Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels via Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten

doi: 10.3791/57198 Published: July 3, 2018

Summary

Hier presenteren we een protocol ter illustratie van de fabricage processen en de verifiërende experimenten van een semi-three-dimensional (semi-3D) stroom-focusing microfluidic chip voor druppel vorming.

Abstract

Uniforme en grootte-controleerbaar poly (ethyleen glycol) diacrylate (PEGDA) druppels geproduceerd kon worden via de stroom gericht proces in een microfluidic apparaat. Dit document stelt een semi-three-dimensional (semi-3D) stroom-focusing microfluidic chip voor druppel vorming. De chip Polydimethylsiloxaan (PDMS) werd vervaardigd met behulp van de methode Multi-Layer zachte lithografie. Hexadecaan met oppervlakteactieve stof werd gebruikt als continue fase, en PEGDA met de ultraviolet (UV) foto-initiator was de verspreide fase. Oppervlakteactieve stoffen mag de lokale oppervlaktespanning te laten vallen en een meer cusped tip die bevorderd breken in kleine micro-druppeltjes gevormd. Als de druk van verspreide fase constant was, werd de grootte van de druppels kleiner met de toenemende druk van de continue fase vóór verspreide fase stroom werd afgebroken. Dientengevolge, druppels met variatie van de grootte van 1 µm tot 80 µm in diameter selectief kunnen worden bereikt door het veranderen van de druk-verhouding in twee inlaat kanalen, en de gemiddelde variatiecoëfficiënt werd geschat op minder dan 7%. Bovendien zou kunnen druppels uitmonden in micro-kralen door UV belichting voor foto-polymerisatie. Conjugating biomoleculen op het oppervlak van dergelijke micro-kralen hebben veel toepassingsmogelijkheden op het gebied van biologie en chemie.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Microfluidic druppel gebaseerde systemen hebben de mogelijkheid om te produceren zeer monodispers druppels van nanometer micrometer diameter bereik1 groot potentieel ingedrukt in de high-throughput drug discovery2, synthese van biomoleculen3 ,4, en de diagnostische testen van5. Als gevolg van de unieke voordelen van kleinere druppeltjes, zoals de grotere oppervlakte aan volumeverhouding en de grootschalige toepassingen met het consumeren van een paar microliters van steekproef, heeft de technologie uitgebreide interesse in een brede waaier van velden aangetrokken. De membraanemulsificatie van twee onmengbare vloeistoffen is een van de meest typische methoden voor het genereren van de druppel. In eerdere verslagen in het veld, hebben onderzoekers een verscheidenheid van verschillende druppel vorming geometrieën, met inbegrip van de t-splitsing, stroom-focusing en co stroomt geometrieën ontwikkeld. In de t-splitsing geometrie, wordt de verspreide fase geleverd via een loodrecht kanaal in het belangrijkste kanaal, waarin de continue fase6,7 stroomt. In de typische tweedimensionale (2D) stroom-focusing8,9 geometrie, is de verspreide fase stroom geschoren uit de dwarskrachten; en voor de co vloeiende geometrie10,11, aan de andere kant, een capillair invoering van de verspreide fase stroom is geplaatst co-axiaal binnen een grotere capillair voor co vloeiende geometrie, zodat de verspreide fase stroom is geschoren uit alle richtingen.

