Geração de tamanho controlado poli (etileno glicol) Diacrylate gotículas através de Semi-3-Dimensional Flow focando Microfluidic dispositivos

Este método pode ajudar a responder às principais questões no campo de formação de gotículas microfluídicas, incluindo a fabricação do chip PDMS com foco de fluxo semitridimensional e a produção de gotículas PGD puras. A principal vantagem dessa tática é que o dispositivo de foco de fluxo semi-3D fornece campos de teste maiores para o molde de foco de fluxo. O PGD puro garante que a proporção de partículas PGD seja inferior a 10%As implicações desta técnica podem ser estendidas a muitas implicações bioquímicas devido à maior proporção de área de superfície para volume.

Bico, aplicações em larga escala serão benéficas para esta técnica com o consumo de alguns microlitros de amostra. Agora, esse método pode fornecer informações sobre a formação de gotículas PGD. Também pode ser aplicado a outros sistemas, como análise de foco de fluxo equipado com gás.

Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades devido ao entupimento no orifício e à instabilidade do molde de fluxo da ponta. Deste método é crítico, pois a fabricação de chips de foco de fluxo semi-3D é difícil de aprender porque o alinhamento das camadas PDMS superior e inferior para fabricar chips semifluídicos manualmente não é revisado. Projete as duas máscaras fotográficas usando técnicas padrão.

Use duas camadas separadas para mascarar um e dois no mesmo arquivo de desenho para garantir que todas as conexões estejam alinhadas entre os diferentes canais. A máscara um contém o canal de entrada em fase dispersa e um orifício, enquanto a máscara dois contém o canal de entrada de fase contínua, o filtro e a saída. Use as duas marcas de alinhamento e imprima as diferentes camadas independentemente em uma placa cromada no vidro.

Em seguida, em um laboratório de fotolitografia designado, coloque um wafer de silício limpo de 3 polegadas de diâmetro em um revestidor giratório e ligue o aspirador para fixar o wafer no mandril giratório. Gire a camada de dois a três mililitros de fotorresistente negativo SU-8 2025 no wafer por 10 segundos a 1.000 rpm. Em seguida, altere a velocidade para 3.000 rpm por 30 segundos.

Isso fornecerá uma espessura de camada de 20 mícrons para a primeira camada. Asse suavemente a primeira camada, colocando-a em uma chapa quente a 95 graus Celsius por seis minutos. Em seguida, remova o wafer e deixe esfriar de volta à temperatura ambiente.

Exponha o wafer macio à máscara número um sob uma luz UV colimada por 18 segundos. Após a exposição aos raios UV, pós-asse o wafer em uma chapa quente a 95 graus Celsius por seis minutos. Em seguida, deixe o wafer esfriar de volta à temperatura ambiente.

Repita o processo de fiação uma segunda vez usando dois a três mililitros de fotorresistente negativo SU-8 2100. Gire o wafer por 10 segundos a 1.000 rpm e depois a 2.000 rpm por 30 segundos. Isso fornece uma segunda espessura de camada de 130 mícrons.

Depois de assar suavemente o wafer em uma placa quente a 95 graus Celsius por 35 minutos, alinhe a máscara número dois na segunda camada fotorresistente e exponha-a à luz ultravioleta por 30 segundos. Em seguida, leve ao forno em uma chapa quente a 95 graus Celsius por sete minutos. Depois de resfriado de volta à temperatura ambiente, desenvolva o wafer imergindo em um banho agitado de 50 mililitros de acetato de éter metílico de propilenoglicol até que as características fiquem claras no wafer.

Em seguida, lave o wafer com álcool etílico. Por fim, coloque o wafer na plataforma termostática e leve ao forno a 95 graus Celsius por duas horas. Misture um monômero PDMS e seu agente de cura por quatro minutos na proporção de 10:1 para a camada superior e uma proporção de 8:1 para a camada inferior.

Usando um agitador automático de pomada, coloque o wafer de silício em uma placa de Petri de 90 milímetros e, em seguida, despeje a mistura PDMS de proporção 8: 1 sobre o molde com uma espessura de dois a três milímetros. Em seguida, desgaseifique o PDMS em uma câmara de vácuo até que todas as bolhas desapareçam. Coloque a placa de Petri em um forno e cure o PDMS a 80 graus Celsius por uma hora.

