Produkcja urządzeń o dopasowanym współczynniku załamania światła dla mikrofluidyki biomedycznej

Metoda ta może pomóc w rozwiązaniu ważnego wyzwania, jakim jest połączenie mikroskopii z mikrofluidyką, umożliwiając dopasowanie współczynnika załamania światła między strukturą mikrokanału a ośrodkami wodnymi wewnątrz kanału. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ona kompatybilna z metodami wytwarzania powszechnie stosowanymi do tworzenia urządzeń mikroprzepływowych. Kolejną kluczową zaletą naszego podejścia jest metoda stosowana do uszczelniania mikrokanalików wykonanych z materiałów o niskiej adhezji, co jest częstym problemem wśród polimerów o dobrze załamującym się współczynniku załamania światła.

Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ kroki mające na celu uszczelnienie kanału mogą być trudne do prawidłowego wykonania. Na przykład ważne jest, aby zbiorniki były drożne podczas zaciskania. Rozpocznij tę procedurę od wytworzenia polidimetylosiloksanu lub PDMS, ujemnego, zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Następnie napełnij negatyw PDMS 400 mikrolitrami MY-133-V-2000. Negatyw musi być lekko przepełniony. Umieść negatyw PDMS wypełniony MY-133-V-2000 w komorze próżniowej na dwie godziny, aby usunąć wszelkie pęcherzyki.

Po wyjęciu MY-133-V-2000 z komory próżniowej, dociśnij szklany szkiełko do górnej części lekko przepełnionego negatywu, aby utworzyć płaską powierzchnię MY-133-V-2000 i zapobiec hamowaniu polimeryzacji tlenu. Następnie włóż MY-133-V-2000 do 400-watowego piekarnika UV. Ustaw promieniowanie UV na 50% maksymalnej intensywności na 300 sekund, aby utwardzić mikrokanał.

Jest to moc około 4,5 dżuli na centymetr kwadratowy, czyli mniej więcej dwa razy więcej niż minimalna moc utwardzania zalecana przez producenta. Po przecięciu akrylu zgodnie z opisem w protokole tekstowym umieść dwie małe krople na krawędzi akrylu, a następnie użyj jednorazowego narzędzia, aby równomiernie rozprowadzić klej. Umieść szklane podłoże na akrylu i pozwól klejowi wyschnąć, wykorzystując ciężar szkła, aby utrzymać go na miejscu.

Pokryj odsłonięte szkło 100 mikrolitrami PDMS za pomocą pipety wyporowej. Następnie włóż warstwę bazową do próżniowej powlekarki wirowej, aby równomiernie pokryć szkło folią PDMS o grubości około 10 mikrometrów z prędkością 1500 obr./min przez dwie minuty. Usuń warstwę bazową z powlekarki wirowej i ostrożnie zetrzyj nadmiar PDMS, który pokrył akryl, acetonem i ręcznikiem papierowym.

Uważaj, aby nie naruszyć nieutwardzonego PDMS. Teraz upiecz warstwę bazową z PDMS w piekarniku w temperaturze 65 stopni Celsjusza przez dwie godziny, aby utwardzić PDMS. Odpipetuj jeden mililitr PDMS na szklane szkiełko, a następnie użyj innego szklanego szkiełka, aby równomiernie rozprowadzić PDMS, aż zacznie wyciekać po bokach.

Utwardź to na gorącej płycie w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez 10 minut. Wytnij utwardzony PDMS na prostokąt o takich samych wymiarach jak urządzenie MY-133-V-2000. Następnie, używając środkowej warstwy akrylu jako formy, przebij otwory na zbiornik i wytnij kwadratowe okienko w PDMS, aby wykonać uszczelkę PDMS.

Teraz wyjmij utwardzony MY-133-V-2000 z pieca UV i wyjmij kanał z negatywu i umieść go na płaskim podłożu stroną kanałową skierowaną do góry. Usuń warstwę bazową zawierającą utwardzony PDMS z pieca o temperaturze 65 stopni i umieść ją na podłożu. Następnie umieść podłoże zarówno z kanałem MY-133-V-2000, jak i warstwą bazową w myjce plazmowej tlenowej.

Ustaw podciśnienie na 200 militorów, a poziom częstotliwości radiowej na wysoki. Przystąp do obróbki powierzchni, przygotuj, kanał i szklane podłoże przez 30 sekund. Plazma tlenowa powinna świecić na niebiesko, gdy odkurzacz plazmowy jest włączony.

Po 30 sekundach usuń zarówno mikrokanaliki, jak i warstwę podstawową z myjki plazmowej. Za pomocą kleszczy natychmiast umieść kanał MY-133-V-2000 stroną do dołu w prostokątnym wycięciu w akrylowej warstwie podstawowej, tak aby stykał się z PDMS. Teraz umieść uszczelkę PDMS na górze urządzenia MY-133-V-2000, wyrównując otwory w uszczelce ze zbiornikami w urządzeniu.

