Name: Het creëren van Sub-50 Nm nanofluidic Knooppunten in PDMS microfluïdische chip via Self-assemblageproces van colloïdale deeltjes (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 13 s
Description: Leer een zelfassemblagetechniek voor nanofluidische knooppunten in PDMS-microkanalen met colloïdale silicabollen. Deze methode maakt elektrokinetische concentratie van DNA en eiwitten mogelijk.

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 NIH R21 EB008177-01A2 en New York University Abu Dhabi (NYUAD) Research Enhancement Fund 2013. Wij spreken onze dank aan de technische staf van het MIT MTL voor hun steun tijdens microfabrication en James Weston en Nikolas Giakoumidis van NYUAD voor hun ondersteuning bij het nemen van SEM-foto&#39;s en het opbouwen van een spanningsdeler, respectievelijk. De inrichting fabricage in PDMS werd op microfabricage kernfaciliteit van NYUAD. Tot slot willen we bedanken Rebecca Pittam uit de NYUAD Center for Digital Scholarship voor video-opnamen en bewerken.

1. Voorbereiding van de silica Colloïdaal Bead Schorsingen <ol><li> Voorbereiding van de 300 nm en 500 nm silica kraal suspensies <ol><li> Vortex de silica kraal voorraadsuspensie (10% w / v in water) gedurende 30 sec. om een ​​homogene suspensie te verkrijgen. Pipetteer een totaal van 600 ui voorraad suspensie in een 1,5 ml buis en centrifugeer het op 2600 g gedurende 1 min. </li><li> Vervanging van de supernatant met 400 ui 1 mM natriumfosfaatbuffer (PB, pH 7,0). </li><li> Schorsen de silica korrels in een eindconcentratie van 15% in 1 mM natriumfosfaat bij pH 7,0 met vortexen. </li></ol></li><li> Oppervlak te functionaliseren 500 nm silica carboxyl kralen met poly (allylamine hydrochloride, PAH), en poly (natrium styreensulfonaat, PSS) polyelektrolyten <ol><li> Suspendeer 0,1 g 500 nm silicapareltjes met carboxylgroep met 10 ml 1 M NaCl (pH 7,0) gedurende 1% (w / v) kralensuspensie. </li><li> Bereid 0,4% PAH (MW 65K) in 1 M NaCll door het oplossen van 300 pl van de stock oplossing (20% w / v in water) in 15 ml 1 M NaCl. Bereid 0,9% PSS (MW 70K) in 1 M NaCl-oplossing door het oplossen van 0,18 g PSS in 20 ml 1 M NaCl oplossing. Vortex beide oplossingen gedurende 1 min. de polyelektrolyten volledig op te lossen. </li><li> Voeg 200 gl PAH oplossing van 9,8 ml 1% carboxyl silica korrels in een 15 ml buisje met een positief geladen polyelektrolyt laag op siliciumoxideparels met carboxyl functionele groep deponeren. Vortex de parelsuspensie gedurende 1 min. en incubeer het op een buis rotator gedurende 60 minuten. bij kamertemperatuur. </li><li> Centrifugeer de suspensie bij bead 1801 xg gedurende 1 min. en afwassen de ongebonden PAH vijfmaal met 10 ml DI water. Na elke centrifuge en verwijdering van het supernatant werden de korrels dichtgepakte op de bodem van de buis. Breek de kraal massa door krachtig pipetteren met 2 ml gedeïoniseerd water voor het toevoegen van 8 ml DI water zodat de korrels kunnen worden geresuspendeerd en gewassen voorafgaand buiten naar de volgende stap centrifuge. </li><li> Volgende stappen in 1.2.3 en 1.2.4 PSS bekleding op een negatief geladen laag afzetten op de korrels. Resuspendeer de kralen in 9,8 ml 1 M NaCl voor de PSS afzetting na het verwijderen DI water supernatant van de 5 e wasstap van 1.2.4. <ol><li> Gebruik dezelfde krachtige pipetteren stap middels 2 ml van 1 M NaCl te doorbreken de kraal massa onderin de 15 ml buis en voeg 8 ml van 1 M NaCl. Voeg 200 ul PSS oplossing 9,8 ml van de silica korrels afgezet met een enkele laag PAH. Na vortexen gedurende 1 min. en incubatie gedurende 60 min. op de buis rotator, herhaal 5 wasstappen met DI-water. </li><li> Meet de zeta potentiaal van de korrels voor en na elke polyelektrolyt bekleden met een dynamische lichtverstrooiing volgens het protocol van de fabrikant aan de polyelektrolyt opbrengprocedure correct is uitgevoerd verifiëren (zie tabel 1). </li></ol></li><li> Herhaal vijf wasstappen met DI-water na de enkelvoudige PSS laagdepositie en resuspendeer de kralen in 650 ui 1 mM natriumfosfaatbuffer met 0,05% Tween 20 (15% w / v) vóór gebruik in de microfluïdische apparaat om de vloeibaarheid te verbeteren. </li></ol></li><li> Volg de hierboven beschreven procedure van 1.2.5 tot 1.2.6 van 500 nm siliciumoxideparels met aminefunctionele groep een enkele