Summary
यहां हम न्यूनतम वित्तीय और समय निवेश के साथ कस्टम माइक्रोफ्लूइडिक उपकरणों को डिजाइन और बनाने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। इसका उद्देश्य जैव चिकित्सा अनुसंधान प्रयोगशालाओं और शैक्षिक सेटिंग्स में माइक्रोफ्लूइडिक प्रौद्योगिकियों को अपनाने की सुविधा प्रदान करना है।
Abstract
माइक्रोफ्लूइडिक उपकरण नैनो से लेकर सबमिलीमीटर तराजू तक के चैनलों में तरल पदार्थ, कणों, कोशिकाओं, सूक्ष्म आकार के अंगों या जीवों के हेरफेर के लिए अनुमति देते हैं। जैविक विज्ञान में इस तकनीक के उपयोग में तेजी से वृद्धि ने उन तरीकों की आवश्यकता को प्रेरित किया है जो अनुसंधान समूहों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए सुलभ हैं। वर्तमान निर्माण मानकों, जैसे PDMS संबंध, महंगी और समय लेने वाली लिथोग्राफिक और संबंध तकनीकों की आवश्यकता होती है । एक व्यवहार्य विकल्प उपकरण और सामग्री का उपयोग है जो आसानी से सस्ती हैं, न्यूनतम विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है और डिजाइनों के तेजी से चलना के लिए अनुमति देती है। इस काम में हम पीईटी-लेमिनेट (पीईटीएल) डिजाइन और उत्पादन के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं, माइक्रोफ्लूइडिक उपकरण जो सस्ती हैं, बनाने में आसान हैं, और माइक्रोफ्लूइडिक्स प्रौद्योगिकी के अन्य दृष्टिकोणों की तुलना में उत्पन्न करने के लिए काफी कम समय का उपभोग करते हैं। वे थर्मल बंधुआ फिल्म चादरें से मिलकर बनता है, जिसमें चैनलों और अन्य सुविधाओं को एक शिल्प कटर का उपयोग करपरिभाषित किया जाता है । पीईटीएल क्षेत्र-विशिष्ट तकनीकी चुनौतियों को हल करते हैं, जबकि नाटकीय रूप से गोद लेने के लिए बाधाओं को कम करते हैं। यह दृष्टिकोण अनुसंधान और शैक्षिक दोनों सेटिंग्स में माइक्रोफ्लूइडिक्स उपकरणों की पहुंच की सुविधा प्रदान करता है, जो जांच के नए तरीकों के लिए एक विश्वसनीय मंच प्रदान करता है।
Introduction
माइक्रोफ्लूइडिक्स छोटे तराजू पर तरल पदार्थ नियंत्रण को सक्षम बनाता है, जिसमें माइक्रोलीटर (1 x10-6 एल) से लेकर पिकोलेटर्स (1 x10-12 एल) तक की मात्रा होती है। माइक्रोप्रोसेसर उद्योग1से उधार लिए गए माइक्रोफैब्रिकेशन तकनीकों के अनुप्रयोग के कारण यह नियंत्रण संभव हो पाया है । चैनलों और कक्षों के सूक्ष्म आकार के नेटवर्क का उपयोग उपयोगकर्ता को छोटे आयामों की विशिष्ट भौतिक घटना विशेषता का लाभ उठाने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, माइक्रोमीटर पैमाने पर, लेमिनार प्रवाह का उपयोग करके तरल पदार्थों में हेरफेर किया जा सकता है, जहां चिपचिपा ताकतें जड़ता हुई ताकतों पर हावी होती हैं। नतीजतन, विसारक परिवहन माइक्रोफ्लूइडिक्स की प्रमुख विशेषता बन जाता है, और मात्रात्मक और प्रायोगिक रूप से अध्ययन किया जा सकता है। इन प्रणालियों को फिक के कानूनों, ब्राउनियन मोशन थ्योरी, हीट समीकरण और/या नेवर-स्टोक्स समीकरणों का उपयोग करके ठीक से समझा जा सकता है, जो द्रव यांत्रिकी और परिवहन घटना2के क्षेत्र में महत्वपूर्ण व्युत्पन्न हैं ।
क्योंकि जैविक विज्ञान में कई समूह सूक्ष्म स्तर पर जटिल प्रणालियों का अध्ययन करते हैं, इसलिए मूल रूप से यह सोचा गया था कि जीव विज्ञान2,3में अनुसंधान अनुप्रयोगों पर माइक्रोफ्लूइडिक उपकरणों का तत्काल और महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ेगा। यह झिल्ली में या एक कोशिका के भीतर छोटे अणुओं के परिवहन में प्रसार के प्रमुख होने के कारण है, और कोशिकाओं और सूक्ष्मजीवों के आयाम उप-मिलीमीटर प्रणालियों और उपकरणों के लिए एक आदर्श मैच हैं। इसलिए, जिस तरह से सेलुलर और आणविक प्रयोग आयोजित किया जाता है उसे बढ़ाने की महत्वपूर्ण संभावनाएं थीं । हालांकि, जीव विज्ञानियों द्वारा माइक्रोफ्लूइडिक प्रौद्योगिकियों को व्यापक रूप से अपनाना उम्मीदों से पिछड़ गया है। प्रौद्योगिकी हस्तांतरण की कमी का एक सरल कारण इंजीनियरों और जीव विज्ञानियों को अलग करने वाली अनुशासनात्मक सीमाएं हो सकती हैं। कस्टम डिवाइस डिजाइन और निर्माण सबसे जैविक अनुसंधान समूहों की क्षमताओं के ठीक बाहर बने हुए हैं, जिससे वे बाहरी विशेषज्ञता और सुविधाओं पर निर्भर हैं । संभावित अनुप्रयोगों के साथ अपनेपन की कमी, लागत, और डिजाइन-पुनरावृत्ति के लिए आवश्यक समय भी नए दत्तक के लिए महत्वपूर्ण बाधाएं हैं। यह संभावना है कि इन बाधाओं को नवाचार में खलल न डालें और जैविक विज्ञान में चुनौतियों का समाधान करने के लिए माइक्रोफ्लूइडिक्स के व्यापक अनुप्रयोग को रोकने का प्रभाव पड़ा है ।
बिंदु में एक मामला: 1990 के अंत के बाद से नरम फोटोलिथोग्राफी माइक्रोफ्लूइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए पसंद की विधि रही है । पीडीएम (पॉलीडिमेथिलसिलॉक्सेन, सिलिकॉन आधारित कार्बनिक बहुलक) पारदर्शिता, विकृति और बायोअनुकूलता5जैसे भौतिक गुणों के कारण व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री है। इस तकनीक ने बड़ी सफलता का आनंद लिया है, जिसमें लैब-ऑन-ए-चिप और ऑर्गन-ऑन-ए-चिप उपकरणों को लगातार इस प्लेटफॉर्म6पर विकसित किया जा रहा है । हालांकि, इन प्रौद्योगिकियों पर काम करने वाले अधिकांश समूह इंजीनियरिंग विभागों में पाए जाते हैं या उनसे मजबूत संबंध हैं। लिथोग्राफी आमतौर पर मोल्डऔर विशेष संबंध उपकरणों के निर्माण के लिए साफ कमरे की आवश्यकता होती है। कई समूहों के लिए, यह मानक पीडीएफएम उपकरणों को उनकी पूंजीगत लागत और लीड-टाइम के कारण आदर्श से कम बनाता है, खासकर जब बार-बार डिजाइन संशोधन करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, प्रौद्योगिकी ज्यादातर औसत जीवविज्ञानी के लिए दुर्गम है और विशेष इंजीनियरिंग प्रयोगशालाओं के लिए उपयोग के बिना छात्रों के लिए । यह प्रस्ताव किया गया है कि माइक्रोफ्लूइडिक उपकरणों को व्यापक रूप से अपनाया जाए, उन्हें आमतौर पर जीवविज्ञानियों द्वारा उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के कुछ गुणों की नकल करनी चाहिए । उदाहरण के लिए, सेल संस्कृति और बायोएस्केस के लिए उपयोग किए जाने वाले पॉलीस्टीरिन सस्ती, डिस्पोजेबल और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उत्तरदायी हैं। इसके विपरीत, पीडीएम आधारित माइक्रोफ्लूइडिक्स का औद्योगिक विनिर्माण कभी भी अपनी यांत्रिक कोमलता, सतह उपचार अस्थिरता और गैस परगम्यता5के कारण महसूस नहीं किया गया है। इन सीमाओं के कारण, और "इन-हाउस" निर्मित अनुकूलित उपकरणों का उपयोग करके तकनीकी चुनौतियों को हल करने के लक्ष्य के साथ, हम एक वैकल्पिक विधि का वर्णन करते हैं जो xurography7,8,9 प्रोटोकॉल और थर्मल लेमिनेशन का उपयोग करता है। कम पूंजी और समय निवेश से यह तरीका अपनाया जा सकता है।
पीईटीएलएस पॉलीथीन टेरेफ्थैलेट (पीईटी) फिल्म का उपयोग करके गढ़े जाते हैं, जो थर्मोचिपकसिव एथिलीन-विनाइल एसीटेट (ईवा) के साथ लेपित होते हैं। दोनों सामग्री व्यापक रूप से उपभोक्ता उत्पादों में उपयोग किया जाता है, जैव संगत हैं और न्यूनतम लागत10पर आसानी से उपलब्ध हैं। पीईटी/ईवा फिल्म लेमिनेटिंग पाउच या रोल के रूप में प्राप्त की जा सकती है। आमतौर पर शौकी या क्राफ्ट स्टोर में पाए जाने वाले कंप्यूटर नियंत्रित क्राफ्ट कटर का उपयोग करके, चैनलों को डिवाइस के आर्किटेक्चर11को परिभाषित करने के लिए एक ही फिल्मशीट से काट दिया जाता है। चैनलों को तब अतिरिक्त फिल्म (या ग्लास) परतों को लागू करके सील कर दिया जाता है जो (कार्यालय) थर्मल लेमिनेटर(चित्रा 1ए)का उपयोग करके बंधुआ होते हैं। चैनलों तक पहुंच की सुविधा के लिए छिद्रित, आत्म-चिपकने वाले विनाइल बंपर जोड़े जाते हैं। निर्माण समय 5 से 15 किमी तक है, जो तेजी से डिजाइन पुनरावृत्ति की अनुमति देता है। पीईटीएल बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सभी उपकरण और सामग्री व्यावसायिक रूप से सुलभ और सस्ती (<350 USD शुरू लागत, लिथोग्राफी के लिए हजारों USDs की तुलना में) हैं। इसलिए, पीईटीएल पारंपरिक माइक्रोफ्लूइडिक्स द्वारा उत्पन्न दो मुख्य समस्याओं का एक उपन्यास समाधान प्रदान करते हैं: सामर्थ्य और समय प्रभावशीलता (पूरक तालिकाओं 1, 2में पीडीएम/पीईटीएल तुलना देखें)।
शोधकर्ताओं को अपने उपकरणों को डिजाइन और गढ़ने का अवसर प्रदान करने के अलावा, पीईटीएल को कक्षा में आसानी से अपनाया जा सकता है क्योंकि वे उपयोग करने के लिए सरल और सहज हैं। पीईटीएल को हाई स्कूल और कॉलेज पाठ्यक्रम8में शामिल किया जा सकता है, जहां उनका उपयोग छात्रों को शारीरिक, रासायनिक और जैविक अवधारणाओं को बेहतर ढंग से समझने में मदद करने के लिए किया जाता है, जैसे प्रसार, लैमिनार प्रवाह, माइक्रोमिक्सिंग, नैनोपार्टिकल संश्लेषण, ढाल गठन और कीमोटैक्सिस।
इस काम में हम जटिलता के विभिन्न स्तरों के साथ मॉडल पीईटीएल चिप्स के निर्माण के लिए समग्र कार्यप्रवाह को दर्शाते हैं। पहले डिवाइस का उपयोग एक छोटे कक्ष में कोशिकाओं और सूक्ष्म अंगों की इमेजिंग की सुविधा के लिए किया जाता है। दूसरा, अधिक जटिल डिवाइस में कई परतें और सामग्री होती हैं, और इसका उपयोग मेचनोबायोलॉजी9में अनुसंधान के लिए किया जाता है। अंत में, हमने एक डिवाइस का निर्माण किया जो शैक्षिक उद्देश्यों के लिए कई तरल गतिशीलता अवधारणाओं (हाइड्रोडायनामिक फोकसिंग, लैमिनार प्रवाह, विसारक परिवहन और माइक्रोमिक्सिंग) को प्रदर्शित करता है। यहां प्रस्तुत कार्यप्रवाह और डिवाइस डिजाइन आसानी से अनुसंधान और कक्षा दोनों सेटिंग्स में उद्देश्यों की एक बड़ी श्रृंखला के लिए सिलवाया जा सकता है ।
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Protocol
1. डिजाइन
- उपकरणों के लिए एक आवेदन की पहचान करें और चैनल/चैंबर घटकों की सूची है कि आवश्यक हो जाएगा ।
नोट: सभी उपकरणों के इनपुट और आउटपुट चैनलों की आवश्यकता होगी। माइक्रोस्कोपी के लिए इस्तेमाल होने वाले उपकरणों के लिए इमेजिंग चैंबर की जरूरत होगी । अधिक जटिल उपकरणों के लिए कई परतों में स्थित चैनलों और कक्षों की आवश्यकता होगी। - प्रत्येक परत को हाथ से खींचने से शुरू करें, यह देखते हुए कि डिवाइस की कार्यक्षमता परतों की सुपरपोजिशन से कैसे प्रभावित होती है।
- लाइनों और आकार ड्राइंग के लिए अनुमति देता है कि किसी भी सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एक कंप्यूटर पर अंतिम डिजाइन ड्रा।
- रंगों से रहित काले, ठोस लाइनों और आकारों का उपयोग करके प्रत्येक परत को अलग से ड्रा करें। 6 या अधिक अंक की लाइन मोटाई की सिफारिश की जाती है। इस स्तर पर, चैनल और चैंबर सुविधाओं के आयाम समग्र अनुपात की तुलना में कम महत्वपूर्ण हैं।
- सुविधाओं और सुपरभव्य परतों का निर्माण करते समय कॉपी-एंड-पेस्ट फ़ंक्शन का उपयोग करें। परत चित्र के उदाहरणों के लिए चित्र 1बी देखें।
- प्रत्येक परत को क्राफ्ट कटर सॉफ्टवेयर(चित्रा 1सी)में आयात करें। तैयार डिजाइन का स्क्रीन कैप्चर बनाकर और ड्रैग एंड ड्रॉप अप्रोच का उपयोग करके ऐसा करें।
- क्राफ्ट कटर सॉफ्टवेयर (फ्री डाउनलोड) में नया दस्तावेज बनाएं। प्रदर्शित चटाई पर छवि फ़ाइल ड्रॉप। सॉफ्टवेयर सबसे छवि फ़ाइलों को पहचान लेगा।
- किसी कोने से खींचकर प्रसंस्करण की सुविधा के लिए छवि को बड़ा करें। डिजाइन अब ट्रेस फ़ंक्शन का उपयोग कर सॉफ्टवेयर द्वारा पहचाना जा सकता है।
नोट: उपयोगकर्ता इस सॉफ़्टवेयर पर सीधे डी नोवो डिज़ाइन का उत्पादन कर सकते हैं (डिजाइन पैलेट में ड्राइंग टूल का उपयोग करें)।
- डिजाइन का पता लगाने के लिए, खिड़की के दाईं ओर ट्रेस आइकन (तितली का आकार) का चयन करें और आयातित डिजाइनों का पूरी तरह से चयन करें।
- ट्रेस पूर्वावलोकन विकल्प लेबल रूपरेखाचुनें । डिजाइन से मेल खाने के लिए पीले रंग के ट्रेस को समायोजित करने के लिए थ्रेसहोल्ड और स्केल सेटिंग्स को समायोजित करें( यदि आवश्यक हो) सीमा और स्केल सेटिंग्स।
- एक बार पीला ट्रेस डिजाइन से मेल खाता है ट्रेस मेनू से ट्रेस का चयन करें। चैनलों को अब लाल रूपरेखा के रूप में दिखाया गया है। यदि लाल समोच्च डिजाइन से मेल खाता है, तो आयातित छवि का चयन और हटाया जा सकता है। डिजाइन अब आयात और आकार देने के लिए तैयार है ।
