Chips microfluídicos controlados com Arrays microválvula elastoméricos

A microfluídica oferece aos biólogos celulares a tecnologia para realizar experimentos de alto rendimento nos quais é necessária uma manipulação precisa de fluidos. Olá, sou Nin Chen Lee do Laboratório Folk do Departamento de Bioengenharia da Universidade de Washington. Hoje vou mostrar como fabricar ponteiras microfluídicas controladas por um arranjo de válvulas microfluídicas de PDMS.

O dispositivo é composto por três camadas. A primeira camada é a camada fluidica, que contém microcâmaras de diferentes tamanhos, e a segunda camada é a camada de controle, que possui canais entre as duas camadas. Existe uma membrana fina de PMS devido à hidrofobicidade e conformidade do PMS.

A membrana forma um selo em torno de sua semente, isolando as câmaras de fluido umas das outras. Se aplicarmos vácuo através dos canais de controle, a membrana de PDMS pode então se deformar e conectar as câmaras de fluido previamente isoladas. Hoje vou mostrar a vocês um misturador paralelo que permite misturar volumes subnanolitros de soluções aquosas em diferentes proporções de mistura.

E então, a próxima etapa clara do nosso laboratório vai mostrar a vocês um sistema microfluídico integrado que permite perfundir múltiplas soluções em culturas celulares. Vamos começar. Aqui eu mostro a vocês um molde com características de canal do SUH na parte superior de uma pastilha de silício.

O molde foi fabricado a partir de procedimentos fotográficos padrão da SUH a partir desses moldes. Podemos produzir réplicas de PDMS repetidamente. Para facilitar a liberação do PDMS dos moldes, precisamos primeiro silanizar o molde.

Nós normalmente realizamos a moldagem mestre usando alimentos F porque estamos trabalhando com a Ilha Florence; primeiro coloco a pastilha no ator e adiciono as gotas da floresta, depois fecho a câmara do skat de mesa, ligo o vácuo, mantenho o vácuo por 1, 2, 3 minutos e então desligo o vácuo. Deixo evaporar por meia hora e depois retiro a gota da onda. Antes da réplica MOD PDMS, precisamos primeiramente pré-misturar o pré-polímero PDMS e os agentes de cura na proporção de 10 para 1.

Então, eu peso um pré-polímero de 31 gramas e, em seguida, peso os agentes de cura, totalizando 3,1 gramas, e os misturo completamente por cinco minutos. O produto final apresenta-se assim. Depois disso, coloco em aquecimento sob densidade para desgaseificar o PS por cinco a dez minutos, até que fique transparente.

Enquanto aguardo a remoção das bolhas do PMS, posso colar tubos de silicone na região da camada de controle. Escolhemos o tubo de silicone porque é composto do mesmo material do PMS, de modo que posteriormente poderá ser incorporado ao dispositivo, criando um selo hermético e resistente a fluidos. Agora, adiciono um pouco de cola D cement na extremidade do pequeno pedaço de tubo de silicone e o pressiono sobre a área de entrada do molde-mestre.

Portanto, para que as tubulações não fiquem muito longe dos amperes, essas tubulações de silicone precisam ser muito planas quando você as corta, e você não deve colocar muito adesivo na parte superior. Explique exatamente como você está pressionando o adesivo. Vamos ver. Regiões são criadas em ambos os lados do vento e retire a tampa.

Agora o PS foi desenvolvido. Vou despejar o PS sobre o molde mestre. Tenha cuidado para puxar os PGAs ao redor dos tubos.

Agora estou despejando sobre o outro molde, que possui características de camada fluida. Após despejar o PS nos moldes, eles precisam ser desaerados novamente no eliminador de poeira por cinco a dez minutos. Após a remoção das bolhas, curamos o PMS em estufa a 65 a 70 graus por um período de uma hora a 24 horas.

Ok, ótimo. Após duas horas, o PMS foi curado. Agora cortamos o dispositivo PMS do molde SU e o período para a camada de controle.

No modo com tubos, removemos a cola das regiões de entrada. Nos nossos dispositivos, as regiões de entrada são criadas em ambas as camadas — três camadas e camadas de controle —, mas inserimos o tubo de silicone em apenas uma camada.

Por exemplo, aqui apenas na camada de controle. Para criar acesso à camada de fluido, podemos perfurar a membrana sob os tubos de silicone para criar uma abertura. Assim, podemos acessar todos esses dispositivos a partir da parte superior, o que facilita a realização de microscopia com estereomicroscópio e com o microscópio invertido tradicional.

Agora estamos entrando na sala C. Para preparar as membranas CTM S, vou mostrar a vocês como centrifugar a membrana PDFs utilizando o spinner Headway. Antes de colocar a pastilha na parte superior do suporte para pastilhas, cubro a esfera com uma película plástica e coloco uma toalha de papel embaixo, para facilitar a limpeza de qualquer bagunça posteriormente.

Portanto, se já foi finalizado, assim como fizemos com os masters anteriormente, após a limpeza no vácuo, eu aplico cerca de dois mililitros do PMS taxi sobre a pastilha de silício, pois desejamos obter uma membrana com espessura de 11 a 12 mícrons. A pastilha será centrifugada a 7.000 RTM durante 20 segundos, iniciando agora. Eu diria algo como: aqui vocês podem ver a pastilha girando. Vamos centrifugá-la pelo tempo necessário. Após a centrifugação, colocamos a pastilha na placa aquecedora a 85 graus por quatro minutos. Agora a membrana de PDMS já foi curada.

Em seguida, oxidamos a membrana P DM S e a camada de controle em um forno de plasma. Ajustamos a potência de platina em 75% e utilizamos a pressão de oxigênio ox de 30 PSI e fluxo de cinco. Esses parâmetros podem sempre ser ajustados de acordo com diferentes aplicações.

Ligue a tina, ligue o plasma por 30 segundos. Agora coloque a camada de controle sobre a membrana. Após alguns minutos de contato, a camada de controle estará ligada à membrana.

Após alguns minutos, remova a camada de controle com a membrana. Ok, agora estamos prontos para alinhar a camada de controle à totalmente transparente. Como não estamos mais na sala limpa, usamos a ponta de fita adesiva para remover a poeira da totalmente transparente.

Também precisamos remover a membrana da área de entrada das camadas de controle. Isso serve para permitir o acesso à camada de fluido subjacente. Portanto, coloque a camada de controle com a membrana voltada para cima em relação à camada de fluido.

Observe todas as câmaras de fluido e as válvulas. Certifique-se de que todas estão alinhadas da esquerda para a direita. Se não estiverem alinhadas, você pode remover a camada de controle e refazê-la.

Aqui você pode ver que a camada de fluido e a camada de controle estão alinhadas. Agora, inserirei alguns tubos mais finos nessas entradas para conectá-las às fontes de fluido e às fontes de pressão. Em seguida, conectarei as válvulas à fonte de pressão e as entradas de fluido à fonte de fluido.

Aqui temos dois corantes diferentes, um azul e um amarelo, para abrir e fechar as microválvulas de PDMS. Utilizamos válvulas solenoides conectadas a uma fonte de vácuo e pressão de ar, e as válvulas são controladas por um software de visão luminosa. Agora estou abrindo o conjunto de válvulas número um.

Podemos ver as membranas de PDMS se deformando e as válvulas abertas. Agora estou fechando o primeiro conjunto de válvulas, fechando e abrindo o segundo conjunto, abrindo e fechando. Agora todas as microválvulas estão funcionando.

Vou preencher as câmaras microfluídicas com dois dados diferentes. Abrirei o conjunto de válvulas número um e também usarei um vácuo para puxar os dois dados para dentro das câmaras. Após as câmaras serem preenchidas com os dados, fecho o conjunto de válvulas número um para isolar cada câmara e, em seguida, ligo o conjunto de válvulas.

Número dois, misturar os pares nas duas matrizes. A abertura da válvula e a mistura geralmente levam de um a dois minutos. Já que projetamos câmaras em 10 tamanhos diferentes.

Portanto, temos uma razão de mistura de 11 proporções diferentes. Após a conclusão da mistura, fecho a válvula e você pode ver cada câmara individualmente. Há diferentes razões de mistura.

A cor mudou de azul para verde e depois para amarelo. Uma vez fabricados, esses dispositivos podem potencialmente ser utilizados em ensaios biomédicos, como triagem de fármacos ou estudos de biologia celular, como quimiotaxia ou resposta celular a diferentes concentrações de produtos químicos e fatores de crescimento ou medicamentos. Sou Chris Sip e vou demonstrar um dispositivo que é um sistema de perfusão microfluídico integrado e que é muito semelhante ao dispositivo visto anteriormente na fabricação.

A única e principal diferença é que, em vez de termos câmaras separadas por uma válvula que se misturam por difusão, temos múltiplas entradas que convergem e são controladas por válvulas, num esquema de valvulamento multiplex. E o que vou demonstrar é a ativação seletiva das válvulas, que controlará diferentes entradas ligadas ou desligadas. Além disso, mostrarei o funcionamento de um canal de mistura integrado e o direcionamento de gradientes.

Na parte superior da tela, você vê 16 entradas que convergem e pelo qual o fluxo virá de cima para baixo através desse canal vertical e entrará na rede de bifurcação, que é a câmara de cultura celular. Agora estamos observando as entradas alternando para um corante de cor azul, que está fluindo, e é possível ver o perfil de fluxo laminar enquanto ele atravessa a câmara. Agora estamos combinando azul e amarelo e, em seguida, podemos alternar para criar a combinação oposta.

Podemos direcionar nosso gradiente para o lado direito. Podemos criar outros tipos de gradientes. Agora, isso está mostrando a comutação rápida das válvulas, permitindo alternar rapidamente entre diferentes soluções.

Agora estamos alimentando soluções azul e amarela por meio deste homogeneizador e a solução sai verde na câmara; também podemos alternar qualquer número de entradas diferentes. Neste caso, estamos introduzindo uma entrada vermelha, que está substituindo toda a solução verde. Hoje, apenas mostrei como fabricar dispositivos baseados em válvulas microestruturadas e demonstrei a mistura de dois corantes em cores diferentes e em várias proporções, com volumes inferiores a um litro, de forma nítida.

Chris do nosso laboratório também demonstrou um sistema microfluídico integrado para a perfusão de diferentes soluções. Obrigado por assistir e boa sorte com o seu próprio experimento.