De druppel grootte wordt bepaald door het kanaal grootte en stroom tarief verhouding aan te passen, en de minimale grootte geproduceerd door samen stromen of t-splitsing is beperkt tot tientallen micrometers. Voor stroom-focusing druppel vorming systeem, vormen drie modi voor druppel uiteenvallen door het aanpassen van de verhouding van de druk van twee fasen en concentratie van de oppervlakteactieve stof, met inbegrip van de druipende regime, de jetting regime, en tip-streaming15. Tip-streaming modus wordt ook genoemd draad vorming en het uiterlijk van een dunne de wol uit te trekken uit de tip van verspreide fase stroom kegel worden nageleefd. Eerdere studies hebben aangetoond dat druppels minder dan enkele micrometers kunnen worden gegenereerd, hoewel tip-streaming proces in 2D of semi-3D stroom-focusing apparaat8,12. Echter, zoals een waterige oplossing met een zeer lage concentratie van PEGDA werd gebruikt als de verspreide fase, de verhouding van de krimp van PEGDA deeltjes was ongeveer 60% van de oorspronkelijke druppels diameter na foto-polymerisatie, terwijl PEGDA zonder verdunning als de verspreide fase leidde tot unstable tip-streaming modus12. Interfaciale spanning is een belangrijke parameter voor emulsie proces en het zal afnemen als gevolg van de toevoeging van de oppervlakteactieve stof in de vloeistof van de continue fase, wat leidt tot afname van de grootte van de druppel, hogere generatie frequentie13, zeer gebogen uiteinde, en het voorkomen van instabiliteit14. Bovendien, wanneer de concentratie van de surfactant bulk veel hoger dan de kritische micel-concentratie is, de Interfaciale spanning is ongeveer onveranderlijk in de verzadigde staat13 en de tip-streaming modus kan optreden van15.

Op basis van de bovenstaande opmerkingen maken, in dit document, ontwikkeld we een facile benadering voor PEGDA druppels generatie met behulp van een semi-3D stroom-focusing microfluidic apparaat, vervaardigd door multi-layer zachte lithografie methode. Anders dan de typische 2D stroom-gericht apparaat, de semi-3D stroom-focusing apparaat heeft een ondiepe verspreide fase kanaal en een diep continue fase kanaal, zodat de verspreide fase kan worden geschoren uit omhoog en omlaag naast laterale. Dit biedt grotere aanpassing assortiment voor stroom-focusing modus door vermindering van de energie en de druk die nodig is voor druppel uiteenvallen. Anders dan de vorige verslag-12, de verspreide fase is pure PEGDAcontaining foto-initiator, ervoor te zorgen dat de verhouding van de krimp van PEGDA deeltjes lager dan 10%16 is; en de continue fase is het mengsel van hexadecaan ontbinding met een hoge bulk-concentratie van de siliconen gebaseerde nonionic oppervlakteactieve stof. Grootte-controleerbaar en uniforme druppels werden geproduceerd door het aanpassen van de verhouding van de druk van twee fasen. De diameter van de druppels verandert van 80 µm 1 µm zoals de druppel uiteenvallen wijzigingen ten opzichte van de jetting modus naar de tip-streaming modus verwerkt. Bovendien werd het PEGDA deeltje gesynthetiseerd door foto-polymerisatie proces onder UV-belichting. De druppel generatie microfluidic systeem met gemak van fabricage zal het verstrekken van meer mogelijkheden voor biologische toepassingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. schimmel Fabrication