laag van PSS deponeren. </li></ol> 2. Fabricage van de PDMS microfluïdische chip <ol><li> Microfabricage van het silicium meester <ol><li> Fabriceren het silicium meester voor PDMS molding met behulp van microfabrication technieken als volgt. <ol><li> Spin coat een 1 micrometer dunne fotoresist bij 4.000 toeren per minuut op een silicium wafer. Patroon van de laag met behulp van projectie lithografie (belichtingstijd 170 msec.) En etsen 700 nm diep en 2 micrometer breed vlak nanokanalen (optredend als nanotraps voor de silica korrels) met reactieve ionen etsen. </li><li> Gebruik de volgende ets parameters om een etssnelheid van 3,5 nm / s te bereiken: CHF 3 (45 sccm), CF 4 (15 sccm), Ar (100 sccm), druk 100 mTorr, RF-vermogen 200 W. </li></ol></li><li> Spin de vacht van de tweede 1 micrometer dikke fotoresistlaag bij 2.000 tpm en het uitvoeren van een aanpassing aan de eerder gevormde nanotraps. Patroon de microkanalen via contact lithografie en door diepe reactief ionen etsen (DRIE) van silicium. Gebruik de DRIE parameters 26 in tabel 2. </li></ol></li><li> Fabricage van PDMS schimmel <ol><li> Silaniseren het silicium master met trichloorsilaan (50 ui) in een vacuüm pot O / N. LET OP: Tricholorosilane is een giftige en bijtende materiaal. gebruik het altijd in een chemische kap met de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen. </li><li> Meng de basis verharder in 10: 1 verhouding en gegoten PDMS op de gesilaniseerde silicium meester en genezen bij 70 ° C gedurende 2 uur in een convectieoven. </li><li> Verwijder de PDMS plaat van het silicium master met een mes en plasma bond het op een lege wafer met een plasma cleaner na plasma behandeling in een plasma reiniger voor 1 min. Bevestig tapes langs de rand om een ​​partitie lijn voor de volgende PDMS casting stap te markeren. </li><li> Silaniseren het PDMS schimmel in een vacuüm pot met trichloorsilaan (50 pl) O / N. </li><li> Zet PDMS (basis: verharder bij 10: 1 verhouding) op de gesilaniseerde PDMS mal en genezen bij 70 ° C gedurende 2 uur in een convectieoven. </li></ol></li><li> Fabricage van de PDMS apparaat <ol><li> Verwijder de uitgeharde PDMS plaat uit de PDMS mal langs de scheidingslijn gemarkeerd met de tape. </li><li> Punch reservoir gaten met 1.5 mm biopsie punch, schoon met een tape, spoelen met isopropylalcohol (IPA) en droog met stikstof. </li><li> Plasma bond de PDMS apparaat op een 25 mm x 75 mm microscoop glaasje na plasmabehandeling in een plasma reiniger voor 1 min. </li></ol></li><li> Ultrasonicate de kraal suspensie 60 min. in een ultrasoonbad voor het vullen. Pipetteer 10 ul kralensuspensie (300 nm niet-gefunctionaliseerde silicaadvertenties of 500 nm siliciumoxide carboxyl kralen met PAH-PSS lagen of 500 nm siliciumoxide amine kralen met een PSS-laag) in de inlaten 4 en 6 elkaar (zie figuur 1 A, B) onmiddellijk na plasma hechting van de PDMS chip een glazen substraat. Tik zachtjes op de PDMS chip met een pipet tip om de kraal verpakking te verbeteren. <ol><li> Na het vullen van de kraal levering kanalen, hebben betrekking op alle inlaten met uitzondering van 1 en 9 met tape. Lucht-drogen gedurende 3 uur en bewaar bij 4 ° C vóór gebruik. Figuur 2 geeft een stap-voor-stap schema van de colloïdale zelfassemblage proces. </li></ol></li></ol> 3. Experiment voor Elektrokinetisch Concentratie van DNA <ol><li> Vul de reservoirs 3, 7 met een bufferoplossing (10 ui 1 mM PB) en reservoir 5 met een DNA-monster (10 pl 10 nM in 1 mM PB) en moet een lichte onderdruk met een omgekeerde pipetpunt op reservoirs 2 , 8 en 10 aan de kanalen met de oplossing gevuld zonder luchtbellen (zie <strong&gt; Figuur 1B). </li><li> Voeg 10 ul van 1 mM PB reservoirs 2 en 8 en 10 pl 10 nM DNA naar reservoir 10 om de druk te herstellen en wacht 5 minuten. om evenwicht te bereiken. </li><li> Plaats de Pt draden in reservoirs 3, 5, 7, 10. </li><li> Toepassen spanning over de junctie nanofluidic via een spanningsdeler verbonden met een meter en Pt draden. Eerste toepassing 30 V op reservoirs 5, 10 en GND op reservoirs 3, 7. </li><li> Verlaag de spanning tot 25 V op reservoir 10 ~ na 30 sec. </li><li> Gebruik een mechanische sluiter met een periodieke opening in elke 5 s tot fotobleken van het monster te minimaliseren bij het opnemen van de fluorescentiesignalen van het DNA. </li></ol>

