater en zet de stofzuiger om het aan te brengen op de boorkop. Breng 1 ml SU8-2050 in het midden van de wafel en centrifugeren gedurende 20 sec bij 500 rpm, daarna 30 sec bij 1375 rpm, wat resulteert in een laag die een extra dikte van 135 urn geeft. </li><li> Verwijder de wafer en bakken op 135 ° C kookplaat gedurende 30 minuten, daarna afkoelen tot kamertemperatuur voordat u naar de volgende stap. </li><li> Lijn de 2 e laag masker (figuur 2B) op de geometrie patroon in 1.3 en de gecoate wafer bloot te stellen aan een gecollimeerde 190 mW, 365 nm LED voor 3 min. Na blootstelling, te plaatsen op een 135 ° C kookplaat gedurende 1 minuut, daarna afkoelen tot kamertemperatuur alvorens tot de volgende stap. </li><li> Ontwikkeling van de maskers door onderdompeling in een geroerd bad van propyleenglycolmonomethylether acetaat gedurende 30 min. Was de waferin isopropanol en bakken op 135 ° C gedurende 1 min kookplaat. Plaats de ontwikkelde meester in een 100 mm petrischaal voor PDMS vormen. </li></ol> 2. PDMS Device Fabrication <ol><li> Bereid 10: 1 PDMS door het combineren van 50 g silicone basis met 5 g hardingsmiddel in een kunststof beker. De inhoud met een draaiend gereedschap uitgerust met een roerstokje. Ontgas het mengsel in een exsiccator gedurende 30 minuten of totdat alle luchtbellen worden verwijderd. </li><li> Giet de PDMS tot een dikte van 3 mm over de meester te geven en plaats terug in de exsiccator voor verdere ontgassen. Zodra alle luchtbellen worden verwijderd bak de inrichting bij 60 ° C gedurende 2 uur. </li><li> Snijd het apparaat uit de mal met behulp van een scalpel en leg ze op een schone ondergrond met het patroon omhoog. Snijd de PDMS mal in de helft met een scheermesje om Master 1 scheiden van Master 2 (Figuur 3a). Op het stuk met de 50 pm fluid handling geometrie ingeprent door Master 1, punch de vloeibare in- en uitlaten met een 0,75 mm biopsie punch. </li><li> Plasma behandeling van de apparaten op 1 mbar O 2 plasma gedurende 60 seconden in een 300 W plasma schoner. Nat het oppervlak van de ongeperforeerde stuk PDMS met een druppel DI water om tijdelijk vertragen PDMS PDMS-bonding en dienen als een smeermiddel. Tijdens het bekijken via een stereo-microscoop, plaats Master 1 op Master 2 oppervlak en schuif de oppervlakken relatief tot een mechanische vergrendeling wordt bereikt wanneer de verzonken frames en uitstekende frames in figuur 3A mate. </li><li> Plaats het apparaat in een 60 ° C oven en bak de samengestelde inrichting (figuur 3B) gedurende twee dagen bij 60 ° C om het water en volledige binding verdampen. </li></ol> 3. Bereiding van reagentia <ol><li> Vul 1 ml spuit met gedestilleerd water voor de innerlijke fase. </li><li> Vul 1 ml spuit met HFE 7500 gefluoreerd olie met 1 gew. % Biocompatibel oppervlakteactieve oppervlakteactieve 13 voor de middelste fase. </li><li> Vul 10 ml spuit met 10 gew. % Polyethyleene glycol (PEG) in water bevattende 1 gew. % Tween 20 en 1 gew. % Natriumdodecylsulfaat voor de continue fase. </li></ol> 4. Systeem Voorbereiding <ol><li> Plaats de microfluïdische chip op het podium van een omgekeerde microscoop in combinatie met een digitale camera die van &lt;100 psec sluitersnelheid. </li><li> Monteer alle spuiten op spuitpompen en bevestig 27 G naalden. Hechten ~ 30 cm lengte van de PE-2 slangen op de naalden en steek de losse eindjes in de daarvoor bestemde gaten in het apparaat. </li><li> Plaats een 10 cm lengte van de PE-2 in de uitgang poort van het apparaat en plaats het andere uiteinde in een verzameling afvalcontainer. </li><li> Vul het apparaat door uitvoering van de spuitpompen bij hoge snelheden (2000 pl / min) tot de vloeistof in de buissegmenten bereikt de inlaatpoorten van de inrichting. </li></ol> 5. Emulsion Generation <ol><li> Focus de microscoop op een gebied dat de 50 um x 50 urn opening en het bevatdownstream exit kanaal. </li><li> Stel de spuitpompen om vloeistof te leveren aan een dubbele emulsie generator stroomsnelheden van 250 pl / uur gedurende de binnenfase, 100 ul / uur gedurende de middenfase, en 700 ul / uur voor de continue fase en wacht 10 minuten evenwichtstoestand. </li><li> Handhaaf de stroomsnelheden van de binnenste en middelste fasen bij 250 pl / uur en 100 ul / uur, respectievelijk. Stel het debiet van de uitwendige fase bij 1050 ul / uur. Wacht 3-5 min voor de dubbele emulsies generatie te stabiliseren in het kader van deze set van stroom omstandigheden. </li><li> Verwerven 5 sec van videobeelden bij 30 Hz voor offline verwerking via handmatige beeldanalyse. </li><li> Herhaal 5,3 en 5,4 met de stroomsnelheden in tabel 1. De binnen- en middenfase debiet constant gehouden en de dragerfase stroomsnelheid wordt gevarieerd door het instellen van de injectiepomp. </li></ol>