  1. Ontwerp twee fotomaskers met behulp van een tekening software. Beschrijven de omtrek van de microchannel structuur en gebruik van twee afzonderlijke lagen voor masker 1 en 2 in de dezelfde tekeningbestand, dus zorg ervoor alle verbindingen tussen verschillende kanalen. Verschillende lagen onafhankelijk chrome plaat op het glas door een leverancier met 1 µm resolutie afdrukken. Ervoor zorgen dat de fotomaskers donker met transparante ontworpen structuren, als een negatieve polariteit uitzendt.
    Opmerking: Het masker 1 bevat het verspreide fase inlaat kanaal en een opening. Het masker 2 bevat de continue fase inlaat kanaal, het filter en het stopcontact.
  2. Schoon in aangewezen fotolithografie lab, een 3-inch diameter silicium wafer. Plaats het zegel op een spin-coater, weer op het vacuüm te bevestigen van het zegel op de spin chuck. Spin-jas 2-3 mL SU-8 2025 negatieve fotoresist op het zegel voor 10 s bij 1.000 tpm, dan 30 s 3000 rpm, bieden de eerste laagdikte van 20 µm.
  3. Zachte bak op een kookplaat van 95 ° C gedurende 6 minuten. Nadat de gecoate wafer afkoelt tot kamertemperatuur (RT), worden blootgesteld via het masker 1 onder een collimated 15 mW/cm2, 365 nm van UV-voor 18 s. post-exposure, bakken op een kookplaat van 95 ° C gedurende 6 minuten, dan kunnen de wafer afkoelen tot RT.
  4. Herhaal het proces van de spin-coating. Toepassing van 2-3 mL van de negatieve fotoresist SU-8 2100 naar de wafer voor 10 s bij 1.000 tpm, dan 30 s bij 2.000 rpm, bieden de tweede laagdikte van 130 µm. Na zachte bak op een kookplaat van 95 ° C gedurende 35 min., plaats het masker 2 op de tweede laag fotoresist bloot voor 30 s, dat was afgestemd op de verspreide fase kanaal laag door een UV-aligner. Post-exposure, bakken op een kookplaat van 95 ° C gedurende 7 minuten.
  5. De wafer te ontwikkelen door het onder te dompelen in een stirred bad van 50 mL methylacetaat ether propyleenglycol tot functies duidelijk op de wafer geworden, dan met ethylalcohol wassen. Tot slot, plaats het zegel op de thermostatische platform voor harde-bakken voor 2 h.

2. semi-3D Flow-focusing Microfluidic Chip Fabrication

  1. Mix PDMS monomeer en haar genezen agent in een lichtjes verschillend gewichtsverhouding voor de bovenste en de onderste lagen, meestal 10:1 voor de bovenste laag, en 8:1 voor de onderste laag, met behulp van automatische zalf agitator voor 4 min.
    Opmerking: De boven- en onderkant PDMS platen worden bereid in een iets andere verhouding (10:1 en 8:1 respectievelijk) voor PDMS base te genezen agent, verbetering van de sterkte van de binding. Bij 5:1 verhouding is gekozen voor de onderste laag, de stijvere onder PDMS slab uitlijning bemoeilijkt en vermindert de hechting sterkte wegens gebrek aan flexibiliteit. Daarnaast is de dikte van de plaat onder PDMS ongeveer 1 mm voor de aanpassing van de afstand van de werken van Microscoop. De chip vervormt gemakkelijk onder hoge druk wanneer 15:1-verhouding wordt gekozen.
  2. Giet het mengsel in de mal van de voltooide silicium in een petrischaal 90-mm en voorzien van een dikte van 2 ~ 3 mm. plaats het in een vacuuemcel en ontgas totdat alle luchtbellen verdwijnen. Genezen bij 80 ° C gedurende 1 uur in een oven.
  3. Laat de PDMS afkoelen tot RT. gebruik een scalpel om te knippen het apparaat ten minste 3 mm afstand van de functies en langzaam de PDMS laag van het silicium wafer afschilferen. De inlaat van de verspreide fase, de continue fase inlaat en de uitlaat in de toplaag van de PDMS, met behulp van een 0,75 mm diameter punch Punch.
  4. Reinig de PDMS met plakband om te verwijderen van stofdeeltjes. Plasma behandelen zowel de boven- en onderkant PDMS lagen tegelijk gedurende 2 minuten in een 300 W plasma reiniger. Plaats de bovenste laag op de onderkant van de laag, en schuif de oppervlakken relatief tot functies worden uitgelijnd door een stereo microscoop bekijken.
  5. Het genezen van het apparaat in een oven bij 120 ° C gedurende één dag ter verbetering van de sterkte en voltooien van hechting.

3. reagentia voorbereiding

  1. Bereid de oplossing van de continue fase: Hexadecane door ontbinding 18 vol % siliconen gebaseerde nonionic oppervlakteactieve stof.
  2. Bereid de oplossing van de verspreide fase: hydrofiele poly (ethyleen glycol) diacrylate (PEGDA, MW 255,) met 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%, MW 224) met een concentratie van 5 mg/mL als foto-initiator en rhodamine B () 95%, MW 479.01) met een concentratie van 1 mmol/L als de fluorescente kleurstoffen.
  3. Vul de 1 mL reservoirs van pneumatische druk controller met de continue fase. Vul de tip 200 µL gel laden met de verspreide fase.

