Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

זוגי אמולסיה דור שימוש בהתקן זרימת פוקוס Co-הצירית polydimethylsiloxane (PDMS)

Published: December 25, 2015 doi: 10.3791/53516
Automatic Translation
1, 2, 3,4
1Department of Pharmaceutical Chemistry, University of California, San Francisco, 2Joint UCSF/UCB Bioengineering Graduate Group, University of California, San Francisco, 3Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, University of California, San Francisco, 4California Institute for Quantitative Biosciences, University of California, San Francisco

Introduction

תחליבים זוגיים מורכבים של טיפות הופרדו משלב מוביל בשכבת ביניים, immiscible נוזל, ויש בם עניין מיוחד בשל שימושיהם האפשריים בתעשייה, תרופות, ויישומים ביולוגיים 1. במקרים מסוימים, היכולת לתמצת תרכובות ערך גבוהות בליבה של תחליב כפול מאפשרת חומר להיות מוגן ושוחרר באופן מבוקר. לדוגמא, תרופות עשויות להיות הגלומים בתנאי מסיסות אינה מתאימים למוביל הנוזל החיצוני 2. בנוסף, שכבת שמן ביניים יכולה לשמש כתבנית לכמוסת אנקפסולציה והאספקה ​​של תרופות, מוצרי קוסמטיקה, וחומרים מזינים 3. בביולוגיה, תחליבים כפולים שימושיים גם בהקרנת תפוקה גבוהה משום שהם מאפשרים מספר עצום של ניסויים תת-nanoliter להתבצע, אז זוהה ומסודר באמצעות תא הקרינה המופעל מיון מכשיר (FACS) 4,5.

אף אוזן גרון "> העיצוב של תחליבים כפולים עם מאפייני ביצועים רצויים דורשת השליטה המדויקת של גודל כפול תחליב, הרכב, ואחידות. למרות תהליכי תחליב תפזורת, כגון תחליב קרום, המשמשים בתעשייה, התחליבים וכתוצאה מכך הם polydisperse ביותר, מציגים מגוון רחב של נכסים פונקציונליים 1. תחום מיקרופלואידיקה רביב הוא באופן טבעי מתאים לדור של תחליבי monodisperse עם הרכב מבוקר בקפידה 6. דור תחליב הכפול Microfluidic הושג עם שתי אסטרטגיות עיקריות, קבלת ירידה רציפה וזרימת נימי זכוכית התמקדות. תחליבים זוגיים יכולים להיות שנוצר במכשירי PDMS מישוריים באמצעות ירידה דו-שלבי תהליך קבלת. ראשית, מימיים בשמן תחליבים נוצרים באמצעות אזור של מכשיר עם קירות ערוץ הידרופובי קבלת ירידה. הבא מים בשמן, התחליב יכול להיות זרם או reinjected לאזור קבלת טיפה עם קירות הידרופילי המתאימים לנפט במים4 קבלת לרדת. עם זאת, טיפול במשטח הידרופילי של PMDS דורש צעד ייצור נוסף ולעתים קרובות זמני 7. השיטה לשליטה והדיר ביותר ליצירת תחליבים כפולים היא על ידי זרימת שיתוף צירי התמקדות, טכניקה חלוצה באמצעות מיקרופלואידיקה נימי זכוכית, לפי סילון קונצנטריים המכיל שלושה השלבים הוא טעון דרך פתח קטן לייצור טיפות monodisperse 8. טכניקה זו מאפשרת לייצור טיפות קטנות בהרבה מממדי הערוץ, עם הגודל והרכב המדויקים של התחליב הכפול להיות פונקציה של שיעורי הזרימה של כל שלב. ההבדל הגדול בין אגל וגודל ערוץ וזרימת הנדן החיצוני המגנה מונע טיפות מיצירת קשר עם קירות הערוץ, טיוח טיפול שטח מיותר. עם זאת, מכשירי זכוכית מסוג זה מחייבים ייצור מותאם אישית של טיפים נימים מחודדים, יחד עם הרכבה ואיטום זהירים. חוקרים קודמים השתמשו litho הרך 3Dגרפיה לייצר תחליבים כפולים באמצעות זרימת התמקדות בפיסיקה, אבל המכשירים האלה מיוצרים בקטרים ​​תחליבים> 150 מיקרומטר 9,10, בערך בסדר גודל גדול יותר מאובייקטים בדרך כלל מסודרים עם FACS. חלופה אטרקטיבית תכלול את הפונקציונליות החזקה ודור אגל קטן של זרימה קואקסיאליים נימי זכוכית מתמקדת בקלות של ייצור ליתוגרפיה הרכה PDMS.

