Mikroakışkan bir Picoinjection Metal Elektrotlar olmadan Damlalar

Bu prosedürün genel amacı, reaktiflerin yağ içindeki su damlacıklarına hassas ve kontrollü bir şekilde enjekte edilmesini sağlayan ve piko enjeksiyon olarak bilinen işlemi gerçekleştirebilen mikroakışkan çipleri tasarlamak, üretmek ve kullanmaktır. Bu işlem, öncelikle küresel damlacıkların çapından daha dar bir emülsiyon kanalına sahip ve damlacıkları inert taşıyıcı yağ içerisinde eşit aralıklarla yerleştiren bir cihaz tasarlanarak gerçekleştirilir. İkinci adımda, su ve yağ damlacıkları cihaza aktarılarak enjeksiyon bölgesine doğru akışa bırakılır.

Enjekte edilecek reaktifleri içeren dik bir kanal. Ardından, damlalar enjeksiyon bölgesinden geçerken, damlaların ve enjeksiyon sıvısının birleşmesini sağlamak amacıyla enjeksiyon sıvısına yüksek voltaj uygulanır. Uygulanan voltajın büyüklüğü ayarlanarak, enjekte edilen reaktif hacminin pikolitre çözünürlükte hassas bir şekilde kontrol edilebileceğini gösteren sonuçlar elde edilmiştir. Bu teknik, metal elektrot ihtiyacını ortadan kaldırarak cihazlarımızın fabrikasyonunu basitleştirme ihtiyacından doğmuştur.

Mevcut tekniklere göre avantajları şunlardır: cihaz tasarımının, üretiminin ve kullanımının kolaylığı ve basitliği. Önceki yöntemlerde kullanılan metal elektrotlar, kırılmaya meyillidir ve üretim sırasında kanallardaki toz ve kalıntılara karşı hassastır. Elektrotları ortadan kaldırarak cihazlarımızı daha dayanıklı hale getirdik ve üretim verimliliğimizi artırdık. İlk adım, deneyin ihtiyaçlarına göre bir mikroakışkan çip tasarlamaktır.

Daha sonra fotolitografi tekniklerinden yararlanabilmek için bu işlemde bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanın. Bu çip tasarımı, daha etkili piko enjeksiyon sağlamak amacıyla, kullanılacak küresel damlacıklardan daha küçük emülsiyon kanallarına sahiptir. Piko enjeksiyon bölgesi, literatürde bulunan ve metal elektrotları çıkarılmış bir tasarıma dayanmaktadır.

Ek kanallar, akış yönündeki damlacıkları elektrik alanından korumak için bir Faraday hendeği görevi görür. Tasarım tamamlandıktan sonra, cihazları üretmek için yumuşak fotolitografi tekniklerini kullanın, ardından cihazları bir cam mikroskop lamına yapıştırarak kullanıma hazır hale getirin. Sıvı içeren rezervuarı basınçlandırmak için bir hava basınç kontrol pompası hazırlayın.

Bunu, basınçlı havanın 2,7 milimetre iç çapındaki bir polietilen tüp boyunca çıkış yapacağı şekilde pompa çıkışını modifiye ederek gerçekleştirin. Tüpü, bir şırınga ucunun arkasındaki meme üzerine yerleştirerek sonlandırın. Şırınga ile tüp arasındaki boşluğu epoksi ile mühürledikten sonra, deney için uygun reaktifleri kullanarak 27,5 gauge bir iğne takın.

Taşıyıcı yağ içerisinde askıda bulunan sulu damlacıklardan oluşan homojen bir emülsiyon hazırlayın. Emülsiyonu, 27,5 gauge bir iğne ile donatılmış bir mililitrelik bir şırıngaya doldurun. Ardından şırıngayı bir şırınga pompasına sabitleyin ve iğnesi yukarı bakacak şekilde yönlendirin.

Bir sonraki adım, mikroakışkan cihaza yerleştirilecek reaktiflerin ve bunların rezervuarlarının hazırlanmasıdır. 15 mililitrelik bir santrifüj tüpü ve kapağı ile başlayın. Kapağa üç adet 0,5 milimetre çapında delik açmak için bir biyopsi pensi veya uygun başka bir alet kullanın.

0,5 milimetre çapında ve santrifüj tüpünden birkaç santimetre daha uzun bir tel elektrot hazırlayın. Bu elektrodu kapağın bir deliğine yerleştirin. Elektrodun tüpün tabanına ulaştığından ve üst kısmın birkaç santimetre dışına çıktığından emin olun.

Ardından, yaklaşık 20 santimetre uzunluğunda bir polietilen tüp hazırlayın. Bunu ikinci bir deliğe yerleştirin. Bu tüp de, kalan delikteki tüpün tabanına ulaşmalıdır.

Yaklaşık 2,5 santimetre uzunluğundaki polietilen tüpü geçirin. Bu tüp, sıvı seviyesinin üzerinde kalacaktır. Kapaktaki boşlukları kapatmak için UV ile kürlenen epoksi uygulayın.

Kürleme işlemi tamamlandığında, tüpü burada istenen piko enjeksiyon sıvısı olan 100 millimolar sodyum klorür ile doldurun ve kapağı vidalayın. Hava basıncı kontrol pompasının çıkışını, kapaktaki daha kısa olan hortum parçasına bağlayın. İğne lümene yerleştirildiğinde, iğne sıkıca oturmalıdır.

Santrifüj tüpünü tutucusuna yerleştirin. Bir mililitrelik şırıngayı bir molar sodyum klorür ile doldurun. Faraday hendeği sıvısı olarak görev yapması için 27,5 gauge bir iğne bağlayın ve şırıngayı bir şırınga pompasına sabitleyin.

Bir adet daha bir mililitrelik şırıngayı taşıyıcı ara boşluk yağı ile doldurun. 27,5 gauge bir iğne takın ve şırıngayı bir şırınga pompasına sabitleyin. Bu aşamada, mikroakışkan çipe bağlantılar yapılabilir.

Öncelikle, çipin düz bir yüzey üzerine sabitlendiğinden emin olun. Ardından, enjeksiyon sıvısı kabından gelen uzun tüpün açık ucunu çipe getirin. Bu tüpü, mikroakışkan çip üzerindeki piko enjeksiyon sıvısı giriş portuna bağlayın.

Ardından, sodyum klorür içeren şırıngaya polietilen tüp takın ve tüpü çipe kadar uzatın. Tüpü, Faraday hendeğinin giriş portuna bağlayın. Ayrıca, taşıyıcı yağ içeren şırıngayı cihaz üzerindeki giriş portuna bağlamak için tüp kullanın.

Emülsiyon çıkış portundan gelen bir tüpü bir toplama kabına yönlendirin. Son olarak, Faraday hendeğinin çıkış portunu iletken olmayan, elektriksel olarak izole edilmiş bir kaba bağlamak için boru kullanın. Sonuçta, mikroakışkan çip şu şekilde görünür.

Şimdi yüksek voltajlı bir amplifikatörün toprağından bir kablo alın ve bunu sodyum klorür içeren şırınganın iğnesine kadar uzatın. Kabloyu iğneye sabitlemek için bir timsah klips kullanın. Amplifikatörün yüksek voltaj çıkışından piko enjeksiyon sıvısına daldırılmış elektroda başka bir kablo uzatın.

Amplifikatöre giriş bağlantısını yapmak için bir timsah klips kullanın. Yazılım kontrollü bir dalga formu üretecinin bilgisayar çıkışını kullanın. Sisteme, 1 molar sodyum klorür faraday mote sıvısını saatte 100 µL hızla cihaza vererek infüzyona başlayın.

Ardından, damlacıkların piko enjektörden düzenli aralıklarla, aralarında taşıyıcı yağ boşluğu olacak şekilde geçmesini sağlamak için damlacık, emülsiyon ve taşıyıcı yağı başlatın. Piko enjeksiyon orifisindeki sıvının, damlacık kanalına doğru şişkinleşecek ancak kendi damlalarını oluşturacak şekilde kopmayacağı şekilde piko enjeksiyon sıvısına uygulanan basıncı ayarlayın. Yüksek voltaj amplifikatörü tarafından bin kat yükseltilecek, 0 ila 10 volt genliğe sahip 10 kilohertz'lik bir AC sinyali üretmek için dalga formu jeneratörünü kullanın.

Piko enjeksiyon gerçekleştirmek için, bu sinyali damlacıklar enjeksiyon orifisinden geçerken uygulayın ve genliği bir parametre olarak kullanın. Bu film, floresan boyanın varlığına bağlı olarak damlacıkların seçici enjeksiyonunu göstermektedir.

Bu örnekte, enjektörden saniyede 200 damla geçmiştir ancak uygun bir damlacık tespit mekanizmasıyla saniyede 10.000'e kadar olan hızlar mümkündür. Bu şekiller, farklı molaritedeki enjeksiyon sıvıları için uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak enjekte edilen hacim oranını göstermektedir. Daha yüksek voltajların, koalesansın daha erken başlamasına neden olduğu, bunun da enjeksiyon sürelerinin ve hacimlerinin artmasına yol açtığı düşünülmektedir.

Bu iki boyutlu ısı haritası, iyonik çözelti molaritesi ile enjeksiyon hacimlerine ulaşmak için gereken voltaj arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Düşük molariteli çözeltiler, enjeksiyon noktasındaki elektrik alanını daha kolay azalttıkları için daha yüksek voltajlar gerektirir. Bu videoyu izledikten sonra, damlacıklarınıza reaktiflerin hassas ve kontrol edilebilir şekilde enjekte edilmesini sağlayan mikro akışkan cihazların nasıl hızlı ve güvenilir bir şekilde tasarlanacağı ve üretileceği konusunda iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız.

Yüksek voltajla çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın; uygun topraklama, kişisel koruyucu ekipman ve yerleşik hata koruma sistemleri gibi önlemler her zaman uygulanmalıdır.