<ol><li>Van Der Graaf, S., Schroën, C. G. P. H., Boom, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+double+emulsions+by+membrane+emulsification+-+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Membrane+Sci%22%5BJournal%5D)">Preparation of double emulsions by membrane emulsification - A review.</a> J. Membrane Sci. 251 (1-2), 7-15 (2005).</li>
<li>Laugel, C., Baillet, A. P., Youenang Piemi, M., Marty, J., Ferrier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oil-water-oil+multiple+emulsions+for+prolonged+delivery+of+hydrocortisone+after+topical+application%3A+comparison+with+simple+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Pharm%22%5BJournal%5D)">Oil-water-oil multiple emulsions for prolonged delivery of hydrocortisone after topical application: comparison with simple emulsions.</a> Int. J. Pharm. 160 (1), 109-117 (1998).</li>
<li>Kim, S. H., Kim, J. W., Cho, J. C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double-emulsion+drops+with+ultra-thin+shells+for+capsule+templates%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Double-emulsion drops with ultra-thin shells for capsule templates.</a> Lab Chip. 11 (18), 3162-3166 (2011).</li>
<li>Lim, S. W., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh-throughput+sorting+of+microfluidic+drops+with+flow+cytometry%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh-throughput sorting of microfluidic drops with flow cytometry.</a> Lab Chip. 13 (23), 4563-4572 (2013).</li>
<li>Bernath, K., Hai, M., Mastrobattista, E., Griffiths, A. D., Magdassi, S., Tawfik, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+compartmentalization+by+double+emulsions%3A+sorting+and+gene+enrichment+by+fluorescence+activated+cell+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Biochem%22%5BJournal%5D)">In vitro compartmentalization by double emulsions: sorting and gene enrichment by fluorescence activated cell sorting.</a> Anal. Biochem. 325 (1), 151-157 (2004).</li>
<li>Seemann, R., Brinkmann, M., Pfohl, T., Herminghaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+based+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Prog.+Phys%22%5BJournal%5D)">Droplet based microfluidics.</a> Rep. Prog. Phys. 75 (1), 016601(2012).</li>
<li>Bauer, W. A. C., Fischlechner, M., Abell, C., Huck, W. T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrophilic+PDMS+microchannels+for+high-throughput+formation+of+oil-in-water+microdroplets+and+water-in-oil-in-water+double+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Hydrophilic PDMS microchannels for high-throughput formation of oil-in-water microdroplets and water-in-oil-in-water double emulsions.</a> Lab Chip. 10 (14), 1814-1819 (2010).</li>
<li>Utada, A. S., Lorenceau, E., Link, D. R., Kaplan, P. D., Stone, H. A., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monodisperse+double+emulsions+generated+from+a+microcapillary+device%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Monodisperse double emulsions generated from a microcapillary device.</a> Science. 308 (5721), 537-541 (2005).</li>
<li>Chang, F. C., Su, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+double+emulsification+utilizing+3D+PDMS+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Micromech.+Microeng%22%5BJournal%5D)">Controlled double emulsification utilizing 3D PDMS microchannels.</a> J. Micromech. Microeng. 18 (6), 065018(2008).</li>
<li>Romanowsky, M. B., Abate, A. R., Rotem, A., Holtze, C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+throughput+production+of+single+core+double+emulsions+in+a+parallelized+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">High throughput production of single core double emulsions in a parallelized microfluidic device.</a> Lab Chip. 12 (4), 802-807 (2012).</li>
<li>Tran, T. M., Cater, S., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coaxial+flow+focusing+in+poly%28dimethylsiloxane%29+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Coaxial flow focusing in poly(dimethylsiloxane) microfluidic devices.</a> Biomicrofluidics. 8 (1), 016502(2014).</li>
<li>Lithography. , Available from: 
 	
