Name: Podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (PDMS) (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: Naucz się wytwarzać podwójne emulsje za pomocą mikrofluidycznego urządzenia PDMS z wykorzystaniem współosiowego ustawiania ostrości przepływu. Ta metoda umożliwia szybką produkcję bez specjalistycznych obróbek powierzchniowych.

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

playerTrialDesktop

Ta praca została wsparta przez Research Award od California Institute for Quantitative Biosciences (QB3), Bridging the Gap Award od Rogers Family Foundation, UCSF/Sandler Foundation Program for Breakthrough Biomedical Research, grant od BASF oraz NSF poprzez Faculty Early Career Development (CAREER) Program (DBI-1253293).

1. Produkcja główna SU8
<ol>
	<li>Zaprojektuj struktury mikroprzepływowe do produkcji dwuwarstwowej za pomocą oprogramowania AutoCAD i zleć wydrukowanie projektów dostawcy na folii obwodów drukowanych o rozdzielczości 10 μm. Szczegóły konstrukcji urządzenia podano w załączonym piśmiennictwie11, a geometrie kanałów przedstawiono na rysunku 1. Warstwy powinny zawierać znaczniki wyrównania, aby ułatwić kolokację elementów z każdej warstwy produkcyjnej12.</li>
	<li>Umieść wstępnie oczyszczoną płytkę silikonową o średnicy 3 cali na powlekarce wirowej i włącz próżnię, aby przymocować ją do uchwytu. Nałóż 1 ml SU8-3035 na środek wafla i wiruj przez 20 sekund przy 500 obr./min, a następnie 30 sekund przy 2 000 obr./min, uzyskując grubość warstwy 50 μm.</li>
	<li>Wyjmij wafel i piecz na płycie grzejnej o temperaturze 135 °C przez 30 minut. Poczekaj, aż wafel ostygnie do temperatury RT, zanim przejdziesz do następnego kroku.</li>
	<li>Wystaw powlekaną płytkę na maskę 1. warstwy (Rysunek 2A) pod skolimowaną diodą LED 190 mW, 365 nm przez 90 sekund. Po ekspozycji umieść wafel na płycie grzejnej o temperaturze 135 °C na 1 minutę, a następnie ostudź do temperatury pokojowej przed przejściem do następnego kroku.</li>
	<li>Umieść wafel na powlekarce wirowej i włącz próżnię, aby przymocować go do uchwytu. Nałóż 1 ml SU8-2050 na środek wafla i wiruj przez 20 sekund przy 500 obr./min, a następnie 30 sekund przy 1,375 obr./min, uzyskując warstwę o dodatkowej grubości 135 μm.</li>
	<li>Wyjmij wafel i piecz na płycie grzejnej o temperaturze 135 °C przez 30 minut, a następnie ostudź do temperatury RT przed przejściem do następnego kroku.</li>
	<li>Dopasuj maskę 2. warstwy (Rysunek 2B) do geometrii przedstawionej w 1.3 i wystawij powlekaną płytkę na działanie skolimowanej diody LED o mocy 190 mW, 365 nm przez 3 minuty. Po ekspozycji umieść na płycie grzejnej o temperaturze 135 °C na 1 minutę, a następnie ostudź do temperatury RT przed przejściem do następnego kroku.</li>
	<li>Opracuj maski, zanurzając się w mieszanej kąpieli octanu eteru monometylowego glikolu propylenowego na 30 minut. Umyj wafel w izopropanolu i piecz na płycie grzejnej o temperaturze 135 °C przez 1 minutę. Umieść wywołany wzorzec na szalce Petriego o średnicy 100 mm do formowania PDMS.</li>
</ol>
2. Produkcja urządzeń PDMS
<ol>
	<li>Przygotuj PDMS 10:1, łącząc 50 g bazy silikonowej z 5 g utwardzacza w plastikowym kubku. Wymieszaj zawartość za pomocą narzędzia obrotowego wyposażonego w patyczek do mieszania. Odgazowywać mieszaninę wewnątrz eksykatora przez 30 minut lub do momentu usunięcia wszystkich pęcherzyków powietrza.</li>
	<li>Wlać PDMS do uzyskania grubości 3 mm na urządzenie główne i umieścić z powrotem w eksykatorze w celu dalszego odgazowania. Po usunięciu wszystkich pęcherzyków piecz urządzenie w temperaturze 60 °C przez 2 godziny.</li>