<ol><li>Mawatari, K., Kazoe, Y., Shimizu, H., Pihosh, Y., Kitamori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extended-Nanofluidics%3A+Fundamental+Technologies%2C+Unique+Liquid+Properties%2C+and+Application+in+Chemical+and+Bio+Analysis+Methods+and+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Extended-Nanofluidics: Fundamental Technologies, Unique Liquid Properties, and Application in Chemical and Bio Analysis Methods and Devices.</a> Anal Chem. 86, 4068-4077 (2014).</li>
<li>Tsukahara, T., Mawatari, K., Kitamori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+extended-nano+chemical+systems+on+a+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Integrated extended-nano chemical systems on a chip.</a> Chem Soc Rev. 39, 1000-1013 (2010).</li>
<li>Mani, A., Zangle, T. A., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Propagation+of+Concentration+Polarization+from+Microchannel-Nanochannel+Interfaces+Part+I%3A+Analytical+Model+and+Characteristic+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">On the Propagation of Concentration Polarization from Microchannel-Nanochannel Interfaces Part I: Analytical Model and Characteristic Analysis.</a> Langmuir. 25, 3898-3908 (2009).</li>
<li>Aizel, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enrichment+of+nanoparticles+and+bacteria+using+electroless+and+manual+actuation+modes+of+a+bypass+nanofluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Enrichment of nanoparticles and bacteria using electroless and manual actuation modes of a bypass nanofluidic device.</a> Lab Chip. 13, 4476-4485 (2013).</li>
<li>Wang, Y. C., Stevens, A. L., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Million-fold+preconcentration+of+proteins+and+peptides+by+nanofluidic+filter%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Million-fold preconcentration of proteins and peptides by nanofluidic filter.</a> Anal Chem. 77, 4293-4299 (2005).</li>
<li>Karnik, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrostatic+control+of+ions+and+molecules+in+nanofluidic+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+letters%22%5BJournal%5D)">Electrostatic control of ions and molecules in nanofluidic transistors.</a> Nano letters. 5, 943-948 (2005).</li>
<li>Mao, P., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+20+nm+planar+nanofluidic+channels+by+glass-glass+and+glass-silicon+bonding%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of 20 nm planar nanofluidic channels by glass-glass and glass-silicon bonding.</a> Lab Chip. 5, 837-844 (2005).</li>
<li>Mao, P., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively-parallel+ultra-high-aspect-ratio+nanochannels+as+mesoporous+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Massively-parallel ultra-high-aspect-ratio nanochannels as mesoporous membranes.</a> Lab Chip. 9, 586-591 (2009).</li>
<li>Balducci, A., Mao, P., Han, J. Y., Doyle, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double-stranded+DNA+diffusion+in+slitlike+nanochannels%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Double-stranded DNA diffusion in slitlike nanochannels.</a> Macromolecules. 39, 6273-6281 (2006).</li>
<li>Yamada, M., Mao, P., Fu, J. P., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Quantification+of+Disease-Marker+Proteins+Using+Continuous-Flow+Immunoseparation+in+a+Nanosieve+Fluidic+Device%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid Quantification of Disease-Marker Proteins Using Continuous-Flow Immunoseparation in a Nanosieve Fluidic Device.</a> Anal Chem. 81, 7067-7074 (2009).</li>
<li>Huh, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuneable+elastomeric+nanochannels+for+nanofluidic+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Tuneable elastomeric nanochannels for nanofluidic manipulation.</a> Nat Mater. 6, 424-428 (2007).</li>
<li>Chung, S., Lee, J. H., Moon, M. W., Han, J., Kamm, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-lithographic+wrinkle+nanochannels+for+protein+preconcentration%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Non-lithographic wrinkle nanochannels for protein preconcentration.</a> Adv Mater. 20, 3011-3016 (2008).</li>
<li>Park, S. M., Huh, Y. S., Craighead, H. G., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+nanofluidic+device+prototyping+using+elastomeric+collapse%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">A method for nanofluidic device prototyping using elastomeric collapse.</a> Proc Natl Acad Sci. 106, 15549-15554 (2009).</li>
<li>Zeng, Y., Harrison, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+colloidal+arrays+as+three-dimensional+nanofluidic+sieves+for+separation+of+biomolecules+on+microchips%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Self-assembled colloidal arrays as three-dimensional nanofluidic sieves for separation of biomolecules on microchips.</a> Anal Chem. 79, 2289-2295 (2007).</li>
<li>Malekpourkoupaei, A., Kostiuk, L. W., Harrison, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Binary+Opal+Lattices+in+Microfluidic+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Mat%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Binary Opal Lattices in Microfluidic Devices.</a> Chem Mat. 25, 3808-3815 (2013).</li>
<li>Merlin, A., Salmon, J. -B., Leng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic-assisted+growth+of+colloidal+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Microfluidic-assisted growth of colloidal crystals.</a> Soft Matter. 8, 3526-3537 (2012).</li>
<li>Schepelina, O., Zharov, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PNIPAAM-modified+nanoporous+colloidal+films+with+positive+and+negative+temperature+gating%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">PNIPAAM-modified nanoporous colloidal films with positive and negative temperature gating.</a> Langmuir. 23, 12704-12709 (2007).</li>
<li>Schepelina, O., Zharov, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%282-%28dimethylamino%29ethyl+methacrylate%29-Modified+Nanoporous+Colloidal+Films+with+pH+and+Ion+Response%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate)-Modified Nanoporous Colloidal Films with pH and Ion Response.</a> Langmuir. 24, 14188-14194 (2008).</li>
<li>Smith, J. J., Zharov, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+transport+in+sulfonated+nanoporous+colloidal+films%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Ion transport in sulfonated nanoporous colloidal films.</a> Langmuir. 24, 2650-2654 (2008).</li>
<li>Gaspar, A., Hernandez, L., Stevens, S., Gomez, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochromatography+in+microchips+packed+with+conventional+reversed-phase+silica+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Electrochromatography in microchips packed with conventional reversed-phase silica particles.</a> Electrophoresis. 29, 1638-1642 (2008).</li>
<li>Lee, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Fidelity+Optofluidic+On-Chip+Sensors+Using+Well-Defined+Gold+Nanowell+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">High-Fidelity Optofluidic On-Chip Sensors Using Well-Defined Gold Nanowell Crystals.</a> Anal Chem. 83, 9174-9180 (2011).</li>
<li>Hu, Y. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interconnected+ordered+nanoporous+networks+of+colloidal+crystals+integrated+on+a+microfluidic+chip+for+highly+efficient+protein+concentration%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Interconnected ordered nanoporous networks of colloidal crystals integrated on a microfluidic chip for highly efficient protein concentration.</a> Electrophoresis. 32, 3424-3430 (2011).</li>
<li>Zhang, D. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfabrication-free+fused+silica+nanofluidic+interface+for+on+chip+electrokinetic+stacking+of+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">Microfabrication-free fused silica nanofluidic interface for on chip electrokinetic stacking of DNA.</a> Microfluid Nanofluid. 14, 69-76 (2013).</li>
<li>Syed, A., Mangano, L., Mao, P., Han, J., Song, Y. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creating+sub-50+nm+nanofluidic+junctions+in+a+PDMS+microchip+via+self-assembly+process+of+colloidal+silica+beads+for+electrokinetic+concentration+of+biomolecules%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Creating sub-50 nm nanofluidic junctions in a PDMS microchip via self-assembly process of colloidal silica beads for electrokinetic concentration of biomolecules.</a> Lab Chip. 14, 4455-4460 (2014).</li>
<li>Kim, S. J., Song, Y. A., Han, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanofluidic+concentration+devices+for+biomolecules+utilizing+ion+concentration+polarization%3A+theory%2C+fabrication%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Nanofluidic concentration devices for biomolecules utilizing ion concentration polarization: theory, fabrication, and applications.</a> Chem Soc Rev. 39, 912-922 (2010).</li>
<li>Fu, J. P., Mao, P., Han, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous-flow+bioseparation+using+microfabricated+anisotropic+nanofluidic+sieving+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Continuous-flow bioseparation using microfabricated anisotropic nanofluidic sieving structures.</a> Nat Protoc. 4, 1681-1698 (2009).</li>
<li>Plecis, A., Nanteuil, C., Haghiri-Gosnet, A. M., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electropreconcentration+with+Charge-Selective+Nanochannels%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Electropreconcentration with Charge-Selective Nanochannels.</a> Anal Chem. 80, 9542-9550 (2008).</li>
<li>Ko, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanofluidic+preconcentration+device+in+a+straight+microchannel+using+ion+concentration+polarization%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Nanofluidic preconcentration device in a straight microchannel using ion concentration polarization.</a> Lab Chip. 12, 4472-4482 (2012).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Naar aanleiding van de gemeenschappelijke apparaat ontwerp-regeling te nanofluidics studeren, verzonnen we een nanofluidic kruising tussen twee microfluïdische kanalen met behulp van de verdamping gedreven zelfassemblage van colloïdale nanodeeltjes in plaats van lithografisch patroonvorming een array van nanokanalen. Bij uitstroming de colloïdale deeltjes in de kraal afgiftekanaal een array van nanotraps met een diepte van 700 nm en een breedte van 2 pm op beide zijden van de hiel afgiftekanaal bij een totale breedte va...