 <a target="_blank" href="https://www.memsnet.org/mems/processes/lithography.html">https://www.memsnet.org/mems/processes/lithography.html</a> (2015).</li>
<li>O'Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrode-free+picoinjection+of+microfluidic+drops%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrode-free picoinjection of microfluidic drops.</a> Lab Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).</li>
<li>Chang, F. C., Lin, H. H., Su, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+W%2FO%2FW+double+emulsification+in+3-D+PDMS+micro-channels%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Controlled W/O/W double emulsification in 3-D PDMS micro-channels.</a> 3rd IEEE Int. Conf. Nano/Micro Eng. Mol. Syst. NEMS, , 792-795 (2008).</li>
<li>Romanowsky, M. B., Abate, A. R., Rotem, A., Holtze, C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+throughput+production+of+single+core+double+emulsions+in+a+parallelized+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">High throughput production of single core double emulsions in a parallelized microfluidic device.</a> Lab Chip. 12 (4), 802(2012).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De dubbele emulsie genererende geometrie beschreven is ontworpen om de fysica van glazen capillaire inrichtingen 8 nabootsen. In deze, zijn afgestemd cilindrische glazen capillairen gebruikt om een ​​driefase coaxiale jet die wordt geschoren in uniform dubbele emulsiedruppeltjes creëren. De functie van onze 3D PDMS inrichting afhankelijk van de centrale lijn van kleine elementen gevormd met 50 micrometer lang fabricage met draaggolffase kanalen die 320 urn totale hoogte. Er is een significant potentieel om mi...