במאמר זה, אנו מתארים גנרטור תחליב כפול המשתמש בזרימת שיתוף צירי התמקדות לייצר ≤ 50 מיקרומטר תחליבים והוא בנוי כולו באמצעות 3D הרך ליתוגרפיה 11. המכשיר שלנו משתמש בגישת צדפה לפברק מכשירים הכוללים ערוץ קטן גז (איור 1) כדי להתקרב לתהליכי היווצרות תחליב בזרבובית זכוכית משך נימים. יותר מכך, התקנים אלה לא דורשים טיפול משטח ספציפי, ובניית כל הפולימר מספקת sc ייצור קל והדירalable למספר רב של מכשירים כפולים. כאן, אנו מתארים את העיצוב, ייצור, ובדיקה של גנרטור הכפול התחליב. דור תחליב זוגי מוצג להיות חזק ודיר אל קטרי טיפה של 14 מיקרומטר. הצימוד של פונקציונליות עם קלות הייצור הופך מכשיר זה אופציה מושכת עבור פיתוח של יישומי תחליב כפולים חדשים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ייצור מאסטר 1. SU8

  1. עיצוב מבני microfluidic לשני ייצור שכבה באמצעות תוכנת AutoCAD ויש עיצובים מודפסים על ידי ספק בסרט המעגלים עם 10 מיקרומטר רזולוציה. הפרטים של עיצוב מכשיר ניתנים בהתייחסות מצורף 11 וגיאומטריות הערוץ מוצגות באיור 1. השכבות צריכים לכלול סימני יישור כדי לעזור לָבוֹא בְּצִרוּף עִם תכונות מכל שכבת ייצור 12.
  2. מניחים פרוסות סיליקון בקוטר 3 אינץ 'ניקה מראש על coater ספין ולהפעיל את הוואקום להדביק אותו לצ'אק. החל 1 מיליליטר של SU8-3035 במרכז הרקיק והספין במשך 20 שניות ב 500 סל"ד, אז 30 שניות ב2,000 סל"ד, מתן עובי שכבה של 50 מיקרומטר.
  3. הסר את הרקיק ולאפות על פלטה חמה C ° 135 למשך 30 דקות. לאפשר הרקיק להתקרר לRT לפני שעבר לשלב הבא.
  4. לחשוף את הרקיק המצופה למסיכת שכבת -1 (איור 2 א
  5. מניחים את פרוסות על coater הספין ולהפעיל את הוואקום להדביק אותו לצ'אק. החל 1 מיליליטר של SU8-2050 במרכז הרקיק והספין במשך 20 שניות ב 500 סל"ד, אז 30 שניות ב1,375 סל"ד, וכתוצאה מכך שכבה המספקת עובי נוסף של 135 מיקרומטר.
  6. הסר את הרקיק ולאפות על פלטה חמה C ° 135 למשך 30 דקות, ולאחר מכן מגניב RT לפני המעבר לשלב הבא.
  7. יישר את מסכת שכבת 2 nd (איור 2) על הגיאומטריה בדוגמת ב1.3 ולחשוף את הרקיק המצופה לmW 190 collimated, 365 ננומטר LED 3 דקות. לאחר חשיפה, שם על פלטה חשמלית C ° 135 דקות 1, אז מגניב RT לפני שתמשיך לשלב הבא.
  8. לפתח את המסכות ידי טבילה באמבט עורר של אצטט אתר monomethyl פרופילן גליקול למשך 30 דקות. לשטוף את הרקיקבisopropanol ולאפות על פלטה חמה C ° 135 דקות 1. מניחים את המאסטר שפותח בצלחת פטרי 100 מ"מ ליציקת PDMS.

