Summary
نقدم هنا، بروتوكولا لتوضيح عمليات التصنيع والتحقق من التجارب رقاقة موائع جزيئية (شبه-3D) سيميثريديمينسيونال تركز تدفق لتشكيل الحبرية.
Abstract
قطرات بولي موحدة ويمكن التحكم في حجم (جليكول) دياكريلاتي (بيجدا) يمكن أن تنتج عن طريق تدفق تركز العملية في جهاز موائع جزيئية. وتقترح هذه الورقة رقاقة موائع جزيئية تركز تدفق (شبه-3D) سيميثريديمينسيونال لتشكيل الحبرية. كانت مختلقة رقاقة بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) باستخدام الأسلوب متعدد الطبقات لينة الطباعة الحجرية. هيكساديكان المحتوية على السطح واستخدمت كمرحلة مستمرة، وبيجدا مع الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الصور-البادئ مرحلة مشتتة. السماح للتوتر السطحي المحلي انخفاض التوتر السطحي وشكلت تلميح أكثر كوسبيد التي شجعت اقتحام قطرات صغيرة صغيرة. كما كان الضغط المرحلة فرقت المستمر، أصبح حجم قطرات أصغر حجماً مع زيادة الضغط المستمر المرحلة قبل المرحلة متفرقة تم قطع تدفق. نتيجة لذلك يمكن تحقيقه قطرات مع اختلاف حجم من 1 ميكرومتر إلى 80 ميكرومتر في القطر بصورة انتقائية عن طريق تغيير نسبة الضغط في قناتين مدخل، وقدرت متوسط معامل الاختلاف يكون أقل من 7%. علاوة على ذلك، يمكن أن تتحول إلى حبات صغيرة قطرات قبل التعرض للأشعة فوق البنفسجية لصور--البلمرة. وقد الجزيئات الحيوية التصريف على سطح حبات صغيرة مثل العديد من التطبيقات المحتملة في مجالات البيولوجيا والكيمياء.
Introduction
الأنظمة المستندة إلى الحبرية موائع جزيئية لديها القدرة على إنتاج قطرات مونوديسبيرسي من نانومتر على نطاق القطر ميكرومتر1 عالية وإمكانات كبيرة في المخدرات الفائق اكتشاف2، توليف الجزيئات الحيوية3 ،4، والتشخيص اختبار5. نظراً للمزايا الفريدة من قطرات أصغر، مثل مساحة أكبر لتطبيقات واسعة النطاق مع استهلاك ميكروليتيرس عدد قليل من العينة، ونسبة حجم التكنولوجيا قد اجتذب اهتمام واسع في طائفة واسعة من المجالات. الاستحلاب سوائل قابلة للامتزاج اثنين واحد من الأساليب الأكثر شيوعاً لتوليد الحبرية. قد طور الباحثون في التقارير السابقة في هذا المجال، مجموعة متنوعة من الهندسات تشكيل الحبرية مختلفة، بما في ذلك تي تقاطع، تركز تدفق وشارك تتدفق هندستها. في هندسة تقاطع تي، يتم تسليم المرحلة المشتتة من خلال قناة عمودي إلى القناة الرئيسية، التي تتدفق مرحلة مستمرة6،7. في نموذجي ثنائي الأبعاد (2D) تركز تدفق8،9 الهندسة، هي المنفصمة تدفق المرحلة المشتتة من الأطراف؛ و تتدفق شارك10،الهندسة11، من ناحية أخرى، شعري إدخال تدفق المرحلة فرقت يوضع co محوريا داخل شعري أكبر للهندسة شارك المتدفقة، حيث تدفق المرحلة المشتتة هي المنفصمة من جميع الاتجاهات.