	<li>Wytnij urządzenie z formy za pomocą skalpela i umieść na czystej powierzchni wzorzystą stroną do góry. Przetnij formę PDMS na pół za pomocą żyletki, aby oddzielić Mistrza 1 od Mistrza 2 (Rysunek 3a). Na elemencie zawierającym geometrię do obsługi płynów 50 μm nadrukowaną przez Master 1 przebić wloty i wyloty płynów za pomocą stempla biopsyjnego o średnicy 0,75 mm.</li>
	<li>Plazma uzdatnia urządzenia przy plazmie 1 mbarO2 przez 60 sekund w myjce plazmowej o mocy 300 W. Zwilż powierzchnię niewykrawanego kawałka PDMS kroplą wody DI, aby tymczasowo opóźnić wiązanie PdMS-PDMS i służyć jako smar. Podczas oglądania przez mikroskop stereoskopowy umieść Master 1 na powierzchni Master 2 i przesuwaj powierzchnie względnie, aż zostanie osiągnięta blokada mechaniczna, gdy wpuszczone ramki i wystające ramki na rysunku 3A łączą się.</li>
	<li>Umieść urządzenie w piekarniku o temperaturze 60 °C i piecz zmontowane urządzenie (Rysunek 3B) przez dwa dni w temperaturze 60 °C, aby odparować wodę i całkowicie związać.</li>
</ol>
3. Przygotowanie odczynników
<ol>
	<li>Napełnić strzykawkę o pojemności 1 ml wodą destylowaną dla fazy wewnętrznej.</li>
	<li>Napełnić strzykawkę o pojemności 1 ml olejem fluorowanym HFE 7500 z 1 % wag. biokompatybilnego środka powierzchniowo czynnego13 dla fazy środkowej.</li>
	<li>Napełnić strzykawkę o pojemności 10 ml 10% glikolem polietylenowym (PEG) w roztworze wodnym zawierającym 1 % wag. Tween 20 i 1% wag. dodecylosiarczanu sodu dla fazy ciągłej.</li>
</ol>
4. Przygotowanie systemu
<ol>
	<li>Umieść chip mikroprzepływowy na stoliku mikroskopu odwróconego sprzężonego z kamerą cyfrową zdolną do < czasów otwarcia migawki 100 μs.</li>
	<li>Zamontuj wszystkie strzykawki na pompkach strzykawkowych i przymocuj igły 27 G. Przymocuj ~ 30 cm odcinki rurki PE-2 do igieł i włóż luźne końce do odpowiednich wybitych otworów w urządzeniu.</li>
	<li>Włóż PE-2 o długości 10 cm do portu wyjściowego urządzenia, a drugi koniec umieść w pojemniku na odpady.</li>
	<li>Zalać urządzenie, uruchamiając pompy strzykawkowe z dużą prędkością (2 000 μl/min), aż płyn w segmentach przewodów dotrze do portów wlotowych urządzenia.</li>
</ol>
5. Wytwarzanie emulsji
<ol>
	<li>Ustaw ostroskop na obszarze, w którym znajduje się otwór 50 μm x 50 μm i dolny kanał wyjściowy.</li>
	<li>Ustawić pompy strzykawkowe tak, aby dostarczały płyn do podwójnego generatora emulsji przy natężeniu przepływu 250 μl/h dla fazy wewnętrznej, 100 μl/h dla fazy środkowej i 700 μl/h dla fazy ciągłej i odczekać 10 minut na wyrównanie.</li>
	<li>Utrzymuj natężenie przepływu fazy wewnętrznej i środkowej na poziomie odpowiednio 250 μl/h i 100 μl/h. Ustawić natężenie przepływu fazy zewnętrznej na 1 050 μl/h. Odczekaj 3-5 minut, aż podwójne wytwarzanie emulsji ustabilizuje się w tych warunkach przepływu.</li>
	<li>Rejestruj 5-sekundowe obrazy wideo z częstotliwością odświeżania 30 Hz do przetwarzania w trybie offline za pomocą ręcznej analizy obrazu.</li>
	<li>Powtórzyć czynności opisane w ppkt 5.3 i 5.4 z natężeniami przepływu podanymi w tabeli 1. Natężenie przepływu w fazie wewnętrznej i środkowej jest utrzymywane na stałym poziomie, a natężenie przepływu w fazie nośnej zmienia się poprzez regulację ustawienia pompy strzykawkowej.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Opisana tutaj geometria generująca podwójną emulsję została zaprojektowana tak, aby naśladować fizykę szklanych urządzeń kapilarnych8. W nich wyrównane cylindryczne szklane kapilary są używane do tworzenia trójfazowego współosiowego strumienia, który jest ścinany w jednolite podwójne kropelki emulsji. Funkcja naszego urządzenia 3D PDMS zależy od centralnego wyrównania małych elementów utworzonych za pomocą produkcji o wysokości 50 μm z kanałami fazy nośnej o całkowitej wysokości 320 μm. Istnieje znaczne ryzyko...