4. system Preparation

  1. Plaats het apparaat semi-3D microfluidic in het werkgebied van een omgekeerde optische Microscoop, met een high-speed camera bekijken.
  2. Sluit de gefluoreerde ethyleen propyleen (FEP) buis aan het geperforeerd gat van de continue fase door het aanbrengen van een korte roestvrij-staal buis, dan sluit het uiteinde van een gel laden tip in het geperforeerd gat van de verspreide fase. Invoegen van een 20 cm lengte van FEP buis in het stopcontact in het apparaat en plaats het uiteinde in een centrifugebuis van 15 mL.
    Opmerking: De configuratie van het systeem wordt geïllustreerd in Figuur 1.

5. druppels vorming

  1. Plaats het apparaat op de werkbank van een omgekeerde Microscoop, en ervoor te zorgen dat de kruising van verschillende kanalen ongeveer zich in de positie van de lichtbron van de Microscoop bevindt. Richten de omgekeerde Microscoop op een gebied waarin twee-fasen kruising, de regio van de opening en de downstream-kanaal.
  2. Ingestelde druk van twee fasen met behulp van pneumatische druk controller te leveren van de vloeistof langzaam naar de kruisende regio, met 15 mbar voor de verspreide fase en 30 mbar voor de continue fase. Wacht 3 min voor stabilisatie en evenwichtsinstelling tot stabiele vloeistofstromen uitvoering geen bubbels en PDMS residu.
  3. Ingang van de parameters in de gebruikersinterface van de software van de controle. Instellen van de druk van de verspreide fase als de base-niveau druk van het systeem om een constante, bijvoorbeeld, het onderhouden op 45 mbar. Verhoging van de druk van continue fase tot de emulsie uiteenvallen modus wordt gewijzigd van de jetting naar de tip-streaming mode, wacht 5 min. voor stabilisatie.
  4. Plaats de FEP buis einde het gat van de uitlaat verbinden met de centrifugebuis voor het verzamelen van de druppels.

6. PEGDA deeltjes verzamelen en karakterisering

  1. Corrigeer de centrifugebuis schuin in het armatuur. Krijgen de PEGDA deeltjes via de snelle stolling door UV belichting wanneer vloeibare fase stroom aan de buis.
  2. Bij het beëindigen van het proces van het verzamelen, proef en observeren de PEGDA deeltjes via de fluorescente microscoop 20 X of 60 X objecten respectievelijk.
    Opmerking. De digitale fluorescerende afbeeldingen die zijn vastgelegd door de camera worden geanalyseerd door een op maat gemaakte software routine. Het beeld is eerste deconvolutie op basis van de R-L algoritme17 te elimineren van het vervagende effect van uit-van-gericht licht en de sfeer die objecten in de afbeelding worden uitgepakt op basis van de Canny rand detectiemethode; tot slot, de diameter van elke bol-object kan worden berekend met behulp van Hough transformatie18. Dientengevolge, kunnen gemiddelde en standaardafwijking van de diameter van de bol objecten in elk beeld worden geschat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De flow-focusing semi-3D-chip voor microfluidic werd vervaardigd met behulp van multi-layer zachte lithografie technieken zoals hierboven beschreven. Het fabricageprocédé en de resultaten voor master schimmel in de protocolare afgebeeld in Figuur 2. De eerste laag, waarmee een 65 µm breed kanaal voor de invoering van de verspreide fase en een 50 µm breed opening (Figuur 2een), is 20 µm in dikte. Een toevoeging 130 µm dikte laag is gebruikt om het continue fase-kanaal en het kanaal van de uitgang (Figuur 2b). Figuur 2 c toont een afgewerkte schimmel. Een filter in de inlaat is ontworpen om te voorkomen dat brokstukken van de gaten geslagen in de PDMS invoeren. Dit wordt gedaan om te overwinnen verstopping in de opening (Figuur 2d).