يتم التحكم في حجم التجميعية بضبط نسبة معدل حجم وتدفق القناة، والحد الأدنى للحجم التي تنتجها شارك المتدفقة أو تقاطع تي محدودة لعشرات ميكرومتر. لتشكيل نظام تركز تدفق الحبرية، تشكل ثلاثة أنماط من تفكك الحبرية بضبط نسبة الضغط من مرحلتين وتركيز الفاعل، بما في ذلك نازف في النظام، ونظام النفث و الجري نصيحة15. وضع تلميح الجري يسمى أيضا تشكيل الخيط، ومظهر رقيقة وسيتبع الموضوع استخلاص من غيض مخروط تدفق المرحلة المشتتة. أظهرت الدراسات السابقة قطرات أقل من يمكن أن تتولد ميكرومتر قليلة على الرغم من أن تدفق نصيحة عملية في 2D أو 3D شبه تركز تدفق الجهاز8،12. ومع ذلك، كما كان يستخدم محلول مائي يحتوي على تركيز منخفضة جداً من بيجدا كمرحلة مشتتة، نسبة انكماش جزيئات بيجدا كان حوالي 60% قطرات الأصلي في القطر بعد صور--البلمرة، بينما بيجدا دون تمييع المرحلة متفرقة أدت إلى عدم استقرار تدفق نصيحة وضع12. توتر السطح البيني معياراً هاما لعملية المحاكاة وأنها سوف تنخفض بسبب إضافة السطح في السائل المرحلة المستمر، مما يؤدي إلى انخفاض في حجم الحبرية، أعلى تردد الجيل13، الحافة المنحنية العالية، و منع عدم الاستقرار14. وعلاوة على ذلك، عندما تركز الفاعل الأكبر أعلى بكثير من تركيز مذيل الحرجة، توتر السطح البيني ثابت تقريبا في الدولة مشبعة13 ووضع الجري نصيحة يمكن أن تحدث15.
استناداً إلى الملاحظات المذكورة أعلاه، في هذه الورقة، طورنا نهجاً سهلة لتوليد قطرات بيجدا باستخدام 3D شبه تركز تدفق موائع جزيئية جهاز، ملفقة بأسلوب متعدد الطبقات لينة الطباعة الحجرية. مختلفة من الجهاز تركز تدفق 2D نموذجي، الجهاز تركز تدفق 3D شبه له قناة ضحلة مرحلة مشتتة وقناة مرحلة العميقة مستمرة، حتى يمكن المنفصمة المرحلة المشتتة من أعلى وأسفل بجوار الجانبي. وهذا يوفر مجموعة ضبط أكبر لوضع التركيز على تدفق بتخفيض الطاقة والضغط اللازم لتفكك الحبرية. يختلف عن التقرير السابق12، المرحلة المشتتة هي صور بيجداكونتينينج نقية-البادئ، التأكد من أن نسبة انكماش جزيئات بيجدا أقل من 10%16؛ ومرحلة المستمر هو خليط هيكساديكان حل بتركيز عالية الجزء الأكبر من السطح النطاق على أساس سيليكون. تم إنتاج قطرات حجم يمكن السيطرة عليها وموحدة بضبط نسبة الضغط على مرحلتين. قطره القطرات يتغير من 80 ميكرومتر إلى 1 ميكرومتر كما تفكك الحبرية معالجة التغييرات من وضع النفث إلى وضع الجري تلميح. وبالإضافة إلى ذلك، تم تصنيعه الجسيمات بيجدا من خلال عملية البلمرة صور تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية. سيوفر هذا النظام موائع جزيئية جيل الحبرية مع سهولة تصنيع المزيد من الإمكانات للتطبيقات البيولوجية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-العفن تلفيق
- تصميم فوتوماسكس اثنين باستخدام برامج رسم. وصف الخطوط العريضة لهيكل microchannel واستخدام اثنين من طبقات منفصلة لقناع 1 و 2 في ملف الرسم نفسه، وحتى تضمن كافة الاتصالات بين مختلف القنوات. طباعة طبقات مختلفة بشكل مستقل الكروم لوحة على زجاج قبل بائع مع 1 ميكرومتر القرار. التأكد من وجود فوتوماسكس الظلام مع الهياكل مصممة شفافة، الأقطاب سالبة.
