Mikroakışkan Pnömatik Kafesler: Bir In-yonga Kristal Bindirme, Manipülasyon için Yeni Yaklaşım ve Kontrollü Kimyasal Arıtma

Burada, polidimetilsiloksandan (PDMS) yapılmış çift katmanlı bir mikroakışkan sistemin imalatını ve çalışmasını açıklıyoruz. Bu cihazın, kristalin bir moleküler malzemenin koordinasyon yolunu yakalama, yönlendirme ve çip üzerinde hapsolmuş yapılar üzerindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etme potansiyelini gösteriyoruz.

Bu yaklaşımın genel amacı, bu cihazın kristalin bir moleküler malzemenin koordinasyon yolunu yakalama, yönlendirme ve çip üzerinde hapsolmuş yapılar üzerindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etme potansiyelini göstermektir. Bu yöntem, kontrollü kimyasal işlemlerin kendi kendine monte edilen yapıların özellikleri üzerindeki etkisi gibi malzeme bilimi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Ve dinamik koşullar altında kontrollü kimyasal arıtmayı mümkün kılan teknolojilerin sayısının şu anda çok sınırlı olduğunun altını çizmek önemlidir, bu nedenle bu yaklaşımı malzeme ile ilgili alanda çok çekici kılmaktadır.

Başlamak için, SU8 fotolitografi kullanarak silanize bir ana kalıp hazırlayın. Kirlenme partikülü hem zamana hem de sıcaklığa karşı özellikle hassastır. Açıklanan zaman çerçevesine ve sıcaklığa uyulmaması, bağlı olmayan ve dolayısıyla işlevsel olmayan bir cihazın üretilmesine yol açabilir.

50 gram elastomer ve 10 gram kürleme maddesini tek kullanımlık bir tartı kabında birleştirerek PDMS karışımını hazırlayın. Plastik bir spatula kullanarak bileşenleri tamamen karıştırın. Daha sonra, karışımın gazını almak ve sıkışan kabarcıkları çıkarmak için iyi karıştırılmış PDMS'yi 15 dakika vakum altında bir desikatöre yerleştirin.

İlk parti PDMS'nin gazı alınırken, 10 gram elastomer ve 0,5 gram kürleme maddesi kullanarak ikinci bir partiyi karıştırın. Ardından, kontrol katmanını içeren ana kalıbı yuvarlak 11 milimetrelik bir PTFE çerçeveye sabitleyin. Beşe bir PDMS karışımı gazdan arındırıldıktan sonra, vakum odasından çıkarın.

Şimdi, beşe bir PDMS karışımını, karışım PTFE çerçevesinin düz dikey duvarının seviyesine ulaşana kadar kontrol katmanı ana kalıbına dökün. Ve sonra desikatöre yerleştirin. Aynı zamanda, 20'ye bir PDMS karışımını da kurutucuya yerleştirin ve tekrar bir vakum çekin.

Hem kaplanmış ana kalıbı hem de 20'ye bir PDMS oranını 30 dakika daha gazdan arındırın. Ardından, her ikisini de kurutucudan çıkarın ve kontrol katmanı ana kalıbını 80 santigrat dereceye kadar önceden ısıtılmış bir fırına yerleştirin. Kontrol katmanı pişerken, akışkan katman için ana kalıbı bir döndürme kaplayıcı üzerine yerleştirin.

Akışkan katman için ana kalıba yaklaşık 4 mililitre 20 ila bir PDMS karışımı dökün ve 60 mikrometre kalınlığında bir katman elde etmek için gofreti 1200 rpm'de 40 saniye boyunca döndürün. Toplam bir saatlik sürenin ardından fırını açın, spin kaplı gofreti kontrol katmanının yanına yerleştirin ve 80 santigrat derecede 15 dakika daha birlikte pişirin. Ardından, toplam 75 dakikalık geçen süreden sonra, her iki gofreti de fırından çıkarın.

İlk olarak, kontrol katmanı için beş ila bir PDMS karışımını soyun. Bir tıraş bıçağı kullanarak cipsleri kesin. Ve sonra bir milimetrelik biyopsi zımbası kullanarak girişler için delikler açın.

Ardından, doğranmış kontrol katmanı yongalarındaki kalıntıları temizlemek için yapışkan bant kullanın. Talaşlar temizlendikten sonra, kontrol katmanı çipini akışkan katman ana kalıbının üzerine hizalamak için bir stereo mikroskop kullanın. Ardından, kalan PDMS'yi monte edilmiş talaşların etrafına dökün ve çizin.

Ve tüm kurulumu 80 santigrat derecede bir fırına yerleştirin. Monte edilmiş cihazları gece boyunca pişirin. Ertesi gün, kürlenmiş düzeneği fırından çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın.

Ardından PDMS düzeneğini akışkan tabaka ana kalıbından soyun. Ana kalıptan kurtulduktan sonra, fabrikasyon çift katmanlı cihazları bir bıçakla doğrayın ve akışkan giriş ve çıkışlarını oluşturmak için 1,5 milimetrelik bir biyopsi zımbası kullanın. Daha sonra, cam lamelleri ve monte edilmiş cihazın akışkan tabakasını bir dakika boyunca korona deşarjı ile tedavi edin veya oksijen plazması kullanın ve ardından mikroakışkan cihazı tamamlamak için iki yüzeyi hemen birbirine bağlayın.

Yapıştırılmış çift katmanlı cipsleri 70 ila 80 santigrat derece fırında en az dört saat pişirin. Bir şırınga pompası ve bir pnömatik kontrolör kullanarak akış alayını manipüle etmek için, önce önceden yüklenmiş ve bir şırınga pompasına yerleştirilmiş şırıngaları mikro akışkan cihazın akışkan girişlerine ve pnömatik kontrol sistemine mikroakışkan cihazın kontrol girişlerine bağlayın. Akışı görselleştirmek için, şırıngalardan birini sulu bir boya ile yükleyin ve dakikada 20 mikrolitrelik bir akış hızında odaya akıtan.

Ardından, valfi üç bar'da çalıştırarak kapatmak için pnömatik kontrol sistemini kullanın. Sıvının, kapatıldıktan sonra valf etrafında hala akabileceğine dikkat etmek önemlidir ve bu özellik, koordinasyon polimerleri gibi sıkışmış yapının kontrollü kimyasal arıtmasını sağlamak için önemlidir. Valfi açmak için, basıncı boşaltmak için kontrol sistemini kullanmanız yeterlidir.

Kalıp çözeltisi birinci kanaldan akarken, iki sulu akış arasında bir arayüz oluşturmak için aynı akış hızında ikinci giriş kanalına başka bir sulu sıvı enjekte edin. Ardından vanayı üç bar'da çalıştırarak kapatın. Çift akış sırasında vananın çalıştırılması, iki sulu akışın arayüzünü değiştirir.

Daha sonra, iki sıvı arasındaki arayüzü kaydırmak için iki şırınganın sıvı akış hızlarını sırasıyla dakikada 30 mikrolitre ve dakikada 10 mikrolitre olarak değiştirin. Valfin mikropartikülleri yakalama kabiliyetini görselleştirmek için önce ağırlıkça %10 polistiren floresan mikropartikül içeren sulu bir çözelti hazırlayın. Parçacık yüklü sıvıyı, dakikada toplam 20 mikrolitre akış hızında iki giriş kanalına verin.

Sabit bir akış oluşana kadar iki dakika bekleyin. Ardından, boncukları en iyi şekilde görüntülemek için 488 nanometre dalga boyuna sahip bir kaynak kullanarak floresan boncukları heyecanlandırın. Hazır olduğunda, kapatmak için vanayı üç bar'da çalıştırın.

Akış korunurken valfin altında sıkışan ve yüzeyde lokalize olan birkaç parçacığı görmek için valf alanını görüntüleyin. Kontrol katmanındaki kanallardan gaz enjeksiyonu, sıvı katmanını yüzeye doğru sıkıştırır. Bu, burada yokluk veya bir rodamin boyası ile gösterilen aktüatör tarafından kontrol edilen bölgenin etrafındaki sıvıları saptırmak için kullanılabilir.

Bu pnömatik aktüatörler, mikrokanal yüzeyinde sıkışan bu floresan mikropartiküller gibi partikülleri veya hücreleri yakalamak için de kullanılabilir. Bu cihazın bir başka özelliği de, NC2 tarafından üretilen koordinasyon polimerlerini pnömatik kafesin çalıştırılması yoluyla yakalama yeteneğidir. Bu kurulum için iki reaktif akışı kullanılır ve laminer akıştaki iki sıvının arayüzünde kontrollü bir kimyasal reaksiyon gerçekleşir.

Koordinasyon polimerleri, bir kez sıkıştıktan sonra, pnömatik valfler kullanılarak kontrollü bir şekilde kimyasal olarak arıtılabilir. Bu videoyu izliyorsanız, çeşitli tüp yapıları üzerinde kontrollü kimyasal reaksiyonlar yürütmek için kullanılabilecek çift katmanlı bir mikroakışkan cihazın nasıl etkili bir şekilde üretileceğini iyi anlamış olmalısınız. Bu prosedürü denerken, mevcut protokolde bildirilen zaman çerçevesi ve sıcaklıkla sınırlı olmak önemlidir.

Aksi takdirde, çabanız bağlanmamış veya kusurlu ve dolayısıyla işlevsel olmayan cihazların üretilmesine yol açabilir. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, malzeme bilimi alanındaki araştırmacıların, çift katmanlı bir mikroakışkan platform kullanarak yüksek hassasiyetle çeşitli tüp içi kontrollü kimyasal işlemleri keşfetmelerinin yolunu açtı.