Na de master mallen fabriceren, zijn het gietproces en de resultaten in het protocol afgebeeld in Figuur 3. Bovenste en onderste helft-stukken met gespiegelde structuren worden bereid met PDMS. Met behulp van een punch 0,75 mm de inlaat en uitlaat boorgaten in de bovenste laag van PDMS. Na zuurstof plasma behandeling gelijktijdig, zijn de kenmerken van de bovenkant en de onderkant PDMS platen afgestemd op minder uitlijning fout die geen aanmerkelijke gevolgen voor de Apparaatprestaties hebben doet. De lengte van het hele semi-3D-apparaat is ongeveer 5 cm. We hebben geprobeerd de 10 cm lange chips toe te voegen de downstream-kanaal. Echter, hoe groter de chip, hoe moeilijker de uitlijning proces als gevolg van de toenemende uitlijning regio. Bovendien, maakt de kortere chip (zoals 2,5 cm lange chip die we gebruikt) ook uitlijning proces moeilijk te wijten aan gebrek aan flexibiliteit.

Het semi-3D stroom-focusing microfluidic apparaat en het proces van de vorming van typische droplet worden geïllustreerd in figuur 4. Vanwege het verschil van de diepte van het verspreide fase-kanaal en het kanaal continue fase, wordt de verspreide fase stroom verwacht door de continue fase stroom uit alle richtingen worden geperst. Dientengevolge, tip symmetrische conische vloeistof vormen te produceren druppels voortdurend. De grootte van de druppels wordt gewijzigd door de verhouding van de druk van de fasen verspreid en continue stroom. Voor onze experimenten, de druk van verspreide fase (PD) constant wordt gehandhaafd als de base-niveau druk, en de continue fase (PC) wordt gewijzigd om te beïnvloeden de shearing kracht, zodat de druppel uiteenvallen processen van wijzigen de jetting modus naar de tip-streaming-modus, zoals afgebeeld in Figuur 5. De druppels zijn verhard door foto-polymerisatie vormende deeltjes. UV-blootstelling polymerizes het monomeer in de druppels. Figuur 6 toont fluorescerende beelden van deeltjes met verschillende druk-verhouding; en beeldanalyse onthult de druppel grootte, die is uitgezet als functie van de druk-verhouding in Figuur 7een. Naar analogie met de elektrische schakeling methode24, wordt het gelijkwaardige fluidic circuit weergegeven in de volgende figuur 7b. We ruwweg berekend de hydraulische weerstand uit drie delen: het verspreide fase kanaal is 1,26 X 1014Pas m-3 (R3); de som van de opening en de downstream-kanaal is 6.08 X 1012Pasm-3 (R4 + R5); het continue fase-kanaal en het filter zijn 2.19 X 1012Pasm-3 (R2) en 1.10 X 1012Pasm-3 (R1). De relaties tussen alle hydraulische weerstanden en debiet worden weergegeven als volgt:

Equation 1

Equation 2

Equation 3

PB is de druk van het snijpunt van twee fasen microchannel. Wanneer de druk van verspreide fase (PD) op 45 mbar is gehouden, wordt de druk-verhouding geconverteerd naar bijbehorende stroom tarief verhouding:

QC = 0.8859PC - 1.62891

QD = 2.1302 - 0.0217PC

De grootte van de druppel is uitgezet als functie van de verhouding tussen de stroom tarief in Figuur 7 c. Het cijfer geeft aan dat de toenemende druk-verhouding (PC / PD) leidt tot de verspreiden fase stroom in de spindlier tip en de afnemende droplet wordt schuingetrokken. Het bereik van de grootte van de deeltjes PEGDA varieert van 1 µm tot 80 µm met een gemiddelde variatiecoëfficiënt (CV) minder dan 7%. De kleinere druppeltjes werden waargenomen door de fluorescente microscoop 60 X-object, dus er slechts een tiental druppels in de weergave van de Microscoop waren. Daarnaast waren de kleinere druppeltjes ongeveer twintig of dertig pixels in straal. Het was moeilijk om het karakteriseren van de coëfficiënten van variantie van kleinere druppeltjes en de kleine base zou leiden tot een onjuiste berekening, zodat de CV's van die kleinere druppeltjes werden niet vermeld.

