Summary
वर्तमान प्रोटोकॉल एक वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म का वर्णन करता है जिसका उपयोग कुशल सूक्ष्म कण एकाग्रता के लिए किया जा सकता है।
Abstract
वर्तमान लेख एक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करके कण एकाग्रता को नियंत्रित करने के लिए एक वायवीय वाल्व को बनाने और संचालित करने के लिए एक विधि का परिचय देता है। इस प्लेटफ़ॉर्म में घुमावदार तरल चैनलों और तीन वायवीय वाल्वों के साथ एक त्रि-आयामी (3 डी) नेटवर्क है, जो पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस) के साथ डुप्लेक्स प्रतिकृति के माध्यम से नेटवर्क, चैनल और रिक्त स्थान बनाते हैं। डिवाइस निम्नलिखित क्रम में एक वायवीय वाल्व द्वारा नियंत्रित तरल प्रवाह दर की क्षणिक प्रतिक्रिया के आधार पर संचालित होता है: (1) नमूना लोडिंग, (2) नमूना अवरुद्ध, (3) नमूना एकाग्रता, और (4) नमूना रिलीज। कणों को छलनी वाल्व (वीएस) प्लेट के पतले डायाफ्राम परत विरूपण द्वारा अवरुद्ध किया जाता है और घुमावदार माइक्रोफ्लुइडिक चैनल में जमा होता है। काम करने वाले तरल पदार्थ को दो चालू / बंद वाल्वों के एक्चुएशन द्वारा डिस्चार्ज किया जाता है। ऑपरेशन के परिणामस्वरूप, विभिन्न आवर्धन के सभी कणों को सफलतापूर्वक रोक दिया गया और विघटित कर दिया गया। जब इस तकनीक को लागू किया जाता है, तो ऑपरेटिंग दबाव, एकाग्रता के लिए आवश्यक समय, और एकाग्रता दर डिवाइस आयामों और कण आकार आवर्धन के आधार पर भिन्न हो सकती है।
Introduction
जैविक विश्लेषण के महत्व के कारण, माइक्रोफ्लुइडिक और बायोमेडिकल माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (बायोएमईएमएस) प्रौद्योगिकियों1,2 का उपयोग माइक्रोमैटेरियल्स 2,3,4 के शुद्धिकरण और संग्रह के लिए उपकरणों को विकसित करने और अध्ययन करने के लिए किया जाता है। कण कैप्चर को सक्रिय या निष्क्रिय के रूप में वर्गीकृत किया गया है। सक्रिय जाल का उपयोग बाहरी ढांकता हुआ5, मैग्नेटोफोरेटिक6, श्रवण7, दृश्य8, या थर्मल9 बलों के लिए किया गया है जो स्वतंत्र कणों पर कार्य करते हैं, जिससे उनके आंदोलनों का सटीक नियंत्रण सक्षम होता है। हालांकि, कण और बाहरी बल के बीच एक बातचीत की आवश्यकता होती है; इस प्रकार, थ्रूपुट कम है। माइक्रोफ्लुइडिक प्रणालियों में, प्रवाह दर को नियंत्रित करना बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि बाहरी बलों को लक्ष्य कणों में प्रेषित किया जाता है।
सामान्य तौर पर, निष्क्रिय माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों में माइक्रोचैनलमें माइक्रोपिलर होते हैं 10,11। कणों को एक बहने वाले तरल पदार्थ के साथ बातचीत के माध्यम से फ़िल्टर किया जाता है, और ये उपकरण डिजाइन करने में आसान और निर्माण के लिए सस्ते होते हैं। हालांकि, वे माइक्रो-पिलरों में कण क्लॉगिंग का कारण बनते हैं, इसलिए कण को रोकने के लिए अधिक जटिल उपकरण विकसित किए गए हैं12 कण। जटिल संरचनाओं के साथ माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण आमतौर पर कणों की एक सीमित संख्या के प्रबंधन के लिए उपयुक्त होते हैं 13,14,15,16,17,18।
यह आलेख बड़े कण सांद्रता के लिए एक वायवीय रूप से संचालित माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म को बनाने और संचालित करने की एक विधि का वर्णन करता है जो ऊपर उल्लिखित कमियों18 को दूर करता है। यह प्लेटफ़ॉर्म छलनी वाल्व (वीएस) प्लेट की पतली डायाफ्राम परत के विरूपण और एक्चुएशन द्वारा कणों को अवरुद्ध और केंद्रित कर सकता है जो घुमावदार माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में जमा होता है। कण घुमावदार माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों में जमा होते हैं, और केंद्रित कण दो पीडीएमएस सील के एक्चुएशन के माध्यम से काम करने वाले तरल पदार्थ को डिस्चार्ज करके अलग कर सकते हैं वाल्व18। यह विधि सीमित संख्या में कणों को संसाधित करना या बड़ी संख्या में छोटे कणों को केंद्रित करना संभव बनाती है। प्रवाह दर और संपीड़ित हवा के दबाव के परिमाण जैसी ऑपरेटिंग स्थितियां अवांछित सेल क्षति को रोक सकती हैं और सेल ट्रैपिंग दक्षता में वृद्धि कर सकती हैं।
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Protocol
1. कण एकाग्रता के लिए माइक्रोफ्लुइडिक मंच डिजाइनिंग
- वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म को डिजाइन करें जिसमें 3 डी प्रवाह नेटवर्क में द्रव प्रवाह के लिए एक वायवीय वाल्व और छलनी (वीएस), तरल पदार्थ (वीएफ), और कण (वीपी) वाल्व ऑपरेशन (चित्रा 1) के लिए तीन वायवीय वाल्व शामिल हैं।
नोट: बनाम ब्लॉक तरल से कणों को केंद्रित करते हैं, और Vf और Vp एकाग्रता के बाद तरल पदार्थ और कण रिलीज की अनुमति देते हैं। तीन वायवीय बंदरगाह तरल पदार्थ / वायवीय आपूर्ति परत (आमतौर पर खुले) और वायवीय वाल्व प्रकाश आउटलेट से संपीड़ित हवा प्रदान करते हैं ताकि वाल्व को सक्रिय किया जा सके। माइक्रोफ्लुइडिक चैनल नेटवर्क को सीएडी प्रोग्राम18,19 के साथ डिज़ाइन किया गया है। - एक वायवीय आपूर्ति परत और एक 3 डी चैनल नेटवर्क परत (चित्रा 2) होने के लिए चैनल डिजाइन।
नोट: द्रव नेटवर्क पूर्वकाल भाग में घुमावदार चैनलों और पीछे के क्षेत्र में आयताकार कक्ष के साथ जुड़ा हुआ है। बनाम इनलेट को ब्लॉक करते हैं, और कण घुमावदार तरल चैनल के संग्रह क्षेत्र में जमा होते हैं। कण मुक्त तरल पदार्थ (कण मुक्त तरल पदार्थ) Qf आउटलेट और Qp आउटलेट (चित्रा 3) के माध्यम से केंद्रित कणों के माध्यम से बाहर निकल रहे हैं। - उपरोक्त शर्तों के अनुसार, चार प्रकार के SU-8 मोल्ड तैयार करें।
नोट: चार molds एक मोल्ड है कि वाल्व वायवीय, दो molds कि तरल पदार्थ चैनल बनाने के माध्यम से नियंत्रित किया जा करने की अनुमति देता है, और आकार के बिना एक साफ मोल्ड (चित्रा 4 और तालिका 1) शामिल हैं. उल्लिखित चार प्रकार के मोल्ड्स मानक फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियाओं का उपयोग करके गढ़े गए हैं। इस मोल्ड बनाने में पहले से प्रकाशित रिपोर्टों18,19 के अनुसार एक सिलिकॉन वेफर पर एक SU-8 मोल्ड होता है। चित्र 5 डिवाइस चिप को दर्शाता है।
2. कण एकाग्रता के लिए माइक्रोफ्लुइडिक मंच का निर्माण
