Microfluidic जांच: ऑपरेशन और स्थानीयकृत भूतल प्रसंस्करण के लिए प्रयोग

Summary

इस वीडियो में हम microfluidic जांच वर्तमान

Abstract

Microfluidic उपकरणों assays नमूने के मिनट मात्रा का उपयोग कर प्रदर्शन करने के लिए अनुमति देते हैं और हाल ही में कोशिकाओं के microenvironment पर नियंत्रण करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. Microfluidics आमतौर पर बंद microchannels जो नमूने है कि, शुरू किया जा सकता है है और कोशिकाओं के मामले में सभ्य एक सीमित मात्रा में, करने के लिए उनके उपयोग की सीमा के साथ जुड़ा हुआ है. दूसरी ओर, micropipetting प्रणाली के लिए स्थानीय रूप से कोशिकाओं और सतहों perfuse इस्तेमाल किया गया है, विशेष रूप से धक्का पुल setups जहां स्रोत और सिंक के रूप में एक दूसरे, लेकिन प्रवाह के कारावास के रूप में एक विंदुक कृत्यों तीन आयामों में मुश्किल है का उपयोग. इसके अलावा, pipettes नाजुक है और स्थिति के लिए मुश्किल है और इसलिए केवल स्थिर विन्यास में उपयोग किया जाता है.

microfluidic जांच (MFP) बंद microfluidic चैनलों के निर्माण द्वारा लगाए गए और microfluidic प्रणाली में नमूना enclosing की बजाय, microfluidic प्रवाह सीधे नमूना पर दिया जा सकता है, और नमूना भर में स्कैन, का उपयोग MFP बाधाओं circumvents. . इंजेक्शन और आकांक्षा के उद्घाटन micrometers के एक दूसरे के कुछ दसियों के भीतर स्थित हैं इतना है कि एक अंतराल में इंजेक्शन microjet आसपास के तरल के hydrodynamic बलों द्वारा ही सीमित है और दूसरी खोलने में पूरी तरह वापस से aspirated. microjet सब्सट्रेट सतह भर में प्लावित हो सकता है और स्थानीयकृत बयान / अभिकर्मकों जो सतह भर में जांच स्कैनिंग द्वारा बड़े क्षेत्रों पर इस्तेमाल किया जा सकता है की डिलीवरी के लिए एक सटीक उपकरण प्रदान करता है. इस वीडियो में हम microfluidic ^एक जांच (MFP) उपस्थित थे. हम विस्तार से व्याख्या कैसे इकट्ठा करने के लिए MFP, यह एक औंधा माइक्रोस्कोप के ऊपर माउंट, और यह सतह सब्सट्रेट के सापेक्ष संरेखित, और अंत में दिखाने के लिए कि यह कैसे उपयोग करने के लिए एक सब्सट्रेट एक बफर में डूबे सतह प्रक्रिया.

Protocol

1. जांच सिर (नहीं वीडियो में दिखाया प्रक्रिया) के Microfabrication

1. एक सी ² वफ़र, चार इंच के व्यास में, एक 1 सुक्ष्ममापी मोटी थर्मल SiO2 परत के साथ मोटी 525 सुक्ष्ममापी, 4000 rpm पर 45 एस के लिए एक photoresist (पीआर) के साथ spincoated है.
2. वफ़र 50 s के लिए 110C पर prebaked है, और एक मुखौटा के माध्यम से 5 एस के लिए सभी तत्वों (बंदरगाहों और microchannels), डि में विकसित और rinsed की विशेषता उजागर.
3. खुला SiO2 दूर 1:07 में etched है ≈ 15 मिनट (जहां SiO2 etched किया गया है सब्सट्रेट के dewetting खोदना के पूरा होने इंगित करता है) में Hydrofluoric एसिड (BHF) समाधान buffered. एक O2 प्लाज्मा या एसीटोन राख करने के लिए प्रयोग किया जाता है या शेष पीआर पट्टी.
4. एक दूसरे पीआर परत है स्पिन लेपित 45 s के लिए 1500 rpm पर, ≈ 10 सुक्ष्ममापी [31] की एक मोटी overlayer उपज. इस पीआर परत के नीचे SiO2 पैटर्न अभी भी दिखाई और एक दूसरे बंदरगाहों केवल विशेषता मुखौटा के साथ वफ़र संरेखित करने के लिए इस्तेमाल किया.
5. जोखिम और पीआर के विकास के बाद, वफ़र rinsed है, सूखे, और 20 मिनट के लिए 95C में postbaked.
6. सी वफ़र पिघला सफेद चक रक्षा मोम के साथ एक समर्थन वफ़र पर संलग्न है.
7. एक उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा (आईसीपी) DRIE के लिए पीआर हस्तांतरण करने के लिए प्रयोग किया जाता है और एम्बेडेड एक तीन कदम प्रक्रिया में वफ़र स्थलाकृति में SiO2 पैटर्न:
   1. DRIE सी (मोटी पीआर द्वारा परिभाषित पैटर्न) में ≈ 500μmdeep बंदरगाहों बनाने के लिए.
   2. DRIE मशीन से वफ़र उतारने के बिना, पीआर एक प्लाज्मा का उपयोग ashed है.
   3. उजागर SiO2 पैटर्न एक दूसरे सूखी खोदना प्रक्रिया के लिए मुखौटा के रूप में कार्य करता है, 50 सुक्ष्ममापी गहरे चैनल बनाने, और भरने और वेफर के माध्यम से निकाल बंदरगाहों को खोलने. उतारने के बाद, समर्थन वफ़र गर्म पानी की एक धारा के तहत अलग है. micromachined वफ़र तो एसीटोन इथेनॉल, और डि के साथ साफ है.
8. व्यक्तिगत MFP चिप्स diced हैं.
9. एक PDMS इंटरफ़ेस ब्लॉक एक दो संरचित (methylmethacrylate) पाली (PMMA) तत्वों, एक पॉलिश इस्पात नीचे बनाने की थाली, और दो capillaries (प्रत्येक एक दो विअस उपयोग की में डाला छेद में की रचना micromould में कास्टिंग द्वारा निर्मित है स्टील प्लेट) fluidic कनेक्शन छेद के लिए जगह धारकों के रूप में सेवारत. PDMS 60C पर एक ओवन में एच. कम से कम 1 के लिए ठीक है
10. PDMS ब्लॉक 1 mbar पर हवा प्लाज्मा में दोनों भागों 230W पर 24 एस के लिए, सक्रिय और दोनों एक साथ शामिल होने के एक घर बनाया यांत्रिक संरेखण सहायता का उपयोग करके diced MFP सिलिकॉन चिप के लिए बंधुआ है.
11. विधानसभा बांड के लिए 1 घंटे की एक न्यूनतम के लिए एक 60C ओवन में छोड़ दिया है

2. MFP की विधानसभा

1. गैस तंग कांच सीरिंज उपयुक्त प्लास्टिक सीरिंज और सुई का उपयोग करने के लिए सुनिश्चित करें कि कोई हवाई बुलबुले मौजूद हैं अभिकर्मकों के साथ भर रहे हैं. आमतौर पर, हम एक 1 -10 इंजेक्शन के लिए microliter सिरिंज, और 5-10 बार आकांक्षा के लिए बड़ी मात्रा के साथ एक सिरिंज का उपयोग करें.
2. सीरिंज टयूबिंग केशिका कम मृत मात्रा के साथ Nanotight फिटिंग का उपयोग करने के लिए जुड़े हुए हैं.
3. Capillaries भरा और खुर्दबीन के नीचे बुलबुले के लिए जाँच कर रहे हैं.
4. MFP चिप बफर बुलबुले की फँसाने जब capillaries को जोड़ने को रोकने के समाधान के साथ प्रीफिल्ड है.
5. capillaries PDMS कनेक्शन टुकड़ा में जांच सिर में plugged रहे हैं

3. सेट अप MFP की

1. जांच सिर जांच धारक में clamped है और एक औंधा माइक्रोस्कोप के ऊपर जांच स्टेशन पर घुड़सवार
2. सीरिंज उच्च परिशुद्धता सिरिंज पंप में रखा जाता है.
3. जैसे एक गिलास स्लाइड सब्सट्रेट, एक घर का बना धारक है कि खुर्दबीन मंच पर चिपका है में डाला जाता है.
4. MFP के मेसा और सब्सट्रेट के समानता न्यूटन (हस्तक्षेप किनारे) के छल्ले कि दिखाई देते हैं जब MFP सब्सट्रेट के साथ संपर्क में लाया जाता है देख कर goniometers की एक जोड़ी का उपयोग कर समायोजित किया जाता है. संपर्क और छल्ले की आवृत्ति की बात झुकाव का संकेत के रूप में सेवा है. जब MFP सतह के साथ गठबंधन है, एक एकल हस्तक्षेप की अंगूठी पूरी सतह पर फैली हुई है. इस उपाय भी MFP और सब्सट्रेट के बीच जुदाई जांचना में कार्य करता है.
5. MFP और सब्सट्रेट के बीच अंतर सतह patterning प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण है. क्योंकि सब्सट्रेट MFP नीचे स्कैनिंग द्वारा संसाधित है, क्षैतिज संरेखण सुक्ष्ममापी परिशुद्धता के साथ समायोजित किया जा है और एक तीन बिंदु तीन सुक्ष्ममापी शिकंजा द्वारा गठित समर्थन का प्रयोग कर प्राप्त है.

4. MFP का ऑपरेशन

1. वितरण LabVIEW सॉफ्टवेयर के माध्यम से नियंत्रित है. डिवाइस आपरेशन आंख और एक सीसीडी कैमरे का उपयोग कर कल्पना है. इंजेक्शन: आकांक्षा अनुपात 1:03 से 1:10 करने के लिए बदलता रहता है, आसपास के बफर और वांछित ज्यामितीय प्रवाह पैटर्न के साथ अभिकर्मक के diffusivity पर निर्भर करता है.
2. आकांक्षा सिरिंज और बुलबुले की उपस्थिति के समुचित संचालन के के लिए जाँच करने के लिए, पहले आकांक्षा सिरिंज के साथ उचित आकांक्षा शुरू करने से पहले तरल इंजेक्षन.
3. तरल और मॉनिटर और मोतियों के प्रवाह या फ्लोरोसेंट ट्रेसर डाई के कारावास का इंजेक्शन को प्रारंभ करें.
4. विशेष आवेदन के लिए जांच का उपयोग करें, यानी बयान के लिए प्रसंस्करण के लिए सतह के पार स्कैन, नक़्क़ाशी या सतह या कक्षों की धुंधला हो जाना.

Discussion

microfluidic जांच (MFP) बहुमुखी है क्योंकि यह मोबाइल (मैं) है, (ii) अभिकर्मकों और सब्सट्रेट के विभिन्न प्रकार के साथ उपयोग के लिए अनुकूलनीय और यह (iii) बड़े क्षेत्रों में संचालित किया जा सकता है.

अवांछित बुलबुले बुलबुले से बचने के प्रवाह के विघटन के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, सभी घटकों के लिए विधानसभा के लिए पहले तरल पदार्थ के साथ भरा होना चाहिए. जांच और सतह के बीच की खाई को केवल कुछ micrometers है, अभी तक मेसा कई सौ micrometers चौड़ा है, और सेंटीमीटर की रेंज में दूरी स्कैन कर रहे हैं. इसलिए स्कैन और MFP मेसा और सब्सट्रेट के बीच समानता की सतह के दोनों horizontality महान देखभाल के साथ समायोजित करने की आवश्यकता है. अंत में, आकांक्षा और इंजेक्शन के बीच अनुपात काफी बड़े MFP और सब्सट्रेट के बीच की खाई में इंजेक्शन अभिकर्मक के सभी कब्जा हो गया है.

MFP प्रोटीन के साथ हल्के शर्तों के तहत patterning सतहों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, ऊतकों या व्यक्ति की कोशिकाओं शारीरिक बफ़र्स में डूबे प्रक्रिया, या एक सतह में खोदना पैटर्न.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
microfluidic connectors	Upchurch Scientific	Micro- and Nano-tight fittings and sleeves
2-component manual dispenser	Conprotec Inc.	DM400	To dispense and mix PDMS mixture
LabVIEW	National Instruments	Version 8.0
Mechanical Convection Oven	VWR international	1330FM
Glass syringes	Hamilton Co
Capillary tubing	Polymicro Technologies
Plasma Chamber	Tegal Corporation	Plasmaline 415
Inverted Microscope	Nikon Instruments	TE2000-E
Syringe pumps	Cetoni	neMESYS
Sylgard 184	Ellsworth Adhesives	184 Sil Elast Kit
Camera	Photometrics	QuantEM 512SC
Microscope stage
Microfluidic probe holder goniometers	Melles Griot	07GON504
Linear stage	Applied Scientific Instrumentation	LS-50	For z-control of the MFP
Manual linear stage	Newport Corp.	443-4 Series	For x- and y- axis control of the MFP
Microscope stage	Applied Scientific Instrumentation	PZ-2000	With x-, y- and z- control