2. PDMS ייצור מכשיר

  1. הכן 10: 1 PDMS על ידי שילוב של 50 גרם של בסיס סיליקון עם 5 גרם של סוכן ריפוי בכוס פלסטיק. מערבבים את התכולה עם מצויד במקל מערבבים כלי סיבובי. דגה התערובת בתוך תא ייבוש למשך 30 דקות, או עד שכל בועות האוויר יוסרו.
  2. יוצקים את PDMS לתת עובי של 3 מ"מ על האדון ומניח בחזרה לייבוש לסילוק גזים נוספים. ברגע שכל הבועות יוסרו, לאפות את המכשיר ב 60 מעלות צלזיוס במשך שעה 2.
  3. חותך את המכשיר מהתבנית בעזרת אזמל ומניחים על משטח נקי עם הצד עד בדוגמת. חותך את עובש PDMS במחצית בסכין גילוח להפריד 1 שני מMaster 2 (איור 3 א). על פיסה מכילה הגיאומטריה טיפול 50 מיקרומטר נוזל הטבוע על ידי 1 הורים, אגרוף פתחי הכניסה fluidic ושקעים עם 0.75 מ"מ ביופסיה.
  4. פלזמה לטפל במכשירים בפלזמת 2 O mbar 1 למשך 60 שניות בשואב פלזמה 300 W. להרטיב את פני השטח של פיסת PDMS unpunched עם טיפת מים DI לעכב באופן זמני מליטה PDMS-PDMS ומשמש כחומר סיכה. בעת הצפייה במיקרוסקופ סטריאו, מאסטר המקום 1 בMaster 2 פני השטח והחלק את המשטחים יחסית עד נעילה מכאנית מושגת כאשר מסגרות הפסקה ומסגרות בולטות בבן זוג איור 3 א.
  5. הנח את המכשיר בתנור 60 ° C ואופה המכשיר התאסף (איור 3) לשני ימים ב 60 ° C להתאדות המים ומליטה מלאה.

3. הכנת ריאגנטים

  1. מלא מזרק 1 מיליליטר עם מים מזוקקים לשלב הפנימי.
  2. מלא מזרק 1 מיליליטר עם HFE 7500 שמן פלואור עם WT 1. % פעילי שטח פעילי שטח ביולוגית 13 בשלב האמצע.
  3. מלא מזרק 10 מיליליטר עם 10 WT. % פוליאתילןגליקול דואר (PEG) בפתרון מים המכילים 1 WT. % Tween 20 וWT 1. % סולפט dodecyl נתרן בשלב הרציף.

4. הכנת מערכת

  1. מניחים את שבב מייקרו-הנוזלי על הבמה של מיקרוסקופ הפוך בשילוב עם מצלמה דיגיטלית מסוגלים <100 μsec מהירויות תריס.
  2. הר כל המזרקים על משאבות מזרק ולצרף 27 מחטי G. צרף ~ 30 סנטימטר אורך של PE-2 צינורות במחטים ולהכניס את הקצוות למתאימים אגרוף חורים במכשיר.
  3. הכנס אורך 10 סנטימטר של PE-2 ליציאת היציאה של המכשיר ולמקם את הקצה השני במכל איסוף פסולת.
  4. ראש המכשיר על ידי הפעלת משאבות מזרק בשיעורים גבוהים של מהירויות (2,000 μl / min) עד נוזל במגזרי צינורות מגיע ליציאות הכניסה של המכשיר.