Zastosowanie tej uszczelki PDMS ma kluczowe znaczenie, ponieważ PDMS jest bardziej elastyczny niż MY-133-V-2000 i dlatego może być bardziej ściśnięty. Pozwala to na przeniesienie siły z akrylu do mikrokanalika bez rozbijania szkła. W tym momencie umieść niedokończone urządzenie na podniesionej platformie nad stołem, aby zapewnić powierzchnię zaciskową do montażu urządzenia.

Następnie usuń trzy mililitry cementu akrylowego za pomocą strzykawki. Rozprowadź wystarczającą ilość cementu akrylowego na wierzchu warstwy podstawowej, aby zapewnić cienką powłokę. Płaszcz powinien być jak najbardziej równy i nie pozwól, aby materiał wsiąkł do kanału.

Teraz umieść środkową warstwę akrylową na wierzchu akrylowej warstwy podstawowej. Upewnij się, że otwory pokrywają się ze zbiornikami kanału MY-133-V-2000. Zaciśnij środkową warstwę na warstwie podstawowej tak mocno, jak to możliwe i przytrzymaj ją przez dwie minuty, aż cement stwardnieje, aby połączyć ze sobą kawałki akrylu.

Upewnij się, że zbiorniki nie są zatkane podczas tego kroku, aby zapobiec uwięzieniu powietrza pod urządzeniem MY-133-V-2000. Powietrze uwięzione między MY-133-V-2000 a podłożem pozostanie uwięzione, jeśli zbiorniki zostaną zatkane. Spowoduje to nieszczelności w gotowym urządzeniu.

Dlatego bardzo ważne jest, aby na tym etapie otwory nie były zasłonięte. Po stwardnieniu cementu usuń ciśnienie z urządzenia. Umieść cement akrylowy na warstwie środkowej w miejscach przewidywanego kontaktu z wierzchnią warstwą akrylu.

Teraz umieść górną warstwę akrylu na środkowym kawałku akrylu, upewniając się, że otwory są wyrównane ze zbiornikami. Pozostaw go na ławce na dwie minuty, aż cement akrylowy wyschnie. Przetestuj urządzenie MY-133-V-2000, dodając 10 mikrolitrów barwnika spożywczego lub wody dejonizowanej do jednego z otworów zbiornika w celu przetestowania przyczepności i przepływu.

Włóż rurkę do przeciwległego zbiornika i podłącz drugi koniec do syfonu próżniowego. Włącz próżnię, aby przeciągnąć barwnik lub wodę przez kanał, aby upewnić się, że powstało udane urządzenie. Sprawdź pod mikroskopem, czy w kanale lub zbiorniku nie ma wycieków.

Za pomocą próżni usuń barwnik z obu zbiorników. Następnie przepłucz zbiorniki etanolem. Umieść etanol w jednym zbiorniku.

Przeciągnąć etanol za pomocą próżni. Pozostaw etanol w temperaturze pokojowej na 10 minut. Dokładnie spryskaj kanał etanolem i włóż go do sterylnego naczynia polistyrenowego.

Owiń go szczelnie Parafilm i przechowuj, aż będzie potrzebny. Przedstawiona tutaj mapa cieplna przedstawia masę przylegających do FOD komórek MCF-7 w mikrokanale. Niewiele artefaktów jest widocznych w pobliżu ścian mikrokanału.

W tym pomiarze można zobaczyć pojedynczą odpowiednią komórkę MCF-7 na krawędzi mikrokanału przy ścianie. Brak artefaktów w pobliżu ściany pozwala na uzyskanie precyzyjnych pomiarów ilościowych, nawet gdy komórki znajdują się w bliskiej odległości od ściany kanału. Ten ostatni rysunek przedstawia parę komórek MCF-7 umieszczonych w pobliżu ściany mikrokanału.

Masę tych komórek w każdym pikselu można precyzyjnie zmierzyć za pomocą ilościowej mikroskopii fazowej. Postępując zgodnie z tym protokołem, ważne jest, aby nie zasłaniać zbiorników podczas zaciskania urządzenia, gdy cement akrylowy wysycha. Zasłanianie otworów zatrzymuje powietrze między MY-133-V-2000 a podłożem.

Spowoduje to nieszczelności w kanale podczas przepływu. Zastosowanie MY-133-V-2000 jako materiału produkcyjnego dla urządzeń mikroprzepływowych zapewnia wyraźną przewagę nad tradycyjnymi materiałami poprzez znaczne zmniejszenie artefaktów w pobliżu ścianek mikrokanałów. Pozwala to na wykonywanie pomiarów ilościowych w bliskiej odległości od struktur mikrokanałowych.

Urządzenia wykonane z tym protokołem są kompatybilne z każdą powszechnie stosowaną techniką mikroskopową. Protokół ten opiera się na patografii komórki, dzięki czemu jest kompatybilny z innymi zaawansowanymi technikami mikroprzepływowymi, takimi jak sortery komórek lub generatory gradientów do badania zachowania komórek. Ogólnie rzecz biorąc, technika ta uzbraja naukowców w nowe narzędzie do biomedycznych testów mikroprzepływowych opartych na mikroskopii.

Dodatkowa precyzja, jaką zapewnia pomiarom ilościowym w mikrokanałach, ma ważne zastosowania w wielu dziedzinach, w tym w odkrywaniu leków i analizie pojedynczych komórek.