- ट्रेस किए गए डिजाइन का चयन करके और सॉफ्टवेयर द्वारा प्रदान किए गए ग्रिड का उपयोग करके डिवाइस को आकार दें। चैनलों और कक्षों की चौड़ाई और लंबाई को बदलने के लिए खींचें।
नोट: सॉफ्टवेयर माप प्रदान करता है, और छोटी लाइनों को डिवाइस के भीतर आयामों को मापने के लिए अस्थायी रूप से खींचा जा सकता है (खिड़की के बाईं ओर डिजाइन पैलेट का उपयोग करें) । कार्यात्मक चैनल-चौड़ाई आयाम 100 माइक्रोन से 900 माइक्रोन तक होते हैं। प्रारंभिक प्रोटोटाइप का परीक्षण करने के बाद आयामों को समायोजित करना पड़ सकता है। यह महत्वपूर्ण है कि सभी परतों आनुपातिक आकार के हैं, विधानसभा के दौरान उचित संरेखण सुनिश्चित करने के लिए ।- डिजाइन ठीक से आकार दिया है के बाद, डिवाइस की प्रत्येक परत के चारों ओर एक वर्ग/आयत आकर्षित करने के लिए आकार ड्राइंग मेनू पर वर्ग उपकरण का चयन करें । यह आकार सभी परतों के लिए एक ही आकार का होना चाहिए। उदाहरण के लिए चित्रा 1सी देखें।
- चैनलों तक पहुंच बंदरगाहों वाली एक अलग शीर्ष परत बनाएं। सरल डिजाइनों में एक मुख्य (मध्य) चैनल परत, एक नीचे सीलिंग परत (अक्सर ग्लास) और एक शीर्ष परत शामिल होगी जिसमें चैनलों (इनलेट्स/आउटलेट) तक पहुंचने के लिए परिपत्र छिद्र शामिल होने चाहिए।
नोट: तीन से अधिक परतों वाले डिजाइनों के लिए कई परतों में इनलेट/आउटलेट छिद्रों की आवश्यकता होगी (देखें चित्रा 1सी, चित्रा 5ए)। इन छिद्रों को पहले से ही डिजाइन में शामिल किया जा सकता है, या इस समय जोड़ा जा सकता है।- स्क्रीन के बाईं ओर ड्राइंग टूल का चयन करें। डिजाइन के इनलेट और आउटलेट बंदरगाहों पर सर्कल ड्रा करें।
- मूल डिजाइन और सर्कल दोनों की प्रतिलिपि और पेस्ट करें। अंतर्निहित डिवाइस से चैनलों को मिटा देते हैं।
नोट: यह मूल डिजाइन के अनुरूप सही स्थिति में इनलेट/आउटलेट बंदरगाहों को छोड़ देता है । आकार भी संरेखित करने के साथ सहायता करने के लिए प्रत्येक परत की परिधि में जोड़ा जा सकता है।
- प्रदर्शित चटाई पर कट जाने वाली सभी परतों की व्यवस्था करें। अब डिवाइस काटने के लिए तैयार है।
2. कटिंग
- चिपकने वाली काटने चटाई पर पसंदीदा मोटाई (3 लाख मानक है) की एक पीईटी/ईवा फिल्म (या अन्य सामग्री) लागू करें। सुनिश्चित करें कि चिपकने वाला (मैट) पक्ष का सामना करना पड़ता है और प्लास्टिक (चमकदार) पक्ष नीचे चेहरे ।
नोट: परतों के लिए तेल और सूक्ष्मकणों को शुरू करने से बचने के लिए साफ दस्ताने का उपयोग करें। - चटाई(चित्रा 1डी)के खिलाफ फिल्म समतल, सभी हवा है कि फंस गया हो सकता है हटाने । यह दस्ताने हाथ या एक रोलर का उपयोग किया जा सकता है।
- कटर पर इंगित लाइन के लिए काटने चटाई के किनारे संरेखित करें। कटर पर लोड चटाई दबाकर चटाई लोड। फिल्म की मोटाई के आधार पर 3 से 5 के बीच कटिंग ब्लेड पर सेटिंग रखें।
- कटर यूएसबी केबल को कंप्यूटर से कनेक्ट करें।
- सेंड टैब का चयन करें और एक कटिंग सेटिंग का चयन करें।
नोट: सेटिंग्स की एक भीड़ झरना मेनू पर उपलब्ध हैं । स्टीकर पेपर, क्लियर- एक सेटिंग है जो पीईटी/ईवा फिल्म के साथ अच्छी तरह से काम करती है जिसमें 3-5 लाख (75-125 माइक्रोन) की मोटाई है । विभिन्न सामग्रियों के लिए सेटिंग्स को संशोधित करें और भविष्य के उपयोग के लिए कस्टम सेटिंग्स को सहेजें।
- सेंड टैब का चयन करें और एक कटिंग सेटिंग का चयन करें।
- भेजेंक्लिक करें । कटिंग शुरू हो जाएगा(चित्रा 1ई)। सुनिश्चित करें कि चटाई के लिए कटर के पीछे पर्याप्त जगह है बेरोकटोक स्थानांतरित करने के लिए । कटर खत्म होने पर कटर पर उतारकर चटाई उतार लें। उतारने से पहले चटाई को बाहर न खींचें।
3. अलाइनमेंट
- काटने की चटाई को साफ सतह के बगल में रखें। दस्ताने हाथों के साथ, कट मैट(चित्रा 1एफ)से माइक्रोफ्लूइडिक्स डिवाइस की प्रत्येक परत को उठाने के लिए चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग करें। चैनल में बदल जाता है और झुकता चारों ओर विशेष रूप से सावधान रहें; ये विशेष रूप से नाजुक और फाड़ और warping के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं ।
- माइक्रोफ्लूइडिक्स डिवाइस की परतों को एक साफ सतह पर रखें। उन्हें डिवाइस में उनके टॉप-टू-बॉटम पोजिशन के अनुसार ऑर्डर करें(फिगर 1जी, फिगर 2ए, फिगर 5ए और फिगर 7ए)।
- डबल-तरफा टेप के छोटे (~ 3 मिमी x 10 मिमी) टुकड़े काटें जिनका उपयोग अस्थायी रूप से परतों को एक साथ संलग्न करने के लिए किया जाएगा।
- नीचे की परत से शुरू करते हुए परतों को एक-एक करके अधिरोपित करें। परतों के बीच एक कोने में दो तरफा टेप का एक छोटा सा टुकड़ा जोड़ें, किसी भी चैनल या inlets/दुकानों से दूर(चित्रा 1जी,तीर) । टेप, हालांकि आवश्यक नहीं है, परतों को स्थिर करता है और आश्वासन देता है कि वे टुकड़े टुकड़े के दौरान बदलाव नहीं करेंगे। 4 से अधिक परतों(अनुपूरक चित्रा 3)के साथ उपकरणों में परतों के संरेखण की सुविधा के लिए एक तार जिग का उपयोग करें ।
- सुनिश्चित करें कि फिल्म के चिपकने वाला (मैट-ईवा) पक्ष हमेशा डिवाइस के अंदर (भीतर-परतों भाग) का सामना करता है।
सावधानी: उजागर चिपकने वाला लेमिनेटर के आंतरिक हिस्सों के खिलाफ पिघल जाएगा और उनका पालन करेगा, जिसके परिणामस्वरूप न केवल डिवाइस का नुकसान होगा बल्कि लैमिनेटर के भविष्य के प्रदर्शन को भी प्रभावित करेगा। - एक बार सभी परतों को आरोपित कर दिया गया है, डिवाइस का निरीक्षण करें। सभी परतों के बीच में कम से कम एक ईवा पक्ष होना चाहिए, और कोई ईवा उजागर नहीं किया जाना चाहिए। गैर-ईवा कोटेड सामग्री (जैसे, पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) फिल्म, ग्लास) शुरू करते समय, दोनों पक्षों पर ईवा के साथ लेपित एक फिल्म की आवश्यकता हो सकती है, विशेष रूप से अधिक जटिल उपकरणों(चित्रा 5)के मामले में।
4. लेमिनेशन
- चालू करें और वांछित मोटाई सेटिंग के लिए लेमिनेटर सेट करें। कुछ लेमिनेटर्स 3 और 5 मिल सेटिंग्स ऑफर करते हैं, जबकि कुछ ऐसा नहीं करते हैं। 4 या अधिक परतों वाले किसी भी डिवाइस के लिए, 5-मिल सेटिंग का उपयोग करें।
- एक बार लेमिनेटर तैयार हो जाने के बाद, लेमिनेटिंग रोलर्स(चित्रा 1एच-आई)के माध्यम से डिवाइस चलाएं। अंत में रखें जिसके लिए सबसे अच्छे परिणामों के लिए डबल तरफा टेप जोड़ा गया है।
नोट: पांच या अधिक परतों के उपकरणों को गढ़ते समय, उन्हें एक से अधिक बार लेमिनेटर के माध्यम से चलाया जा सकता है। - टुकड़े टुकड़े डिवाइस को ठीक करें।
नोट: उपकरणों के लिए सलाह दी जाती है कि वे लेमिनेटर से अपनी वसूली को आसान बनाने के लिए पर्याप्त रूप से बड़े हों। यह विचार चैनलों या चिप वास्तुकला के आकार को प्रभावित नहीं करता है, यह बस एक "फ्रेम" के लिए कहता है जो आसानी से अंदर शेष के बिना लेमिनेटर के माध्यम से जा सकता है।
5. इनलेट/आउटलेट पोर्ट
- एक रोटरी उपकरण और एक 1/32 में ड्रिल बिट का उपयोग करें एक फर्नीचर बंपर के केंद्र के माध्यम से एक छोटे से छेद में कटौती करने के लिए । वैकल्पिक रूप से, बंपर छिद्रित करने के लिए 1 मिमी बायोप्सी पंच का उपयोग करें।
नोट: एक ड्रिल प्रेस की सिफारिश की है। हालांकि आकार भिन्न होते हैं, 2 मिमी x 6 मिमी व्यास के बंपर की सिफारिश की जाती है। बस से बचें "छुरा" बम्पर। जब तक सामग्री नहीं हटाई जाती, बंपर फिर से सील कर देगा(सप्लीमेंट्री फिगर 1)। ऊपर बताए गए छिद्र पॉलीथेरकेटोन (तिरछी नज़र) ट्यूबिंग, एक पिपेट और टिप, या एक कुंद सुई (16-18 जी) के साथ इंटरफेस करने के लिए होते हैं। रिवाल्विंग पंच चिमटा(अनुपूरक चित्रा 1)का उपयोग करके बड़े छिद्र प्राप्त किए जा सकते हैं। ये उपयोगी होते हैं जब बंपर तरल पदार्थ या अन्य जैविकों के लिए "जलाशय" के रूप में उपयोग किया जाता है। - सुनिश्चित करें कि छोटे चिमटी की एक जोड़ी के साथ किसी भी मलबे (ड्रिलिंग या छिद्रण के कारण) को हटाकर छिद्र पूरी तरह से स्पष्ट है।
- इनलेट/आउटलेट बंदरगाहों को सफलतापूर्वक मंजूरी देने के बाद, टुकड़े टुकड़े डिवाइस पर इनलेट/आउटलेट बंदरगाहों के साथ बंपर्स को सावधानीपूर्वक संरेखित करें(चित्रा 1जे-कश्मीर)। यह कदम डिवाइस के अंदर और बाहर तरल पदार्थों का उचित प्रवाह रखने के लिए आवश्यक है। डिवाइस के पीछे बम्पर पकड़ो, डिवाइस पर खुले प्रवेश का सामना करना पड़ चिपकने वाला चेहरा स्थिति, तो संरेखित करें और पालन करें । डिवाइस असेंबली अब पूरी हो गईहै ।
6. परीक्षण
- छिद्रित बंपर (बंदरगाहों) के माध्यम से चैनल/चैंबर आर्किटेक्चर तक पहुंचें। उपकरणों में तरल पदार्थ और जैविक तांडव कैसे करें, इसके बारे में कई विकल्प हैं।
- प्रयोगशाला या चिकित्सा/सर्जिकल ट्यूबिंग का उपयोग प्लास्टिक कनेक्टर (जैसे, लूर एडाप्टर) या कुंद सुई से संलग्न करके करें। एडाप्टर के बिना एक मानक पिपेट और टिप या झांकना ट्यूबिंग का भी उपयोग किया जा सकता है(पूरक चित्रा 2)।
- सीरिंज या पेरिस्टैटिक पंपों का उपयोग करके सीरिंज और ट्यूबिंग के साथ तरल पदार्थ का अर्क या ड्राइंग करें।
नोट: लेखन के समय ~ 300 अमरीकी से शुरू होने वाले बाजार में कई विकल्प हैं। - डिवाइस और प्रयोग के अनुसार अलग-अलग प्रवाह दर सेटिंग्स सेट करें।
नोट: हम नियमित रूप से 0.01-100 μL/min की सीमा में प्रवाह दर सेटिंग्स का उपयोग करें, लेकिन अन्य दरों का उपयोग किया जा सकता है।
चित्रा 1: निर्माण। (क)एक कार्यालय टुकड़े टुकड़े और एक शिल्प कटर निर्माण के लिए आवश्यक उपकरणों के केवल दो टुकड़े हैं । दोनों ऑनलाइन या शिल्प/कार्यालय आपूर्ति भंडार पर उपलब्ध हैं । अन्य आवश्यक उपकरणों में कैंची और चिमटी शामिल हैं। (ख)चैनल और चैंबर आर्किटेक्चर को किसी भी सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का डिजिटल रूप से बनाया जा सकता है जिसमें ड्राइंग टूल (वेक्टर ग्राफिक्स को कुछ उपयोगकर्ताओं द्वारा पसंद किया जा सकता है, लेकिन आवश्यक नहीं है)। रेखाएं और आकार एक सफेद पृष्ठभूमि के साथ काले रंग में तैयार किए जाते हैं। डिजाइन की फाइल या स्क्रीन कैप्चर को खींचकर और गिराकर क्राफ्ट कटर सॉफ्टवेयर में आयात किया जा सकता है। (ग)क्राफ्ट कटर सॉफ्टवेयर डाउनलोड करने के लिए मुफ्त उपलब्ध है और कटर को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है। सॉफ्टवेयर डिजाइन प्राप्त करता है और आकार घटाने जैसे संशोधनों के लिए अनुमति देता है। यह ड्राइंग टूल भी प्रदान करता है। (D)कटिंग मैट काटने के लिए फिल्म को कैरी करता है । यह थोड़ा चिपकने वाला है, जिससे सामग्रियों को काटने की अनुमति मिल जाती है। आंकड़ा चार अलग सामग्री लोडिंग के लिए तैयार से पता चलता है: 3 लाख मोटी पीईटी/ईवा फिल्म (ऊपर), 5 लाख मोटी पीईटी/ईवा फिल्म (बीच), 6 लाख मोटी ईवा/पीईटी/ईवा (नीचे बाएं) और पीवीसी फिल्म (नीचे सही) । (ई)कटर ब्लेड (काले रंग में) इकाई और भरी हुई चटाई प्रदर्शित करने के लिए खुला है । (एफ)काटने के बाद चिमटी का उपयोग करके व्यक्तिगत परतों को हटा लिया जाता है । चैनलों और कक्षों के कट बहिष्कार चटाई से जुड़े रहते हैं और बाद में हटा दिया और छोड़ दिया जाता है। (जी)टुकड़े करने के लिए अलग-अलग परतों को गठबंधन और आरोपित किया जाता है। लेमिनेशन के दौरान परत स्थानांतरण को संरेखित करने और रोकने में सहायता करने के लिए डबल-तरफा टेप (तीर) के छोटे टुकड़े अक्सर उपयोग किए जाते हैं। (एच, मैं) डिवाइस को लेमिनेटर के शीर्ष पर खिलाया जाता है और स्लॉट के माध्यम से बरामद किया जाता है। लेमिनेशन एक मजबूत मुहर प्रदान करता है, जिससे चैनल पथ खुले रहते हैं। (जम्मू, कश्मीर) चैनलों तक पहुंचने के लिए, छिद्रित, आत्म-चिपकने वाले विनाइल बंपर जोड़ना आवश्यक है। छवि में(जे)संरेखण के लिए "रिवर्स" दृष्टिकोण प्रदर्शित करता है, जिसमें बंपर पीठ से रखा गया है, बंपर छिद्र के साथ इनलेट/आउटलेट के दृश्य संरेखण की अनुमति । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Representative Results
कम लागत और तेजी से चलना के अलावा, पीईटीएल तकनीक को विशिष्ट चुनौतियों को हल करने के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। सबसे पहले, हम एक साधारण डिवाइस का वर्णन करते हैं जिसमें ग्लास कवरस्लिप, एक चैंबर लेयर, एक चैनल लेयर और एक इनलेट/आउटलेट लेयर(चित्रा 2)शामिल है। इस डिवाइस को लगातार प्रवाह के तहत कोशिकाओं और सूक्ष्म अंगों की इमेजिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए डिजाइन किया गया था। पोषक तत्वों और गैस विनिमय को प्रोत्साहित करने के लिए संस्कृति माध्यम को कम प्रवाह दरों पर मंगाया जाता है । गोल कक्ष में एक ग्लास बॉटम है, जो उल्टे माइक्रोस्कोप का उपयोग करके इमेजिंग के लिए अनुमति देता है। इस डिवाइस में कांच के इस्तेमाल के कम से कम दो कारण हैं। पहला प्रकाशिकी है । पीईटी और ईवा थर्मोप्लास्टिक हैं जो उनकी ऑप्टिकल पारदर्शिता और लचीलेपन के लिए उपयोग किए जाते हैं, और इमेजिंग के लिए एक इंटरफ़ेस के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं (विशेष रूप से कम आवर्धन9पर। दृश्यमान स्पेक्ट्रम में पीईटी का हल्का संचार 87 से 90%12तक है । ग्लास, हालांकि, बेहतर ऑप्टिकल गुण है और जैविक इमेजिंग में उपयोग किया जाने वाला मानक है। कांच का उपयोग करने के लिए दूसरा कारण यह है कि कोशिकाओं को अब तक परीक्षण (स्तनधारी सेल लाइनों), (अनुपचारित) पीईटी/ईवा की तुलना में इसे और अधिक आसानी से संलग्न करते हैं ।
चित्रा 2: उल्टे माइक्रोस्कोपी के लिए सरल कक्ष। (A)डिवाइस में एक ग्लास लेयर और तीन पीईटी/ईवा परतें (3 लाख मोटी) होती हैं । एक ग्लास कवरस्लिप (24 मिमी x 60 मिमी) नीचे की परत है। अगली परत इमेजिंग चैंबर के नीचे की सुविधा है। अगली परत चैंबर के शीर्ष आधा सुविधाएं और यह में/आउटलेट चैनल से जोड़ता है । इस प्रकार चैनल की ऊंचाई केवल 75 माइक्रोन है, जबकि चैंबर की ऊंचाई 150 माइक्रोन है। चैनल की चौड़ाई उपयोगकर्ता द्वारा निर्धारित की जाती है (यहां 500 माइक्रोन दिखाया गया है)। शीर्ष परत कक्ष/चैनल पथ को सील करती है और इनलेट/आउटलेट तक पहुंच प्रदान करती है । आरोपित परतें दाईं ओर दिखाई जाती हैं। (ख)तैयार डिवाइस को विज़ुअलाइज़ेशन के लिए लाल रंग के साथ संचार दिखाया गया है । Loading एक माइक्रोपाइपेट और टिप, प्रयोगशाला या चिकित्सा/सर्जिकल टयूबिंग एक कुंद सुई, या तिरछी नज़र टयूबिंग के साथ आउटफिट का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है, के रूप में दिखाया गया है । (ग)चैनल/चैंबर डिजाइन को एक ही डिवाइस (जैसे, कई व्यक्तिगत नमूनों के अवलोकन की सुविधा प्रदान करने के लिए) में दोहराया जा सकता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
इस डिवाइस में चैनलों और चैंबर के आयामों का वर्णन करने लायक हैं। पीईटीएल में ऊंचाई हमेशा फिल्म या परत मोटाई का एक समारोह है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पीईटी/ईवा एक इंच (1 लाख 25 μm) के हजारवें में मापा मोटाई है । इसलिए चैनल और चैंबर हाइट्स आमतौर पर 25 माइक्रोन के गुणक होते हैं स्टैंडर्ड पीईटीएलएस 3 या 5 मिल पीईटी/ईवा फिल्म का इस्तेमाल करके बनाए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 75 या 125 माइक्रोन की ऊंचाई वाली सुविधाएं होती हैं। चित्रा 2 में दिखाए गए डिवाइस में 75 माइक्रोन की ऊंचाई वाले चैनल हैं, और दो परतों द्वारा परिभाषित एक कक्ष है, जिसकी कुल ऊंचाई 150 माइक्रोन है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि परतों को विभिन्न सामग्रियों (जैसे, ग्लास, पन्नी, पीवीसी, पेपर) से बना या अलग-अलग मोटाई पेश कर सकता है, आमतौर पर 25 से 250 माइक्रोन तक।
चित्रा 3: सेल इमेजिंग। (A)सरल कक्ष पीईटीएल का उपयोग अनुयायी कोशिकाओं की अल्पकालिक संस्कृति के लिए किया जा सकता है। कोशिकाएं कक्ष में उजागर ग्लास का पालन करती हैं और उल्टे माइक्रोस्कोप का उपयोग करके देखी जा सकती हैं। (ख)चूहे के बालफिल को उल्टे कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप पर दृश्य के लिए Hoechst (नीले) और प्लाज्मा झिल्ली (लाल) फ्लोरोसेंट रंगों से दाग दिया गया था । (ग)एक साधारण कक्ष डिवाइस में कोशिकाओं की उज्ज्वल क्षेत्र छवि। (D)चरण विपरीत छवि। व्हाइट स्केल बार 200 माइक्रोन है. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
पीईटीएल निर्माण की प्रकृति तरल पथ डिजाइन में महत्वपूर्ण जटिलता के लिए अनुमति देता है। सरल कक्ष डिवाइस में जेड-एक्सिस (चैनल और एक स्तर में चैंबर के ऊपर, दूसरे स्तर में कक्ष के नीचे) के दो स्तरों में विशेषताओं वाली चार परतें होती हैं। पीईटीएल द्वारा प्रदान किया गया एक लाभ आसानी है जिसके साथ 3-आयामी चैनल/चैंबर आर्किटेक्चर बनाया जा सकता है। कूलिंग या हीटिंग चैनल, डायलिसिस झिल्ली, इलेक्ट्रिकल सर्किट या प्रेशर लाइन (देखें चित्रा 5)जैसी सुविधाओं के अलावा तीन आयामों में कई परतों को जोड़कर हासिल किया जाता है। अब तक का सामना करने वाली एक चेतावनी परतों की संख्या पर सीमा है जिसे टुकड़े टुकड़े में किया जा सकता है। ईवा क्यूरेशन के लिए आवश्यक हीट ट्रांसफर 800 माइक्रोन से ऊपर समग्र मोटाई वाले उपकरणों में अपर्याप्त पाया गया है। इस सीमा को कुछ उपकरणों में संबोधित किया जा सकता है। कई उदाहरणों में, हर बार एक नई परत जोड़ने पर टुकड़े टुकड़े टुकड़े करना संभव है। यह तब संभव नहीं है जब एक नई परत को डिवाइस के बाहर का सामना करने के लिए थर्मोचिपकसिव (ईवा) की आवश्यकता होती है।
चित्रा 4: माइक्रो-ऑर्गन इमेजिंग। (A)सरल कक्ष पीईटीएल का उपयोग ड्रोसोफिला मेलानोगैस्टर (2x आवर्धन) के भ्रूण की एक विंग डिस्क को छवि देने के लिए किया जाताहै। विंग डिस्क आयाम लगभग 90 μm x 250 μm x 500 μm हैं। कवरस्लिप विंडो के माध्यम से एक या कई अंगों को चित्रित किया जा सकता है। एक और विंग डिस्क के बढ़ते आवर्धन(बी)20x/0.75-हवा, (सी) 40x/1.30-तेल, और (D) 100x/1.49-तेल उद्देश्यों में दिखाया गया है एक कताई डिस्क confocal माइक्रोस्कोपी का उपयोग कर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
संस्कृति में कोशिकाओं का अध्ययन उन उपकरणों से लाभान्वित होता है जो निरंतर प्रवाह या यांत्रिक उत्तेजनाओं जैसी गतिशील राज्य स्थितियां प्रदान करते हैं। चित्रा 3 एक उदाहरण प्रदान करता है जिसमें एक स्तनधारी सेल लाइन को एक साधारण कक्ष डिवाइस में सुसंस्कृत और छवि दी जाती है। इमेजिंग के दौरान मध्यम का लगातार आदान-प्रदान किया जा सकता है, न केवल आदर्श विकास की स्थिति को बनाए रखने के लिए, बल्कि वास्तविक समय में इमेजिंग करते समय रासायनिक उत्तेजनाओं के नियंत्रित परिचय के लिए भी अनुमति दी जा सकती है। यह पूर्व वीवो माइक्रो-अंगों की इमेजिंग के लिए भी सच है, जैसा कि चित्र4में दिखाया गया है। चैनल और कक्ष संरचनाओं को अंगों या ऊतकों से लेकर पूरे जीवों (जैसे, ड्रोसोफिला भ्रूण और कल्पना डिस्क या सी एलिगेंस)तक विभिन्न जैविक नमूनों को फिट करने के लिए विशिष्ट आयामों के साथ डिजाइन किया जा सकता है।
चित्रा 5: मेचानो-पीईटीएल। सरल कक्ष पीईटीएल को संपीड़न कक्ष जोड़कर संशोधित किया जाता है। (ए)डिवाइस में चार विभिन्न सामग्रियों की विशेषता सात परतें होती हैं: एक ग्लास बॉटम लेयर (कवरस्लिप, नहीं दिखाया गया), चार पीईटी/ईवा 3 लाख परतें (चैनल/चैंबर परतें, स्पेसर लेयर और इनलेट/आउटलेट लेयर), एक ईवा/पीईटी/ईवा 6 मिल लेयर (चैनल/चैंबर सीलिंग और पीवीसी आसंजन) और एक विकृत पीवीसी परत (संपीड़न के लिए) । (B, C) नमूना चैनल/चैंबर पथ लाल रंग का उपयोग कर कल्पना की है । संपीड़न चैनल/चैंबर पथ में केवल हवा होती है । (D)वायु दबाव मैन्युअल रूप से (या यांत्रिक रूप से) संपीड़न पथ पर लागू होता है, जिसके परिणामस्वरूप कक्ष के शीर्ष पर पीवीसी फिल्म का विस्तार होता है। विस्तार कक्ष में रंगे को विस्थापित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
जैविक नमूनों का यांत्रिक क्षोभ सेलुलर शरीर विज्ञान की हमारी समझ में सुधार करता है और भ्रूणीय विकास और भेदभाव जैसी प्रक्रियाओं पर प्रकाश डालता है। चित्रा 5 एक सरल चैनल/चैंबर सरणी और एक संपीड़न कक्ष से मिलकर एक पीईटीएल डिवाइस का वर्णन करता है । इसमें छह परतों के (इसके सरलतम रूप में) होते हैं, जिनमें से एक पीवीसी फिल्म है। पीवीसी फिल्म हवा का दबाव लागू होने पर विक्षेपित हो जाती है, जिससे यह चैंबर के भीतर नमूनों को सेक कर देता है । यह डिवाइस पीईटी/ईवा के अलावा अन्य सामग्रियों के उपयोग का एक उदाहरण है, और यह सफलतापूर्वक डीआरओफिला माइक्रो-अंगों13 पर यांत्रिक भार का अध्ययन करने के लिए उपयोग किए गए PDMS/ग्लास उपकरणों की जगह में9 को नियोजित किया गया है (जैसा कि चित्रा 6पर दिखाया गया है) । पीईटीएल डिवाइस पुन: सकुशल हैं। हालांकि, निर्माण की कम लागत, कम पदचिह्न, और निरंतर हेरफेर या धोने के बाद delamination के लिए क्षमता के कारण, हम हर प्रक्रिया के शुरू में नए उपकरणों के उपयोग की सलाह देते हैं ।
चित्रा 6: मेचनोबायोलॉजी इमेजिंग। (A)एक डी-कैथेरिन:: डीआरओफिला विंग डिस्क व्यक्त करने वाले जीएफपी को 20x आवर्धन पर कताई डिस्क कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मेचानो-पीईटीएल के भीतर इमेजकिया जाता है। (ख)कक्ष के ऊपर झिल्ली के माध्यम से दबाव एक हवा से भरी सिरिंज मैन्युअल रूप से या एक सिरिंज पंप का उपयोग करके लागू किया जा सकता है । आदर्श गैस कानून का उपयोग झिल्ली9पर लागू बल की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है । डिस्क पाउच क्षेत्र (सफेद बिंदीदार रेखा) ~ 4 साई के आवेदन के साथ लगभग 30% (लाल बिंदीदार रेखा) की वृद्धि हुई। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
पीईटीएल उपकरणों के निर्माण में आसानी के कारण, हमने रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और इंजीनियरिंग कक्षाओं और शिक्षण प्रयोगशालाओं जैसी शैक्षिक सेटिंग्स में उनके उपयोग का पता लगाया है। एक शैक्षिक पीईटीएल का एक उदाहरण चित्र 7में दिखाया गया है । डिवाइस को माइक्रो स्केल (जैसे, लैमिनार फ्लो) पर तरल पदार्थ प्रवाह की कुछ बुनियादी विशेषताओं को प्रदर्शित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसमें 5 लाख पीईटी/ईवा फिल्म(चित्रा 7ए)की चार परतें और एक चैनल आर्किटेक्चर शामिल है जिसमें तीन अभिसरण इनपुट चैनल और एक टेढ़ा संरचना शामिल है । सर्कुलर "अवसाद" या "नीचे" कदम माइक्रोमिक्सिंग14को बढ़ावा देने के रास्ते में जोड़ा गया है । एक सिरिंज पंप का उपयोग करना, फिनॉल लाल समाधान बाहरी बंदरगाहों के माध्यम से संचार किया जाता है, जबकि पीएच 9 समाधान केंद्र बंदरगाह के माध्यम से संचार किया जाता है। हाइड्रोडायनामिक फोकसिंग15 बाहरी तरल पदार्थ प्रवाह के साथ कल्पना की जाती है जो आंतरिक प्रवाह को एक छोटी धारा(चित्र7सी)में मजबूर करती है। डिवाइस में लैमिनार प्रवाह संवहनी मिश्रण को रोकता है, और चैनल (तीर) की लंबाई के साथ क्रमिक विसारक मिश्रण दिखाया गया है। दिखाए गए उपकरणों का उपयोग तरल पदार्थ गतिशीलता और जैव परिवहन में अवधारणाओं (जैसे, प्रसार, लैमिनार प्रवाह) सिखाने के लिए किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, छात्रों को अपने स्वयं के उपकरणों को डिजाइन और गढ़ने के लिए आमंत्रित किया जा सकता है, एक परियोजना जिसे नियमित प्रयोगशाला सत्र में दो से तीन घंटे8तक चलने वाली एक परियोजना में शुरू किया जा सकता है।
चित्रा 7: कक्षा में पीईटीएल। (A)डिवाइस 5 लाख पीईटी/ईवा फिल्म की चार परतों का उपयोग कर निर्मित है । दूसरी परत (दाएं से बाएं) में परिपत्र कक्ष हैं जो चैनल पथ के नीचे तैनात होंगे। (ख)तैयार डिवाइस को पीएच इंडिकेटर फिनॉल रेड (2 एमएम, येलो) और एक ट्रांसपेरेंट पीएच 9 सॉल्यूशन (सेंटर चैनल) से लोड किया गया है । बुनियादी समाधानों के संपर्क में आने पर फिनॉल लाल मजेंटा बदल जाता है। बक्से(सी)के माध्यम से(एफ)में दिखाए गए क्षेत्रों का संकेत देते हैं । (ग)हाइड्रोडायनामिक फोकसिंग । (D, E)लैमिनार प्रवाह और प्रसार। (ई, एफ)माइक्रोमिक्सिंग। सभी पैनलों में व्हाइट स्केल बार 2 मिमी है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
अनुपूरक आंकड़ा 1: बंपर/पोर्ट छिद्र । (A)रोटरी टूल रखने वाला ड्रिल प्रेस सेटअप बंपर छिद्र की सुविधा प्रदान करता है। 1/32 आकारों के ड्रिल बिट्स "और 3/64" का उपयोग किया जाता है। (ख)प्रक्रिया कुशल है, और बड़ी संख्या में बंपरों को कम समय में संसाधित किया जा सकता है । (ग)बायोप्सी पंच छिद्र ड्रिलिंग का विकल्प है। (D)बड़े छिद्रों के लिए एक घूमने वाले पंच चिमटा का उपयोग किया जाता है। इन छिद्रों का उपयोग बड़े नमूनों (जलसेक के बजाय तरल निकासी द्वारा) या मीडिया जलाशयों के रूप में लोड करने के लिए किया जा सकता है। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
अनुपूरक चित्रा 2: ट्यूबिंग । (A)प्रयोगशाला या चिकित्सा/सर्जिकल ट्यूबिंग (1/32" आईडी, 3/32 "ओडी) सरल विकल्प है । यह लचीला और काटने में आसान है। इसके लिए (18 जी) कुंद सुइयों के उपयोग की आवश्यकता होती है। (ख)एक सुई (गुलाबी) लूर एडाप्टर का उपयोग करसिर से जुड़ी होती है, जिसे दूसरी सुई से हटा दिया जाता है ताकि इसे ट्यूबिंग में फिट किया जा सके। (C)पहले से ही तिरछी नज़र टयूबिंग (०.०१०" आईडी, 1/32 "ओडी) से परिचित शोधकर्ता इसे पीईटीएल के साथ इस्तेमाल कर सकते हैं । (D)झांकना फिटिंग। (ई)सिरिंज पंप स्थापित ट्यूबिंग के दोनों प्रकार के लिए एक ही है। (एफ)प्रयोगशाला या चिकित्सा/सर्जिकल ट्यूबिंग की स्थापना के लिए 3/64 "ड्रिल बिट के साथ छिद्रों की आवश्यकता होगी, जबकि झांकना टयूबिंग को 1/32" छिद्रों की आवश्यकता होगी । 1 मिमी बायोप्सी पंच के साथ किए गए छिद्र टयूबिंग के दोनों सेटों को समायोजित कर सकते हैं। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
अनुपूरक चित्र3: एक तार जिग का उपयोग कर संरेखण । डिवाइस के डिजाइन में छिद्र शामिल हो सकते हैं जो कई परतों के संरेखण के लिए गाइड के रूप में काम कर सकते हैं। तार जिग्स लगभग 20 अमरीकी रखडी के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
अनुपूरक चित्र4: आकार सीमाएं। हालांकि शिल्प कटर सीधे चैनलों को काटने में सक्षम हैं जो चौड़ाई(ए)में ~ 100 माइक्रोन हैं, लेकिन कटौती पैटर्न की सटीकता उन सुविधाओं के लिए बहुत कम हो जाती है जो 150 माइक्रोन या उससे कम(बी)को मापते हैं। आकृतियों के बगल में आयाम चैनल चौड़ाई को इंगित करते हैं। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
अनुपूरक तालिका 1: पीडीएम में माइक्रोफ्लूइडिक चिप के निर्माण के लिए समय और लागत। * निर्माण समय जब वेफर/मोल्ड आसानी से उपलब्ध है और PDMS एक ओवन का उपयोग कर ठीक किया जा सकता है । किसी भी डिजाइन संशोधन कई दिनों की देरी का प्रतिनिधित्व करता है। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
अनुपूरक तालिका 2: पीईटीएल माइक्रोफ्लूइडिक चिप के निर्माण के लिए समय और लागत। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें।
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Discussion
जबकि माइक्रोफ्लूइडिक्स दुनिया भर की प्रयोगशालाओं के टूलबॉक्स में तेजी से मौजूद हैं, इसके सकारात्मक प्रभाव16की क्षमता को देखते हुए गोद लेने की गति निराशाजनक रही है । औसत अनुसंधान प्रयोगशाला में इस तकनीक को अपनाने में तेजी लाने के लिए माइक्रोफ्लूइडिक डिवाइस निर्माण की कम लागत और उच्च दक्षता आवश्यक है। यहां वर्णित विधि लिथोग्राफिक विधियों द्वारा आवश्यक समय और लागत के एक अंश पर दो और त्रि-आयामी उपकरणों को बनाने के लिए कई फिल्म परतों का उपयोग करती है। स्टैंडर्ड लिथोग्राफी शुरू करने के लिए डॉलर (USD) के हजारों लागत, और बनाने के लिए दिनों की आवश्यकता है, पीईटीएल निर्माण स्टार्टअप लागत से कम है ३५० USD और उपकरणों मिनटों में गढ़े जा सकते हैं । यह न केवल अनुसंधान प्रयोगशाला में बल्कि उन सेटिंग्स में भी उनके गोद लेने की सुविधा प्रदान करता है जहां तेजी से चलना लाभप्रद है (उदाहरण के लिए, मानक पीडीएफ उपकरणों के लिए प्रोटोटाइप), या जहां सस्ती, डिस्पोजेबल उपकरणों के औद्योगिक उत्पादन की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, पीईटीएल को बायोडिग्रेडेबल सामग्रियों का उपयोग करके गढ़ा जा सकता है, और स्वास्थ्य देखभाल क्षेत्र में उनके उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे उन्हें निदान उपकरण के रूप में आदर्श बनाया जा सकता है। वे कक्षा में इस्तेमाल किया जा सकता है, या तो पूर्व निर्मित सीखने की सामग्री के रूप में या एक रचनात्मक चुनौती है, जिसमें छात्रों के डिजाइन, निर्माण और अपने उपकरणों का परीक्षण के रूप में ।
पीईटीएल निर्माण सीधी होने का मतलब है। हालांकि, यह महत्वपूर्ण कदमों और इस तकनीक की वर्तमान सीमाओं की पहचान करने के लिए उपयोगी है। कुछ उपयोगकर्ताओं को पता चलेगा कि पीईटीएल उपकरणों में गैस विनिमय पीडीएम उपकरणों की तुलना में कम हो जाता है, जिसे प्रयोग के दौरान मीडिया के निरंतर प्रवाह से मुआवजा दिया जाता है। एक और सीमा आकार घटाने है । 150 माइक्रोन से छोटे चैनल और अन्य विशेषताएं कटर(सप्लीमेंट्री फिगर 4)की संकल्प सीमा से नीचे हैं। हम 200-900 माइक्रोन की सीमा में चौड़ाई वाले चैनलों के साथ काम करने की सलाह देते हैं। ये सीमाएं लचीली हैं, और विशेष रूप से ऊपरी सीमा पर भिन्न होती हैं। उदाहरण के लिए, चैनल की चौड़ाई 950 माइक्रोन या उससे अधिक होने पर 75 माइक्रोन की ऊंचाई वाले चैनल गिर जाएंगे, लेकिन ऊंचाई बढ़ने पर खुले रहें। हालांकि डिवाइस की वास्तुकला आवेदन के अनुसार भिन्न होगी, हम नियमित रूप से 75 या 125 माइक्रोन की ऊंचाई वाले चैनलों का उपयोग करते हैं, और 400-600 माइक्रोन की चौड़ाई होती है।
परतों और बंपर संरेखित करते समय विस्तार पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है। पीईटीएल निर्माण से उत्पन्न होने वाली अधिकांश कुछ जटिलताएं संरेखण मुद्दों का परिणाम हैं। टुकड़े टुकड़े के समय उजागर ईवा आंतरिक रोलर्स का पालन कर सकते हैं और उन्हें अनुपयोगी बना सकते हैं। तरल पदार्थ जलसेक को खराब स्थिति वाले बम्पर द्वारा अवरुद्ध किया जा सकता है। सौभाग्य से, पीईटीएल न केवल सस्ते हैं बल्कि तेजी से बनाए गए हैं, इसलिए दोषपूर्ण उपकरणों को आसानी से बदला या संशोधित किया जा सकता है।