5. אמולסיה דור

  1. פוקוס מיקרוסקופ באזור שמכיל 50 מיקרומטר x 50 פתח ומיקרומטרערוץ יציאה במורד הזרם.
  2. הגדר את משאבות המזרק כדי לספק נוזלים לגנרטור הכפול התחליב בספיקות של 250 μl / שעה לשלב הפנימי, 100 μl / שעה בשלב ביניים, ו -700 μl / שעה בשלב הרציף ולחכות 10 דקות לאיזון.
  3. לשמור על שיעורי הזרימה של השלבים הפנימיים ותיכונים ב250 μl / שעה ו 100 μl / שעה, בהתאמה. הגדר את קצב הזרימה של השלב החיצוני ב1,050 μl / שעה. חכה 3-5 דקות לדור הכפול התחליבים לייצב תחת קבוצה זו של תנאי זרימה.
  4. לרכוש 5 שניות של תמונות וידאו ליום 30 בהרץ לעיבוד מחובר באמצעות ניתוח תמונה ידני.
  5. חזור על 5.3 ו -5.4 עם ספיקות נתון בטבלה 1. ספיקות השלב הפנימיות ואמצע נשארות קבועות וקצב זרימת שלב המוביל מגוון על ידי התאמת ההגדרה של משאבת המזרק.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

גנרטור הכפול התחליב מורכב ממכשיר זרימת התמקדות שיתוף צירי נוצר באמצעות ייצור 3D PDMS (איור 1 א). הגיאומטריה מאפשרת היווצרות של סילון שיתוף צירי שלושה שלבים ללהיות טעון לתוך כיכר, 50 מיקרומטר x 50 מיקרומטר פתח, המאפשרת ההיווצרות של תחליבים כפולים מים / שמן / מים (איור 1, איור 1 ג). השלב המימי הפנימי ושלב נפט אמצע הם הביאו יחד בצומת עם ממדי ערוץ 10 מיקרומטר x 50 מיקרומטר (איור 1D, נקודה "1"). בשל הידרופוביות של PDMS, חיבוקי שמן פלואור קירות הערוץ ושהיית השלב הפנימית במרכז הערוץ כנוזלים לנסוע במטוס רציף, עד להרחבת תעלת התרחבות פתאומית (1D איור, נקודה "2" ). במיקום זה, שני השלבים הפנימיים מוזרקים למרכז junc הגבוה 320 מיקרומטרtion המאפשר הקדמה יחסית קונצנטריים של שלב המוביל הימי. שלושה השלבים נאלצים 50 מיקרומטר x 50 מיקרומטר פתח (איור 1D, נקודה "3"), לפיה קצב זרימה הגבוה של המספריים שלב נושאת שני שלבים הפנימיים לזלזל ארוך, דק שמתפרקים מטיפין אחידות ( 1E איור).

ייצור 3D PDMS דורש הצימוד של שתי תבניות PDMS ייחודיות בתצורת צדפה לאחר היציקה על אדונים ליתוגרפי שתי שכבה. שכבה גבוהה 50 מיקרומטר משמשת ליצירת ערוצי טיפול הנוזל הפנימי ואמצע, יחד עם פתח הגז במאסטר 1 (איור 2 א), יחד עימו בולט חינם והפסקת מסגרות על התנגדות הורים. שכבה גבוהה 135 מיקרומטר נוסף משמשת ליצירת הנוזל המוביל וערוצי יציאה (איור 2). עצרת של גנרטור הכפול התחליב מנצלת tהוא שקוע ובולט מסגרות (איור 3 א) ליישור גיאומטרי לאחר טיפול פלזמה (איור 3).

המכשיר הכפול התחליב נבדק במגוון רחב של תנאי זרימה כדי להדגים את היווצרות הגודל משתנה, תחליבים כפולים monodisperse. בניסויים אלה, ספיקות השלב הפנימיות ואמצע הוחזקו קבועות וקצב זרימת שלב מוביל שונה כדי להשפיע על כוח הגז בדור אגל. תנאי ניסוי עוברים פרמטריזציה על ידי היחס בין תזרים השלב המוביל (ג Q) לסכום של שני השלבים הפנימיים זורמת (סכום ש). תמונות של דור אגל לניסויים שבוצעו בג ש / הסכום ש 3-57 מוצגות באיור 4. אזור מוארך המכיל את שני השלבים הפנימיים הוא ציין כדי לבלוט למיקרומטר 50 x 50 מיקרומטר פתח והפסקות לטיפין הconvected בְּמוֹרַד הַזֶרֶם. אניncreasing הזרימה של השלב המוביל (ג ש הגדלת / Q סכום) מוביל לשלבים הפנימיים שטעונים לאזורים בהדרגה דקים יותר המייצרים טיפות קטנות. תחליבים זוגיים המיוצרים על ידי המכשיר בספיקות שונות להראות מקדם קוטר ממוצע של וריאציה של 5.2%. היסטוגרמות של קטרי טיפה לערכים נבחרים של הסכום ש ג / Q גם להראות את האחידות היחסית בגודל הטיפות שנוצרו (איור 5). המכשיר מדגים יכולת ליצור תחליבים כפולים קטנים יותר באופן משמעותי את רוחב פתח, ומראה מגמת ירידה ברורה עם Q המוגבר ג / סכום Q (איור 6). בספק הגבוה ביותר זרימת שלב נבדקה, 14 מיקרומטר תחליבים כפולים נוצרו באמצעות 50 מיקרומטר x 50 מיקרומטר פתח.

