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

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie tworzenia kropel mikroprzepływowych, w tym wytworzenia półtrójwymiarowego chipa PDMS skupiającego przepływ i wytworzenia czystych kropel PGD. Główną zaletą tej taktyki jest to, że urządzenie do ogniskowania przepływu pół-3D zapewnia większe tereny testowe dla formy do ogniskowania przepływu. Pure PGD zapewnia, że stosunek cząstek PGD jest niższy niż 10%Implikacje tej techniki można rozszerzyć na wiele implikacji biochemicznych ze względu na większy stosunek powierzchni do objętości.

Dysza, zastosowania na dużą skalę będą korzystne dla tej techniki przy zużyciu kilku mikrolitrów próbki. Teraz ta metoda może dostarczyć informacji na temat powstawania kropel PGD. Może być również stosowany w innych systemach, takich jak analiza ogniskowania przepływu wyposażona w gaz.

Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały problemy z powodu zatkania otworu i niestabilności formy strumieniowej końcówki. Ta metoda ma kluczowe znaczenie, ponieważ wytwarzanie chipów z ogniskowaniem przepływu pół3D jest trudne do nauczenia, ponieważ wyrównanie górnych i dolnych warstw PDMS w celu ręcznego wytwarzania półpłynnego chipa nie jest sprawdzane. Zaprojektuj dwie maski fotograficzne przy użyciu standardowych technik.

Użyj dwóch oddzielnych warstw dla maski pierwszej i drugiej w tym samym pliku rysunku, aby upewnić się, że wszystkie połączenia są wyrównane między różnymi kanałami. Maska pierwsza zawiera rozproszony fazowy kanał wlotowy i kryzę, podczas gdy maska druga zawiera kanał wlotowy fazy ciągłej, filtr i wylot. Użyj dwóch znaczników wyrównania i wydrukuj różne warstwy niezależnie na chromowanej płycie na szkle.

Następnie w wyznaczonym laboratorium fotolitograficznym umieść czystą płytkę krzemową o średnicy 3 cali na powlekarce wirowej i włącz próżnię, aby przymocować wafel do uchwytu wirowego. Wiruj od dwóch do trzech mililitrów ujemnego fotorezystu SU-8 2025 na płytce przez 10 sekund przy 1,000 obr./min. Następnie zmień prędkość na 3 000 obr./min na 30 sekund.

Zapewni to grubość warstwy 20 mikronów dla pierwszej warstwy. Pierwszą warstwę upiecz na miękko, kładąc ją na płycie grzejnej o temperaturze 95 stopni Celsjusza na sześć minut. Następnie wyjmij wafel i pozwól mu ostygnąć z powrotem do temperatury pokojowej.

Wystaw miękko upieczony wafel na maskę numer jeden pod skolimowanym światłem UV przez 18 sekund. Po wystawieniu na działanie promieni UV upiecz wafel na płycie grzejnej o temperaturze 95 stopni Celsjusza przez sześć minut. Następnie pozwól wafli ostygnąć z powrotem do temperatury pokojowej.

Powtórz proces wirowania po raz drugi, używając dwóch do trzech mililitrów ujemnego fotorezystu SU-8 2100. Wiruj wafel przez 10 sekund z prędkością 1 000 obr./min, a następnie z prędkością 2 000 obr./min przez 30 sekund. Zapewnia to grubość drugiej warstwy 130 mikronów.

Po miękkim upieczeniu wafla na płycie grzejnej o temperaturze 95 stopni Celsjusza przez 35 minut, ułóż maskę numer dwa na drugiej warstwie fotorezystu i wystaw ją na działanie światła UV przez 30 sekund. Następnie piecz go na płycie grzejnej o temperaturze 95 stopni Celsjusza przez siedem minut. Po schłodzeniu z powrotem do temperatury pokojowej rozwinąć wafel, zanurzając go w mieszanej kąpieli 50 mililitrów octanu eteru metylowego glikolu propylenowego, aż cechy staną się wyraźne na płytce.

Następnie umyj wafel alkoholem etylowym. Na koniec umieść wafel na platformie termostatycznej i piecz go na twardo w temperaturze 95 stopni Celsjusza przez dwie godziny. Mieszaj monomer PDMS i jego utwardzacz przez cztery minuty w proporcji 10:1 dla warstwy górnej i 8:1 dla warstwy dolnej.

Za pomocą automatycznego mieszadła do maści umieść wafel silikonowy na 90-milimetrowej szalce Petriego, a następnie wlej mieszaninę PDMS w proporcji 8:1 na formę na grubość od dwóch do trzech milimetrów. Następnie odgazuj PDMS w komorze próżniowej, aż wszystkie pęcherzyki znikną. Umieść szalkę Petriego w piekarniku i utwardź PDMS w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez godzinę.

