Bir Polidimetilsiloksan (PDMS) Koaksiyel Akış Odak Aygıtı Kullanma Çift Emülsiyon Üretimi

Bu prosedürün genel amacı, çift emülsiyonlar oluşturmak için koaksiyel akış odaklama yöntemini kullanan, tamamen polidimetilsiloksan bazlı bir mikroakışkan cihaz oluşturmak ve test etmektir. Bu yöntem; enzimlerin yönlendirilmiş evrimi ve nadir fenotiplerin belirlenmesi gibi ultra yüksek hacimli tarama gerektiren kimya ve biyolojideki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, özel yüzey işlemlerine gerek duymadan, yumuşak litografi üretimi ile çift emülsiyon jeneratörlerinin hızlı bir şekilde üretilmesine olanak tanımasıdır.

İki katmanlı üretim için mikroakışkan yapıların tasarımına başlayın. AutoCAD yazılımını kullanarak, tasarımları burada gösterilen referansta açıklandığı üzere 10 mikron çözünürlükle devre kartı filmi üzerine yazdırın. Önceden temizlenmiş üç inç çapındaki bir silikon gofretin merkezine bir ila iki mililitre SU 8 30 35 uygulayın, gofreti bir spin kaplayıcıya yerleştirin ve mandala sabitleyin.

500 RPM'de 20 saniye, ardından 2000 RPM'de 30 saniye boyunca santrifüjleyin. Wafer'ı çıkarın ve 135 °C sıcaklıktaki bir sıcak plakada 30 dakika boyunca pişirin. Bir sonraki adıma geçmeden önce wafer'ın oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.

Şimdi kaplanmış wafer'ı, ilk katman için kullanılan maskeyle birlikte kolime edilmiş bir LED ışığına 90 saniye boyunca maruz bırakın. Pozlama sonrası, wafer'ı bir dakika boyunca 135 degrees Celsius sıcaklıktaki ısıtıcı plaka üzerine geri yerleştirin. Soğuduktan sonra, wafer'ın merkezine bir ila iki mililitre SUH 2050 uygulayın.

Gofreti tekrar spin kaplayıcıya yerleştirin ve 500 RPM'de 20 saniye boyunca döndürün. Ardından 1.375 RPM'de 30 saniye boyunca döndürün. Spin kaplayıcı durduğunda, gofreti çıkarın ve 30 dakika boyunca 135 degrees Celsius sıcaklıktaki ısıtıcı plakaya geri yerleştirin.

Ardından, bir sonraki adıma geçmeden önce wafer'ı tekrar oda sıcaklığına kadar soğutun. İkinci katman için maskeyi, önceki adımlarda desenlenen geometriyle hizalayın ve kaplanmış wafer'ı tekrar üç dakika boyunca UV ışığına maruz bırakın; pozlama sonrası wafer'ı 135 degrees Celsius sıcaklıktaki ısıtıcı plakaya bir dakika süreyle yerleştirin. Soğuduktan sonra, wafer'ı karıştırılan bir propilen glikol monometil eter asetat banyosuna daldırarak maskeleri geliştirin.

Banyoda 30 dakika beklettikten sonra plakayı çıkarın ve izopropanol ile yıkayın. Ardından, plakayı 135 degrees Celsius sıcaklıktaki ısıtıcı plakada bir dakika boyunca pişirin. Plakayı soğutun ve ardından geliştirilmiş kalıbı 100 milimetrelik bir Petri kabına yerleştirin.

Plastik bir kapta 50 gram silikon tabanı beş gram kürleme ajanı ile birleştirerek bir grup PDMS hazırlayın. Bileşenleri karıştırmak için karıştırma çubuğu takılmış bir döner alet kullanın ve ardından karışımı bir desikatör içinde yaklaşık 30 dakika boyunca veya tüm hava kabarcıkları giderilene kadar vakumlayın. Ardından, PDMS'yi kalıbın üzerine üç milimetre kalınlığında dökün.

Ardından, daha fazla gaz giderme işlemi için Petri kabını desikatöre yerleştirin. Tüm kabarcıklar giderildiğinde, cihazı 60 °C'de iki saat boyunca fırınlayın. PDMS cihazı bir skalpel kullanarak kalıptan kesin ve desenli tarafı yukarı bakacak şekilde temiz bir yüzeye yerleştirin.

Ardından, birinci kalıp tarafından basılan 50 mikrometre akışkan yönetimi geometrisini içeren parça üzerindeki cihazın iki yanını ayırmak için PDMS'i bir jiletle ortadan ikiye kesin. Akışkan girişlerini ve çıkışlarını 0,75 milimetrelik bir biyopsi pançı ile delin. Sonrasında, desenli yüzeyleri yukarı bakacak şekilde PDMS parçalarını bir plazma odasına yerleştirin.

Cihazı, 300 watt'lık bir plazma temizleyicide, bir millibar basınçta 60 saniye boyunca oksijen plazmasına maruz bırakın. Ardından örnekleri çıkarın ve stereo mikroskop altında inceleme sırasında geçici bir kayganlaştırıcı görevi görmesi için sönümlenmemiş PDMS parçasının yüzeyini bir damla DI su ile ıslatın. Plazma işlemi uygulanmış yüzeyleri bir araya getirin ve mekanik bir kilitlenme sağlanana kadar yüzeyleri kaydırın.

Gömme çerçeveler ve çıkıntılı çerçeveler birbirine geçtiğinde, montaj tamamlandıktan sonra cihazı 60 °C'lik bir fırına yerleştirin ve suyun buharlaşması ile yapışmanın tamamlanması için iki gün boyunca pişirin. Ardından, monte edilmiş cihazı birkaç damla kürlenmemiş PDMS kullanarak bir lam üzerine sabitleyin ve yapıyı 60 °C'lik bir fırında bir saat boyunca pişirin. PDMS'yi kürlemek için mikroakışkan çipi, en az 100 µs enstantane hızına sahip bir dijital kamera ile eşleştirilmiş ters bir mikroskobun tablasına yerleştirin.

Ardından, üç adet 10 mililitre şırıngayı şırınga pompalarına monte edin ve her birine 27 gauge iğneler takın. İğnelerin her birine yaklaşık 30 santimetre PE iki tüp bağlayın ve tüplerin boşta kalan uçlarını cihazdaki uygun deliklere yerleştirin. Daha sonra, 10 santimetre uzunluğundaki bir PE iki parçasını cihazın çıkış portuna yerleştirin ve diğer ucunu bir atık toplama kabına koyun.

Kurulum tamamlandıktan sonra, şırınga pompalarını yüksek hızlarda çalıştırarak cihazı hazırlayın. Pompaları durdurun. Hortum bölmelerindeki sıvı cihazın giriş portlarına ulaştığında, mikroskobu çipin 50 by 50 micrometer açıklık içeren bölgesine odaklayın ve kadrajı akış yönündeki çıkış kanalını kapsayacak şekilde ayarlayın.

Şırınga pompalarını, akış hızını iç faz için 250 µL/saat, orta faz için 100 µL/saat ve sürekli faz için 700 µL/saat olacak şekilde çift emülsiyon jeneratörüne sıvı verecek şekilde ayarlayın. Sistemin dengelenmesi için 10 dakika bekleyin.

Ardından, dış fazın akış hızını saatte 1050 microliters seviyesine çıkarın. Çift emülsiyon oluşumunun bu akış koşulları altında stabilize olması için üç ila beş dakika daha bekleyin. Stabilizasyon sağlandığında, 30 hertz hızında beş saniyelik video görüntüleri kaydedin.

Videoları, manuel görüntü analizi yoluyla çevrimdışı işleme için kaydedin. Eşlik eden metin protokolünün birinci tablosunda bulunan değerleri kullanarak, dış fazın akış hızını değiştirerek bu işlemi tekrarlayın. İç ve orta fazların hızlarını sabit tutun.

Bu süreçte, çift emülsiyon cihazı çeşitli akış koşulları altında test edilmiştir. Farklı boyutlarda monodispers çift emülsiyonların oluşumunu göstermek amacıyla, sürekli fazın iç ve orta fazların toplamına olan oranı her görüntünün üzerinde belirtilmiştir. Seçili akış oranları için damlacık çapı histogramları, üretilen damlacıkların boyutundaki göreceli tekdüzeliği göstermektedir.

Elde edilen çift emülsiyonlar ortalama %5,2'lik bir çap varyasyon katsayısı üretmektedir. Cihaz, orifis genişliğinden önemli ölçüde daha küçük çift emülsiyonlar oluşturma yeteneği sergilemekte ve artan akış oranlarıyla birlikte belirgin bir azalma eğilimi göstermektedir. Test edilen en yüksek taşıyıcı faz akışında, 50 x 50 µm orifis kullanılarak 14 µm çift emülsiyonlar oluşturulmuştur. Geliştirilmesinin ardından bu teknik, kimya ve biyoloji araştırmacılarının standart akış sitometrisi tespit platformlarıyla uyumlu damlacık mikroakışkanlar deneyleri gerçekleştirmelerinin önünü açmaktadır.

Bu videoyu izledikten sonra, basit tamamen PDMS konstrüksiyon teknikleri kullanan mikroakışkan, çift emülsiyon jeneratörlerinin nasıl üretileceği ve test edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.