איור 1
איור 1. גיאומטריה של doublגנרטור תחליב דואר. (א) מודל 3D של המכשיר המפוברק. (ב) חתך אנכי של הערוץ המרכזי מראה הקדמה של פנימי (אפור), אמצע (אדום), וספק שלבים (כחול). חתך מראה את המטוס המכיל את שני השלבים הפנימיים נכנסים פתח הרבוע (C). צפה בראש דור תחליב במכשיר (D). בצומת (1) ההזרקה של שלב ביניים הידרופובי מסתייעת PDMS הידרופילי, שגורם לו מעיל קירות הערוץ. בצומת (2) הערוץ מתרחב וסילון של שני השלבים הפנימיים הוא טעון לתוך פתח (3) בשיעור גבוה יותר של זרימת הנוזל הרציף לנקודה שבה היווצרות טיפת סיבת פיסיקה. תמונת מיקרוסקופ של דור תחליב כפול במכשיר (E). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. </ P>

איור 2
איור 2. ייצור יטוגרפי של האדונים. () המסכה המשמשת להכנה של 50 מיקרומטר תכונות. מאסטר 1 משמש לעצב את פתחי הכניסה fluidic, הצומת הפנימית / שלב אמצע, פתח דור תחליב, ושוקת הפסקה ליישור. Master 2 מכיל רכס העלה המשמש ליישור. (ב) המשמשת להכנת המסכה של 135 מיקרומטר תכונות. האדונים הם תמונות ראי המכילות את ערוצי ניתוב מוביל נוזל וערוץ היציאה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. אסיפה של מכשיר PDMS. ( לוחות טרונג>) מפוברק PDMS מכילים מסגרות שקועות ובולטות ללא תשלום. (ב) מורכב, המסגרות משתלבים לספק יישור אופטימלי של תכונות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. תמונות של תחליבים כפולים שנוצרו בשיעורי זרימה שונים. קצב הזרימה של השלב החיצוני השתנה לשנות ש ג / סכום Q, אשר ניתן בצד השמאל של כל תמונה. הגדלת סכום ג / ש ש מצמצם את הסילון של הנוזלים הפנימיים שטעון דרך פתח, יצירת טיפות קטנות יותר ויותר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

= "Jove_content" ילדה FO: לשמור-together.within עמודים = "1"> איור 5
איור 5. Histograms של טיפות כפולות תחליב גדלים בשיעורי זרימה שונים. המקדם הממוצע של וריאציה של הקוטר של טיפות תחליב המופקות בקבוצת נתונה של תנאי זרימה הוא 5.2%. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6
איור 6. קוטר אגל לעומת פרמטר קצב זרימה מנורמל. התאמת קצב הזרימה של השלב הרציף מאפשרת ייצור אמולסיות כפולות שהן 30% -100% מקוטר פתח. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. ש אני [μl / hr] מ 'ש [μl / hr] סכום ש [μl / hr] ש ג [μl / hr] ג ש / סכום ש 100 250 350 1,050 3 100 250 350 2,100 6 100 250 350 3850 11 100 250 350 5950 17 100 250 350 8050 23 100 250 350 10150 29 100 250 350 11900 34 100 250 350 17150 49 100 250 350 19,950 57