<html> Dubbele emulsies bestaan ​​uit druppels gescheiden van een dragerfase met een tussenliggende, niet mengbare vloeistoflaag en zijn van bijzonder belang vanwege hun potentiële toepassingen in industriële, farmaceutische en biologische toepassingen 1. In sommige gevallen, het vermogen om hoogwaardige verbindingen in te kapselen in de kern van een dubbele emulsie stelt te beschermen materiaal en vrijgegeven op een gecontroleerde manier. Bijvoorbeeld kunnen geneesmiddelen worden ingekapseld onder oplosbaarheid omstandigheden niet geschikt voor de uitwendige dragerfluïdum 2. Bovendien kan de tussenlaag olielaag worden gebruikt als een capsule sjabloon voor het inkapselen en de aflevering van geneesmiddelen, cosmetica en voedingsmiddelen 3. In de biologie, dubbele emulsies zijn ook bruikbaar in high throughput screening, omdat ze toestaan ​​dat een groot aantal sub-nanoliter experimenten uit te voeren, daarna gedetecteerd en gesorteerd met behulp van een fluorescentie-geactiveerde celsortering (FACS) instrument 4,5. ent &quot;&gt; Het ontwerp van de dubbele emulsies met de gewenste prestatiekenmerken vereist de nauwkeurige controle van de dubbele emulsie omvang, de samenstelling en uniformiteit. Hoewel bulk emulgatie procedures, zoals membraan emulgeren, worden gebruikt in de industrie, de resulterende emulsies zeer polydisperse, vertoont een uiteenlopende functionele eigenschappen 1. Het gebied van druppel microfluïdische is die passen het genereren van monodisperse emulsies met zorgvuldig gecontroleerde samenstelling 6. microfluïdische dubbele emulsie generatie is bereikt met twee hoofdstrategieën, opeenvolgende daling maken en glazen capillaire stroming gericht. Double emulsies gegenereerd in vlakke PDMS inrichtingen via een tweestaps druppel vormingsproces. Eerst waterig-in-olie emulsies gemaakt met een water-in-olie-druppel waardoor gebied van een apparaat met hydrofobe kanaalwanden. Vervolgens kan de emulsie stroomde of opnieuw geïnjecteerd in een druppel die regio met hydrofiele muren geschikt voor olie in waterdrop-maken 4. Echter, hydrofiele oppervlaktebehandeling van PMDS vereist een extra fabricagestap en vaak tijdelijk 7. De meest controleerbare en reproduceerbare werkwijze dubbele emulsies is door co-axiale scherpstellen, een techniek pionier behulp glascapillair microfluïdische, waarbij een concentrische straal die de drie fasen wordt afgeschoven door een kleine opening om monodisperse druppels 8 te produceren. Deze techniek maakt de productie van druppeltjes veel kleiner dan de afmetingen kanaal, waarbij de exacte omvang en samenstelling van de dubbele emulsie een functie is van het debiet van elke fase. Het grote verschil tussen de druppel en kanaal grootte en de beschermende buitenmantel stroom voorkomt druppeltjes in contact komen het kanaal muren, waardoor oppervlaktebehandeling overbodig. Echter, zoals glas apparaten vereisen aangepaste fabricage van taps toelopende capillaire tips, samen met een zorgvuldige montage en afdichting. Vorige onderzoekers hebben 3D zachte litho gebruiktgraphy dubbele emulsies gebruikt stroming gericht natuurkunde genereren, maar deze apparaten geproduceerd emulsies met een diameter&gt; 150 um 9,10, ruwweg een orde van grootte groter dan objecten kenmerkend gesorteerd met FACS. Een aantrekkelijk alternatief zou het robuuste functionaliteit en kleine druppel generatie glazen capillaire stroming coaxiaal gericht met het gemak van vervaardiging van PDMS zachte lithografie bevatten. In dit artikel beschrijven we een dubbele emulsie generator die gebruik maakt van co-axiale richten voor de productie van ≤ 50 micrometer emulsies en is gebouwd volledig met behulp van 3D zachte lithografie 11. De inrichting gebruikt een clamshell benadering apparaten die een kleine afschuiving kanaal (figuur 1) aan de emulsievorming processen benaderen in een getrokken glazen capillair mondstuk fabriceren. Wat nog belangrijker is, deze apparaten vereisen geen specifieke oppervlaktebehandeling en de alle polymeer constructie biedt eenvoudige en herhaalbare fabricage scalable een groot aantal dubbele apparaten. Hier schetsen we het ontwerp, de fabricage en het testen van de dubbele emulsie generator. Dubbele emulsie generatie weergegeven robuust en herhaalbaar beneden naar druppel diameter van 14 urn te zijn. De koppeling van de functionaliteit met gemak van fabricage maakt dit apparaat een aantrekkelijke optie voor de ontwikkeling van nieuwe dubbele emulsie toepassingen.