पीईटीएल अन्य माइक्रोफ्लूइडिक उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले जलसेक प्रवाह दरों का सामना कर सकते हैं। हालांकि ०.०१ से १०० μL/मिन हमारे समूह द्वारा इस्तेमाल की सीमा है, ५०० μL/मिन तक की प्रवाह दरों (और शायद अधिक जब हाथ से actuated micropipettes का उपयोग कर) इस्तेमाल किया जा सकता है । हमने पाया है कि पीईटीएल 30 से 57 साई8की सीमा में दबाव झेल सकते हैं । सिरिंज पंपों सबसे प्रयोगात्मक सेटिंग्स के लिए सिफारिश कर रहे हैं, हालांकि वे एक निरपेक्ष आवश्यकता नहीं हैं । कक्षा में, बुर्के का उपयोग छात्र के उपकरणों15का परीक्षण करने के लिए किया जाता था । पेरिस्टैटिक पंप सेल संस्कृति जैसी कुछ सेटिंग्स में उपयोगी होते हैं, खासकर चूंकि पीईटीएल में गैस एक्सचेंज सीमित है। पीडीएम इस संबंध में अधिक लाभप्रद हो सकते हैं, हालांकि लीचिंग चिंता का विषय हो सकता है5। हमने हाइब्रिड पीईटी/ईवा-पीडीएफका उत्पादन करने का प्रयास किया है, फिर भी ईवा सीधे पीडीएफ का पालन नहीं करेगा; यह संभव है कि उत्तरार्द्ध (जैसे, प्लाज्मा उपचार या सर्फेक्टेंट उपचार) का सतह संशोधन इस समस्या को हल कर सकता है। एक और दृष्टिकोण है कि पीईटीएल की तुलना में किया जा सकता है सीओ2 लेजर ablation17,पीएमएमए के18 का उपयोग कर चैनलों की माइक्रो मशीनिंग है । हमने पाया है कि लेजर काटने पीईटी के साथ असंगत है/ पर्याप्त लेजर उपकरणों का उपयोग भी काफी निर्माण लागत में वृद्धि हो सकती है ।
संक्षेप में, पीईटीएल वर्तमान प्रौद्योगिकियों पर कई लाभ प्रदान करते हैं: (i) उपभोक्ता-ग्रेड सामग्री और उपकरणों के उपयोग के कारण लागत पारंपरिक तरीकों की तुलना में काफी कम है, जिससे यह शोधकर्ताओं और छात्रों दोनों के लिए आसानी से सुलभ हो जाता है। (ii) उपकरणों को मिनटों के भीतर डिजाइन, कट और असेंबल किया जा सकता है, जो तेजी से प्रोटोटाइप पुनरावृत्ति की अनुमति देता है और समय प्रभावी प्रयोग की सुविधा प्रदान करता है । (iii) कई उपकरणों को एक साथ गढ़ा जा सकता है, जिससे उच्च थ्रूपुट उत्पादन की अनुमति मिल सकती है । (iv) विभिन्न प्रकार की सामग्रियों को शामिल किया जा सकता है, बहुमुखी प्रतिभा को जोड़ना और व्यापक अनुकूलन की अनुमति दी जा सकती है । इस तकनीक का उपयोग करके नई कार्यक्षमताओं का वर्तमान और भविष्य का विकास नए उपयोगकर्ताओं की रचनात्मकता और आवश्यकताओं में टिकी हुई है। पीईटीएल माइक्रोफ्लूइडिक उपकरणों को व्यापक रूप से अपनाने से नई सामग्रियों और विन्यासों को शामिल करने की संभावना होगी, क्योंकि उपयोगकर्ता अपनी विशेष आवश्यकताओं के लिए उपन्यास डिजाइन और दृष्टिकोण विकसित करते हैं।
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Disclosures
फर्नांडो ओंटिवरोस पीईटीएल फ्लूइडआईसीएस (एलएलसी) लॉन्च करने की प्रक्रिया में है, जो एक ऐसी कंपनी है जो इस तकनीक के लिए परामर्श सेवाएं का व्यावसायीकरण और प्रदान करेगी। सह-लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस पांडुलिपि में काम को नेशनल साइंस फाउंडेशन (एनएसएफ) (ग्रांट नंबर एक) ने हिस्से में सपोर्ट किया था । CBET-1553826) (और संबद्ध ROA पूरक) और स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान (NIH) (अनुदान संख्या R35GM124935) जेजेड के लिए, और Notre डेम मेलचोर विजिटिंग फैकल्टी फंड को F.O. हम पूरक आंकड़ों के साथ सहायता के लिए स्तनधारी कोशिकाओं और संस्कृति प्रोटोकॉल और फैबियो साको प्रदान करने के लिए जेना स्जोर्ड्स्मा और बासर बिलगिकर का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Biopsy punch (1mm) | Miltex | 33-31AA | Optional, replaces rotary tool set up |
| Blunt needles | Janel, Inc. | JEN JG18-0.5X-90 | Remove plastic and attach to Tygon tubing |
| Coverslips | Any | 24 x 60 mm are preferred | |
| Cutting Mat and blades | Silhouette America or Nicapa | www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-mats | Re-use/Disposables |
| Double-sided tape | Scotch/3M | 667 | Small amounts, any width or brand |
| PEEK tubing | IDEX/any | 1581L | Different configurations available. Consider using Tygon tubing intead, if not already using PEEK |
| PET/EVA thermal laminate film | Scotch/3M & Transcendia | TP3854-200,TP5854-100 & transcendia.com/products/trans-kote-pet | 3 - 6 mil (mil = 1/1000 inch) laminating pouches or rolls. |
| PVC film - Cling Wrap | Glad / Any | Food wrapping | |
| Rotary tool-drill | Dremel/Any | 200-121 or other | 1/32 and 3/64" drill bits from Dremel recommended |
| Rubber Roller | Speedball | 4126 | To facilitate adhesion, any brand will work |
| Scissors & tweezers | Any | Fiskars-Inch-Titanium-Softgrip-Scissors |Cole-Parmer –# UX-07387-12 | Quality brands are recommended |
| Silhouette CAMEO Craft cutter | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4T | Preferred craft cutter |
| Silhouette Studio software | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/software | Controls the craft cutter and provides drawing tools (free download MAC and PC) |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus or New Era | 70-4504 or NE-300 | Pumps are ideal, pipettes or burettes can be used. |
| Syringes | Any | 1-3mL | |
| Thermal laminator | Scotch/3M | TL906 | Standard home/office model |
| Tygon tubing (E-3603) | Cole-Parmer | EW-06407-70 | Use with blunt needle tips |
| Vinyl furniture bumpers | DerBlue/3M/ Everbilt | Clear, self-adhesive (6 x 2 mm and 8 x 3 mm) | Round bumpers are recommended |
References
- Xia, Y., Whitesides, G. M.
- Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and Applications of Microfluidics in Biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).
- Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft Lithography in Biology and Biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering. 3 (1), 335-373 (2001).
- Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
- Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia. Lab on a Chip. 12 (7), 1224 (2012).
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