Podwójne emulsje składają się z kropelek oddzielonych od fazy nośnej pośrednią, niemieszającą się warstwą płynu, i są szczególnie interesujące ze względu na ich potencjalne zastosowania w zastosowaniach przemysłowych, farmaceutycznych i biologicznych1. W niektórych przypadkach zdolność do hermetyzacji związków o wysokiej wartości w rdzeniu podwójnej emulsji umożliwia ochronę i uwalnianie materiału w kontrolowany sposób. Na przykład leki mogą być kapsułkowane w warunkach rozpuszczalności, które nie są odpowiednie dla zewnętrznego płynu nośnego2. Dodatkowo pośrednia warstwa oleju może być używana jako szablon kapsułki do kapsułkowania i dostarczania leków, kosmetyków i składników odżywczych3. W biologii podwójne emulsje są również przydatne w wysokoprzepustowych badaniach przesiewowych, ponieważ pozwalają na przeprowadzenie ogromnej liczby eksperymentów sub-nanolitrowych, a następnie wykrycie i posortowanie za pomocą urządzenia do sortowania komórek aktywowanych fluorescencją (FACS)4,5.
Projektowanie podwójnych emulsji o pożądanych właściwościach użytkowych wymaga precyzyjnej kontroli wielkości, składu i jednorodności podwójnej emulsji. Chociaż procesy emulgowania masowego, takie jak emulgacja membranowa, są stosowane w przemyśle, powstałe emulsje są wysoce polidyspersyjne, wykazując szeroką gamę właściwości funkcjonalnych1. Dziedzina mikrofluidyki kropelkowej jest naturalnie dostosowana do wytwarzania emulsji monodyspersyjnych o starannie kontrolowanym składzie6. Wytwarzanie podwójnej emulsji mikroprzepływowej osiągnięto dzięki dwóm głównym strategiom: sekwencyjnemu wytwarzaniu kropli i skupianiu przepływu kapilarnego w szkle. Podwójne emulsje mogą być generowane w planarnych urządzeniach PDMS przy użyciu dwuetapowego procesu wytwarzania kropli. Po pierwsze, emulsje wodne w oleju są tworzone przy użyciu obszaru wytwarzania kropli woda w oleju urządzenia z hydrofobowymi ściankami kanałów. Następnie emulsję można spłynąć lub ponownie wstrzyknąć do obszaru wytwarzania kropli o hydrofilowych ściankach odpowiednich do wytwarzania oleju w kropli wody4. Jednak hydrofilowa obróbka powierzchni PMDS wymaga dodatkowego etapu produkcji i często jest tymczasowa7. Najbardziej kontrolowaną i powtarzalną metodą tworzenia podwójnych emulsji jest współosiowe ogniskowanie przepływu, technika zapoczątkowana przy użyciu mikrofluidyki szklanej kapilarnej, w której koncentryczny strumień zawierający trzy fazy jest przecinany przez mały otwór w celu wytworzenia monodyspersyjnych kropel8. Technika ta pozwala na wytwarzanie kropelek znacznie mniejszych niż wymiary kanału, przy czym dokładny rozmiar i skład podwójnej emulsji jest funkcją natężenia przepływu każdej fazy. Duża różnica między wielkością kropli a rozmiarem kanału oraz ochronny przepływ osłony zewnętrznej zapobiegają kontaktowi kropel ze ściankami kanału, dzięki czemu obróbka powierzchni jest zbędna. Jednak takie szklane urządzenia wymagają niestandardowego wykonania stożkowych końcówek kapilarnych, wraz ze starannym montażem i uszczelnieniem. Poprzedni badacze używali miękkiej litografii 3D do generowania podwójnych emulsji przy użyciu fizyki ogniskowania przepływu, ale urządzenia te wytwarzały emulsje o średnicach > 150 μm 9,10, czyli mniej więcej o rząd wielkości większych niż obiekty zwykle sortowane za pomocą FACS. Atrakcyjną alternatywą byłaby solidna funkcjonalność i wytwarzanie małych kropelek szklanego kapilarnego współosiowego ogniskowania przepływu w połączeniu z łatwością produkcji miękkiej litografii PDMS.
W tym artykule opisujemy podwójny generator emulsji, który wykorzystuje współosiowe ogniskowanie przepływu do produkcji emulsji o ≤ 50 μm i jest zbudowany w całości przy użyciu miękkiej litografii 3D11. Nasze urządzenie wykorzystuje podejście typu clamshell do wytwarzania urządzeń, które zawierają mały kanał ścinający (rysunek 1) w celu przybliżenia procesów tworzenia emulsji w ciągnionej szklanej dyszy kapilarnej. Co ważniejsze, urządzenia te nie wymagają specjalnej obróbki powierzchni, a całkowicie polimerowa konstrukcja zapewnia łatwą i powtarzalną produkcję, skalowalną do dużej liczby zduplikowanych urządzeń. W tym miejscu przedstawiamy projekt, produkcję i testowanie generatora podwójnej emulsji. Wykazano, że podwójne wytwarzanie emulsji jest wytrzymałe i powtarzalne aż do kropel o średnicy 14 μm. Połączenie funkcjonalności z łatwością produkcji sprawia, że urządzenie to jest atrakcyjną opcją do opracowywania nowych zastosowań podwójnej emulsji.