<table><tbody><tr><td>Photomasks</td><td>CadArt Servcies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3" silicon wafers, P type, virgin test grade</td><td>University Wafers</td><td>447</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 3035</td><td>Microchem</td><td>Y311074</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2050</td><td>Microchem</td><td>Y111072</td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184 silicone elastomer kit</td><td>Krayden</td><td>4019862</td><td></td></tr><tr><td>1 ml syringes</td><td>BD</td><td>309628</td><td></td></tr><tr><td>10 ml syringes</td><td>BD</td><td>309604</td><td></td></tr><tr><td>27 gaugue needles</td><td>BD</td><td>305109</td><td></td></tr><tr><td>PE 2 polyethylene tubing</td><td>Scientific Commodities, Inc.</td><td>B31695-PE/2</td><td></td></tr><tr><td>Novec 7500</td><td>Fisher Scientific</td><td>98-0212-2928-5</td><td>Commonly knowns als HFE 7500</td></tr><tr><td>Biocompatable surfactant</td><td>Ran Biotechnologies</td><td>008-FluoroSurfactant</td><td></td></tr><tr><td>35,000 MW PEG</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1546660</td><td></td></tr><tr><td>Tween 20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P1369</td><td></td></tr><tr><td>Sodium dodecyl sulfate&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L3771</td><td></td></tr></tbody></table>

dubbele emulsion generation met een polydimethylsiloxaan (pdms) co-axiale flow focus device

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Dubbele emulsies zijn nuttig in een aantal biologische en industriële toepassingen waarbij het belangrijk is om een waterige dragervloeistof te hebben. Dit artikel presenteert een polydimethylsiloxaan (PDMS) microfluïdisch apparaat dat in staat is om water/olie/water dubbele emulsies te genereren met behulp van een coaxiale flow focusing geometrie die volledig kan worden vervaardigd met behulp van zachte lithographie. Net als emulsieapparaten die glazen capillairen gebruiken, kunnen dubbele emulsies worden gevormd in kanalen met uniforme bevochtigbaarheid en met afmetingen die veel kleiner zijn dan de kanaalgroottes. Driedimensionale flow focusing geometrie wordt bereikt door een paar PDMS platen te gieten met behulp van tweeklaagse zachte lithographie, waarna de platen in een scharnierende configuratie worden samengevoegd. Aanvullende vergrendelingsfuncties die in de PDMS platen zijn gevormd, maken de nauwkeurige registratie van functies op elk van de plaatoppervlakken mogelijk. Apparaattests tonen de vorming van dubbele emulsies aan van 14 µm tot 50 µm in diameter, terwijl grote kanalen worden gebruikt die robuust zijn tegen vervuiling en verstopping.

De dubbele emulsie generator bestaat uit een co-axiale focusseerinrichting gemaakt met behulp van 3D-PDMS fabricage (Figuur 1A). De geometrie maakt dat de vorming van een driefasig coaxiaal jet wordt afgeschoven in een vierkant, 50 um x 50 urn openingen, waardoor de vorming van water / olie / water emulsies double (figuur 1B, figuur 1C). De inwendige waterige fase en de oliefase middelste samengebracht bij een verbinding met kanaalafmeti...

De generatie van microfluïdische dubbele emulsies omvat doorgaans apparaten met een patroon van bevochtigbaarheid of op maat gemaakte glazen onderdelen. Hier beschrijven we de fabricage en het testen van een geheel uit polydimethylsiloxaan (PDMS) bestaande dubbele emulsiegenerator die geen oppervlaktebehandeling of gecompliceerde fabricageprocessen vereist en die in staat is om dubbele emulsies tot 14 µm te produceren.