ملاحظة: قناع 1 يحتوي على القناة مدخل المرحلة مشتتة وفوهة. قناع 2 يحتوي على القناة مدخل المرحلة المستمر والتصفية، والمآخذ. - في مختبر التصويرية المعينة، وتنظيف رقاقة سيليكون قطرها 3 بوصة. مكان يفر على المغطى تدور، ودورة على الفراغ بإلصاق يفر إلى تشاك تدور. تدور-معطف 2-3 مل من سو--8 عام 2025 مقاوم الضوء السلبية على الرقاقة ل 10 s 1,000 لفة في الدقيقة، ثم 30 ثانية على 3000 دورة في الدقيقة، توفر سمك الطبقة الأولى من 20 ميكرومتر.
- خبز لينة في هوتبلت 95 درجة مئوية لمدة 6 دقائق. بعد أن يفر المغلفة يبرد إلى درجة حرارة الغرفة (RT)، كشف عن طريق القناع 1 تحت وتحديدالمنطقه 15 ميغاواط/سم2، 365 نيوتن متر من الأشعة فوق البنفسجية على 18 س. بعد التعرض، خبز في هوتبلت 95 درجة مئوية لمدة 6 دقائق، ثم السماح ليفر إلى تبريد إلى الرايت
- كرر عملية طلاء تدور. تطبيق 2-3 مل من 2100 سو-8 مقاوم الضوء السلبية على رقاقة 10 s 1,000 لفة في الدقيقة، 30 ثم s 2,000 لفة في الدقيقة، توفر سمك الطبقة الثانية من 130 ميكرومتر. بعد خبز لينة في هوتبلت 95 درجة مئوية لمدة 35 دقيقة، ضع قناع 2 على مقاوم الطبقة الثانية الضوء للكشف عن 30 s، والذي يتماشى مع الطبقة قناة المرحلة المشتتة قبل راصفة الأشعة فوق البنفسجية. بعد التعرض، خبز في هوتبلت 95 درجة مئوية لمدة 7 دقائق.
- تطوير يفر من أغرق في حمام المقلبة 50 مل من خلات الفينيل الميثيل البروبيلين غليكول حتى تصبح واضحة في يفر ميزات، ثم تغسل بالكحول الاثيلي. وأخيراً، مكان يفر على منصة ترموستاتي الثابت الخبز ح 2.
2-شبه 3D تركز تدفق تصنيع رقاقة موائع جزيئية
- PDMS مزيج مركب ووكيلا له علاج في نسبة وزن مختلفة قليلاً للأعلى، وفي الطبقات السفلي، وعادة 10:1 للطبقة العليا، و 8:1 للطبقة السفلي، استخدام مرهم التلقائي المحرض لمدة 4 دقائق.
ملاحظة: وتعد ألواح PDMS العلوي والسفلي في نسبة مختلفة قليلاً (10:1 و 8:1 على التوالي) قاعدة PDMS عامل التجفيف، تعزيز قوة الترابط. عندما يتم اختيار نسبة 5:1 للطبقة السفلي، لوح PDMS السفلي أشد صعوبة المواءمة ويقلل من قوة الترابط نظراً لعدم توفر المرونة. وبالإضافة إلى ذلك، سمك لوح PDMS السفلي حوالي 1 ملم لتكييف العمل عن بعد من المجهر. تبعثر الرقاقة بسهولة تحت الضغط العالي عندما يتم اختيار نسبة 15:1. - صب الخليط في القالب السليكون المكتملة في طبق بتري عيار 90 ملم، وتوفر بسمك 2 ~ 3 مم. وضعه في فراغ غرفة وديغا حتى تختفي جميع فقاعات الهواء. علاج عند 80 درجة مئوية ح 1 في فرن.
- السماح PDMS لتبريد باستخدام الرايت مشرط قطع الجهاز على الأقل 3 ملم بعيداً عن الميزات وبطء تقشر طبقة PDMS من رقاقة السيليكون. لكمه مدخل المرحلة مشتتة ومدخل المرحلة مستمرة والمنفذ في أعلى طبقة PDMS استخدام لكمه قطر 0.75 ملم.
- تنظيف PDMS مع شريط لاصق لإزالة ذرات الغبار. بلازما معاملة طبقات PDMS العلوي والسفلي معا في وقت واحد لمدة 2 دقيقة في بلازما ث 300 أنظف. وضع الطبقة العليا على سطح الطبقة السفلي، والانزلاق السطوح نسبيا حتى يتم محاذاة ميزات عرض من خلال مجهر ستيريو.
- علاج الجهاز في فرن على 120 درجة مئوية لمدة يوم واحد تعزيز القوة واستكمال الربط.
3. إعداد الكواشف
- إعداد الحل المرحلة المستمر: هيكساديكان بتذويب 18 المجلد % على أساس سيليكون النطاق الفاعل بالسطح.
- إعداد الحل المرحلة المشتتة: تحتوي على 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%، 224 ميغاواط) بتركيز 5 ملغ/مل كصور-البادئ، ووالرودامين ب (ماء بولي (جليكول) دياكريلاتي (بيجدا، 255 ميغاواط،) 95%، 479.01 ميغاواط) بتركيز 1 ملمول/لتر الأصباغ الفلورية.
- ملء الخزانات 1 مل للتحكم بالضغط الهوائي مع المرحلة المستمر. ملء نصيحة 200 ميليلتر هلام التحميل مع المرحلة المشتتة.
4-نظام إعداد
- مكان الجهاز شبه 3D موائع جزيئية على المسرح مجهر ضوئي مقلوب، عرض مع كاميرا عالية السرعة.
- الاتصال المفلورة الإثيلين والبروبيلين (FEP) الأنبوب ثقب اللكم المرحلة المستمر عن طريق ربط أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ قصيرة، ثم إدراج نهاية تلميح تحميل جل في الحفرة لكمات المرحلة المشتتة. إدراج بطول 20 سم من أنابيب FEP إلى المنفذ في الجهاز ووضع النهاية في أنبوب الطرد 15 مل.
ملاحظة: تكوين النظام يتجلى في الشكل 1.
5. تشكيل قطرات
- وضع الجهاز على طاولة العمل مجهر مقلوب، وضمان أن تقاطع قنوات مختلفة يقع تقريبا في موضع مصدر الضوء من المجهر. وتركز المجهر المقلوب في منطقة يحتوي على تقاطع اثنين-مراحل ومنطقة الفوهة، والقناة المتلقين للمعلومات.
- تعيين الضغوط على مرحلتين باستخدام تحكم الضغط الهوائي لتوصيل السوائل ببطء إلى المنطقة المتقاطعة، مع 15 [مبر] للمرحلة مشتتة و 30 [مبر] لمرحلة مستمرة. انتظر 3 دقائق لتحقيق الاستقرار والموازنة حتى استقرار تدفق السوائل تحمل لا فقاعات وبقايا PDMS.
- إدخال المعلمات على واجهة المستخدم الخاصة برنامج حاسوبي لمراقبة. تعيين الضغط المرحلة المشتتة كالضغط المستوى الأساسي للنظام إلى ثابت، على سبيل المثال، والحفاظ عليه في 45 [مبر]. زيادة ضغط مرحلة مستمرة حتى يتم تغيير وضع تفكك المستحلب من النفث إلى وضع تلميح الجري، ثم الانتظار 5 دقائق لتحقيق الاستقرار.
- ضع نهاية أنبوب FEP الاتصال ثقب مأخذ على أنبوب الطرد المركزي لجمع القطرات.
6-بيجدا الجسيمات جمع وتوصيف
- إصلاح أنبوب الطرد المركزي أسلانت في المباراة. الحصول على جسيمات بيجدا من خلال التجميد السريع بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية عند تدفق الطور السائل إلى الأنبوب.
- عند الانتهاء من عملية جمع العينة ومراقبة الجسيمات بيجدا من خلال مجهر فلوري مع 20 X أو 60 X الكائنات على التوالي.
ملاحظة. ويتم تحليل الفلورسنت الصور الرقمية الملتقطة بواسطة الكاميرا من روتين برامج حسب الطلب. أن الصورة هي أول deconvolution استناداً إلى خوارزمية آر-L17 القضاء على تأثير التشويه الناتج عن عنصر الخروج من تركيز الضوء، وفي المجال الذي يتم استخراج الكائنات في الصورة استناداً إلى أسلوب الكشف عن حافة ماكرة؛ وأخيراً، يمكن حساب قطر كل كائن المجال استخدام هوغ تحويل18. كنتيجة لذلك، يمكن تقدير المتوسط والانحراف المعياري لأقطار كائنات المجال في كل صورة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
كانت مختلقة رقاقة موائع جزيئية تركز تدفق شبه-3D باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية لينة متعدد الطبقات كما هو موضح أعلاه. عملية التصنيع والنتائج للقالب الرئيسي في بروتوكولاري هو مبين في الشكل 2. الطبقة الأولى، الذي ينص على إدخال المرحلة مشتتة، و 50 ميكرومتر واسعة فوهة (الشكل 2) ميكرومتر 65 قناة واسعة، من 20 ميكرومتر في السمك. الإضافة إلى 130 ميكرومتر سمك طبقة تستخدم لتوفير قناة المرحلة مستمرة وخروج القناة (الشكل 2ب). الشكل 2 ج يظهر العفن انتهى. تم تصميم عامل تصفية في المدخل لمنع أنقاض الثقوب لكمه في PDMS من دخول. ويتم ذلك للتغلب على انسداد في فتحه (الشكل 2د).
بعد اختﻻق قوالب الرئيسي، تظهر عملية الصب والنتائج في البروتوكول في الشكل 3. تعد قطع النصف العلوي والسفلي مع الهياكل التي لها نسخ متطابقة باستخدام PDMS. استخدام لكمه 0.75 مم لحفر ثقوب مدخل ومخرج في الطبقة العليا من PDMS. بعد المعالجة بالبلازما الأكسجين في نفس الوقت، يتم محاذاة ميزات الأعلى وأسفل PDMS ألواح مع أقل خطأ المحاذاة التي لا تؤثر كثيرا على أداء الجهاز. طول الجهاز 3D شبه كاملة حوالي 5 سم. لقد حاولنا الرقائق 10 سم طويلة إضافة قناة منجرفة. ومع ذلك، أكبر شريحة، ويزيد من صعوبة عملية المحاذاة نظراً لتزايد محاذاة المنطقة. وباﻹضافة إلى ذلك، رقاقة أقصر (مثل رقاقة طويلة 2.5 سم استخدمنا) كما يجعل عملية المحاذاة صعبة بسبب الافتقار إلى المرونة.
الجهاز 3D شبه تركز تدفق موائع جزيئية وعملية تشكيل الحبرية نموذجي موضحة في الشكل 4. بسبب اختلاف عمق القناة المرحلة مشتتة والقناة المرحلة المستمر، يتوقع تدفق المرحلة المشتتة أن تقلص من جميع الاتجاهات بالتدفق المستمر المرحلة. نتيجة لذلك نصيحة السائل المخروطية متماثل أشكال إنتاج قطرات بشكل مستمر. يتم تغيير حجم قطرات بنسبة ضغط تدفق مراحل مشتتة ومستمرة. لتجاربنا، المرحلة المشتتة (فد) هو الإبقاء على الضغط المستمر كضغط مستوى القاعدة، والضغط المستمر المرحلة هو تعديل (فج) تؤثر على قوة القص، حيث أن تغيير عمليات تفكك الحبرية من طريقة النفث إلى وضع تلميح الجري، كما هو مبين في الشكل 5. هي توطد القطرات من صور--البلمرة تشكيل الجسيمات. التعرض للأشعة فوق البنفسجية بوليميريزيس مونومر في القطرات. ويبين الشكل 6 الصور الفلورية الجسيمات مع نسبة ضغط مختلفة؛ ويكشف تحليل الصورة حجم الحبرية، التي يتم رسمها كدالة لنسبة الضغط في الشكل 7. بالقياس مع أسلوب الدائرة الكهربائية24، يبين الدارة فلويديك يعادل التالية 7b الشكل. تحسب علينا تقريبا أن المقاومة الهيدروليكية من ثلاثة أجزاء: القناة المرحلة فرقت هو 1.26 × 1014السلطة الفلسطينية • ق م-3 (R3)؛ هو مجموع الفوهة وقناة منجرفة 6.08 × 1012السلطة الفلسطينية • s • م-3 (R4 + R5)؛ قناة المرحلة مستمرة وعامل التصفية هي 2.19 × 1012السلطة الفلسطينية • s • م-3 (R2) و 1.10 × 1012السلطة الفلسطينية • s • م-3 (R1). يتم إظهار العلاقات بين جميع المقاومات الهيدروليكية ومعدلات تدفق كما يلي:
