La sonde microfluidique: Fonctionnement et utilisation pour le traitement de surface localisé

Biology

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Summary

Dans cette vidéo, nous vous présentons la sonde microfluidique

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Perrault, C. M., Qasaimeh, M. A., Juncker, D. The Microfluidic Probe: Operation and Use for Localized Surface Processing. J. Vis. Exp. (28), e1418, doi:10.3791/1418 (2009).

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Abstract

Dispositifs microfluidiques permettent des dosages pour être réalisée en utilisant des quantités infimes de l'échantillon et ont récemment été utilisé pour contrôler le microenvironnement des cellules. La microfluidique est souvent associé à microcanaux fermés qui limitent leur utilisation à des échantillons qui peuvent être introduits, et cultivées dans le cas des cellules, dans un volume confiné. D'autre part, micropipetage système ont été utilisées pour perfuser sur place des cellules et des surfaces, notamment en utilisant push-pull configurations où l'on agit pipette comme source et l'autre comme un évier, mais le confinement de l'écoulement est difficile en trois dimensions. Par ailleurs, les pipettes sont fragiles et difficiles à positionner et sont donc utilisés dans une configuration statique seulement.

La microfluidique sonde (MFP) contourne les contraintes imposées par la construction de canaux microfluidiques fermée et au lieu d'enfermer l'échantillon dans le système microfluidique, le flux microfluidique peut être livré directement sur l'échantillon, et numérisés à travers l'échantillon, en utilisant le MFP. . L'injection et orifices d'aspiration sont situés à quelques dizaines de micromètres d'une autre, de sorte qu'un microjet injecté dans l'espace est confiné par les forces hydrodynamiques du liquide environnant et entièrement aspiré dans l'ouverture d'autres. Le microjet peut être rincé à travers la surface du substrat et fournit un outil précis pour le dépôt localisé / livraison de réactifs qui peuvent être utilisées sur de grandes surfaces par balayage de la sonde sur la surface. Dans cette vidéo, nous présentons la microfluidique sonde 1 (MFP). Nous expliquons en détail comment assembler le MFP, montez au sommet d'un microscope inversé, et l'aligner par rapport à la surface du substrat, et enfin montrer comment l'utiliser pour traiter une surface de substrat plongé dans un tampon.

Protocol

1. La microfabrication de la tête de la sonde (procédé non montré dans la vidéo)

  1. Une plaquette de silicium 2, quatre pouces de diamètre, 525 um d'épaisseur, avec une couche de SiO2 thermique 1 um d'épaisseur est spincoated avec une résine photosensible (PR) pendant 45 s à 4000 rpm.
  2. La plaquette est précuites à 110C pendant 50 s, et exposée à travers un masque comportant tous les éléments (les ports et les microcanaux) pendant 5 s, développé et rincés dans DI.
  3. La découverte de SiO2 est gravée loin dans un tampon 01h07 acide fluorhydrique (BHF) solution dans ≈ 15 min (démouillage du substrat où SiO2 a été gravé indique la fin de la gravure). Un plasma O2 ou de l'acétone est utilisé pour dépouiller les cendres ou encore PR.
  4. Une seconde couche PR est spin-couché à 1500 rpm pendant 45 s, ce qui donne une surcouche d'épaisseur ≈ 10 um [31]. Le modèle sous cette couche de SiO2 PR est toujours visible et est utilisé pour aligner la plaquette avec un second masque avec les seuls ports.
  5. Après l'exposition et le développement de la PR, la plaquette est rincé, séché, et postbaked à 95C pendant 20 min.
  6. La plaquette de Si est fixé sur une plaquette support avec de la cire blanche fondue pour protéger le mandrin.
  7. Un plasma à couplage inductif (ICP) MEIR est utilisé pour transférer le PR et intégrés SiO2 modèles dans la topographie plaquette dans un processus en trois étapes:
    1. MEIR faire ports ≈ 500μmdeep dans Si (modèle défini par l'épaisseur PR).
    2. Sans le déchargement de la plaquette de la machine MEIR, le PR est incinéré en utilisant un plasma.
    3. Les exposés SiO2 modèle agit comme un masque pour un second processus gravure à sec, créant 50 chaînes um de profondeur, et l'ouverture des ports de remplissage et d'évacuation par le biais de la plaquette. Après le déchargement, la plaque support est détaché sous un jet d'eau tiède. La plaquette est ensuite nettoyé micro-usinés avec de l'acétone, l'éthanol et DI.
  8. Individuels puces MFP sont coupées en dés.
  9. Un bloc d'interface PDMS est fabriqué par moulage en une le Micro composé de deux structurées en poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA) éléments, une plaque en acier poli, formant le fond, et deux capillaires (chaque insérée dans l'un des deux trous de vias d'accès-dans le plaque d'acier) servant en tant que détenteurs de place pour les trous de connexion fluidique. Le PDMS est guéri dans un four à 60C pendant au moins 1 h.
  10. Le bloc de PDMS est lié à une puce de silicium dés MFP en activant les deux parties dans l'air du plasma à 1 mbar pendant 24 s à 230W, et joignant les deux ensemble en utilisant un home-made aide à l'alignement mécanique.
  11. L'ensemble est laissé à coller dans un four 60C pour un minimum de 1 heure