Figure 1
Figuur 1 : De configuratie van een experimenteel systeem Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: Mater mallen voor multi-layer zachte lithografie. (a) het masker 1 gebruikt voor vorming van 20 µm functies. Het model bevat het verspreide fase kanaal en een opening. (b) het masker 2 gebruikt voor vorming van 130 µm functies. Het model bevat het continue fase-kanaal en het kanaal afsluiten. (c) monolithische model. (d) CAD-tekening en SEM van het filter, gelegen bij de inlaat ter voorkoming van verstoppingen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: gieten en verlijmen verwerkt voor de PDMS microfluidic chip. (a) schematisch diagram van de vergadering van het semi-3D PDMS apparaat. (b) structuren voor PDMS slab onder SEM.(c) monolithische microfluidic apparaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: Een illustratieve beginsel van de semi-3D stroom-focusing microfluidic systemen werken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Een illustratieve fluorescentie mages van verschillende druppel uiteenvallen processen. (a-d) de jetting modus en (e-f) de tip-streaming-modus. PC is de druk van continue fase, en PD is de druk van verspreide fase. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 . PEGDA deeltjes onder verschillende druk verhouding. Fluorescentie beelden van deeltjes in verschillende maten en deeltjes onder (a-b) de optische Microscoop en (c-d) confocale laser scanning microscopie. PC is de druk van continue fase, en PD is de druk van verspreide fase. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 . De grootte van de druppel. (a) overeenkomstige maten op basis van de druk-verhouding. Zwart vierkant vertegenwoordigt de grootteverdeling van de druppel en de superscript nummers zijn de overeenkomstige variatiecoëfficiënt. Kleinere druppeltjes zijn moeilijk te karakteriseren van de coëfficiënten van variantie van kleinere druppeltjes, dus de CV van die kleinere druppeltjes werden niet vermeld. (b) illustratie van fluidic circuit. (c) de relatie tussen druppel grootte en flow rate ratio. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De generatie van druppeltjes in de stroom-focusing modus met behulp van 2D- en semi-3D microfluidic apparaat is eerder ontwikkeld in een aantal verslagen8,9,15,19,20, 21. In deze systemen, werd de waterige vloeistof die niet kon worden verhard gekozen als de verspreide fase, zoals gedeïoniseerd water8,15,20,21, een waterige oplossing van natriumhydroxide hydroxide19 en de vorming van stabiele tip-streaming modus moet de steun van hoogspanning elektrisch veld8,21. Bovendien is dergelijke stroom-focusing druppel vorming systeem vergelijkbaar met degene van zuiver water, met een lage concentratie waterige oplossing van PEGDA12, die is stabieler dan die van het gebruik van PEGDA zonder verdunning als de verspreide fase.

Onverdunde PEGDA oplossing werd in onze semi-3D stroom-focusing microfluidic systeem zonder hoogspanning elektrisch veld wordt gebruikt als de verspreide fase vloeistof, verhogen de moeilijkheid om vorm stabiele druppel uiteenvallen proces. We vonden dat de tip-streaming-modus stabieler was doordat de concentratie van de oppervlakteactieve stof; en ook verhoging van de concentratie van de surfactant daalde de lokale oppervlaktespanning en vormden een meer cusped tip, wat leidt tot de daling van de grootte van de druppel. Dientengevolge, kunnen grootte-controleerbaar (1 µm tot 80 µm in diameter) druppels worden verkregen door de druk-verhouding, alleen aan te passen in een versnelling van de fabricage en hoge reproduceerbaarheid wijze.

