Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

Mikroakışkanlar, hücre biyologlarına hassas sıvı yönetimi gerektiren yüksek verimli deneyler yapma imkanı sunan bir teknoloji sağlamaktadır. Merhaba, ben Washington Üniversitesi Biyoengineering Bölümü'ndeki Folk Lab'dan Nin Chen Lee. Bugün size PDMS mikro valf dizisi tarafından kontrol edilen mikroakışkan uçların nasıl hazırlanacağını göstereceğim.

Cihaz üç katmandan oluşmaktadır. İlk katman, farklı boyutlarda mikro odacıklar içeren akışkan katmanıdır ve ikinci katman, iki katman arasında yer alan kanalları içeren kontrol katmanıdır. PMS'in hidrofobikliği ve uyumluluğu nedeniyle ince bir PMS membranı bulunmaktadır.

Membran, tohumuna sıkıca oturarak sıvı odalarını birbirinden izole eder. Kontrol kanalları aracılığıyla vakum uygularsak, PDMS membran esneyebilir ve daha önce izole edilmiş olan sıvı odalarını birbirine bağlayabilir. Bugün size, farklı karıştırma oranlarında sub-nanolitre hacimlerdeki sulu çözeltileri karıştırmaya olanak tanıyan paralel bir karıştırıcıyı göstereceğim.

Şimdi laboratuvarımızdan kısa bir adımda, hücre kültürlerine birden fazla çözeltinin verilmesini sağlayan entegre bir mikroakışkan sistemi göstereceğiz. Başlayalım. Burada, bir silikon gofret üzerinde yer alan, PDMS'den yapılmış mikro kanallara sahip bir kalıbı gösteriyorum.

Kalıp, bu ana kalıplardan standart SUH fotoğrafçılık prosedürleri kullanılarak hazırlanmıştır. PDMS replikaları tekrar tekrar üretebiliriz. PDMS'nin kalıplardan ayrılmasını kolaylaştırmak için öncelikle kalıbı işlememiz gerekir.

Florence Adası ile çalıştığımız için genellikle F gıdalarını kullanarak master hazırlıyoruz; önce wafer'ı atora yerleştiriyorum, orman damlacıklarını ekliyorum ve ardından desk skate odasını kapatıyorum, vakumu açıyorum, vakumu 1, 2, 3 dakika boyunca bekletiyorum ve sonra vakumu kapatıyorum. Yarım saat boyunca buharlaşmaya bırakın ve ardından wave drop'u alın. PDMS replikasını oluşturmadan önce, öncelikle PDMS prepolimer ve kürleme ajanlarını 10'a bir oranında ön karışıma tabi tutmamız gerekir.

Önce 31 gram prepolimer tartıyorum, ardından 3,1 gram kürleme maddesi tartıyorum ve bunları beş dakika boyunca iyice karıştırıyorum. Nihai ürün bu şekilde göründü. Bundan sonra, PS içindeki hava kabarcıklarını gidermek için, berraklaşana kadar beş ila 10 dakika boyunca bir vakum ısıtıcısına yerleştiriyorum.

PMS'nin kabarcıkları giderilmesini beklerken, kontrol katmanı bölgesine silikon tüpler yapıştırabilirim. Silikon tüpleri tercih ediyoruz çünkü PMS ile aynı bileşene sahiptirler, böylece daha sonra cihaza gömülebilir ve hava sızdırmaz, sıvı tipi bir sızdırmazlık sağlayabilirler. Şimdi, küçük bir silikon tüp parçasının ucuna az miktarda D tipi yapıştırıcı sürüyorum ve bunu master'ın giriş alanına bastırıyorum.

Boruların amprileri aşmaması için, bu silikon boruları keserken oldukça düz olmaları gerekir ve üzerine çok fazla yapıştırıcı sürmemelisiniz. Yapıştırıcıyı nasıl bastırdığınızı açıklayın. Bakalım. Hem havalandırma üzerinde bölgeler oluşturulur hem de kapak çıkarılır.

Artık PS geliştirildi. PS'yi master'ın üzerine dökeceğim. Boruları çevreleyen PGA'ları çekme konusunda dikkatli olun.

Şimdi, sıvı tabaka özelliklerine sahip olan diğer kalıbın üzerine döküyorum. PMS'yi kalıplara döktükten sonra, toz gidericide beş ila 10 dakika boyunca tekrar hava kabarcıklarından arındırılmaları gerekir. Kabarcık giderme işleminden sonra, PMS'yi fırında 65 ila 70 derecede bir saatten 24 saate kadar kürlüyoruz.

Tamam, harika. İki saat sonra PMS kürlenmiş oldu. Şimdi PMS cihazını SU mastarından kesiyoruz ve kontrol katmanı için süre tanıyoruz.

Borular takılıyken, giriş alanlarındaki yapıştırıcıyı temizliyoruz. Cihazlarımızda giriş bölgeleri hem üç katmanda hem de kontrol katmanlarında oluşturulmuştur, ancak silikon boruları yalnızca bir katmana monte ediyoruz.

Örneğin, burada sadece kontrol katmanı üzerindeyiz. Akışkan katmana erişim sağlamak için, silikon boruların altındaki membranı delerek bir erişim yolu oluşturabiliriz. Böylece tüm bu düzeneğe üstten erişebiliriz, bu da stereoskop ve geleneksel ters mikroskop altında mikroskopi yapmayı kolaylaştırır.

Şimdi C odasına giriyoruz. CTM S membranlarını hazırlamak için, PDF membranının headway spinner kullanılarak nasıl döndürüleceğini size göstereceğim. Wafer'ı wafer tutucunun üzerine yerleştirmeden önce, topu plastik grafla kapladım ve daha sonraki temizlik işlemini kolaylaştırmak için altına kağıt havlu yerleştirdim.

Dolayısıyla, eğer kesinleştiyse, daha önce masterlar için yaptığımız gibi, vakumda temizleme işleminin ardından, 11 ila 12 mikron kalınlığında bir membran elde etmek istediğimiz için silikon wafer'ın üzerine yaklaşık iki mililitre PDMS döküyorum; wafer, 7.000 RPM'de 20 saniye boyunca döndürülecektir. Ve şimdi şunları söyleyebilirim: Burada wafer'ın döndüğünü görebilirsiniz. Belirlenen süre boyunca döndüreceğiz. Döndürme işleminden sonra, wafer'ı 85 derecedeki sıcak plakaya dört dakika boyunca yerleştiriyoruz. Böylece PDMS membran kürlenmiş oldu.

Ardından, PDMS membranı ve kontrol katmanını bir plazma fırınında okside ediyoruz. Platin gücünü %75'te ayarlıyoruz, 30 PSI oksijen basıncı ve beş olan akış hızı kullanıyoruz. Bu parametreler, farklı uygulamalara göre her zaman ayarlanabilir.

Tine'ı açın, plazmayı 30 saniye boyunca çalıştırın. Şimdi kontrol katmanını membranın üzerine yerleştirin. Bunları birbirine temas ettirin; birkaç dakika içinde kontrol katmanı membrana bağlanacaktır.

Birkaç dakika sonra, kontrol katmanını membranla birlikte çıkarın. Tamam, şimdi kontrol katmanını tamamen şeffaf olanla hizalamaya hazırız. Artık temiz odada olmadığımız için, tamamen şeffaf olan üzerindeki tozları temizlemek için scotch uç kullanıyoruz.

Kontrol katmanlarının giriş bölgesindeki membranı da çıkarmamız gerekiyor. Bu, alttaki sıvı katmanına erişim sağlamak içindir. Bu nedenle, membranıyla birlikte kontrol katmanını sıvı katmanının üzerine yerleştirin.

Tüm kanal sıvı odacıklarını ve valfleri kontrol edin. Hepsinin soldan sağa doğru hizalı olduğundan emin olun. Eğer hizalı değilse, kontrol katmanını kaldırıp işlemi tekrarlayabilirsiniz.

Burada sıvı katmanının ve kontrol katmanının hizalandığını görebilirsiniz. Şimdi, bu girişleri sıvı kaynaklarına ve basınç kaynaklarına bağlamak için içlerine daha ince borular yerleştireceğim. Şimdi valfleri basınç kaynağına ve sıvı girişlerini sıvı kaynağına bağlıyorum.

Burada PDMS mikro vanaları açıp kapatmak için biri mavi diğeri sarı olmak üzere iki farklı boyamız bulunmaktadır. Vakum kaynağına ve hava basıncı kuvvetine bağlı solenoid vanalar kullanıyoruz ve vanalar LightView yazılımı ile kontrol edilmektedir. Şimdi bir numaralı vana setini açıyorum.

PDMS membranların esnediğini ve valflerin açık olduğunu görebiliyoruz. Şimdi, ilk valf setini kapatıyorum, ardından ikinci seti açıp kapatıyorum. Şu anda tüm mikro valfler çalışır durumdadır.

Mikro akışkan odacıkları iki farklı zar ile dolduracağım. Bir numaralı vana setini açacağım ve ayrıca iki zarı odacıklara çekmek için vakum kullanacağım. Odacıklar zarlarla doldurulduktan sonra, her bir odacığı izole etmek için bir numaralı vana setini kapatacağım ve ardından vana setini açacağım.

İkinci olarak, iki dizideki çiftleri karıştırmak gerekir. Vananın açılması ve genel karıştırma işlemi genellikle bir ila iki dakika sürer. Oda boyutlarını 10 farklı boyutta tasarladığımız için.

Böylece 11 farklı orandan oluşan bir karıştırma oranımız oluyor. Karıştırma işlemi bittikten sonra valfi kapatıyorum ve böylece her bir ayrı hazneyi görebilirsiniz. Farklı karıştırma oranları mevcuttur.

Renk maviden yeşile, ardından daha çok sarıya döndü. Üretildikten sonra bu cihazlar, ilaç taraması gibi biyomedikal deneylerde veya kemotaksi ya da farklı kimyasal konsantrasyonlarına, büyüme faktörlerine veya ilaçlara karşı hücre yanıtı gibi hücre biyolojisi çalışmalarında potansiyel olarak kullanılabilir. Ben Chris Sip ve size entegre bir mikroakışkan perfüzyon sistemi olan ve üretim aşamasında daha önce görülen cihaza çok benzer bir cihazı tanıtacağım.

Tek ve temel fark, difüzyon yoluyla karışan ve bir valf ile ayrılmış ayrı odacıklara sahip olmak yerine, birleşen ve valfler tarafından kontrol edilen çoklu girişlere, yani çoklu valf şemasına sahip olmamızdır. Burada, farklı girişleri açıp kapatacak olan valflerin seçici aktivasyonunu göstereceğim. Ek olarak, entegre bir karıştırma kanalının çalışmasını ve gradyanların yönlendirilmesini göstereceğim.

Ekranın üst kısmında, birleşen 16 giriş görüyorsunuz; akış, yukarıdan aşağıya doğru bu dikey kanal boyunca ilerleyip hücre kültür odası olan bu bifurkasyon ağına girecektir. Şimdi, girişlerin mavi renkli bir boyaya dönüştüğünü görüyoruz; boya akarken odanın içinden geçerken laminer akış profilini görebilirsiniz. Şu an mavi ve sarının kombinasyonunu uyguluyoruz ve ardından zıt kombinasyonu oluşturmak için bunu değiştirebiliriz.

Gradyanımızı sağ tarafa yönlendirebiliriz. Farklı gradyan türleri oluşturabiliriz. Burada valflerin hızlı değişimi gösterilmektedir; böylece farklı çözeltiler arasında oldukça hızlı bir şekilde geçiş yapabiliriz.

Şimdi bu homojenizatörden mavi ve sarı renkleri besliyoruz ve çözelti hazneye yeşil olarak çıkıyor; ayrıca herhangi bir sayıda farklı girişi de değiştirebiliriz. Bu durumda, tüm yeşil çözeltinin yerini alan kırmızı bir girişi besliyoruz. Bugün size mikro akışkan valf tabanlı cihazların nasıl yapılacağını gösterdim ve sub-litre hacimlerde farklı oranlarda iki renkli boyanın karıştırılmasını sergiledim.

Laboratuvarımızdan Chris, farklı solüsyonların perfüzyonu için entegre bir mikroakışkan sistem de gösterdi. İzlediğiniz için teşekkür ederiz, kendi deneyinizde başarılar dileriz.