<table><tbody><tr><td>Fotomaski</td><td>CadArt Servcies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3-calowe wafle silikonowe, typ P, klasa dziewicza</td> Test <td>Wafle uniwersyteckie</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 zestaw elastomerów silikonowych</td><td>Krayden</td><td>4019862</td><td></td></tr><tr><td>strzykawki 1 ml</td><td>BD</td><td></td><td></td>309628</tr><tr><td>strzykawki 10 ml</td><td>BD</td><td>309604</td><td></td></tr><tr><td>27 igieł gaugue</td><td>BD</td><td>305109</td><td></td></tr><tr><td>PE 2 rurki polietylenowe</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>Powszechnie znany jako HFE 7500</td></tr><tr><td>Biokompatybilny środek powierzchniowo czynny</td><td>Ran Biotechnologies</td><td>008-FluoroSurfaktant</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>Dodecylosiarczan&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L3771</td><td></td></tr></tbody></table>

podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (pdms)

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

Podwójne emulsje są przydatne w wielu zastosowaniach biologicznych i przemysłowych, w których ważne jest, aby mieć wodny płyn nośny. W artykule przedstawiono urządzenie mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu (PDMS) zdolne do generowania podwójnych emulsji woda/olej/woda przy użyciu współosiowej geometrii ogniskowania przepływu, którą można wytworzyć w całości przy użyciu miękkiej litografii. Podobnie jak w przypadku urządzeń emulsyjnych wykorzystujących szklane kapilary, podwójne emulsje mogą być formowane w kanałach o jednolitej zwilżalności i wymiarach znacznie mniejszych niż rozmiary kanałów. Trójwymiarową geometrię ogniskowania przepływu uzyskuje się poprzez odlewanie pary płyt PDMS za pomocą dwuwarstwowej miękkiej litografii, a następnie łączenie płyt ze sobą w konfiguracji muszli. Uzupełniające funkcje blokujące uformowane w płytach PDMS umożliwiają dokładną rejestrację cech na każdej z powierzchni płyty. Testy urządzeń wykazały tworzenie podwójnych emulsji o średnicy od 14 μm do 50 μm przy użyciu dużych kanałów, które są odporne na zanieczyszczenia i zatykanie.