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

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

Het algemene doel van deze procedure is het bouwen en testen van een microfluïdisch apparaat dat volledig uit polydimethylsiloxaan bestaat en coaxiale flow-focusing gebruikt om dubbele emulsies te genereren. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van cruciale vragen in de chemie en biologie die ultra-high-throughput screening vereisen, zoals de gerichte evolutie van enzymen en de identificatie van zeldzame fenotypes. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de snelle productie van dubbele emulsiegeneratoren mogelijk maakt met behulp van soft-lithografie fabricage, zonder dat er gespecialiseerde oppervlaktebehandelingen nodig zijn.Om te beginnen worden de microfluïdische structuren ontworpen voor fabricage in twee lagen. Met behulp van AutoCAD-software worden de ontwerpen met een resolutie van 10 micron geprint op circuitboardfilm, zoals beschreven in de hier getoonde referentie. Breng één tot twee milliliter SU 8 30 35 aan in het centrum van een vooraf gereinigde siliconenwafer met een diameter van drie inch, plaats deze op een spincoater en bevestig deze aan de houder.Centrifuge 20 seconden bij 500 RPM, gevolgd door 30 seconden bij 2000 RPM. Verwijder de wafer en bak deze 30 minuten op een warmteplaat van 135 °C. Laat de wafer afkoelen tot kamertemperatuur voordat u doorgaat naar de volgende stap.Stel de gecoate wafer nu 90 seconden bloot aan het masker voor de eerste laag onder een gecollimeerd LED-licht. Plaats de wafer na belichting gedurende één minuut terug op de hotplate van 135 graden Celsius. Zodra deze is afgekoeld, breng één tot twee milliliters SUH 2050 aan in het midden van de wafer.Plaats de wafer terug op de spincoater en centrifugeer 20 seconden bij 500 RPMs. Centrifugeer vervolgens 30 seconden bij 1.375 RPMs. Wanneer de spincoater stopt met draaien, verwijder dan de wafer en plaats deze opnieuw op de warmteplaat van 135 degrees Celsius voor 30 minuten.Koel de wafer vervolgens weer af tot kamertemperatuur voordat u naar de volgende stap gaat. Lijn het masker voor de tweede laag uit op de geometrie die in de vorige stappen is gepatroneerd en stel de gecoate wafer opnieuw drie minuten lang bloot aan UV-licht; plaats de wafer na belichting gedurende één minuut op de hotplate van 135 °C. Ontwikkel de maskers na afkoeling door de wafer onder te dompelen in een geroerd bad van propylenglycolmonomethyletheracetaat.Verwijder na 30 minuten in het bad de wafer en was deze in isopropanol. Bak de wafer vervolgens gedurende één minuut op de hotplate van 135 °C. Laat de wafer afkoelen en plaats de ontwikkelde master vervolgens in een Petri-schaal van 100 millimeter.Bereid een batch PDMS voor door 50 gram siliconenbasis te combineren met vijf gram uithardingsmiddel in een plastic beker. Gebruik een roterend gereedschap voorzien van een roerstaafje om de componenten te mengen en ontgas vervolgens het mengsel in een vacuümexsiccator gedurende ongeveer 30 minuten of totdat alle luchtbellen zijn verwijderd. Giet vervolgens de PDMS over de master tot een dikte van drie millimeter.Plaats de petrischaal vervolgens in de vacuümdroger voor verdere ontgassing. Zodra alle bellen zijn verwijderd, wordt het device twee uur gebakken bij 60 °C. Snijd het PDMS-device met een scalpel uit de mal en plaats het op een schoon oppervlak met de patroonzijde naar boven.Snijd vervolgens het PDMS met een scheermesje doormidden om de twee zijden van het apparaat te scheiden op het stuk waarin de 50 micrometer vloeistofbehandelingsgeometrie door master één is afgedrukt. Pons de vloeistofin- en uitlaten met een biopsiepons van 0,75 millimeter. Plaats daarna de PDMS-stukken met de gepatroneerde zijde naar boven in een plasmakamer.Behandel het apparaat met zuurstofplasma bij één millibar gedurende 60 seconden in een plasma-reiniger van 300 watt. Verwijder vervolgens de monsters en bevochtig het oppervlak van het niet-gequenchte stuk PDMS met een druppel DI-water om als tijdelijk glijmiddel te dienen terwijl het apparaat via een stereomicroscoop wordt bekeken. Plaats de plasmabehandelde oppervlakken tegen elkaar en schuif de oppervlakken tot er een mechanische vergrendeling is bereikt.Wanneer de verzonken frames en uitstekende frames in elkaar passen, plaatst u het apparaat na assemblage in een oven van 60 °C en bakt u het twee dagen om het water te laten verdampen en de hechting te voltooien. Bevestig vervolgens het geassembleerde apparaat aan een glazen objectglas met enkele druppels ongehard PDMS en bak het construct één uur in een oven van 60 °C. Om het PDMS te harden, plaatst u de microfluïdische chip op de tafel van een omgekeerde microscoop gekoppeld aan een digitale camera die sluitertijden van ten minste 100 µs kan produceren.Bevestig vervolgens drie spuiten van 10 milliliter op spuitpompen en bevestig aan elke spuit een naald van 27 gauge. Bevestig ongeveer 30 centimeter PE two-slang aan elke naald en steek de losse uiteinden van de slangen in de overeenkomstige gestanste gaten in het apparaat. Steek vervolgens een stuk PE two van 10 centimeter in de uitlaatpoort van het apparaat en plaats het andere uiteinde in een opvangbak voor afval.Zodra de opstelling gereed is, wordt het apparaat geprimed door de spuitpompen op hoge snelheid te laten draaien. Stop de pompen. Zodra de vloeistof in de slangsegmenten de inlaatpoorten van het apparaat bereikt, wordt de microscoop gefocust op het gebied van de chip dat een opening van 50 bij 50 micrometer bevat; pas het beeldkader aan zodat het stroomafwaartse uitgangskanaal is inbegrepen.Stel de spuitpompen zo in dat de vloeistof naar de dubbele emulsiegenerator wordt afgeleverd met een stroomsnelheid van 250 µL per uur voor de binnenfase, 100 µL per uur voor de middenfase en 700 µL per uur voor de continue fase. Wacht 10 minuten tot het systeem geëquilibreerd is.Verhoog vervolgens de stroomsnelheid van de buitenfase naar 1050 microliters per uur. Wacht nog eens drie tot vijf minuten tot de generatie van dubbele emulsies is gestabiliseerd onder deze stroomcondities. Zodra dit is gestabiliseerd, worden er gedurende vijf seconden videobeelden opgenomen met een frequentie van 30 hertz.Sla de video's op voor offline verwerking via handmatige beeldanalyse. Herhaal dit proces waarbij de stroomsnelheid van de buitenfase wordt gevarieerd volgens de waarden in tabel één van het bijbehorende tekstprotocol. Houd de snelheden van de binnen- en middenfase constant.Tijdens dit proces werd het apparaat voor dubbele emulsies getest onder verschillende stroomcondities. Om de vorming van monodisperse dubbele emulsies van verschillende groottes aan te tonen, is boven elke afbeelding de verhouding van de continue fase ten opzichte van de som van de binnenste en middelste fase weergegeven. Histogrammen van de druppeldiameters voor geselecteerde stroomverhoudingen tonen de relatieve uniformiteit in de grootte van de gegenereerde druppels.De resulterende dubbele emulsies produceren een gemiddelde variatiecoëfficiënt van de diameter van 5,2%. Het apparaat demonstreert het vermogen om dubbele emulsies te vormen die significant kleiner zijn dan de breedte van de opening, en vertoont een duidelijke dalende trend bij toenemende stroomsnelheidsverhoudingen. Bij de hoogste geteste stroomsnelheid van de dragersfase werden dubbele emulsies van 14 micrometer gevormd met behulp van de 50 bij 50 micrometer opening. Na de ontwikkeling plaveit deze techniek de weg voor chemische en biologische onderzoekers om droplet-microfluidica-experimenten uit te voeren die compatibel zijn met standaard detectieplatformen voor flowcytometrie.Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in het vervaardigen en testen van microfluïdische dubbele emulsiegeneratoren die gebruikmaken van eenvoudige constructietechnieken volledig van PDMS.