2. Assemblée de l'imprimante multifonction

  1. Seringues en verre étanche au gaz sont remplis avec les réactifs appropriés en utilisant des seringues et des aiguilles en plastique pour s'assurer qu'aucune bulle d'air sont présents. Typiquement, nous utilisons une seringue de 1 -10 microlitre pour l'injection, et une seringue avec un volume de 5-10 fois plus grande pour l'aspiration.
  2. Les seringues sont connectés au tube capillaire au moyen de raccords Nanotight avec un volume mort faible.
  3. Les capillaires sont remplis et vérifiés pour les bulles sous le microscope.
  4. La puce MFP est préremplie avec une solution tampon pour empêcher le piégeage de bulles lors de la connexion dans les capillaires.
  5. Les capillaires sont branchés dans la pièce de raccordement PDMS dans la tête de la sonde

3. Mise en place de la MFP

  1. La tête de sonde est serré dans le porte-sonde et monté sur la station de la sonde au-dessus d'un microscope inversé
  2. Les seringues sont placées dans des pompes à seringues de haute précision.
  3. Le substrat, comme une lame de verre, est inséré dans un support fait maison qui est apposé sur la platine du microscope.
  4. Le parallélisme de la mesa du MFP et le substrat est ajusté à l'aide d'une paire de goniomètres en observant les anneaux de Newton (franges d'interférence) qui apparaissent lorsque le MFP est mis en contact avec le substrat. Le point de contact et la fréquence des anneaux servent comme indication de l'inclinaison. Lorsque le MFP est aligné avec la surface, un anneau d'interférence unique s'étend sur toute la surface. Cette mesure sert aussi à calibrer la séparation entre les MFP et le substrat.
  5. L'écart entre le MFP et le substrat est critique pour les processus de structuration de surface. Parce que le substrat est transformé en le numérisant en dessous de la MFP, l'alignement horizontal doit être ajustée avec précision micrométrique et est réalisé en utilisant un support à trois points formés par trois vis micrométriques.

4. Fonctionnement de la MFP

  1. La distribution est contrôlé via le logiciel LabVIEW. Fonctionnement du dispositif est visualisée par l'œil et en utilisant une caméra CCD. L'injection: ratio aspiration varie 1:03-1:10, en fonction de la diffusivité du réactif avec le tampon environnante et le modèle d'écoulement géométrique désirée.
  2. Pour vérifier le bon fonctionnement de la seringue d'aspiration et de la présence de bulles, d'abord injecter des liquides avec la seringue d'aspiration avant de commencer l'aspiration appropriée.
  3. Démarrer l'injection de liquides et contrôleur de débit et de confinement des perles ou des colorant fluorescent traceur.
  4. Utilisez la sonde pour l'application particulière, c'est à dire à travers la surface de balayage pour le traitement des dépôts, la gravure ou la coloration de surface ou de cellules.

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Discussion

La sonde microfluidique (PMF) est polyvalent, car il est (i) mobiles, (ii) adaptable pour une utilisation avec différents types de réactifs et de substrat et il peut (iii) être exploité sur de grandes surfaces.

Bulles indésirables peuvent entraîner des perturbations de la circulation pour éviter les bulles, toutes les composantes doivent être remplis de liquides avant l'assemblage. L'écart entre la sonde et la surface est seulement de quelques micromètres, et pourtant la mesa est plusieurs centaines de micromètres de large, et les distances de l'ordre de quelques centimètres sont scannés. Donc à la fois l'horizontalité de la surface scannée et le parallélisme entre la mesa MFP et le substrat doivent être ajustés avec grand soin. Enfin, le rapport entre l'aspiration et l'injection doit être suffisamment grande pour capturer tous les réactifs injectés dans l'écart entre le MFP et le substrat.

Le MFP peut être utilisé pour les surfaces de structuration avec des protéines dans des conditions douces, pour traiter des tissus ou des cellules individuelles immergés dans des tampons physiologiques, ou à des schémas dans une surface de gravure.

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Acknowledgments

Ce travail a été financé par le Fonds de Recherche sur la Nature et les Technologies de Québec, la Fondation canadienne pour l'innovation et les Instituts canadiens de recherche en santé du Canada (IRSC).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
microfluidic connectors Upchurch Scientific Micro- and Nano-tight fittings and sleeves
2-component manual dispenser Conprotec Inc. DM400 To dispense and mix PDMS mixture
LabVIEW National Instruments Version 8.0
Mechanical Convection Oven VWR international 1330FM
Glass syringes Hamilton Co
Capillary tubing Polymicro Technologies
Plasma Chamber Tegal Corporation Plasmaline 415
Inverted Microscope Nikon Instruments TE2000-E
Syringe pumps Cetoni neMESYS
Sylgard 184 Ellsworth Adhesives 184 Sil Elast Kit
Camera Photometrics QuantEM 512SC
Microscope stage
Microfluidic probe holder goniometers Melles Griot 07GON504
Linear stage Applied Scientific Instrumentation LS-50 For z-control of the MFP
Manual linear stage Newport Corp. 443-4 Series For x- and y- axis control of the MFP
Microscope stage Applied Scientific Instrumentation PZ-2000 With x-, y- and z- control

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Juncker, D., Schmid, H., Delamarche, E. Nature Materials. 4, (8), 622-622 (2005).

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