Generator podwójnych emulsji składa się z urządzenia do współosiowego ogniskowania przepływu, wykonanego przy użyciu druku 3D z PDMS (Rycina 1A). Geometria ta umożliwia formowanie trójfazowego współosiowego strumienia, który zostaje ścinany w kwadratowym otworze o wymiarach 50 µm x 50 µm, co pozwala na tworzenie podwójnych emulsji w układzie woda / olej / woda (Rycina 1B, Rycina 1C). Wewnętrzna faza wodna oraz środkowa faza olejowa łączą ...

Mikroprzepływowe wytwarzanie podwójnych emulsji zazwyczaj obejmuje urządzenia o wzorzystej zwilżalności lub specjalnie wykonane elementy szklane. W tym miejscu opisujemy wytwarzanie i testowanie generatora podwójnej emulsji z polidimetylosiloksanu (PDMS), który nie wymaga obróbki powierzchni ani skomplikowanych procesów produkcyjnych i jest w stanie wytwarzać podwójne emulsje do 14 μm.

Podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (PDMS)

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 ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zbudowanie i przetestowanie mikrofluidycznego urządzenia wykonanego w całości z polidimetylosiloksanu, które wykorzystuje koaksjalną ogniskowanie przepływu do generowania podwójnych emulsji. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu chemii i biologii wymagające przesiewania o ultrawysokiej przepustowości, takich jak ukierunkowana ewolucja enzymów oraz identyfikacja rzadkich fenotypów. Główną zaletą tej techniki jest umożliwienie szybkiej produkcji generatorów podwójnych emulsji przy użyciu litografii miękkiej, bez konieczności stosowania specjalistycznych obróbek powierzchniowych.Aby rozpocząć, należy zaprojektować struktury mikroprzepływowe dla dwuwarstwowego procesu wytwarzania. Korzystając z oprogramowania AutoCAD, należy wydrukować projekty na folii do obwodów drukowanych z rozdzielczością 10 mikronów, zgodnie z opisem w przywołanej tutaj referencji. Na środek uprzednio oczyszczonego wafla krzemowego o średnicy trzech cali, umieszczonego na powlekaczu wirówkowym i przymocowanego do uchwytu, należy nanieść od jednego do dwóch mililitrów SU 8 30 35.Wirować przez 20 sekund przy 500 RPM, a następnie przez 30 s

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Prezentujemy protokoły wytwarzania i automatyzacji macierzy mikrozaworów opartych na elastomerowym polidimetylosiloksanie (PDMS), które nie wymagają dodatkowej energii do zamknięcia i charakteryzują się precyzyjnymi objętościami zdefiniowanymi fotolitograficznie. Przedstawiono równoległy mieszalnik o objętości subnanolitrowej oraz zintegrowany mikrofluidyczny system perfuzyjny.

Chip mikrofluidyczny sterowany macierzami elastomerowych mikrozaworów

Łącząc generowanie monodyspersyjnych kropli z inercyjnym porządkowaniem komórek i cząsteczek, opisujemy metodę enkapsulacji pożądanej liczby komórek lub cząsteczek w pojedynczej kropli z częstotliwością rzędu kHz. Wykazujemy wydajność dwukrotnie przekraczającą wydajność enkapsulacji nieuporządkowanej w przypadku kropli z jedną lub dwiema cząsteczkami.

Wysokoprzepustowa mikroenkapsulacja pojedynczych komórek i wielu komórek

Przedstawiono procedury używane do generowania mikrostrukturalnych wklęsłych koralików polidimetylosiloksanowych. Szczególnie podkreślono wpływ stężenia elektrolitu i tożsamości w fazie wodnej.