नोट: चित्रा 6 एक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म के निर्माण को दर्शाता है जो कणों को केंद्रित करता है।
- वाल्व को वायवीय रूप से नियंत्रित करने के लिए एक तैयार वायवीय वाल्व चैनल SU-8 मोल्ड (चरण 1.3) का उपयोग करके PDMS परत को दोहराएं।
- एक तैयार वायवीय वाल्व चैनल मोल्ड (चरण 1.3) में तरल PDMS के 10 mL और इलाज एजेंट के 1 mL ( सामग्री की तालिका देखें) डालें और 30 मिनट के लिए 90 °C पर गर्मी-सक्रिय करें।
- PDMS संरचनाओं को ठीक करने के बाद, चरण 2.1.1 के SU-8 मोल्ड को अलग करें।
- पंच तीन 1.5 मिमी वायवीय बंदरगाहों (Vs, Vf, और Vp) एक 1.5 मिमी पंचर का उपयोग कर चरण 2.1.2 के अनुसार निर्मित वायवीय वाल्व चैनल में ( सामग्री की तालिका देखें).
- चरण 1.3 में तैयार एक तैयार स्वच्छ एसयू -8 मोल्ड में 10 मिलीलीटर तरल पीडीएमएस और इलाज एजेंट के 1 मिलीलीटर और स्पिन कोटर का उपयोग करके 15 सेकंड के लिए 1,500 आरपीएम पर स्पिन-कोट डालें ( सामग्री की तालिका देखें)। फिर 30 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर गर्मी-सक्रिय करें।
- PDMS संरचनाओं को ठीक करने के बाद, चरण 2.1.4 के SU-8 मोल्ड को अलग करें।
नोट: वाल्व डायाफ्राम परत वायवीय दबाव के अनुसार द्रव प्रवाह को नियंत्रित करती है। - 20 सेकंड के लिए चरण 2.1.3 और 2.1.5 में तैयार पीडीएमएस संरचनाओं के लिए वायुमंडलीय प्लाज्मा ( सामग्री की तालिका देखें) का इलाज करें।
- एक माइक्रोस्कोप के साथ जाँच करके चैनल संरचना के अनुसार चरण 2.1.6 से सीधे प्लाज्मा-उपचारित PDMS संरचनाओं को संरेखित करें।
- 30 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर हीटिंग द्वारा चरण 2.1.7 में तैयार संरेखित PDMS संरचनाओं को बांड करें।
- वायवीय चैनल भाग के भीतर द्रव चैनल इनलेट (Qfp) और द्रव चैनल आउटलेट्स (Qf और Qp) में एक 1.5 मिमी व्यास छेद पंच करें, जिसमें पतली डायाफ्राम परत बंधी हुई है, जिसमें 1.5 मिमी पंचर का उपयोग किया जाता है।
- एक माइक्रोफ्लुइडिक चैनल बनाने के लिए दो SU-8 मोल्ड्स का उपयोग करके PDMS परत के दोनों किनारों को दोहराएं। सामने की ओर एक घुमावदार और आयताकार माइक्रोफ्लुइडिक चैनल मोल्ड और पीछे की ओर एक माइक्रोफ्लुइडिक इंटरकनेक्शन चैनल मोल्ड का उपयोग करें।
- तरल PDMS के 10 मिलीलीटर और इलाज एजेंट के 1 मिलीलीटर घुमावदार और आयताकार microfluidic चैनल मोल्ड और स्पिन कोट में 15 s के लिए 1,200 rpm पर डालो। फिर 30 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर थर्मल सक्रियण द्वारा घुमावदार द्रव कक्ष और द्रव चैनलों के लिए मोल्ड्स बनाएं (चित्रा 6 ए)।
- उस PDMS परत को अलग करें जिस पर माइक्रोफ्लुइडिक चैनल का गठन किया जाता है, फिर 20 s (चित्रा 6 B) के लिए वायुमंडलीय प्लाज्मा का इलाज करके ग्लास वेफर से बंधन करके सील बंद वेंट दीवार को कवर करने वाला एक गर्मी-सक्रिय मोल्ड बनाएं।
- SU-8 मोल्ड (चित्रा 6C) के इंटरकनेक्शन चैनल में तरल PDMS के 3 mL डालें।
- माइक्रोफ्लुइडिक इंटरकनेक्ट चैनल मोल्ड पर तरल PDMS में इंटरकनेक्शन चैनल मोल्ड के साथ चरण 2.2.2 में निर्मित संरचना को व्यवस्थित करें, और 30 मिनट (चित्रा 6 डी) के लिए 130 डिग्री सेल्सियस पर अधिरोपित संरचना को सूखा दें।
नोट: पीछे की संरचना का इलाज करते समय, चरण 2.2.2 में निर्मित PDMS मोल्ड को हवा की परत के थर्मल दबाव से फुलाया जाता है, और विकृत PDMS परत थर्मल रूप से सक्रिय होती है (चित्रा 6E)16। - इलाज के बाद, माइक्रोफ्लुइडिक चैनल नेटवर्क परत से सामने एसयू -8 मोल्ड को हटा दें और ध्यान से रियर पीडीएमएस मोल्ड (चित्रा 6 एफ) को छील लें।
नोट: 3 डी fluidic नेटवर्क परत एक पूर्वकाल घुमावदार तरल कक्ष और microfluidic चैनलों के निर्माण की अनुमति देता है। - एक साफ SU-8 मोल्ड में तरल PDMS के 10 mL और इलाज एजेंट के 1 mL डालो। फिर 30 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर गर्मी-सक्रिय करें।
- पीडीएमएस संरचनाओं को ठीक करने के बाद, एसयू -8 मोल्ड को अलग करें।
नोट:: यह चरण अतिरिक्त सीलिंग परत बनाता है। - 20 सेकंड के लिए चरण 2.2.3 और 2.2.7 में तैयार पीडीएमएस संरचनाओं के लिए वायुमंडलीय प्लाज्मा का इलाज करें।
- माइक्रोस्कोप के साथ जांच करके चैनल संरचना के अनुसार सीधे प्लाज्मा-उपचारित पीडीएमएस संरचनाओं को संरेखित करें।
- 30 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर हीटिंग द्वारा संरेखित पीडीएमएस संरचनाओं को बांड करें।
- चैनल संरचना के अनुसार चरण 2.1 और 2.2 में तैयार पीडीएमएस संरचनाओं को संरेखित करें और 20 सेकंड के लिए वायुमंडलीय प्लाज्मा का इलाज करके उन्हें बांधें।
3. डिवाइस की स्थापना
नोट: चित्रा 7 एक माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म को गढ़ने से पता चलता है जो कणों को केंद्रित करता है।
- मैन्युअल रूप से एक 10 मिलीलीटर सिरिंज का उपयोग करके बुलबुला मुक्त अखनिजीकृत पानी के साथ माइक्रोफ्लुइडिक चैनल को भरें।
- माइक्रोबेड प्रवाह को नियंत्रित करने वाले P_Qfp और तीन वायवीय वाल्व (P_Vs, P_Vf, और P_Vp) को नियंत्रित करने के लिए, माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म में काम करने वाले तरल पदार्थ (Qfp) के लिए चार या अधिक आउटपुट चैनलों ( सामग्री की तालिका देखें) के साथ एक सटीक दबाव नियंत्रक डालें।
नोट:: चार आउटपुट चैनलों के साथ एक परिशुद्धता दबाव नियंत्रक एकाधिक परिशुद्धता दबाव नियंत्रकों के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है। इस प्रयोग में, P_Qfp का ऑपरेटिंग दबाव 10 kPa था, P_Vs 15 kPa था, और P_Vf और P_Vp दोनों 18 kPa (चित्रा 8 और तालिका 2) थे। चित्रा 8 समय के साथ काम करने वाले तरल प्रवाह दर को दर्शाता है क्योंकि कण 15 kPa के P_Vs के साथ माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म द्वारा केंद्रित होते हैं, और तालिका 2 वायवीय वाल्व के अनुसार एक्चुएशन परिणाम दिखाती है। - आसुत पानी में विभिन्न आकारों के कार्बोक्सिल पॉलीस्टीरीन परीक्षण कणों को तैयार करें ( सामग्री की तालिका देखें)।
नोट: इस प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले कण आकार 24.9, 8.49, और 4.16 μm थे; विभिन्न आकारों के कणों का उपयोग P_Vs के दबाव के आधार पर किया जा सकता है। - काम करने वाले तरल पदार्थ की प्रवाह दर को नियंत्रित करने के लिए, पानी (काम करने वाले तरल पदार्थ) के साथ आधा भरा हुआ कांच की बोतल भरें और कांच की बोतल टोपी को नियंत्रक आउटपुट चैनल और माइक्रोवाल्व से कनेक्ट करें।
नोट: नियंत्रक से संपीड़ित हवा प्राप्त करने के लिए माइक्रोवाल्व के लिए एक ट्यूब कनेक्ट करें और पानी इंजेक्ट करने के लिए अन्य ट्यूब। - सभी प्लेटफ़ॉर्म संचालन के लिए एक उल्टे माइक्रोस्कोप के माध्यम से प्लेटफ़ॉर्म ऑपरेशन का निरीक्षण करें और एक तरल प्रवाह मीटर द्वारा आउटलेट पर समय के साथ ऑपरेटिंग प्रवाह दर को मापें ( सामग्री की तालिका देखें)।
4. डिवाइस का संचालन
- Vp (चित्रा 9A) के साथ इनलेट (Qfp) पर दबाव में कण / द्रव मिश्रण इंजेक्ट करें।
नोट: परस्पर चैनलों के माध्यम से आउटलेट से कणों और स्वच्छ तरल पदार्थ के प्रवाह को क्रमशः वीपी और वीएफ के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है (तालिका 2)। - वाल्व को सक्रिय करने के लिए 15 kPa पर वीएस और 18 kPa पर वीपी पर दबाव लागू करें।
नोट: इस समय, डायाफ्राम विकृत हो जाता है, तरल पदार्थ Qfp के कणों को घुमावदार तरल चैनल और घुमावदार द्रव कैंटिलीवर के बीच संपर्क स्थान में अवरुद्ध कर दिया जाता है, और अवांछित Qfp द्रव खुले Qf (चित्रा 9B, C) के माध्यम से जारी किया जाता है। - जब कण केंद्रित होते हैं, तो केवल Vf पर दबाव लागू करें।
नोट: इस समय, जब दबाव केवल Vf पर लागू किया जाता है, तो भरे हुए कणों को Qp (चित्रा 9D) के माध्यम से जारी किया जाता है।
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Representative Results
चित्र 8 एक चार-चरण प्लेटफ़ॉर्म ऑपरेशन के लिए द्रव दरों की प्रवाह दर को दर्शाता है, जैसा कि तालिका 2 में उल्लेख किया गया है। पहला चरण लोडिंग राज्य (एक राज्य) है। प्लेटफ़ॉर्म को सभी वाल्वों के साथ तरल पदार्थ के साथ आपूर्ति की गई थी, और काम करने वाले तरल पदार्थ (क्यूएफ) और कण (क्यूपी) लगभग समान हैं क्योंकि माइक्रोफ्लुइडिक चैनल नेटवर्क संरचनात्मक समरूपता प्रदर्शित करता है। दूसरे चरण (बी राज्य) में, कणों को अवरुद्ध करने के लिए संपीड़ित हवा को वीएस में ले जाया गया था, और जैसा कि वीएस डायाफ्राम विकृत हो गया था, प्रवाह पथ संकुचित हो गया था, और आउटलेट पोर्ट पर मापा गया प्रवाह दर हाइड्रोलिक प्रतिरोध द्वारा कम हो गया था। Qf और Qp की प्रवाह दर लगभग समान थी, और अंतर 2.67% से कम था। तीसरे चरण (सी राज्य) में, संपीड़ित हवा को कण एकाग्रता के लिए वीएस और वीपी को वितरित किया गया था, जिसमें वीएस और वीपी बंद और वीएफ खुला था। मापा Qp शून्य के करीब था, और Qf के बारे में 1.42 बार बी राज्य के बारे में था. ज्यादातर मामलों में, प्रवाह दर दोगुनी हो जाती है जब दोनों अपव्यय चैनल संचालन में होते हैं, लेकिन प्लेटफ़ॉर्म में मुख्य द्रव चैनलों और वीएस में विभिन्न प्रकार के हाइड्रोलिक प्रतिरोध होते हैं, इसलिए काम करने वाले तरल पदार्थ का कुल प्रवाह कम हो जाता है। अंत में (डी राज्य), संपीड़ित हवा को केंद्रित कणों को इकट्ठा करने के लिए केवल वीएफ को वितरित किया गया था, और क्यूएफ और क्यूपी की प्रवाह दरों को उलट दिया गया था। प्रवाह शून्य था क्योंकि Vf ने Qf को अवरुद्ध कर दिया था, और Qp b राज्य का लगभग 1.42 गुना था। कणों का सांद्रता अनुपात (Qp/(Qf+Qp) × 100) 3.96-4.53 था। इससे पता चलता है कि वायवीय वाल्व के साथ क्रमादेशित अनुक्रमिक एक्चुएशन प्रवाह परिवर्तनों के कारण अच्छी तरह से काम करता है।
चित्रा 9 केंद्रित कणों पर कब्जा स्क्रीन से पता चलता है. चित्रा 9A तीन वायवीय वाल्वों के साथ तरल पदार्थ की प्रवाह स्थिति को दर्शाता है, जो सक्रिय नहीं हैं, चित्रा 9 बी कणों को फंसाने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि को दर्शाता है, चित्रा 9 सी छलनी विधि दिखाता है, और चित्रा 9 डी केंद्रित मोतियों के इजेक्शन को दर्शाता है। कणों को संग्रह क्षेत्र में केंद्रित और जमा किया गया था जब वीएस और वीपी को बंद कर दिया गया था, और सभी एकत्र किए गए केंद्रित कणों को 4 सेकंड के भीतर जारी किया गया था जब केवल वीएफ बंद हो गया था। इसलिए, डिवाइस सफलतापूर्वक कण संग्रह और एकाग्रता के लिए उपयुक्त कई कणों को इकट्ठा करता है।
चित्रा 1: सूक्ष्मकण एकाग्रता (पी, पोर्ट) के लिए एक वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म का योजनाबद्ध आरेख ; क्यू, flowrate; च, तरल पदार्थ; पी, कण; वी, वाल्व; एस, छलनी)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 2: सूक्ष्म कण एकाग्रता के लिए वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म की असेंबली। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3: सूक्ष्म कण एकाग्रता (पी, बंदरगाह) के लिए वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म में वीएस की योजनाबद्ध; क्यू, flowrate; च, तरल पदार्थ; पी, कण; वी, वाल्व; एस, छलनी)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र4: सूक्ष्मकण सांद्रता के लिए वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म की CAD छवि. (A) वायवीय चैनल वाल्व. (बी) मुख्य तरल चैनल। (c) इंटरकनेक्शन द्रव चैनल। (d) प्रत्येक चैनल की क्रॉस छवि (1 से 7 के आयामों के लिए, तालिका 1 देखें)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र5: सूक्ष्म कण एकाग्रता के लिए वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म की फैब्रिकेशन छवि। कृपया इस आकृति का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 6: निर्माण के दौरान 3D fluidic चैनल नेटवर्क के क्रॉस-सेक्शन की योजनाबद्ध. (A) मोल्ड्स घुमावदार द्रव कक्ष और प्रतिकृति मोल्डिंग के लिए द्रव चैनल के लिए बनाए जाते हैं। (बी) एक ग्लास वेफर के इलाज के बाद पीडीएमएस परत का प्लाज्मा बंधन। (C) इंटरकनेक्शन चैनल बनाने के लिए तरल PDMS को SU-8 मोल्ड में डाला जाता है। (डी) द्रव कक्ष और द्रव चैनल संरचना को एसयू -8 मोल्ड पर तरल पीडीएमएस में व्यवस्थित किया जाता है। (ई) सिस्टम को हवा की परत के थर्मल दबाव से फुलाया जाता है। (एफ) फुलाया संरचना और SU-8 मोल्ड को हटा दिया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 7: सूक्ष्म कण सांद्रता के लिए स्थापित वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म की योजनाबद्ध। कृपया इस आकृति के बड़े संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 8: चार-चरण प्लेटफ़ॉर्म ऑपरेशन के लिए द्रव दरों की प्रवाह दर। Qf और Qp काम तरल प्रवाह दरों के बाद Vf और Vp ऑपरेटिंग समय (कण एकाग्रता समय) सेट एक वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक मंच में 15 kPa के एक बनाम के साथ. ए-डी तालिका 2 के अनुसार वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म ऑपरेशन स्थिति दिखाता है। (1) नमूना लोड हो रहा है, (2) नमूना अवरुद्ध, (3) नमूना एकाग्रता, (4) नमूना रिलीज. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 9: सूक्ष्म कण सांद्रक का संचालन। (a) ऑपरेशन से पहले। (बी) सूक्ष्म कण सिविंग। (c) सूक्ष्म कण छलनी पूरा होना। (d) केंद्रित कणों का निकलना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
| संख्या | निर्माण | चौड़ाई (W) या व्यास (D), (μm) | |||
| 1 | वायवीय कक्ष | 1200 (D) | |||
| 2 | वायवीय चैनल | 50 (W) | |||
| 3 | द्रव चैनल | 200 (W) | |||
| 4 | बनाम के लिए द्रव कक्ष | 800 (D) | |||
| 5 | वीपी के लिए द्रव कक्ष (Vf) | 400 (D) | |||
| 6 | अंतर्संबंध कक्ष | 400 (D) | |||
| 7 | इंटरकनेक्शन चैनल | 200 (W) | |||
तालिका 1: वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म के आयाम ( चित्र 4 में 1 से 7)।
| राज्य | वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म कार्रवाई |
वायवीय वाल्व आपरेशन | |||
| संकेत | बनाम | Vf | उपाध्यक्ष | ||
| एक | लोड | 4 | बंद | बंद | बंद |
| b | अवरुद्ध | 1 | पर | बंद | बंद |
| c | एकाग्रता | 2 | पर | बंद | पर |
| d | निर्गमन | 3 | बंद | पर | बंद |
तालिका 2: वायवीय वाल्व ऑपरेशन द्वारा वायवीय माइक्रोफ्लुइडिक प्लेटफ़ॉर्म ऑपरेशन, चित्र 8 में दिखाया गया है।
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Discussion
यह प्लेटफ़ॉर्म विभिन्न आकारों के कणों को शुद्ध और केंद्रित करने का एक सरल तरीका प्रदान करता है। कणों को संचयित किया जाता है और वायवीय वाल्व नियंत्रण के माध्यम से जारी किया जाता है, और कोई क्लॉगिंग नहीं देखा जाता है क्योंकि कोई निष्क्रिय संरचना नहीं है। इस उपकरण का उपयोग करके, तीन आकारों के कणों की एकाग्रता प्रस्तुत की जाती है। हालांकि, ऑपरेटिंग दबाव, एकाग्रता के लिए आवश्यक समय, और दर डिवाइस आयामों, कण आकार आवर्धन, औरबनाम 18,20,21 पर दबाव के आधार पर भिन्न हो सकती है।
चरण 3.1 करते समय, चैनल की घुमावदार सतह पर हवा के बुलबुले रह सकते हैं। जब एयर बबल रहता है, तो चैनल में वातावरण बदल जाता है, इसलिए ऑपरेशन से पहले माइक्रोस्कोप के माध्यम से चैनल की बहुत सावधानी से जांच करना आवश्यक है।
पिछले अध्ययनों की तुलना में, इस मंच के कुछ फायदे और नुकसान हैं। डायलेक्ट्रोफोरेटिक विधि में, कम लक्ष्य कणों का उपयोग किया जाताहै 22। कणों और बाहरी बलों के बीच भौतिक बातचीत को बढ़ाने के लिए कणों को तैयार करने के लिए एक अतिरिक्त प्रक्रिया की आवश्यकता थी22,23। मैग्नेटोफोरेटिक पृथक्करण प्रणालियों 5,22 में पृथक्करण दक्षता बढ़ाने के लिए जटिल डिजाइन मुद्दों पर विचार किया जाना चाहिए। इस प्लेटफ़ॉर्म ने अल्ट्रासोनिक विधि की तुलना में उच्च पृथक्करण दक्षता दिखाई, जो उच्च प्रवाह दरों24 पर नमूनों को अलग कर सकती है। हालांकि, क्योंकि इस प्लेटफ़ॉर्म में निष्क्रिय संरचना नहीं है, इसलिए निष्क्रिय विधि के विपरीत, मोतियों के फंसने और संचित होने पर कोई क्लॉगिंग प्रभाव 25,26,27 नहीं देखा गया था। 7,10 इस प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग पानी के pretreatment के लिए किया जा सकता है जब ध्यान केंद्रित किया जाता है और निलंबित जैव कणों को निकाला जाता है, क्योंकि ऑपरेशन भौतिक कणों के गुणों से प्रभावित नहीं होता है18,21।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए हितों का कोई संघर्ष नहीं है।
Acknowledgments
इस काम को कोरिया सरकार (विज्ञान और आईसीटी मंत्रालय) द्वारा वित्त पोषित नेशनल रिसर्च फाउंडेशन ऑफ कोरिया (एनआरएफ) अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था। (नहीं। एनआरएफ-2021R1A2C1011380)।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1.5 mm puncture | Self procduction | Self procduction | This puncture was made by requesting a mold maker based on the Miltex® Biopsy Punch with Plunger (15110-15) product. |
| 4 inch Silicon Wafer/SU-8 mold | 4science | 29-03573-01 | 4 inch (100) Ptype silicon wafer/SU-8 mold |
| Carboxyl Polystyrene Crosslinked Particle(24.9 μm) | Spherotech | CPX-200-10 | Concentrated bead sample1 |
| Flow meter | Sensirion | SLI-1000 | Flow measurement |
| High-speed camera | Photron | FASTCAM Mini | Observation of concentration |
| Hot plate | As one | HI-1000 | heating plate for curing of liquid PDMS |
| KOVAX-SYRINGE 10 mL/Syringe | Koreavaccine | 22G-10ML | Fill the microfluidic channel with bubble-free demineralized water. |
| Laboratory Conona treater/Atmospheric plasma | Electro-Technic | BD-20AC | Chip bonding/atmospheric plasma |
| Liquid polydimethylsiloxane, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | Components of chip |
| Microscope | Olympus | IX-81 | Observation of concentration |
| PEEK Tubes | SAINT-GOBAIN PPL CORP. | AAD04103 | Inject or collect particles |
| Polystyrene Particle(4.16 μm) | Spherotech | PP-40-10 | Concentrated bead sample3 |
| Polystyrene Particle(8.49 μm) | Spherotech | PP-100-10 | Concentrated bead sample2 |
| Pressure controller/μflucon | AMED | μflucon | Control of air pressure |
| Spin coater | iNexus | ACE-200 | spread the liquid PDMS on SU-8 mold |
References
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