Po schłodzeniu z powrotem do temperatury pokojowej użyj skalpela, aby odciąć urządzenie w odległości co najmniej trzech milimetrów od elementów i powoli oderwij warstwę PDMS od płytki krzemowej. Następnie przebij wlot fazy rozproszonej, wlot fazy ciągłej i wylot w górnej warstwie PDMS za pomocą stempla o średnicy 0,75 milimetra. Oczyść powierzchnię PDMS taśmą samoprzylepną, aby usunąć wszelkie cząsteczki kurzu.

Następnie umieść jednocześnie górną i dolną warstwę PDMS w urządzeniu do czyszczenia plazmowego i wystawiaj na działanie plazmy przez dwie minuty o mocy 300 watów. Bezpośrednio po ekspozycji plazmowej umieść górną warstwę na dolnej warstwie i przesuwaj powierzchnie względnie, aż cechy zostaną wyrównane patrząc przez mikroskop stereoskopowy. Utwardź urządzenie w piekarniku w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez jeden dzień, aby zwiększyć jego wytrzymałość i zakończyć wiązanie.

Na początek przygotuj roztwór fazy ciągłej, rozpuszczając 18% niejonowego środka powierzchniowo czynnego na bazie silikonu w heksadekanie. Następnie przygotuj roztwór fazy rozproszonej, zaczynając od hydrofilowego diakrylanu kołków, jednego milimola na litr barwnika fluorescencyjnego i dodając pięć miligramów na mililitr fotoinicjatora. Napełnij jednomililitrowe zbiorniki pneumatycznego regulatora ciśnienia fazą ciągłą.

Następnie napełnij 200-mikrolitrową końcówkę ładującą żel fazą zdyspergowaną. Umieść pół-3D urządzenie mikroprzepływowe na stoliku odwróconego mikroskopu optycznego wyposażonego w szybką kamerę. Następnie podłącz rurkę z fluorowanym etylenem i propylenem do wybitego otworu fazy ciągłej, najpierw podłączając ją do krótkiej rurki ze stali nierdzewnej, wkładając rurkę do końca końcówki ładującej żel i umieszczając końcówkę w wybitym otworze fazy rozproszonej.

Następnie włóż rurkę FEP o długości 20 cm do wylotu urządzenia, a koniec umieść w szalce Petriego. Ustaw ostrość mikroskop odwrócony na obszarze, który zawiera przecięcie dwóch faz, obszar kryzy i kanał dolny. Następnie należy ustawić ciśnienia obu faz za pomocą podłączonego pneumatycznego regulatora ciśnienia.

Ustaw fazę rozproszoną na 15 milibarów, a fazę ciągłą na 30 milibarów. Odczekaj trzy minuty, aż ciśnienie się ustabilizuje i zostanie osiągnięty stabilny przepływ płynu, bez pęcherzyków lub pozostałości PDMS. Następnie ustaw ciśnienie fazy rozproszonej jako ciśnienie na poziomie podstawowym układu na 45 milibarów.

Zwiększaj ciśnienie fazy ciągłej, aż tryb rozpadu emulsji zmieni się z trybu natryskiwania na tryb strumieniowania końcówki. Następnie odczekaj pięć minut, aż się ustabilizuje. Po ustawieniu umieść koniec rurki łączący otwór wylotowy z szalką Petriego i zbierz kropelki.

Wystaw je na działanie światła UV, gdzie szybko zestalą się w kulki. Ze względu na różnicę głębokości kanału fazy rozproszonej i kanału fazy ciągłej, przepływ fazy rozproszonej jest ściskany we wszystkich kierunkach przez ciągły przepływ fazy. W rezultacie tworzy się symetryczna stożkowa końcówka cieczy, która w sposób ciągły wytwarza kropelki.

Wielkość kropel zmienia się pod wpływem stosunku ciśnień przepływu faz rozproszonych i ciągłych. W tym przypadku ciśnienie fazy ciągłej jest modyfikowane tak, aby wpływać na siłę natarcia, tak że procesy rozpadu kropli zmieniają się z trybu natryskiwania na tryb strumieniowania końcówki. Kropelki są zestalane przez fotopolimeryzację, tworząc cząstki po wyjściu z chipa.

Pokazane tutaj kropelki zostały uformowane przy różnych proporcjach ciśnienia. Uzyskany promień kropli ma odwrotną zależność od stosunku ciśnienia fazy ciągłej do fazy rozproszonej. Technika ta toruje drogę naukowcom w dziedzinie zastosowań biologicznych i zapewnia potężne narzędzie do odkrywania leków, syntezy biomolekuł i testowania diagnostycznego.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wytwarzać półtrójwymiarowe chipy mikroprzepływowe i jak wyprodukować kilka mikrokropelek PGD. Nie zapominaj, że praca z fotorezystem PGMEA może być bardzo niebezpieczna, a środki ostrożności, takie jak noszenie jednorazowych rękawiczek i maski, powinny być zawsze zabierane podczas wykonywania tej procedury.