Nanofluidics is een opkomende onderzoeksgebied van μ TAS (Micro Totaal Analyse Systems) om biologische processen of transport verschijnselen van ionen en moleculen in de lengte schaal van 10 1 te bestuderen - 10 2 nm. Met de komst van de nanofluidic hulpmiddelen zoals nanokanalen kan transportprocessen van moleculen en ionen worden bewaakt met uiterste nauwkeurigheid en gemanipuleerd, indien nodig, door gebruik functies die alleen in deze lengteschaal voor scheiding en detectie beschikbaar zijn. Een van 1,2 deze karakteristieke nanoschaal kenmerken is een hoge verhouding van oppervlak bulk lading (of Dukhin nummer) in nanokanalen dat een lading onbalans kan veroorzaken en initiëren ion concentratie polarisatie (ICP) tussen de nanokanaal en microkanaal. 3 Een gemeenschappelijke inrichting platform voor het bestuderen van fenomenen nanofluidic bestaat uit twee microkanaal systeem verbonden door een reeks nanokanalen als knooppunt. 4-6 </sup&gt; Het materiaal voor het bouwen van zulke nanofluidic inrichting het silicium vanwege de hoge stijfheid die het kanaal voorkomt instorten tijdens verlijmingsprocessen. 7 echter silicium inrichting fabricage vereist dure maskers en aanzienlijke hoeveelheid verwerking in de cleanroom. 8- 10 Vanwege het gemak van fabricage inrichting met vormen en plasma binden, polydimethylsiloxaan (PDMS) is algemeen geaccepteerd als bouwmateriaal voor microfluïdische en zou een ideaal materiaal voor nanofluidics ook. Echter, de lage Young&#39;s modulus rond 360-870 kPa, maakt het PDMS kanaal gemakkelijk opvouwbaar tijdens plasma binding. De minimale verhouding van de nanokanaal (breedte diepte) minder dan 10 te zijn: 1, wat betekent dat de vervaardiging van PDMS apparaten via standaard fotolithografie extreem moeilijk wordt indien de nanokanaal diepte moet zijn dan 100 nm, waarbij een kanaalbreedte minder dan de huidige limiet van photolithOGRAFIE ongeveer 1 micrometer. Om deze beperking te overwinnen, zijn er pogingen gedaan om nanokanalen in PDMS met behulp van niet-lithografische methoden zoals die zich uitstrekt tot scheuren te starten met een gemiddelde diepte van 78 nm 11 of te vormen rimpels na plasmabehandeling te creëren. 12 instortende een PDMS kanaal met mechanische druk toegestaan ​​een nanokanaal hoogte zo laag als 60 nm. 13 Hoewel deze zeer inventieve niet-lithografische methoden toegestaan ​​gebouw nanokanalen onder 100 nm in de diepte, de dimensionele beheersbaarheid van het nanokanaal fabricage vormt nog steeds een obstakel voor een brede acceptatie van PDMS als bouwmateriaal voor nanofluidic apparaten. Een ander kritiek probleem van de nanokanaaltjes, hetzij in silicium of PDMS, is het oppervlak functionalisering in het geval er behoefte is om de oppervlaktelading op de kanaalwand voor het manipuleren van ionen of moleculen veranderen. Nadat het apparaat de montage door middel van binding, de nanokanalen zijn uiterst moeilijk tebereiken voor oppervlakte functionalisatie als gevolg van de diffusie beperkt transport. Om een nanoschaal kanaal met een hoge dimensionele trouw en facile oppervlak functionalisering te creëren, kan de zelf-assemblage methode om colloïdale deeltjes veroorzaakt door verdamping 14-16 in microfluïdische apparaten een van de veelbelovende benaderingen. Naast de beheersbaarheid van poriegrootte en oppervlak bezit, is er ook de mogelijkheid om af te stemmen de grootte van de poriën in-situ bij het ​​gebruik van colloïdale deeltjes bekleed met polyelektrolyten door het regelen van temperatuur, 17 pH, 18,19 en ionensterkte. 18 Door deze voordelen, heeft de zelfassemblage werkwijze colloïdale deeltjes reeds toepassing gevonden voor electrochromatografie, 20 biosensoren, 21 eiwitconcentratie 22 en scheiding van eiwitten en DNA in microfluïdische. 14,23 in deze studie, opgesteld we dit zelfassemblage methode om een te bouwen elektrokinetische voorconcentrering apparaat inPDMS een nanofluidic overgang tussen twee microkanalen vereist. 24 De fundamentele mechanisme achter de elektrokinetische concentratie is gebaseerd op ionenconcentratie polarisatie (ICP). 25 Gedetailleerde beschrijving van fabricage en assemblage stappen is bij het ​​volgende protocol.

<table><tbody><tr><td>Poly(Styrenesulfonic Acid) Sodium Salt</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>08772</td><td></td></tr><tr><td>Poly(allylamine) Solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>479144-5G</td><td></td></tr><tr><td>Silica Microsphere - 300 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24321</td><td></td></tr><tr><td>Silica Microsphere - 500 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24323</td><td></td></tr><tr><td>Silica Microsphere Carboxyl Functional - 500 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24753</td><td></td></tr><tr><td>Silica Microsphere Amine Functional - 500 nm</td><td>Polysciences&nbsp;</td><td>24756</td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184 Silicone Elastomer kit</td><td>Dow Corning</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>175552</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Branson</td><td>3510</td><td></td></tr><tr><td>Tube Rotator&nbsp;</td><td>VWR</td><td>10136-084</td><td></td></tr><tr><td>Vortex Mixer</td><td>WiseMix</td><td>VM-10</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>VWR</td><td>Micro 1207</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-001-HP</td><td></td></tr><tr><td>PDMS Mixer</td><td>Thinky</td><td>ARE-250</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>Thermo Scientific</td><td>PR305220M</td><td></td></tr><tr><td>Epi-fluorescence Microscope</td><td>Nikon</td><td>Eclipse Ti</td><td></td></tr><tr><td>CCD Camera</td><td>Andor</td><td>Clara</td><td></td></tr><tr><td>Platinum Electrodes</td><td>Alfa Aesar</td><td>43014</td><td></td></tr><tr><td>Source Meter</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Digital Multimeter&nbsp;</td><td>Extech</td><td>410</td><td></td></tr><tr><td>Microscopy Glass Slides</td><td>Thermo Scientific</td><td>2951-001</td><td></td></tr><tr><td>Tween 20</td><td>Merck Millipore</td><td>822184</td><td></td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Fisher Scientific</td><td>7646-14-5</td><td></td></tr><tr><td>Sodium phosphate monobasic</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71505</td><td></td></tr><tr><td>Sodium phosphate dibasic</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S3264</td><td></td></tr><tr><td>DNA</td><td>IDT</td><td></td><td>CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C</td></tr><tr><td>B-Phycoerythrin</td><td>Life Technologies</td><td>P-800</td><td></td></tr><tr><td>Dynamic light scattering system for Zeta Potential Measurement</td><td>Malvern</td><td>Zetasizer Nano S</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist&nbsp;</td><td>Shipley</td><td>SPR700-1.0</td><td></td></tr><tr><td>Projection lithography</td><td>Nikon</td><td>NSR2005i9</td><td></td></tr><tr><td>Reactive Ion Etcher</td><td>Applied Materials</td><td>AME P5000</td><td></td></tr><tr><td>ICP deep reactive ion etcher</td><td>STS</td><td>STS-6"</td><td></td></tr><tr><td>Contact lithography</td><td>Electronic Visions</td><td>EV620</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist Coater Developer</td><td>SSI</td><td>SSI 150</td><td></td></tr><tr><td>Non-contact surface profiler</td><td>Wyko</td><td>NT 9800</td><td></td></tr></tbody></table>