فب هو ضغط تقاطع microchannel هاتين المرحلتين. عند ضغط المرحلة المشتتة (فد) يحتفظ في 45 [مبر]، يتم تحويل نسبة الضغط إلى نسبة معدل تدفق المقابلة:
QC = 0.8859فج -1.62891
سد = 2.1302-0.0217فج
يتم رسم حجم التجميعية كدالة لنسبة معدل التدفق في الشكل 7 ج. الرقم الذي يشير إلى أن نسبة الضغط المتزايد (فج /فد) يؤدي إلى تدفق المرحلة تفريق يجري المنفصمة إلى نصيحة سبيندلير وتناقص الحبرية. يختلف نطاق حجم الجسيمات بيجدا من 1 ميكرومتر إلى 80 ميكرومتر مع متوسط معامل الاختلاف (CV) أقل من 7%. ولوحظت قطرات أصغر من خلال مجهر فلوري مع 60 X الكائن، حيث لم يكن هناك سوى قطرات عشرات أو حتى في طريقة عرض المجهر. وباﻹضافة إلى ذلك، قطرات أصغر كانت حوالي عشرين أو ثلاثين بكسل في دائرة نصف قطرها. من الصعب أن تميز المعاملات فرق قطرات أصغر، وقاعدة صغيرة سيؤدي إلى عملية حسابية غير دقيقة، حيث لم تبين على السير الذاتية لتلك قطرات أصغر.
الشكل 1 : تكوين النظام التجريبي الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: ماطر قوالب للطباعة الحجرية الناعمة المتعددة الطبقات- (أ) قناع 1 المستخدمة في تكوين 20 ميكرومتر الميزات. سيد يحتوي على القناة المرحلة مشتتة وفوهة. (ب) القناع 2 تستخدم لتشكيل 130 ميكرومتر الميزات. سيد يحتوي على القناة المرحلة مستمرة والقناة الخروج. (ج) ماجستير متجانسة. (د) رسم CAD ووزارة شؤون المرأة لعامل التصفية، يقع في مدخل للحيلولة دون انسداد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: عمليات الصب والترابط لرقاقة موائع جزيئية PDMS. (أ) الرسم التخطيطي للجمعية للجهاز PDMS شبه-3D. (ب) هياكل PDMS لوح تحت sem.(ج) متآلف موائع جزيئية الجهاز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: توضيحية تعمل مبدأ النظم شبه 3D تركز تدفق موائع جزيئية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5 : السحراء fluorescence "توضيحية" لمختلف عمليات تفكك الحبرية. (أ-د) طريقة النفث (ه-و) وضع الجري تلميح. فج هو ضغط المرحلة المستمر، وهو فد ضغط المرحلة المشتتة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 6 . جسيمات بيجدا تحت ضغوط مختلفة نسبة- صور الأسفار من الجسيمات في أحجام مختلفة وجسيمات تحت المجهر الضوئي من (أ-ب) (ج-د) [كنفوكل] ليزر المسح المجهري. فج هو ضغط المرحلة المستمر، وهو فد ضغط المرحلة المشتتة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 7 . حجم التجميعية. (أ) أحجام المناظرة على أساس نسبة الضغط. مربع أسود يمثل توزيع حجم التجميعية، والأرقام مرتفعة هي معامل تباين المقابلة. قطرات أصغر من الصعب أن تميز المعاملات فرق قطرات أصغر حجماً، حيث لم تبين السيرة الذاتية لتلك قطرات أصغر. (ب) رسم توضيحي للدائرة فلويديك. (ج) العلاقة بين نسبة معدل حجم وتدفق الحبرية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
جيل قطرات في وضع التركيز التدفق باستخدام 2D و 3D شبه موائع جزيئية الجهاز قد وضعت سابقا في مجموعة متنوعة من التقارير8،،من915،،من1920، 21. في هذه النظم، اختير السائل المائية التي لا يمكن أن توطد كمرحلة مشتتة، مثل المياه8،15،،من2021، محلول مائي من الصوديوم هيدروكسيد19 وتشكيل وضع مستقر نصيحة الجري يحتاج إلى دعم الجهد العالي المجال الكهربائي8،21. وباﻹضافة إلى ذلك، مثل هذا النظام تشكيل الحبرية تركز تدفق مشابهة لواحدة من المياه النقية، مع انخفاض تركيز محلول بيجدا12، الذي أكثر استقرارا من واحدة من استخدام بيجدا دون تمييع كمرحلة مشتتة.
في شبه 3D تركز تدفق موائع جزيئية نظامنا دون المجال الكهربائي الجهد العالي، كغير مخفف بيجدا حل السائل المرحلة مشتتة، زيادة صعوبة عملية تفكك النموذج الحبرية مستقرة. وجدنا أن وضع الجري نصيحة كان أكثر استقرارا عن طريق زيادة تركيز السطح؛ وأيضا، زيادة تركيز الفاعل انخفض التوتر السطحي المحلي وشكلت تلميح أكثر كوسبيد، مما أدى إلى انخفاض حجم التجميعية. نتيجة لذلك يمكن الحصول على حجم يمكن السيطرة عليها (1 ميكرومتر إلى 80 ميكرومتر في القطر) قطرات بضبط نسبة ضغط، فقط في سهولة التصنيع وطريقة إمكانية تكرار نتائج عالية.
ومع ذلك، هناك قيداً رئيسيا لنظامنا موائع جزيئية تركز تدفق شبه-3D. PDMS نوع من مواد مرنة حتى تصبح وضع التركيز على تدفق غير مستقرة تحت ضغط عال بسبب تشوه microchannel. وبالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أنه أفيد أن هيكساديكان سيسبب PDMS تورم22، لم نلاحظ التشوه الكبير لدينا microchannel التسبب بمثل هذا الأثر. تم اختيار 80 ميكرومتر و 100 ميكرومتر قناة واسعة لمرحلة مشتتة، وتشوه طفيف لوحظ عند زيادة الضغط. لذا، نقترح أن معدل التدفق في منطقة الفوهة مرتفع جداً تحت هذا الضغط العالي، مما يؤدي إلى تشوه لا مفر منه، ولكن ليس بسبب تأثير هيكساديكان تورم. سوف ينحني جهاز كامل مسطح قليلاً بعد الاستخدام المتواصل لمدة 7 ساعات. يستغرق حوالي 4 ساعات لقياس مجموعة من البيانات العملية، ولا كان مشوهاً الجهاز ملحوظة. وعلاوة على ذلك، يجدر استكشاف ما إذا أدت عملية تفكك ضراوة استخدام تقاطع تي في الوضع غير مستقر تركز تدفق. واختير Y-تقاطع، هيكل تدفق-التركيز مع زاوية بين قناتين المرحلة (بما في ذلك 15°، 45°، 65°) جعل لطيف تدفق تركيز لوضع أكثر استقرارا. ومع ذلك، أي وضع الجري نصيحة وقع تحت تلك الأجهزة موائع جزيئية، وتشكيل قطرات فقط أكبر في إطار وضع النفث. كما أفيد أن العرض الكامل لتدفق المرحلة فرقت حوالي 30 ميكرومتر تحت الضغط العالي نسبة استخدام Y-تقاطع23. أخيرا، كان الضغط مستوى القاعدة المطبقة على المرحلة فرقت منخفضة إلى حد ما، والضغط المنخفض يقلل من تواتر الجيل، خاصة بالنسبة لقطرات أصغر. ومن المتوقع ارتفاع معدل الإنتاج يتم الحصول عليها من خلال بنية موازية في عملنا في المستقبل.
قطرات أصغر يسبب ارتفاع نسبة حجم السطح، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل التفاعل والكفاءة. في الأحياء، وستستخدم الحبرية صغيرة لفحص الأجسام المضادة واكتشاف المخدرات بميكانيكيات الديكور، التغليف بإضافة الجزيئات البيولوجية، مثل استهداف الوراثية والخلايا والجسيمات الفنية المنتجة عن طريق إضافة المغناطيسية ونيون المواد. ونأمل أن لدينا بروتوكولات، تتصل بتصنيع شبه 3D تركز تدفق الجهاز PDMS وتوليد الحبرية الصغيرة، سوف تسهم الدراسات المستمرة وأعمق في هذا الميدان، وأن تستخدم في طائفة واسعة من التطبيقات البيولوجية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
هذا العمل كان يدعمها تمويل (منحة رقم البحوث الأساسية في شنتشن جسيج 20150630170146829 و JCYJ20160531195439665 و JCYJ20160317152359560). المؤلف يود أن يشكر الأستاذ يوسف تشن في "شنتشن معاهد للتكنولوجيا المتقدمة"، الأكاديمية الصينية للعلوم ليدعم.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silicon wafer | Huashi Co., Ltd | ||
| SU-8 2025, 2100 | Microchem Co. | Y111069 | |
| SU-8 developer | Microchem Co. | Y020100 | |
| Chromium mask | Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd | ||
| polydimethylsiloxane(PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) | Sigma | 26570-48-9 | |
| 2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone | TCI | H1361-5G | photoinitiator |
| Hexadecane | Sigma | 544-76- 3 | |
| ABIL EM 90 | CHT | 144243-53-8 | surfactants |
| Rhodamine B | Aladdin | 81-88-9 | fluorescent dye |
| Spin Coater | |||
| Lithography machine | |||
| Automatic ointment agitator | Thinky | ARV-310 | |
| Oven | BluePard | ||
| Optical microscope | OLYMPUS | IX71 | |
| High-speed camera | Hamamatsu, Japan | ORCA-flash | |
| MAESFLO Microfluidic Fluid Control System | FLUIGENT | MFCS-EZ | |
| UV lamp | FUTANSI | 365 nm UV light, 8000 MW/CM2 |
References
- Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).
- Xiao, Q., et al. Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery. Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).
- Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. Y. Surface-functionalizable amphiphilic nanoparticles for pickering emulsions with designer fluid-fluid interfaces. RSC Adv. 6, 39926-39932 (2016).
- Zhang, L., et al. Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery. Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).
- Shembekar, N., Chaipan, C., Utharala, R., Merten, C. A. Droplet-based microfluidics in drug discovery, transcriptomics and high-throughput molecular genetics. Lab on a chip. 16, 1314-1331 (2016).
- Soh, G. Y., Yeoh, G. H., Timchenko, V. Numerical investigation on the velocity fields during droplet formation in a microfluidic T-junction. Chemical Engineering Science. 139, 99-108 (2016).
- Chiarello, E., Derzsi, L., Pierno, M., Mistura, G., Piccin, E. Generation of Oil Droplets in a Non-Newtonian Liquid Using a Microfluidic T-Junction. Micromachines. 6, 1825-1835 (2015).
- Moyle, T. M., Walker, L. M., Anna, S. L. Controlling thread formation during tipstreaming through an active feedback control loop. Lab on a chip. 13, 4534-4541 (2013).
- Moon, B. U., Abbasi, N., Jones, S. G., Hwang, D. K., Tsai, S. S. Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing. Analytical chemistry. 88, 3982-3989 (2016).
- Zhu, P., Tang, X., Wang, L. Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration. Microfluidics and Nanofluidics. , 20 (2016).
- Kim, S. H., Kim, B. Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels. Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).
- Jeong, W. C., et al. Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices. Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).
- Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device. Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).
- Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis. J Phys D Appl Phys. , 46 (2013).
- Anna, S. L., Mayer, H. C. Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device. Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).
- Liu, H., et al. Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay. J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).
- Richardson, W. H. Bayesian-based iterative method of image restoration. Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).
- Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. A survey of Hough Transform. Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).
- Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction. Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).
- Kim, H., et al. Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device. Applied Physics Letters. 91, 133106 (2007).
- Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling. Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).
- Chiu, Y. J., et al. Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing. Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).
- Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy. Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).