double-emulsion-generation-using-polydimethylsiloxane-pdms-co-axial

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

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.

Microfluïdische Chips Gecontroleerde met elastomeer microklep Arrays

Procedures die worden gebruikt om microgestructureerde polydimethylsiloxaan kralen met concaaf poriëngehalte te genereren, worden gepresenteerd. Effecten van elektrolyetconcentratie en identiteit binnen de waterige fase worden bijzonder benadrukt.

Microbellen Fabrication van Concave-porositeit PDMS Beads

De assemblage en positionering van de mitotische spindel zijn afhankelijk van de gecombineerde krachten die worden gegenereerd door microtubulusdynamiek, motoreiwitten en cross-linkers. Hier presenteren we onze recent ontwikkelde methoden waarin de geometrische beperking van sferische emulsiedruppels wordt gebruikt voor de bottom-up reconstituitie van basische mitotische spindels.

Reconstructie van Basic Mitotische Assen in Sferische emulsiedruppeltjes

De controle van chemische en zuurstofgradienten is essentieel voor celculturen. Dit artikel beschrijft een microfluïdisch apparaat van polydimethylsiloxaan-polycarbonaat (PDMS-PC) dat in staat is om op betrouwbare wijze combinaties van chemische en zuurstofgradienten te genereren voor celmigratiestudies, die praktisch kunnen worden gebruikt in biologische laboratoria zonder geavanceerde instrumentatie.

Polydimethylsiloxaan-polycarbonaat microfluïdische apparaten voor mobiele Migration Studies Onder Perpendicular Chemical en zuurstof verlopen

Hier presenteren we een protocol ter illustratie van de fabricage processen en de verifiërende experimenten van een semi-three-dimensional (semi-3D) stroom-focusing microfluidic chip voor druppel vorming.

Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels via Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten

Het fabricageproces van een op PDMS gebaseerd, meerlaagse, microfluïdisch apparaat waarmee in vitro transcriptie-en vertalings Reacties (IVTT) gedurende langere perioden kunnen worden uitgevoerd, wordt beschreven. Bovendien wordt een uitgebreid overzicht gegeven van de hardware en software die nodig is voor het automatiseren en onderhouden van deze reacties voor langdurige duur.

Een Multilayer microfluidic platform voor de geleiding van langdurige cel-vrije genexpressie

Het algemene doel van het protocol is om meer dan een miljoen geordende, uniforme, stabiele en biocompatibele femtoliter druppels voor te bereiden op een 1 cm2 vlakke substraat die kan worden gebruikt voor celvrije eiwitsynthese.

Een Femtoliter Droplet Array voor massively parallelle eiwitsynthese van enkele DNA-moleculen

Water-in-olie druppels testen zijn nuttig voor analytische chemie, enzymevolutie en eencellige analyse, maar vereisen meestal microfluïdica om de druppels te vormen. Hier beschrijven we deeltjessjabloonemulgering, een microfluïdische benadering om druppeltests uit te voeren.

Deeltjessjabloonemulgering maakt microfluïdische druppeltests mogelijk

De fabricage van een dubbellaags apparaat op basis van polydimethylsiloxaan (PDMS) voor de productie van combinatorische bibliotheken in water-in-olie-emulsies (pluggen) wordt hier gepresenteerd. De benodigde hardware en software die nodig zijn om de productie van stekkers te automatiseren, worden gedetailleerd beschreven in het protocol en de productie van een kwantitatieve bibliotheek van fluorescentiestekkers wordt ook gedemonstreerd.

Dubbellaags microfluïdisch apparaat voor de productie van combinatorische pluggen

Dit protocol presenteert een verbeterde ontvormprocedure voor de Polydimethylsiloxane (PDMS) dubbelgiettechniek door siliconenolie te introduceren als een niet-klevende barrière tussen PDMS-lagen. In tegenstelling tot plasma- of chemische oppervlaktemodificatiemethoden, vereist deze aanpak geen gespecialiseerde of dure apparatuur, waardoor het een toegankelijker en kosteneffectiever alternatief is.

Verbeterd dubbel gieten van polydimethylsiloxaan (PDMS) via behandeling met siliconenolie voor dicht opeengepakte replicatie van microstructuren

Leer hoe je dubbele emulsies genereert met een PDMS-microfluidisch apparaat via co-axiale stroomfocusing. Deze methode vereenvoudigt fabricage zonder gespecialiseerde oppervlaktebehandelingen.

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

Meer video's verkennen