het creëren van sub-50 nm nanofluidic knooppunten in pdms microfluïdische chip via self-assemblageproces van colloïdale deeltjes

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxaan (PDMS) is het heersende bouwmateriaal microfluïdische inrichtingen maken vanwege het eenvoudige vormen en lijmen en transparantie. Door de zachtheid van het PDMS materiaal, is het echter moeilijk te gebruiken voor het bouwen PDMS nanokanalen. De kanalen hebben de neiging om gemakkelijk instorten tijdens plasma binding. In dit artikel geven we een verdamping gedreven zelfassemblage methode silica colloïdale nanodeeltjes nanofluidic kruispunten maken met sub-50 nm poriën tussen twee microkanalen. De poriegrootte en de oppervlaktelading van de nanofluidic junctie instelbaar door eenvoudig de colloïdale silica korrelgrootte en oppervlak functionalisering buiten het samengestelde microfluïdische apparaat in een flesje voor de zelf-assemblageproces. Met de zelfassemblage van nanodeeltjes met een korrelgrootte van 300 nm, 500 nm en 900 nm, was het mogelijk om een ​​poreus membraan te vervaardigen met een poriegrootte van 45 nm ~, ~ 75 nm tot ~ 135 nm. onder elektrischal potentieel, deze nanoporeuze membraan geïnitieerd ion concentratie polarisatie (ICP) fungeren als een kation-selectief membraan DNA door ~ 1700 keer concentreren binnen 15 min. Deze niet-lithografische proces nanofabricage opent een nieuwe kans om een ​​afstembare nanofluidic knooppunt voor de studie van nanoschaal transportprocessen van ionen en moleculen in een PDMS microfluïdische chip bouwen.

Een elektrokinetische concentrator chip PDMS dat een zelf-geassembleerde nanofluidic overgang tussen twee microkanalen bevat is getoond in Figuur 1A). Het kanaal in het midden van de inrichting wordt gevuld met een DNA monsteroplossing en geflankeerd door twee bufferoplossing kanalen aan weerszijden via een 50 urn breed bead afgiftekanaal (Figuur 1B). De silica colloïdale suspensie wordt gevlogen in de kraal levering kanaal onmiddellijk na plasma binding...

We stellen een eenvoudige zelfassemblerende techniek voor van silica colloïdale nanodeeltjes om een nanofluïdische kruising te creëren tussen twee microkanalen in polydimethylsiloxaan (PDMS). Met behulp van deze techniek werd een nanoporeuze parelmembraan met een poriegrootte tot ~45 nm gebouwd binnen een microkanaal en toegepast op elektrokinetische preconcentratie van DNA-monsters.