Wytwarzanie mikropęcherzyków wklęsłych kulek PDMS o porowatości

Montaż i ustawienie wrzeciona mitotycznego zależy od połączonych sił generowanych przez dynamikę mikrotubul, białka motoryczne i sieciery. Tutaj przedstawiamy nasze ostatnio opracowane metody, w których geometryczne uwięzienie sferycznych kropelek emulsji jest wykorzystywane do odtworzenia od dołu do góry podstawowych wrzecion mitotycznych.

Rekonstytucja podstawowych wrzecion mitotycznych w sferycznych kropelkach emulsji

Kontrola gradientów chemicznych i tlenu jest niezbędna dla hodowli komórkowych. W artykule opisano urządzenie mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu i poliwęglanu (PDMS-PC) zdolne do niezawodnego generowania kombinacji gradientów chemicznych i tlenowych do badań migracji komórek, które można praktycznie wykorzystać w laboratoriach biologicznych bez wyrafinowanego oprzyrządowania.

Urządzenia mikroprzepływowe z polidimetylosiloksanu i poliwęglanu do badań migracji komórek w prostopadłych gradientach chemicznych i tlenu

Tutaj prezentujemy protokół ilustrujący procesy produkcji i eksperymenty weryfikacyjne pół-trójwymiarowego (pół-3D) mikroprzepływowego chipa skupiającego przepływ do tworzenia kropel.

Wytwarzanie kropelek diakrylanu z poli(glikolu etylenowego) o kontrolowanej wielkości za pomocą pół-3-wymiarowych urządzeń mikroprzepływowych z ogniskowaniem przepływu

Opisano proces wytwarzania wielowarstwowego, mikroprzepływowego urządzenia opartego na PDMS, które umożliwia przeprowadzanie reakcji transkrypcji i translacji in vitro (IVTT) przez dłuższy czas. Ponadto zapewniony jest kompleksowy przegląd sprzętu i oprogramowania wymaganego do automatyzacji i utrzymania tych reakcji przez dłuższy czas.

Wielowarstwowa platforma mikroprzepływowa do prowadzenia przedłużonej ekspresji genów bez komórek

Testy kropelek wody w oleju są przydatne do chemii analitycznej, ewolucji enzymów i analizy pojedynczych komórek, ale zazwyczaj wymagają mikrofluidyki do formowania kropel. W tym miejscu opisujemy emulgację z szablonami cząstek, bezprzepływowe podejście do wykonywania testów kropelkowych.

Emulgacja szablonowa cząstek umożliwia oznaczanie kropel bez mikroprzepływowości

Prezentacja dwuwarstwowego urządzenia opartego na polidimetylosiloksanie (PDMS) do produkcji bibliotek kombinatorycznych w emulsjach (korkach) typu woda w oleju jest przedstawiona. Niezbędny sprzęt i oprogramowanie wymagane do automatyzacji produkcji zatyczek jest szczegółowo opisane w protokole, a także pokazano produkcję ilościowej biblioteki zatyczek fluorescencyjnych.

Dwuwarstwowe urządzenie mikroprzepływowe do kombinatorycznej produkcji korków

Protokół ten przedstawia ulepszoną procedurę wyjmowania z formy dla techniki podwójnego odlewania polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez wprowadzenie oleju silikonowego jako nieadhezyjnej bariery między warstwami PDMS. W przeciwieństwie do metod plazmowej lub chemicznej modyfikacji powierzchni, podejście to nie wymaga specjalistycznego ani kosztownego sprzętu, co czyni je bardziej dostępną i opłacalną alternatywą.

Ulepszone podwójne odlewanie polidimetylosiloksanu (PDMS) poprzez obróbkę olejem silikonowym w celu gęsto upakowanej replikacji mikrostruktury

Naucz się wytwarzać podwójne emulsje za pomocą mikrofluidycznego urządzenia PDMS z wykorzystaniem współosiowego ustawiania ostrości przepływu. Ta metoda umożliwia szybką produkcję bez specjalistycznych obróbek powierzchniowych.

Podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (PDMS) (Wideo) | JoVE Journal

Podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (PDMS)

Przeglądaj więcej filmów