Depois de resfriado de volta à temperatura ambiente, use um bisturi para cortar o dispositivo a pelo menos três milímetros de distância dos recursos e retire lentamente a camada PDMS do wafer de silício. Em seguida, perfure a entrada de fase dispersa, a entrada de fase contínua e a saída na camada superior do PDMS usando um punção de 0,75 milímetros de diâmetro. Limpe a superfície do PDMS com fita adesiva para remover quaisquer partículas de poeira.

Em seguida, coloque as camadas superior e inferior do PDMS simultaneamente em um limpador de plasma e exponha ao plasma por dois minutos a 300 watts. Imediatamente após a exposição ao plasma, coloque a camada superior na camada inferior e deslize as superfícies relativamente até que os recursos estejam alinhados viewatravés de um microscópio estéreo. Cure o dispositivo em um forno a 120 graus Celsius por um dia para aumentar sua resistência e completar a colagem.

Para começar, prepare a solução de fase contínua dissolvendo 18% de um surfactante não iônico à base de silicone em hexadecano. Em seguida, prepare a solução da fase dispersa começando com um diacrilato de pino hidrofílico, um milimole por litro de um corante fluorescente e adicionando cinco miligramas por mililitro de um fotoiniciador. Encha os reservatórios de um mililitro de um controlador de pressão pneumática com a fase contínua.

Em seguida, encha uma ponta de carregamento de gel de 200 microlitros com a fase dispersa. Coloque o dispositivo microfluídico semi-3D no palco de um microscópio óptico invertido equipado com uma câmera de alta velocidade. Em seguida, conecte um tubo de etileno propileno fluorado ao orifício perfurado da fase contínua, conectando-o primeiro a um tubo curto de aço inoxidável, inserindo o tubo na extremidade de uma ponta de carregamento de gel e colocando a ponta no orifício perfurado da fase dispersa.

Em seguida, insira um tubo FEP de 20 cm de comprimento na saída do dispositivo e coloque a extremidade em uma placa de Petri. Concentre o microscópio invertido em uma região que contenha a interseção de duas fases, a região do orifício e o canal a jusante. Em seguida, defina as pressões das duas fases usando um controlador de pressão pneumático conectado.

Defina a fase dispersa em 15 milibar e a fase contínua em 30 milibar. Aguarde três minutos para que a pressão se estabilize e o fluxo de fluido estável seja alcançado, sem bolhas ou resíduos de PDMS. Em seguida, defina a pressão da fase dispersa como a pressão de nível de base do sistema para 45 milibar.

Aumente a pressão da fase contínua até que o modo de quebra da emulsão seja alterado do modo de jateamento para o modo de fluxo da ponta. Em seguida, espere cinco minutos para que ele se estabilize. Uma vez configurado, coloque a extremidade do tubo conectando o orifício de saída à placa de Petri e colete as gotículas.

Exponha-os à luz ultravioleta, onde eles se solidificarão rapidamente em esferas. Devido à diferença de profundidade do canal de fase disperso e do canal de fase contínua, o fluxo de fase disperso é espremido em todas as direções pelo fluxo de fase contínua. Como resultado, a ponta líquida cônica simétrica se forma para produzir gotículas continuamente.

O tamanho das gotículas é alterado pela razão de pressão do fluxo de fases disperso e contínuo. Aqui, a pressão da fase contínua é modificada para afetar a força de corte, de modo que os processos de quebra de gotículas mudem do modo de jateamento para o modo de fluxo de ponta. As gotículas são solidificadas por fotopolimerização formando partículas ao sair do chip.

As gotículas mostradas aqui foram formadas com diferentes razões de pressão. O raio da gota resultante tem uma relação inversa com a relação de pressão de fase contínua para fase dispersa. Essa técnica abre caminho para pesquisadores no campo de aplicações biológicas e fornece uma ferramenta poderosa para a descoberta de medicamentos, síntese de biomoléculas e testes de diagnóstico.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fabricar chips microfluídicos semitridimensionais e como produzir algumas gotículas micro PGD. Não se esqueça de que trabalhar com o fotorresistente PGMEA pode ser extremamente perigoso e precauções como o uso de luvas descartáveis e máscara devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.