Het creëren van Sub-50 Nm nanofluidic Knooppunten in PDMS microfluïdische chip via Self-assemblageproces van colloïdale deeltjes

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

Dit protocol demonstreert een nieuwe en eenvoudige zelf-assembleringstechniek van colloïdale silica-nanodeeltjes om een nanofluidische kruising te creëren tussen twee microkanalen in polydimethylsiloxaan. Het parel membraan met een poriëngrootte van ongeveer 45 nanometer, dat fungeert als een kation-selectief membraan, kan worden gebruikt voor de elektrokinetieke concentratie van DNA- en eiwitmonsters. Overzicht:In de eerste stap wordt het PDMS-apparaat met nanotraps gegoten door middel van een dubbele afgiet-proces.Nadat het apparaat door middel van plasma bonding aan een glazen substraat is gebonden, worden oppervlakte gefunctionaliseerde silica-parels in de microkanalen geïnjecteerd om de zelf-assemblerende colloïdale membraan te vormen. Ten slotte wordt een spanning over het membraan aangelegd met behulp van een bronmeter en een spanningsverdeler. De ionisatie en concentratie toename worden waargenomen met behulp van een omgekeerde epifluorescentiemicroscoop, met een CCD-camera.Bereiding van de Silica Colloïdale Deeltjes Suspensies:Begin met de 300 nanometer silica-parels;vortex de parels voor 30 seconden;trek 600 microliter suspensie op in een Eppendorf buis, en centrifugeer gedurende een minuut bij 2.600g. Na centrifugeren, verwijder voorzichtig de supernatant. Suspend de parels met 400 microliter van een 1-millimolair natriumfosfaat buffer, om een 15% werkconcentratie te bereiken.Vortex om een homogene suspensie te bereiken. Herhaal dezelfde stappen om 500-nanometer silica-parels te bereiden. Voor 500-nanometer carboxyl silica-parels, weeg 100 milligram in een 15-milliliter Falcon buis.Breng vervolgens 9,8 milliliter van een 1-molair natriumchloride over om de parels te resuspenderen. Vortex de buis krachtig. Draai de buis om en om om de parels die op de bodem zijn aangetast te verplaatsen.Om de oppervlaktelading op de parels te wijzigen, bereiden we twee polyelektrolyten voor:PAH en PSS. De 0,9%PSS wordt bereid door 180 milligram PSS op te lossen met 200 milliliter 1-molair natriumchloride. De 0,4%PAH wordt bereid door 300 microliter van de stockoplossing op te lossen in 15 milliliter 1-molair natriumchloride.Vortex beide oplossingen om ervoor te zorgen dat ze volledig zijn opgelost. Om een positief geladen PAH-laag te deponeren, voeg 200 microliter van de PAH-oplossing toe aan de parelsuspensie. Vortex gedurende een minuut en incubeer de suspensie in een rotator gedurende een uur bij kamertemperatuur.Om de ongebonden PAH weg te wassen, centrifugeer de suspensie gedurende een minuut bij 1.801g om de parels te laten bezinken. Verwijder het supernatant. Pipetteer een tot twee milliliter water in de buis om de parels te verstoren.Voeg de resterende acht milliliter water toe en vortex. Herhaal de wasprocedure nog vier keer. Na de vijfde wassing en centrifugatie, gooi het supernatant weg en herstel de parels met 9,8 milliliter 1-molair natriumchloride.Voor het deponeren van de negatief geladen PSS-laag, voeg 200 microliter van de PSS-oplossing toe aan de parelsuspensie. Vortex gedurende een minuut en incubeer de suspensie in de rotator gedurende een uur bij kamertemperatuur. Was de parels vijf keer met DI-water zoals voor de PAH-coating.Na de laatste wassing, gooi het supernatant weg en suspendeer de parels met 650 microliter 1-millimolair natriumfosfaat buffer met 0,05%Tween 20. Breng de parelsuspensie over naar een eppendorfbuis. Voor de bereiding van de 500-nanometer amine silica-parels, herhaal dezelfde procedure om een enkele negatief geladen PSS-laag te deponeren.Fabricage van de PDMS Microfluidic Chip:Om de siliconen master te fabriceren, eerst een een-micrometer dikke fotoresist aanbrengen bij 4.000 RPM op een siliconen wafer. Gebruik vervolgens projectie lithographie en reactieve ionen etch om 700-nanometer diepe en twee-micrometer brede planaire nanokanalen te creëren als nanotraps voor de parels. Breng vervolgens de tweede fotoresistlaag aan bij 2.000 RPM en voer een uitlijning uit naar de eerder gepatternde nanotraps.Voeg de microkanalen toe via contact lithographie en door diep-reactieve ionen etch van silicon. Om de releaselaag te creëren, silaniseer de siliconen master in een vacuümpot met 50 microliter trichlorosilane, overnacht. Om de PDMS mal te gieten, meng de PDMS-basis met het verhardingsmiddel in een 10:1-verhouding.Giet het mengsel op de siliconen master. Plaats de master met PDMS in een vacuümpot om de luchtbellen te verwijderen en bak het in de oven bij 70 graden C om de PDMS te crosslinken. Na twee uur bakken, verwijder voorzichtig de PDMS-plaat van de siliconen master.Behandel het oppervlak met plasma om een permanente binding te creëren met een lege siliconen wafer. Plak tape langs de rand om een partitielijn aan te geven voor de volgende PDMS-gietstap. Om een mal-releaselaag te creëren, silaniseer de PDMS-mal in een vacuümpot overnacht.Giet PDMS op de PDMS-mal en breng het over in een vacuümpot voor degassing. Bak het vervolgens in de oven. Verwijder de uitgeharde PDMS-plaat van de PDMS-mal langs de met tape gemarkeerde partitielijn.Snijd de apparaten voorzichtig af en maak gaten met een 1,5 millimeter biopsie-punch in de reservoirs. Na oppervlaktereiniging met tape en IPA, plak de PDMS-apparaten op een 25-millimeter bij 75-millimeter microscoopglazen schuif. Direct na de plasma-binding, injecteer 10 microliter van de suspensie in inlaten vier en zes van de parel-afgiftekanalen.Na het vullen van de parel-afgiftekanalen, dek alle reservoirs af, behalve uitlaten een en negen, van de parel-afgiftekanalen. Laat het apparaat drie uur op kamertemperatuur drogen en bewaar het op vier graden C voor gebruik. Microfoto's van het apparaat tonen de colloïdale deeltjes die zich verzamelen in de bovenste en onderste parel-afgiftekanalen.De SEM-afbeelding toont zelf-geassembleerde 300-nanometer silica colloïdale deelt

creating-sub-50-nm-nanofluidic-junctions-pdms-microfluidic-chip-via

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

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

In deze video laten we zien hoe het neuron microfluïdische apparaat gebruiken zonder plasma-bonding.

Niet-plasma Verlijmen van PDMS voor goedkope Fabricage van microfluïdische apparaten

In dit artikel presenteren we een microfluïdisch-gebaseerde methode voor deeltjesfysica opsluiting op basis van hydrodynamische stroming. Tonen we stabiel deeltje trapping in op een vloeiende stagnatie punt met behulp van een feedback control mechanisme, waardoor opsluiting en micromanipulatie van willekeurige deeltjes in een geïntegreerde microdevice.

Een Microfluïdische-gebaseerde Hydrodynamische Trap voor Single Particles

Druppel op basis van microfluïdische platforms zijn veelbelovende kandidaten voor high throughput experimenten, omdat zij in staat zijn om goedkoop te genereren picoliter, self-gecompartimenteerde schepen op kHz tarieven. Door integratie met snelle, gevoelige en een hoge resolutie fluorescentie spectroscopische methoden, kunnen de grote hoeveelheden informatie uit die in deze systemen efficiënt kunnen worden geëxtraheerd, aangewend en gebruikt.

Fluorescentie detectiemethoden voor microfluïdische druppel platforms

In dit artikel beschrijven we verschillende technieken voor microfluïdische snelle prototypeplatforms. De voorgestelde technieken zijn gebaseerd op ultraviolet (UV) gevoelige en temperatuurgeharde epoxyharsen, op polydimethylsiloxaan (PDMS) gebaseerde buizen, draadverbinding en anisotrope kleeffolies. De gepresenteerde assemblageprocedures zijn ontwikkeld voor zowel eenmalig gebruik als herbruikbare microfluïdische systemen.

High Throughput Microfluidic Rapid en Low Cost Prototyping Verpakking

Hier beschrijven we de fabricage en werking van een dubbellaags microfluïdisch systeem gemaakt van polydimethylsiloxaan (PDMS). We tonen het potentieel van dit apparaat aan voor het vangen, richten van de coördinatieroute van een kristallijn moleculair materiaal en het controleren van chemische reacties op in chip gevangen structuren.

Microfluïdische Pneumatische Cages: een nieuwe benadering voor de In-chip Crystal Trapping, manipulatie en gecontroleerde chemische behandeling

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

We presenteren een technologie die capillariteitsondersteunde assemblage in een microfluïdisch platform gebruikt om microgrote objecten die in een vloeistof zijn gesuspendeerd, zoals bacteriën en colloïden, te modelleren in voorgeschreven arrays op een polydimethylsiloxaansubstraat.

Patroonvorming van micro-organismen en microdeeltjes door sequentiële capillariteitsondersteunde assemblage

Het huidige protocol beschrijft een pneumatisch microfluïdisch platform dat kan worden gebruikt voor een efficiënte microdeeltjesconcentratie.

Pneumatisch aangedreven microfluïdisch platform voor microdeeltjesconcentratie

Dit protocol beschrijft een reeks methoden voor het synthetiseren van de microgel-bouwstenen voor microporeuze gegloeide deeltjessteigers, die kunnen worden gebruikt voor een verscheidenheid aan regeneratieve geneeskundetoepassingen.

Microfluïdische synthese van microgel-bouwstenen voor microporeuze gegloeide deeltjessteiger

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

Leer een zelfassemblagetechniek voor nanofluidische knooppunten in PDMS-microkanalen met colloïdale silicabollen. Deze methode maakt elektrokinetische concentratie van DNA en eiwitten mogelijk.

Het creëren van Sub-50 Nm nanofluidic Knooppunten in PDMS microfluïdische chip via Self-assemblageproces van colloïdale deeltjes (Video) | JoVE Journal

Het creëren van Sub-50 Nm nanofluidic Knooppunten in PDMS microfluïdische chip via Self-assemblageproces van colloïdale deeltjes

Meer video's verkennen