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

Bu yaklaşımın genel amacı, bu cihazın kristal bir moleküler materyali hapsetme, koordinasyon yolunu yönlendirme ve çip üzerinde hapsedilmiş yapılar üzerindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etme potansiyelini kanıtlamaktır. Bu yöntem, kontrollü kimyasal işlemlerin kendi kendine düzenlenen yapıların özellikleri üzerindeki etkisi gibi malzeme bilimi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Ayrıca, dinamik koşullar altında kontrollü kimyasal işlemlere olanak tanıyan teknolojilerin sayısının şu anda oldukça sınırlı olduğunu, bu nedenle bu yaklaşımın malzeme ile ilgili alanlarda oldukça cazip hale geldiğini vurgulamak önemlidir.

Başlamak için, SU8 fotolitografi kullanarak silanize edilmiş bir ana kalıp hazırlayın. Kirlenme partikülü hem zamana hem de sıcaklığa karşı özellikle hassastır. Açıklanan zaman çizelgesine ve sıcaklığa uyulmaması, bağlanmamış ve dolayısıyla işlevsel olmayan bir cihaz üretimine yol açabilir.

Bir tek kullanımlık tartım kabında 50 gram elastomer ve 10 gram kürleme ajanını birleştirerek PDMS karışımını hazırlayın. Bileşenleri plastik bir spatula kullanarak tamamen karıştırın. Ardından, karışımı gazdan arındırmak ve hapsolmuş kabarcıkları gidermek için iyi karıştırılmış PDMS'yi bir desikatörde 15 dakika boyunca vakuma tabi tutun.

İlk PDMS partisi vakumlanırken, 10 gram elastomer ve 0,5 gram kürleme ajanı kullanarak ikinci bir partiyi karıştırın. Ardından, kontrol katmanını içeren ana kalıbı 11 mm'lik yuvarlak bir PTFE çerçeveye sabitleyin. Beşe bir oranındaki PDMS karışımının vakumlanması tamamlandığında, karışımı vakum odasından çıkarın.

Şimdi, beş bire oranındaki PDMS karışımını, karışım PTFE çerçevenin düz dikey duvarı seviyesine ulaşana kadar kontrol katmanı ana kalıbına dökün. Ardından bunu desikatöre yerleştirin. Aynı zamanda, 20 bire oranındaki PDMS karışımını da desikatöre yerleştirin ve tekrar vakum uygulayın.

Hem kaplanmış ana kalıbın hem de 20'ye bir oranındaki PDMS'in havasını ek olarak 30 dakika boyunca vakumlayın. Ardından, her ikisini de desikatörden çıkarın ve kontrol katmanı ana kalıbını 80 °C'ye önceden ısıtılmış bir fırına yerleştirin. Kontrol katmanı pişerken, akışkan katman ana kalıbını bir spin coater'a yerleştirin.

Akışkan katman için ana kalıbın üzerine 20'ye bir oranındaki PDMS karışımından yaklaşık 4 mililitre dökün ve 60 mikrometre kalınlığında bir katman elde etmek için plakayı 1200 rpm hızında 40 saniye boyunca spin kaplayın. Toplam bir saatlik süre geçtikten sonra fırını açın, spin kaplanmış plakayı kontrol katmanının yanına yerleştirin ve her ikisini birlikte 80 °C'de 15 dakika daha pişirin. Ardından, toplam 75 dakika geçtikten sonra her iki plakayı da fırından çıkarın.

İlk olarak, kontrol katmanı için beş bir oranındaki PDMS karışımını soyun. Çipleri bir jilet kullanarak kesin. Ardından, girişler için gerekli delikleri bir milimetrelik biyopsi pançı ile açın.

Ardından, doğranmış kontrol tabakası çiplerindeki kalıntıları temizlemek için yapışkan bant kullanın. Çipler temizlendikten sonra, kontrol tabakası çipini akışkan tabakası ana kalıbının üzerine hizalamak için bir stereo mikroskop kullanın. Daha sonra, monte edilen çiplerin etrafına kalan PDMS'yi dökün ve yayın.

Ardından, tüm düzeneği 80 °C sıcaklıktaki bir fırına yerleştirin. Montajı tamamlanmış cihazları gece boyunca pişirin. Ertesi gün, kürlenmiş düzeneği fırından çıkarın ve oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.

Ardından PDMS düzeneği akışkan katman ana kalıptan soyun. Ana kalıptan ayrıldıktan sonra, üretilen çift katmanlı cihazları bir bıçakla kesin ve akışkan giriş ve çıkışlarını oluşturmak için 1,5 milimetrelik bir biyopsi pançı kullanın. Daha sonra, cam lamelleri ve monte edilmiş cihazın akışkan katmanını bir dakika boyunca korona deşarjı ile işleyin veya oksijen plazması kullanın ve ardından mikroakışkan cihazı tamamlamak için iki yüzeyi hemen birbirine yapıştırın.

Birleştirilmiş çift katmanlı çipleri bir fırında 70 ila 80 °C'de en az dört saat boyunca pişirin. Akış rejimini bir şırınga pompası ve pnömatik bir kontrolör kullanarak manipüle etmek için, önce daha önceden doldurulmuş ve şırınga pompasına yerleştirilmiş şırıngaları mikroakışkan cihazın akış kanallarına, pnömatik kontrolör sistemini ise mikroakışkan cihazın kontrol kanallarına bağlayın. Akışı görselleştirmek için, şırıngalardan birini sulu bir boya ile doldurun ve bunu 20 µL/dakika akış hızında hazneye akıtın.

Ardından, vanayı üç bar basınçta işleterek kapatmak için pnömatik kontrol sistemini kullanın. Vananın kapatılmasından sonra sıvının hala vananın etrafından akabileceğini belirtmek önemlidir ve bu özellik, koordinasyon polimerleri gibi hapsedilmiş yapıların kontrollü kimyasal işlemine ulaşmak için kritik öneme sahiptir. Vanayı açmak için kontrol sistemini kullanarak basıncı tahliye etmeniz yeterlidir.

Kalıp çözeltisi ilk kanaldan akarken, iki sulu akış arasında bir ara yüzey oluşturmak için ikinci giriş kanalına aynı akış hızında başka bir sulu sıvı enjekte edin. Ardından, vanayı üç bar basınçta tetikleyerek kapatın. Çift akış sırasında vananın tetiklenmesi, iki sulu akışın ara yüzeyini değiştirir.

Ardından, iki sıvı arasındaki ara yüzeyi kaydırmak için iki şırınganın sıvı akış hızlarını sırasıyla 30 µL/dk ve 10 µL/dk olarak değiştirin. Valfin mikropartikülleri hapsetme yeteneğini görselleştirmek için, öncelikle ağırlıkça %10 polistiren floresan mikropartikül içeren sulu bir çözelti hazırlayın. Partikül yüklü sıvıyı, toplam 20 µL/dk akış hızında iki giriş kanalına aktarın.

Kararlı bir akış oluşana kadar iki dakika bekleyin. Ardından, boncukları en iyi şekilde görüntülemek için 488 nanometre dalga boyuna sahip bir kaynak kullanarak floresan boncukları uyarın. Hazır olduğunda, kapatmak için valfi üç bar basınçta çalıştırın.

Akış sürdürülürken, valfin altında hapsolmuş ve yüzeyde lokalize olmuş birkaç partikülü görmek için valf bölgesini görüntüleyin. Kontrol katmanındaki kanallar aracılığıyla gaz enjeksiyonu, sıvı katmanını yüzeye doğru sıkıştırır. Bu yöntem, akışkanları, burada rhodamine boyasının yokluğu ile belirtilen aktüatör tarafından kontrol edilen bölgenin etrafından saptırmak için kullanılabilir.

Bu pnömatik aktüatörler, mikrokanal yüzeyine tutturulan bu floresan mikropartiküller gibi partikülleri veya hücreleri hapsetmek için de kullanılabilir. Bu cihazın bir diğer özelliği ise pnömatik kafesin aktivasyonu yoluyla NC2 tarafından üretilen koordinasyon polimerlerini hapsetme yeteneğidir. Bu düzenek için iki reaktif akışı kullanılır ve kontrollü bir kimyasal reaksiyon, laminer akıştaki iki sıvının ara yüzeyinde gerçekleşir.

Koordinasyon polimerleri hapsedildikten sonra, pnömatik valfler kullanılarak kontrollü bir şekilde kimyasal işleme tabi tutulabilir. Bu videoyu izliyorsanız, çeşitli tüp içi yapılar üzerinde kontrollü kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirmek için kullanılabilecek çift katmanlı bir mikroakışkan cihazın nasıl etkili bir şekilde üretileceği konusunda iyi bir bilgiye sahip olmalısınız. Bu prosedürü uygularken, mevcut protokolde belirtilen zaman dilimine ve sıcaklığa sadık kalmak önemlidir.

Aksi takdirde, girişiminiz bağlanmamış veya kusurlu ve dolayısıyla işlevsel olmayan cihazların üretilmesine yol açabilir. Geliştirilmesinin ardından bu teknik, malzeme bilimi alanındaki araştırmacıların çift katmanlı bir mikroakışkan platform kullanarak yüksek hassasiyetle çeşitli türde tüp içi kontrollü kimyasal işlemleri keşfetmelerinin önünü açmıştır.