פרמטרים טבלה 1. קצב זרימה המשמשים לניסויים. השלב הפנימי וספיקות שלב ביניים (ש אני, מ 'ש) נשאר קבוע, נותן קצב זרימה משולב קבוע (סכום ש). קצב זרימת השלב המוביל (QC) מגוון כדי לייצר תחליבים כפולים בקטרים ​​שונים. ש יחס ג הסכום / Q הוא הפרמטר העיקרי nondimensional מתאר תנאי ניסוי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הגיאומטריה מניבת תחליב הכפולה המתוארת כאן נועדה לחקות את הפיזיקה של התקני נימי זכוכית 8. באלה, נימי זכוכית גליליות מיושר משמשות ליצירת סילון קואקסיאליים שלושה שלב שהוא טעון לטיפי תחליב כפולות אחידות. הפונקציה של מכשיר 3D PDMS תלויה ביישור של תכונות קטנות שנוצרו עם 50 מיקרומטר ייצור גבוה עם ערוצי שלב ספק שהם 320 מיקרומטר בגובה כולל המרכזי. יש פוטנציאל משמעותי לmisaligning התכונות גבוהות בדוגמת ידי מסיכת שכבת 2 nd בשלב 1.7 ביחס לגיאומטריה הגבוהה 50 מיקרומטר אם מסכות אינן מיושרות במדויק. יישור נכון יכול להסתייע בעיצוב סימני יישור, כגון מעגלים קונצנטריים למסכות לשיתוף ממוקמות בדפוסי תמונה. המליטה הפלזמה של שני החצאים PDMS של המכשיר היא תהליך שני שיכול להוביל לחוסר ישורת משמעותית של המכשיר הסופי. מליטה פלזמהשל PDMS לPDMS הוא בדרך כלל מיידית, כך בשלב 2.4 אנו מתארים את ההרטבה של פני השטח את מכשיר עם מים די לעכב מליטה ולאפשר מניפולציה כדי שניתן תהיה מותרת מסגרות היישור שמוצגים באיור 3 א לנעילה. אם זה ניסה ללא הרטבה מספקת, משטחי PDMS יהיו הפיכות קשר לפני שהגיע ליישור נכון, ומכשיר חייב להיות מסולק ותבניות PDMS חדשות שנעשו.

המכשיר הכפול התחליב נועד לנצל את טכניקות הייצור שעופרת שלמאפייני שטח אחיד הידרופובי. עם זאת, פעולה מחוץ לפרמטרים שתוארו בפרוטוקול דורשת קצת הבנה של תהליכי fluidic הנדרשים. הצומת של השלבים הפנימיים ותיכונים (איור 1D, נקודה "1"), זרימה גבוהה יחסית של השלב הפנימי וזרימה נמוכה של השלב האמצעי ליצור סילון שני שלב, עם שלב האמצע הידרופובי ציפוי קירות הערוץ. אםהזרימה היחסית של שלב ביניים גדלה, הדור של טיפות מים בשמן בדידות יתחיל להתרחש, ומבטלת את היכולת ליצור סילון תלת פאזיים עקביים להיווצרות טיפה בפתח (איור 1D, "3" נקודה ). לאחר הרחבת התעלה (איור 1D, נקודה "2"), כמות משמעותית של זרימת שלב מוביל נדרש כדי ליצור הפרדה בין גיאומטרית שלב האמצע וקירות ערוץ הידרופובי. הפחתה בזרימת שלב מוביל סופו של דבר תוביל לשלב אמצע הרטבת קירות מכשיר הידרופובי. ירידה משמעותית בזרימת שלב המנשא עשויה ליצור תנאי זרימה שאינם מספיקים לגזירת השלבים הפנימיים לנימה דקה וארוכה, ובכך לשנות באופן קיצוני את הפיזיקה של היווצרות כפולה טיפת תחליב.