Er is echter een grote beperking voor onze semi-3D stroom-focusing microfluidic systeem. PDMS is een soort flexibel materiaal zodat de stroom-focusing modus zou onder hoge druk als gevolg van de vervorming van de microchannel instabiel. Bovendien, hoewel het werd gemeld dat hexadecaan PDMS zwelling22zou veroorzaken, zien we niet aanzienlijke vervorming van onze microchannel veroorzaakt door dergelijke effect. De 80 µm en 100 µm breed kanaal voor de verspreide fase werden geselecteerd en lichte vervorming werd waargenomen wanneer de druk verhoogd. Dus, we suggereren dat het debiet in de regio van de opening is te hoog onder zo'n hoge druk, leidt tot de onvermijdelijke vervorming, maar niet vanwege de zwelling effect van hexadecaan. Een hele platte apparaat zal buig iets na te blijven gebruiken voor 7 uur. Het duurt ongeveer 4 uur voor het meten van een aantal praktische gegevens, en het apparaat is niet opmerkelijk is vervormd. Bovendien is het waard of het heviger uiteenvallen-proces met behulp van de t-splitsing in de unstable stroom-focusing modus resulteerde. Y-junction, de stroom-gericht structuur met een hoek tussen twee fase kanalen (met inbegrip van 15°, 45°, 65°) werd geselecteerd om een zachte stroom-gericht voor een meer stabiele modus. Echter geen tip-streaming-modus heeft plaatsgevonden onder deze microfluidic apparaten, en alleen grotere druppels gevormd onder jetting modus. Het werd ook gemeld dat de volledige breedte van verspreide fase stroom was ongeveer 30 µm onder hogedruk verhouding met behulp van Y-junctie23. Ten slotte, de druk van de base-niveau toegepast op de verspreide fase was enigszins laag, en lage druk vermindert de frequentie van de generatie, vooral voor de kleinere druppeltjes. Hogere productie naar verwachting worden verworven door de paralleled structuur in onze toekomstige werkzaamheden.

Kleinere druppel veroorzaakt hogere oppervlakte-volumeverhouding, wat leidt tot hogere reactiesnelheid en efficiëntie. In de biologie, de kleine druppel zal worden gebruikt voor antilichaam screening en drugontdekking door onregelmatige decoratie, inkapseling van toevoegen van biologische moleculen, zoals gerichte genetische cellen en produceren functionele deeltje door toevoeging van magnetische en TL materiaal. Wij hopen dat onze protocollen, met betrekking tot de fabricage van semi-3D stroom-focusing PDMS apparaat en kleine druppel generatie, tot een continue en diepere studies op dit gebied bijdragen zal, en in een brede waaier van biologische toepassingen worden gebruikt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door het fundamenteel onderzoek van Shenzhen financiering (Grant nr. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 en JCYJ20160317152359560). De auteurs bedank Prof. Y. Chen aan het Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academie van Wetenschappen voor ondersteunt.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Zhang, L., et al. Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery. Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Zhu, P., Tang, X., Wang, L. Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration. Microfluidics and Nanofluidics. 20 (2016).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Anna, S. L., Mayer, H. C. Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device. Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).
  16. Liu, H., et al. Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay. J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).
  17. Richardson, W. H. Bayesian-based iterative method of image restoration. Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).
  18. Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. A survey of Hough Transform. Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).
  19. 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).
  20. Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).
  21. 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).
  22. Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling. Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).
  23. Chiu, Y. J., et al. Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing. Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).
  24. 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).
Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels <em>via </em>Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wu, Y., Qian, X., Mi, S., Zhang, M., Sun, S., Wang, X. Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (137), e57198, doi:10.3791/57198 (2018).More

Wu, Y., Qian, X., Mi, S., Zhang, M., Sun, S., Wang, X. Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (137), e57198, doi:10.3791/57198 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter