Microfluidic वायवीय पिंजरों: में चिप क्रिस्टल फँसाने, हेरफेर के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण और नियंत्रित रासायनिक उपचार

Summary

Herein, we describe the fabrication and operation of a double-layer microfluidic system made of polydimethylsiloxane (PDMS). We demonstrate the potential of this device for trapping, directing the coordination pathway of a crystalline molecular material and controlling chemical reactions onto on-chip trapped structures.

Abstract

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. Herein, we introduce a microfluidic-based technology, employing a double-layer microfluidic device, which can trap and localize in situ and ex situ synthesized structures on microfluidic channel surfaces. Crucially, we show how such a device can be used to conduct controlled chemical reactions onto on-chip trapped structures and we demonstrate how the synthetic pathway of a crystalline molecular material and its positioning inside a microfluidic channel can be precisely modified with this technology. This approach provides new opportunities for the controlled assembly of structures on surface and for their subsequent treatment.

Introduction

आण्विक सामग्री लंबे ऐसे आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी और सेंसर ^1-4 जैसे क्षेत्रों में अनुप्रयोगों के अपने व्यापक संख्या की वजह से वैज्ञानिक समुदाय में अध्ययन किया गया है। इन लोगों के बीच, जैविक कंडक्टर लचीला प्रदर्शित करता है और एकीकृत कार्यात्मक उपकरणों ^5,6 में अपनी केंद्रीय भूमिका की वजह से आणविक सामग्री की एक विशेष रूप से रोमांचक वर्ग के हैं। हालांकि, आणविक आधारित सामग्री में इलेक्ट्रॉनिक प्रभारी परिवहन सक्षम करने के लिए इस्तेमाल के तरीके प्रभारी परिवहन परिसरों (CTCs) और प्रभारी परिवहन लवण (CTSS) ^7-10 के गठन के लिए प्रतिबंधित कर रहे हैं। अक्सर, CTCs और CTSS विद्युत तरीकों से या सीधे रासायनिक redox प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पन्न कर रहे हैं; प्रक्रियाओं है कि अधिक जटिल आर्किटेक्चर जहां multifunctionality कल्पना की जा सकती करने के लिए दाता या स्वीकर्ता moieties की एक नियंत्रित परिवर्तन में बाधा। तदनुसार, चलाया पीढ़ी और आणविक आधार के हेरफेर के लिए नए व्यवस्थित तरीके की व्याख्याडी सामग्री सामग्री विज्ञान और आणविक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है, और यदि सफल निस्संदेह नए कार्यों और उपन्यास प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों को बढ़ावा मिलेगा।

इस संदर्भ में, microfluidic प्रौद्योगिकियों हाल ही में एक कृत्रिम प्रक्रिया ^11,12 के दौरान गर्मी और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के साथ ही अभिकर्मकों की प्रतिक्रिया-प्रसार की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए अपनी क्षमता की वजह से आणविक आधारित सामग्री के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया गया है। सीधे शब्दों में कहें, निरंतर प्रवाह में और कम रेनॉल्ड्स संख्या पर जो प्रवाह पथ, जहां मिश्रण केवल प्रसार ^13-16 के माध्यम से होता अंदर एक अच्छी तरह से नियंत्रित प्रतिक्रिया क्षेत्र के गठन के परमिट दो या अधिक अभिकर्मक धाराओं के बीच एक स्थिर इंटरफेस प्राप्त किया जा सकता है। दरअसल, हम पहले से लामिना का प्रवाह कार्यरत है ऐसे समन्वय पॉलिमर (सीपी) microfluidic चैनलों ¹⁷ के अंदर के रूप में क्रिस्टलीय आणविक सामग्री का सिंथेटिक मार्ग स्थानीय बनाना। इस पद्धति से पता चला है हालांकि जीउपन्यास सी.पी. nanostructures, सतहों पर ऐसी संरचनाओं के प्रत्यक्ष एकीकरण, साथ ही नियंत्रित रासायनिक उपचार साकार करने के बाद उनके निर्माण अभी बाकी है में reat वादा सीटू ¹⁸ में महसूस किया जा सकता है। इस सीमा को पार करने के लिए, हमने हाल ही में पता चला है कि microfluidic वायवीय पिंजरों (या वाल्व) दो परत microfluidic उपकरणों में शामिल की प्रवर्तन हितकर इस संबंध में इस्तेमाल किया जा सकता है। भूकंप के समूह ¹⁹ की अग्रणी काम के बाद से, microfluidic साँस का वाल्व अक्सर एकल कोशिका फँसाने और अलगाव ^20, enzymatic गतिविधि की जांच ^21, छोटे तरल पदार्थ की मात्रा ²² से फँसाने, सतहों ²³ और प्रोटीन क्रिस्टलीकरण ²⁴ पर कार्यात्मक सामग्री के स्थानीयकरण के लिए इस्तेमाल किया गया है। हालांकि, हम पता चला है कि डबल परत microfluidic उपकरणों, फंसाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता स्थानीय बनाना और गठन बगल में एकीकृत घटक बाहर पढ़ने के लिए संरचनाओं और सतहों ¹⁸ पर। इसके अलावा, हम भी दिखा दिया है कि इस तरह की तकनीक फंस संरचनाओं पर नियंत्रित रासायनिक उपचार प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, दोनों को सक्षम करने, "microfluidic सहायता ligand एक्सचेंज" ¹⁸ और नियंत्रित रासायनिक जैविक क्रिस्टल ^18,25 के डोपिंग। दोनों ही मामलों में, CTCs नियंत्रित microfluidic की शर्तों के तहत संश्लेषित किया जा सकता है, और सबसे हाल ही में एक अध्ययन में, multifunctionality एक ही सामग्री के टुकड़े में वर्णित किया जा सकता है। इस के साथ साथ, हम इन दोहरी परत microfluidic डाई से लदी प्रवाह को रोजगार के उपकरणों के प्रदर्शन का प्रदर्शन, पैदा करते हैं और एक वाणिज्यिक पत्र के समन्वय मार्ग के रूप में अच्छी तरह से एक microfluidic चैनल की सतह पर अपनी स्थानीयकरण पर नियंत्रण और अंत में चिप पर पर नियंत्रित आकलन रासायनिक उपचार फंस संरचनाओं।

Protocol

नोट: एक डबल परत microfluidic युक्ति की दो परतों, जैसे, ऑटोकैड, 5 माइक्रोन की एक विशेषता सटीक सीमा के साथ एक ड्राइंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर बनाया गया है और उच्च संकल्प फिल्म मास्क फार्म के लिए मुद्रित कर रहे हैं। मास्टर नए नए साँचे SU-8 लिथोग्राफी द्वारा 4 "सिलिकॉन वेफर्स पर बनाई गई हैं, संरचनाओं ऊंचाई में 50 माइक्रोन के उत्पादन की अनुमति। 1. मास्टर मोल्ड निर्माण SU-8 Photolithography का उपयोग एक गर्म थाली निर्जलीकरण के लिए 10 मिनट के लिए 200 डिग्री सेल्सियस पर सेट पर सिलिकॉन वेफर रखें। नोट: सिलिकॉन वेफर निर्जलीकरण एक बेहतर संपर्क प्रदान करता है और स्पिन कोटिंग चरण के दौरान SU-8 photoresist के प्रसार सुनिश्चित करता है। 3 मिनट की अवधि में कमरे के तापमान को नीचे निर्जलित वेफर कूल। एक स्पिन coater और जमा SU-8 photoresist की 4 मिलीलीटर वेफर के केंद्र में (लगभग 1 मिलीलीटर SU-8 सब्सट्रेट के प्रति इंच) पर वेफर लोड। सबसे पहले, 500 क्रांति पर जमा SU-8 धीरे धीरे फैलती10 सेकंड के लिए प्रति मिनट (आरपीएम) ons। इस तरह की एक घूर्णन गति सुनिश्चित करता है कि SU-8 कवरेज पूरे वेफर सतह पर बढ़ जाती है। दूसरा, उच्च गति पर सब्सट्रेट कताई द्वारा SU-8 की मोटाई नियंत्रित करते हैं। वर्तमान प्रयोगों में, उत्पन्न करने के लिए SU-8 50 माइक्रोन उच्च में 30 सेकंड के लिए 3,000 आरपीएम की एक स्पिन गति का उपयोग करें। वेफर ध्यान से एक कपास के साथ, जबकि एक कम आरपीएम (आम तौर पर 100 आरपीएम) पर कताई पोंछ के किनारे मनका साफ कर लें। 95 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर स्पिन में लिपटे वेफर गर्मी 15 मिनट SU-8 (यानी, "मुलायम सेंकना") से अवशिष्ट विलायक को दूर करने के लिए। नोट: परत विरोध में पैटर्न या "झुर्रियाँ" की उपस्थिति विलायक की अधूरी हटाने इंगित करता है। पके हुए वेफर कूल वापस कमरे के तापमान को नीचे और वेफर जोखिम से पहले साथ photomask की पायस मुद्रित पक्ष से संपर्क करें। यूवी दीपक और जोखिम इकाई को चालू करें और प्रणाली 10 मीटर से अधिक की अवधि को स्थिर करते हैंमें। (समय = जोखिम ऊर्जा / 365 एनएम पर तीव्रता के अनुसार) एक यूवी optometer का उपयोग कर 365 एनएम पर दीपक तीव्रता को मापने, और आवश्यक समय जोखिम का अनुमान है। नोट: वर्तमान प्रयोगों में जोखिम ऊर्जा 250 MJ / 2 सेमी होने की गणना की गई थी। स्पिन में लिपटे समय पिछले चरण में अनुमान के लिए पराबैंगनी प्रकाश के वेफर पर photomask बेनकाब। इधर, 79.6 सेकंड के लिए बेनकाब। इसके तत्काल बाद प्रदर्शन के बाद, 1 मिनट के लिए और बाद में 5 मिनट के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पर 65 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर उजागर वेफर सेंकना। इस चरण में, प्रतिक्रिया यूवी लाइट द्वारा शुरू की और पाक के बाद पूरा हो गया है। पोस्ट बेक्ड वेफर छोड़ दो 3 मिनट की अवधि में कमरे के तापमान को शांत करने के लिए। गैर crosslinked SU-8 वेफर पर 8 मिनट से अधिक SU-8 डेवलपर में यह भंग द्वारा विकास करना। गैर crosslinked SU-8 का पूरी तरह हटाने सुनिश्चित करने के लिए दो चरणों में विभाजित प्रक्रिया। पहले में, 5 मिनट के लिए डेवलपर समाधान में वेफर विसर्जित, फिरगैर crosslinked SU-8 के बहुमत बढ़ रहा है। तो फिर शेष गैर crosslinked SU-8 भंग करने के लिए 3 मिनट के लिए डेवलपर के एक ताजा समाधान में वेफर विसर्जित (आमतौर पर crosslinked संरचनाओं के बीच फंस)। isopropanol के साथ विकसित वेफर कुल्ला और वेफर नमूनों संरचनाओं होने (बाद में "मास्टर मोल्ड" कहा जाता है) बाहर सुखाने के लिए खड़े हो जाओ। मास्टर मोल्ड rinsing पर एक दूधिया अवशेषों का अवलोकन इंगित करता है कि विकास अधूरा है। "हार्ड सेंकना" सब्सट्रेट और पानी रखना विरोध में संभावित दरारें के लिए 2-5 मिनट के लिए 200 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर सूखे मास्टर ढालना गर्म करें। गढ़े मास्टर ढालना कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति दें। Desiccator में मास्टर मोल्ड (एक वैक्यूम पंप से जुड़े) एक धूआं हुड के अंदर रखें। एक गिलास बीकर में trimethylsilyl क्लोराइड (TMCS) के 100 μl डालो और desiccator अंदर इस जगह है। चेतावनी: TMCS ज्वलनशील है, corrosivई और विषाक्त; इस प्रकार, हैंडलिंग कदम उपयोगकर्ता सुरक्षात्मक दस्ताने, काले चश्मे और एक प्रयोगशाला कोट पहनने के साथ, एक धूआं हुड के तहत किया जाना चाहिए। वैक्यूम के अंतर्गत desiccator रखो और इंतजार कम से कम 1 घंटा TMCS वाष्प मास्टर मोल्ड सतह पर जमा करने के लिए अनुमति देने के लिए। 1 घंटे के बाद, धीरे-धीरे माहौल को desiccator के भीतर दबाव और खुले संतुलित करना। चेतावनी: खुले desiccator सीधे ऊपर साँस नहीं है। silanized मास्टर निकालें और desiccator बंद करें। 2. डबल परत microfluidic उपकरणों का निर्माण नोट: प्रोटोकॉल विशेष रूप से समय और तापमान के प्रति संवेदनशील है। किसी भी विफलता समय सीमा का पालन करने और तापमान गैर बंधुआ, और इसलिए, गैर कार्यात्मक उपकरणों के निर्माण के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। एक डिस्पोजेबल वजन डिश में: (1 वजन में 5) और पूरी तरह से एक प्लास्टिक रंग के साथ मिश्रण PDMS elastomer और इलाज एजेंट का एक मिश्रण डालो। वर्तमान प्रयोग मेंएस, elastomer के 50 ग्राम और इलाज के एजेंट के 10 ग्राम का उपयोग एक PDMS परत ऊंचाई 19,26 में लगभग 5 मिमी के रूप में। देगास के लिए वैक्यूम के अंतर्गत Desiccator में अच्छी तरह से मिश्रित PDMS की जगह और 15 मिनट के लिए फंस बुलबुले को दूर। PDMS elastomer और इलाज एजेंट (20: 1 वजन में) मिश्रण एक डिस्पोजेबल वजन डिश में (जैसे, 10 ग्राम इलास्टोमेर और 0.5 ग्राम इलाज एजेंट) 19,26। एक फ्रेम में "नियंत्रण परत" मास्टर मोल्ड (वर्तमान प्रयोगों में, एक 11 मिमी दौर polytetrafluoroethylene (PTFE) रिंग) को ठीक करें। degassing के लिए वैक्यूम के अंतर्गत desiccator में 1 PDMS मिश्रण: 15 मिनट के बाद, 20 जगह है। desiccator से 1 PDMS मिश्रण और "नियंत्रण परत" मास्टर मोल्ड उस दौर फ्रेम के अंदर स्थित है पर इस डालना: पिछले चरण के रूप में एक ही समय में, 5 बाहर ले। साथ ही वैक्यूम के अंतर्गत desiccator में PDMS और मास्टर ढालना युक्त फ्रेम रखें। अधिशेष PDMS रखें। 45 मिनट (और 30 मिनट के बाद के बाद पटआईएनजी दोनों desiccator में मिश्रण PDMS), दोनों के मिश्रण PDMS desiccator से बाहर ले और फ्रेम 5 युक्त जगह: 1 PDMS और "नियंत्रण परत" मास्टर एक ओवन में 80 डिग्री सेल्सियस पर ढालना। 1 PDMS मिश्रण: एक ही समय में, 20 के साथ कोट "fluidic परत" मास्टर ढालना स्पिन करने के लिए शुरू करते हैं। स्पिन कोटिंग के लिए घूर्णन गति वांछित ऊंचाई के आधार पर निर्धारित किया जाता है, और कहीं और 27 सूचित किया गया है। 60 मिनट में स्पिन कोटिंग समाप्त करने और अवशिष्ट PDMS रखने के उद्देश्य। 80 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में 1 PDMS: 60 मिनट के बाद, "fluidic परत" मास्टर ढालना स्पिन 20 के साथ लेपित डाल दिया। 75 मिनट में, ओवन से बाहर दोनों मास्टर नए नए साँचे ले। पील बंद केवल 5: "नियंत्रण परत" मास्टर आचारण से 1 PDMS, एक ब्लेड के साथ सब्सट्रेट पासा और डिजाइन में चुना गया inlets पदों पर एक 1 मिमी बायोप्सी पंचर के साथ नियंत्रण परतों के लिए छेद मुक्का। इधर, नियंत्रण परत लंबाई में 24 मिमी और चौड़ाई में 24 मिमी है। आरचिपकने वाला टेप का उपयोग टुकड़े चिप्स से निकालें मलबे। मैन्युअल टुकड़े इकट्ठा और 20 के शीर्ष पर नियंत्रण परत चिप्स मुक्का मारा: 1 PDMS स्पिन "fluidic परत" मास्टर 500X की बढ़ाई के साथ एक stereomicroscope का उपयोग मोल्ड (चित्रा 1) पर लेपित। डालो और एक मोटा PDMS परत बनाने के लिए और इस तरह अंत में बंधुआ fluidic और नियंत्रण परतों को हटाने की सुविधा के लिए इकट्ठे चिप्स के आसपास अवशिष्ट PDMS आकर्षित। 80 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में दो परत उपकरणों युक्त "fluidic परत" मास्टर मोल्ड रखें और रात में दुकान। अगले दिन, ओवन से बाहर ठीक विधानसभा ले और यह कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं। "Fluidic परत" मास्टर आचारण से PDMS विधानसभा को छीलकर, पासा एक ब्लेड के साथ गढ़े दोहरी परत उपकरणों (लंबाई में 24 मिमी और चौड़ाई में 24 मिमी) और पंच fluidic inlets / दुकानों के एक 1.5 मिमी बायोप्सी पंचर साथ। ope के साथ चिप्स की सतह का इलाजn चैनलों और कांच coverslips (24 मिमी × 40 मिमी) एक प्रभामंडल निर्वहन के साथ और तुरंत उन्हें एक साथ बांड। 1 मिनट से अधिक PDMS स्लैब और कांच coverslip पर कोरोना डिस्चार्ज ले जाकर उपचार करें। वैकल्पिक रूप से, संबंधों की सुविधा के लिए एक benchtop प्लाज्मा प्रणाली का उपयोग करें। कम से कम 4 घंटे के लिए 70-80 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में बंधुआ डबल परत चिप्स की दुकान। 3. microfluidic प्रणाली विधानसभा microfluidic युक्ति इकट्ठा किया गया है के बाद, polytetrafluoroethylene (PTFE) टयूबिंग (0.8 मिमी आईडी) का उपयोग fluidic जलाशयों (सीरिंज) करने के लिए चिप की fluidic परत inlets कनेक्ट। नियंत्रण परत 1.6 मिमी बाहरी व्यास है कि सिलिकॉन रबर टयूबिंग और धातु कनेक्टर्स का उपयोग करने के लिए दबाव inlets आपूर्ति के स्रोत से कनेक्ट। खोलें और एक दबाव स्रोत है जो मैन्युअल रूप से संचालित किया जाता है का उपयोग कर 3 बार में दबाव हवा को लागू करने से वाल्व बंद कर दें। चैनलों के लिए आपूर्ति तरल पदार्थ कंप्यूटर नियंत्रित सिरिंज पंप के एक श्रृंखला का उपयोग। एक औंधा माइक्रोस्कोप पर मुहिम शुरू की एक उच्च संकल्प कैमरा के साथ वाल्व के प्रवर्तन और डिवाइस ऑपरेशन कल्पना। 63x बढ़ाई के लिए 5X का प्रयोग करें। वायवीय पिंजरे Actuation द्वारा लामिना का प्रवाह शासन के हेरफेर 4. नोट: fluidic परत दो इनलेट अभिसारी चैनल, जो कर रहे हैं चौड़ाई में 150 माइक्रोन एक व्यापक मुख्य चैनल चौड़ाई में 300 माइक्रोन तक के होते हैं। और नियंत्रण परत समान आयताकार वाल्व (250 माइक्रोन × 200 माइक्रोन) कि मुख्य fluidic चैनल के शीर्ष पर स्थित हैं की एक श्रृंखला है। एक बार सेट-अप सिरिंज पंप और साँस नियंत्रक प्रणाली से जुड़ा है, 20 μl / मिनट के प्रवाह की दर पर प्रवेश चैनलों में से एक के माध्यम से एक जलीय डाई प्रवाह परिचय। 3 बार में यह actuating द्वारा वाल्व बंद करें। पता है कि तरल पदार्थ अभी भी वाल्व के आसपास प्रवाह कर सकते हो। यह सुविधा फंस संरचनाओं 18,25 के नियंत्रित रासायनिक उपचार प्राप्त करने में महत्वपूर्ण है </ Sup>। दबाव जारी करके वाल्व खोलें। डाई समाधान पहले चैनल के माध्यम से बहती है, जबकि 20 μl / मिनट पर दूसरे इनलेट चैनल में एक और जलीय द्रव इंजेक्षन। दो जलीय प्रवाह के बीच एक अंतरफलक microfluidic युक्ति में लामिना का प्रवाह शासन पेश करने के कारण का गठन किया गया है। 3 बार में यह actuating द्वारा वाल्व बंद करें। इस मामले में, वाल्व के प्रवर्तन दो जलीय प्रवाह के इंटरफेस में परिवर्तन; एक परिणाम है कि एक वाणिज्यिक पत्र (ख़बरदार इन्फ्रा) 18,28 के गठन के दौरान सिंथेटिक मार्ग को संशोधित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 30 μl / मिनट और 10 μl / मिनट के लिए द्रव का प्रवाह दरों में परिवर्तन और डाउन निरीक्षण या दो तरल पदार्थ के बीच उत्पन्न इंटरफेस के मार्गदर्शक ऊपर स्थानांतरित कर दिया। 5. microparticles का स्थानीयकरण सिरिंज पंप और साँस नियंत्रक प्रणाली के लिए गढ़े दोहरी परत चिप कनेक्ट करें। एक जलीय समाधान 10 wt।% polystyrene युक्त तैयारफ्लोरोसेंट कणों (व्यास, उत्तेजना और 468 एनएम और 508 एनएम पर उत्सर्जन में अधिकतम 5 माइक्रोन, क्रमशः)। लेजर उत्तेजना स्रोत 488 एनएम के तरंग दैर्ध्य पर परिचालन का प्रयोग करें। 20 μl / मिनट की कुल प्रवाह दर पर दो इनलेट चैनलों में कण-लादेन तरल पदार्थ का परिचय। 2 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें जब तक एक स्थिर प्रवाह की स्थापना की है। 3 बार में वाल्व उकसाना इसे बंद करने के लिए। कई कणों वाल्व के नीचे फंस और whilst प्रवाह बनाए रखा है सतह पर स्थानीय कर दिया जाएगा। 6. पीढ़ी और एक समन्वय पॉलिमर की नियंत्रित कटौती (सीपी) चांदी नाइट्रेट का एक 2.5 मिमी जलीय घोल तैयार करें (Agno 3)। सिस्टीन की एक 2.5 मिमी जलीय घोल (Cys) तैयार करें। इथेनॉल 18 में एक संतृप्त एस्कॉर्बिक एसिड समाधान तैयार है। एक ही दोहरी परत चिप की एक प्रवाह दर पर प्रत्येक का उपयोग करें और (इनलेट प्रति एक अभिकर्मक) दो इनलेट चैनलों में दो अभिकर्मकों इंजेक्षन50 μl / मिनट। दो सह बहने steams के इंटरफेस में रजत और सिस्टीन (एजी (आई) Cys) सीपी के गठन का निरीक्षण करें। उकसाना फंसाने के लिए 3 बार का गठन एजी (मैं) वाल्व के नीचे Cys सीपी में वाल्व। 50 μl के प्रवाह की दर पर प्रवेश चैनलों में फ्लश आसुत जल / मिनट दूर धोने के लिए अधिशेष सिंथेटिक प्रक्रिया के दौरान इस्तेमाल किया अभिकर्मकों। दबाव जारी है और वाल्व खुला। उत्पन्न सीपी रोका प्रवाह की शर्तों के तहत वाल्व के नीचे रहते हैं। आदेश, फंस एजी (आई) के एक नियंत्रित रासायनिक कमी का संचालन करने के Cys सीपी 1 बार में वाल्व दबाव जारी है और 10 μl / मिनट की एक प्रवाह दर पर इथेनॉल में संतृप्त एस्कॉर्बिक एसिड समाधान निकलवाने में। एक स्पष्ट रंग परिवर्तन है कि ((0) एजी) एस्कॉर्बिक एसिड 18 से एजी (आई) धातु चांदी के कमी को जिम्मेदार ठहराया है का निरीक्षण करें।

Representative Results

डबल परत microfluidic उपकरणों के रूप में चित्र 1 में दिखाया दो बंधुआ microfluidic PDMS में संरचित चिप्स से मिलकर बनता है। पहली परत है, जो एक ही समय एक सतह को बंधुआ पर है, तरल पदार्थ (द्रव परत) प्रवाह करने के लिए, जबकि दूसरी परत प्रयोग किया जाता है, जो सीधे पहली PDMS परत को बंधुआ है, प्रवाह करने के लिए गैस (नियंत्रण परत) का इस्तेमाल किया जाता है। चित्रा 1. डबल परत microfluidic युक्ति। (ए) योजनाबद्ध चित्रण और (बी) डबल परत microfluidic हमारी जांच में प्रयुक्त उपकरण के माइक्रोग्राफ। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। में चैनलों के माध्यम से गैस इंजेक्शननियंत्रण परत सतह (2A चित्रा और चित्रा 2 बी) की ओर द्रव परत निचोड़ कर रख, microfluidic चैनल सतह पर फँसाने और संरचनाओं के स्थानीयकरण की इजाजत दी। PDMS झिल्ली प्रवर्तन वायवीय पिंजरों और / या सूक्ष्म वाल्व है कि एक साँस नियंत्रक द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। झिल्ली प्रवर्तन की कापी मॉडल के रूप में, हम बताएंगे कि कैसे द्रव परत की पूरी विक्षेपन इसकी प्रवर्तन (चित्रा -2) और microchannel सतह पर फ्लोरोसेंट microparticles की फँसाने के बाद वाल्व के नीचे प्रसारित करने के लिए एक डाई से लदी प्रवाह से बचा जाता है (चित्रा 2 डी और 2 ई) । चित्रा 2. झिल्ली प्रवर्तन और फँसाने संरचनाओं की। (ए) की ओर और (बी) के शीर्ष दृश्य दिखा दोहरी परत microfluidic युक्ति हो चित्रसामने (ऊपर) और बाद (नीचे) वायवीय वाल्व के प्रवर्तन। (सी) से पहले (ऊपर) और तरल पदार्थ की परत (नीचे) का निचोड़ के बाद एक डबल परत microfluidic युक्ति का सूक्ष्मग्राफ। नीचे के पैनल में, तरल पदार्थ की परत झिल्ली प्रवर्तन का एक बेहतर धारणा के लिए rhodamine डाई की एक जलीय घोल से भर जाता है। (डी) से पहले (ऊपर) एक डबल परत microfluidic युक्ति के उज्ज्वल क्षेत्र micrographs और बाद में (नीचे) एक बहने जलीय समाधान युक्त polystyrene फ्लोरोसेंट कणों के साथ वाल्व के प्रवर्तन (10 wt।%)। डी में दिखाया गया ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियों की (ई) फ्लोरोसेंट छवियों यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 3 ए दिखाता सीटू के फँसाने actuat के माध्यम से एक डबल परत microfluidic युक्ति के अंदर सीपी उत्पन्नएक साँस पिंजरे के आयन। सूचना है कि एक नया समन्वय मार्ग पहले वाल्व के प्रवर्तन के बाद उत्पन्न होता है। वाल्व प्रवर्तन एजी (आई) Cys दो अभिकर्मक धाराओं के इंटरफेस में उत्पन्न सी.पी. की फँसाने सुनिश्चित करता है और एक नया समन्वय मार्ग (चित्रा 3 ए) के गठन की सुविधा। एजी (आई) Cys दो अभिकर्मक धाराओं के इंटरफेस में उत्पन्न सी.पी. का एक विस्तृत रासायनिक लक्षण वर्णन पिछले अध्ययनों 17,18 में पाया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, और बाद में अधिशेष को हटाने के शुद्ध पानी (चित्रा 3 बी) के प्रवाह के साथ समाधान अभिकर्मकों, इथेनॉल में एक संतृप्त एस्कॉर्बिक एसिड समाधान पर चिप फंस संरचनाओं (चित्रा 3 सी) के नियंत्रित रासायनिक कमी के लिए microfluidic चैनल को जोड़ा जा सकता है। 1 बार करने के लिए 3 बार से वाल्व दबाव को कम करने के पक्ष में clamped क्षेत्र 18 के नीचे फंस एजी (आई) Cys सीपी के एक नियंत्रित रासायनिक उपचार। एक गहरे भूरे रंग के लिए फंस एजी (आई) Cys सीपी का रंग बदल रहा हैपिछले टिप्पणियों 18,29 के साथ धातु के लिए मोनोवैलेन्ट चांदी की कमी, समझौते में करने के लिए ttributed। चित्रा 3. एजी (आई) Cys सीपी और नियंत्रित रासायनिक कमी की फँसाने। (ए) ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवि synthetized एजी (आई) Cys सी.पी. और एक नया समन्वय मार्ग की पीढ़ी के बगल में एक की फँसाने दिखा। एक पानी के प्रवाह के साथ अधिशेष अभिकर्मकों समाधान को हटाने के बाद clamped क्षेत्र के नीचे फंस सीपी (बी) सूक्ष्मग्राफ, और (सी), कमी प्रतिक्रिया प्रक्रिया के बाद ही सूक्ष्म वाल्व के माइक्रोग्राफ। का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें यह आंकड़ा।

Discussion

The reported approach can be easily modified to fabricate different valve shapes to afford other applications such as fluid confinement. Indeed, the flexibility of this protocol also allows for modification of the thickness of the bottom layer, and thereby of the PDMS membrane, from a couple of tens to a few hundreds of microns to fulfill any application of interest. Moreover, dimensions of structures in each layer of the device can be optimized for the desired application and various heights of structures on the master molds can be simply achieved by spinning the photoresist at different velocities. Spinning the photoresist at a higher speed results in thinner structures.

To better implement the protocol, a clean room environment for the fabrication of the master molds is substantially essential; otherwise, the fabrication procedure will lead to defective master molds and thereby to unusable microfluidic devices. Two critical aspects should be emphasized in this protocol: i) the constant temperature of the oven that needs to be adjusted to 80 °C and ii) the programmed time period between processes that has to be complied accurately. Any modification of temperature and time frame in the protocol might lead to non-bonded chips, and thus, to non-functional devices.

The “turbulent free” conditions typically encountered in microfluidic systems have recently been employed for the generation of microstructures or molecular materials inside³⁰ and outside single layer microfluidic chips³¹. In double-layer microfluidic chips, the laminar flow regime, and hence, the interface generated between continuous co-flows can be manipulated using pneumatic cages^18,28. These devices also provide for effective control over the synthetic pathway, which in turn leads to precise localization and trapping on surfaces¹⁸.

As mentioned earlier, pneumatic actuation in double-layer microfluidic chips has been previously employed for various applications such as cell trapping²⁰, enzymatic activity studies²¹ and protein crystallization²⁴. However, the main objective of the reported approach is to propose a platform to be used for trapping and directing the coordination pathway of a crystalline molecular material and controlling chemical reactions onto on-chip trapped structures^18,25.

The described method does not only allow trapping of anisotropic structures but can be used to localize particles onto surfaces. Future studies can be effectively directed towards the design of new valve shapes for additional application in biology, materials science and sensor technologies. The combination of different valve shapes as well as altered channel heights and membrane thicknesses can be employed to fulfill specific applications, such as chemical studies based on diffusional mixing and the localization of material growth.

A further application of the described microfluidic platforms is in the controlled chemical doping of crystals, which can lead to a rationalized formation of interfaces in crystalline structures¹⁹. This approach also provides for a wide range of post-treatments of on-chip trapped structures; a methodology that will undoubtedly open new horizons in materials engineering.

It is important to underline that the number of technologies enabling controlled chemical reactions under dynamic conditions and onto crystalline matter are very limited at present, hence making this approach very attractive in materials-related fields. However, a major limitation of this technology is the use of PDMS. PDMS elastomer is incompatible with many organic solvents, which limits the number of reactions that can be conducted inside these microfluidic chips. In future, the development of other elastomers that can tolerate and be stable against a broader number of organic solvents will be highly required in order to expand this field of research to other materials and chemistries.

Materials

High resolution film masks	Microlitho, UK	–	Features down to 5um
SU8 photoresist	MicroChem Corp., USA	SU8-3050	–
Silicon wafers	Silicon Materials Inc., Germany	4" Silicon Wafers	Front surface: polished, Back surface: etched
Silicone Elastomer KIT (PDMS)	Dow Corning, USA	Sylgard® 184	–
Spinner	Suiss MicroTech, Germany	Delta 80 spinner	–
UV-Optometer	Gigahertz-Optik Inc., USA	X1-1	–
Mask Aligner	Suiss MicroTech, Germany	Karl Suss MA/BA6	–
SU8 developer	Micro resist technology GmbH, Germany	mr-Dev 600	–
Trimethylsilyl chloride	Sigma-Aldrich, Switzerland	386529	≥97%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
Biopsy puncher	Miltex GmBH, Germany	33-31AA-P/25	1 mm
Biopsy puncher	Miltex GmBH, Germany	33-31A-P/25	1.5 mm
Glass coverslip	Menzel-Glaser, Germany	BB024040SC	24 mm × 60 mm, #5
Laboratory Corona Treater	Electro-Technic Products, USA	BD-20ACV	–
PTFE tubing	PKM SA, Switzerland	AWG-TFS-XXX	AWG 20TFS, roll of 100 m
Silicone rubber tubing	Hi-Tek Products, UK	–	1 mm I.D.
neMESYS Syringe Pumps	Cetoni GmbH, Germany	Low Pressure (290N)	–
High resolution camera	Zeiss, Germany	Axiocam MRc 5	–
Fluorescent inverted microscope	Zeiss, Germany	Axio Observer A1	Operable at two wavelengths i.e. 350 nm and 488 nm
Green polystyrene fluorescent particles	Fisher Scientific, Switzerland	11523363	Size: 5.0 um, solid content: 1%
Silver nitrate (AgNO3)	Sigma-Aldrich, Switzerland	209139	≥99.0%,
L-Cysteine (Cys)	Sigma-Aldrich, Switzerland	W326305	≥97.0%,
Disposable weighing dish	Sigma-Aldrich, Switzerland	Z154881	L × W × H : 86 mm × 86 mm × 25 mm
Disposable weighing dish	Sigma-Aldrich, Switzerland	Z708593	Hexagonal, Size XL
Plastic spatula	Semadeni, Switzerland	3340	L × W : 135 mm x 14 mm
Dye, Bemacron ROT E-G	Bezema, Switzerland	BZ 911.231	Red
Stereomicroscope	Wild Heerbrugg, Switzerland	Wild M8	500x magnification
Disposable scalpels	B. Braun, Switzerland	233-5320	Nr. 20
L-Ascorbic acid	Sigma-Aldrich, Switzerland	A4403	–