ברגע שבנה, מכשיר זה נועד לייצר תחליבים כפולים 14-50 מיקרומטר, גודל נוח למיון באמצעות FACS המסחרימכשירים. אם תחליבים כפולים מחוץ לטווח גודל זה הם רצויים, את ממדי פתח צריכים להיות מדורגים מגודל x 50 מיקרומטר 50 מיקרומטר משמש כאן. הכיוון שהמכשיר שנועד לייצר תחליבים כפולים מים / שמן / מים עם מאפייני שטח אחיד הידרופובי, תחליבים כפולים / מים / שמן יכולים לא נוצר אלא אם כן היה פני טיפול מיושם כדי להפוך את המכשיר באופן אחיד הידרופילי.

עבודה זו ממחישה קלה לפברק מכשיר PDMS מסוגל ההיווצרות החזקה של תחליבים כפולים מים / שמן / מים. למרות שחוקרים קודמים דיווחו ההיווצרות של תחליבים כפולים במכשירים שנוצרו באמצעות יתוגרפיה 3D 14,15, התחליבים כפולים נוצרו במכשירים שלהם היו בקטרים ​​שנמדדו ב100s של מיקרומטר. המכשיר דיווח כאן מתאים לייצור תחליבים כפולים בסדר גודל קטן יותר מזה, מתן היקפים דומים לתאי יונקים וגם מתאימים למיון על ידי FACS.

למרות שתוצאות אלה עשויות גם להיות מושג באמצעות מיקרופלואידיקה נימי זכוכית, בודה מכשירי זכוכית הוא מייגע ודורש הרבה ידיים על צעדים למכשיר. למכשיר כל PDMS, ייצור מורכב במידה רבה של דפוס, מליטה, ולוחות PDMS האפייה, תהליכים שהם פשוטים, הדיר, וקלים לקנה מידה למספרים גדולים.

השירות של מכשיר lithographically מפוברק כדי לייצר תחליבים כפולים באמצעות זרימת שיתוף צירי התמקדות הודגמה. אנו מקווים כי הייצור הפשוט ופונקציונליות חזקים של עיצוב גנרטור זה כפול תחליב צריך להוביל להסתגלות שלה ליישומים מדעיים ותעשייתיים. חוקרים נרתעו בעבר על ידי הכישורים מיוחדים הנדרשים לעבודה במיקרופלואידיקה נימי זכוכית, צריכים להיות יותר נוחים להשתמש PDMS יתוגרפיה הרכה, עכשיו טכניקת מעבדה משותפת. יתר על כן, בגדלים אגל הקטנים שניתן להפיק הוא גם מתאימים לperforתא מ 'ומבחנים ביולוגיים בטיפות, וכימות ומיון FACS באמצעות. עבור יישומים תעשייתיים, זה כבר הראה כי אלו סוגים של מכשירים יכולים להיות מפוברקים למערכים וparallelized 10, מה שמאפשר שיעורים כפולים דור התחליב להגדיל על ידי הזמנות של גדלים בהשוואה למכשירים בודדים. בנוסף, היכולת ליצור תחליבים כפולים קטנים בערוצי זרימת התמקדות קואקסיאליים גדולים צריך להפוך את המכשיר עמיד לעכירות וסתימה, שהוא קריטי כאשר parallelizing המכשירים שנועדו להפעיל לתקופות ארוכות ללא התערבות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על פרס מחקר ממכון קליפורניה לBiosciences כמותי (QB3), פרס גאפ גישור מטעם קרן משפחת רוג'רס, קליפורניה בסן פרנסיסקו / סנדלר תכנית הקרן למחקר ביו-רפואי פריצת דרך, מענק מBASF, וNSF דרך על ידי תכנית לימודי בתחילת פיתוח קריירה (קריירה) (DBI-1,253,293).

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

ביו-הנדסה גיליון 106 מיקרופלואידיקה אגל תחליב כפול ליתוגרפיה הרכה זורם התמקדות microfabrication PDMS
זוגי אמולסיה דור שימוש בהתקן זרימת פוקוס Co-הצירית polydimethylsiloxane (PDMS)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cole, R. H., Tran, T. M., Abate, A.… More

Cole, R. H., Tran, T. M., Abate, A. R. Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device. J. Vis. Exp. (106), e53516, doi:10.3791/53516 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter