एक polydimethylsiloxane (PDMS) सह-अक्षीय प्रवाह फोकस डिवाइस का उपयोग डबल पायस पीढ़ी

Bioengineering

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Cole, R. H., Tran, T. M., Abate, A. R. Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device. J. Vis. Exp. (106), e53516, doi:10.3791/53516 (2015).

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Abstract

Introduction

डबल इमल्शन की वजह से उनके औद्योगिक, दवा में क्षमता का उपयोग करता है, और जैविक अनुप्रयोगों 1 के लिए एक मध्यवर्ती, अमिश्रणीय तरल पदार्थ की परत से एक वाहक चरण से अलग बूंदों से मिलकर बनता है, और विशेष रुचि के हैं। कुछ मामलों में, एक डबल पायस की कोर में उच्च मूल्य यौगिकों encapsulate करने की क्षमता सामग्री की रक्षा की है और एक नियंत्रित तरीके से जारी होने की सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, दवाओं बाहरी वाहक द्रव 2 के लिए उचित नहीं घुलनशीलता की शर्तों के तहत समझाया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, मध्यवर्ती तेल परत दवाओं, सौंदर्य प्रसाधन, और पोषक तत्वों 3 के encapsulation और वितरण के लिए एक कैप्सूल टेम्पलेट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। वे उप nanoliter प्रयोगों की एक भारी संख्या तो बाहर किया और पता लगाया (FACS) के साधन 4,5 छँटाई एक प्रतिदीप्ति सक्रिय सेल का उपयोग कर हल किया जा करने की अनुमति देते हैं, क्योंकि जीव विज्ञान में डबल इमल्शन भी उच्च throughput स्क्रीनिंग में उपयोगी होते हैं।

ईएनटी "> वांछित प्रदर्शन विशेषताओं के साथ डबल emulsions के डिजाइन डबल पायस आकार, संरचना, और एकरूपता के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता है। इस तरह की झिल्ली पायसीकरण के रूप में थोक पायसीकरण प्रक्रियाओं, उद्योग में उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप इमल्शन, अत्यधिक polydisperse हैं एक का प्रदर्शन कार्यात्मक संपत्तियों 1 की व्यापक विविधता भी है। छोटी बूंद microfluidics के क्षेत्र स्वाभाविक रूप से सावधानी से नियंत्रित संरचना 6 के साथ monodisperse इमल्शन की पीढ़ी के लिए अनुकूल है। Microfluidic डबल पायस पीढ़ी ध्यान केंद्रित कर दो मुख्य रणनीतियों, अनुक्रमिक बूंद बनाने और गिलास केशिका प्रवाह के साथ हासिल किया गया है। डबल इमल्शन कर सकते हैं बनाने की प्रक्रिया एक दो कदम बूंद का उपयोग तलीय PDMS उपकरणों में उत्पन्न हो। सबसे पहले, जलीय में तेल इमल्शन एक पानी में तेल की बूंद-बनाने हाइड्रोफोबिक चैनल दीवारों के साथ एक डिवाइस के क्षेत्र। अगले का उपयोग कर बनाई गई हैं, पायस किया जा सकता है प्रवाहित होती है या पानी में तेल के लिए अनुकूल हाइड्रोफिलिक दीवारों के साथ एक बूंद में चल रही इस क्षेत्र में reinjectedड्रॉप लेने की 4। हालांकि, PMDs की हाइड्रोफिलिक सतह के उपचार के लिए एक अतिरिक्त निर्माण कदम की आवश्यकता है और 7 अस्थायी अक्सर है। डबल इमल्शन फार्म के लिए सबसे चलाया हुआ और repeatable विधि सह-अक्षीय प्रवाह ध्यान केंद्रित कर रहा है, एक तकनीक तीन चरणों से युक्त एक गाढ़ा जेट monodisperse बूंदों 8 उत्पादन करने के लिए एक छोटा सा छिद्र के माध्यम से sheared है जिससे कांच केशिका microfluidics, का उपयोग बीड़ा उठाया है। इस तकनीक को प्रत्येक चरण के प्रवाह की दर के एक समारोह में किया जा रहा है डबल पायस की सटीक आकार और संरचना के साथ, चैनल आयाम की तुलना में बहुत छोटे बूंदों के उत्पादन के लिए अनुमति देता है। छोटी बूंद और चैनल आकार और सुरक्षा बाहरी म्यान प्रवाह के बीच बड़ा अंतर है, चैनल दीवारों से संपर्क अनावश्यक सतह के उपचार के प्रतिपादन से बूंदों से बचाता है। हालांकि, इस तरह के कांच उपकरणों सावधान विधानसभा और सील के साथ-साथ, पतला केशिका सुझावों की कस्टम निर्माण की आवश्यकता है। पिछला जांचकर्ताओं 3 डी मुलायम लिथो का इस्तेमाल किया हैGraphy भौतिकी ध्यान केंद्रित प्रवाह का उपयोग डबल इमल्शन उत्पन्न करने के लिए है, लेकिन इन उपकरणों व्यास> 150 माइक्रोन 9,10, आम तौर पर FACS के साथ हल वस्तुओं की तुलना में बड़े परिमाण का लगभग एक आदेश के साथ इमल्शन का उत्पादन किया। एक आकर्षक विकल्प PDMS नरम लिथोग्राफी के निर्माण में आसानी के साथ ध्यान केंद्रित कर गिलास केशिका समाक्षीय प्रवाह की मजबूत कार्यक्षमता और छोटी छोटी बूंद पीढ़ी को शामिल किया जाएगा।

इस पत्र में, हम 50 माइक्रोन इमल्शन ≤ उत्पादन करने के लिए ध्यान केंद्रित सह-अक्षीय प्रवाह का उपयोग करता है और पूरी तरह से 3 डी नरम लिथोग्राफी 11 का उपयोग निर्माण किया है कि एक डबल पायस जनरेटर का वर्णन है। हमारे डिवाइस एक खींच लिया गिलास केशिका नोक में पायस गठन प्रक्रियाओं लगभग करने के लिए एक छोटे से बाल काटना चैनल (चित्रा 1) भी शामिल है कि उपकरणों के निर्माण के लिए एक कौड़ी दृष्टिकोण का उपयोग करता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, इन उपकरणों के लिए कोई विशेष सतह के उपचार की आवश्यकता होती है, और सभी बहुलक निर्माण आसान और repeatable निर्माण सुप्रीम कोर्ट प्रदान करता हैडुप्लिकेट उपकरणों की एक बड़ी संख्या को alable। यहाँ, हम डबल पायस जनरेटर के डिजाइन, निर्माण, और परीक्षण रूपरेखा। डबल पायस पीढ़ी 14 माइक्रोन की छोटी बूंद व्यास करने के लिए नीचे मजबूत और repeatable होना दिखाया गया है। निर्माण में आसानी के साथ कार्यक्षमता के युग्मन इस डिवाइस नई डबल पायस अनुप्रयोगों के विकास के लिए एक आकर्षक विकल्प बनाता है।

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Protocol

1. SU8 मास्टर निर्माण

  1. ऑटोकैड सॉफ्टवेयर का उपयोग कर दो परत निर्माण के लिए microfluidic डिजाइन संरचनाओं और 10 माइक्रोन संकल्प के साथ सर्किट बोर्ड फिल्म पर एक विक्रेता द्वारा मुद्रित डिजाइन किया है। डिवाइस डिजाइन के विवरण एक संलग्न संदर्भ 11 में दिए गए हैं और चैनल geometries के चित्र 1 में दिखाया गया है। परतों प्रत्येक निर्माण परत 12 से सुविधाओं लगाना मदद करने के लिए संरेखण के निशान को शामिल करना चाहिए।
  2. एक स्पिन coater पर एक पूर्व साफ 3 इंच व्यास सिलिकॉन वेफर की जगह और चक के लिए यह प्रत्यय करने के लिए वैक्यूम मोड़ पर है। 50 माइक्रोन की एक परत मोटाई उपलब्ध कराने, 2000 rpm पर फिर 30 सेकंड, 500 rpm पर 20 सेकंड के लिए वेफर और स्पिन के केंद्र में SU8-3035 के 1 मिलीलीटर लागू करें।
  3. वेफर निकालें और 30 मिनट के लिए एक 135 डिग्री सेल्सियस hotplate पर सेंकना। वेफर अगले कदम पर जाने से पहले आर टी को शांत करने की अनुमति दें।
  4. 1 सेंट परत मुखौटा करने के लिए लेपित वेफर (2A चित्रा बेनकाब
  5. स्पिन coater पर वेफर की जगह और चक के लिए यह प्रत्यय करने के लिए वैक्यूम मोड़ पर है। 135 माइक्रोन का एक अतिरिक्त मोटाई प्रदान करता है कि एक परत है, जिसके परिणामस्वरूप 1375 rpm पर फिर 30 सेकंड, 500 rpm पर 20 सेकंड के लिए वेफर और स्पिन के केंद्र में SU8-2050 के 1 मिलीलीटर लागू करें।
  6. अगले कदम के लिए जाने से पहले 30 मिनट के लिए एक 135 डिग्री सेल्सियस hotplate पर आरटी के लिए तो शांत वेफर और सेंकना निकालें।
  7. 1.3 में नमूनों ज्यामिति पर 2 एन डी परत मुखौटा (चित्रा 2 बी) संरेखित करें और 3 मिनट के लिए एलईडी एनएम एक collimated 190 मेगावाट, 365 पर लेपित वेफर बेनकाब। प्रदर्शन के बाद, अगले कदम के लिए आगे बढ़ने से पहले, 1 मिनट के लिए एक 135 डिग्री सेल्सियस hotplate पर आरटी के लिए तो शांत जगह है।
  8. 30 मिनट के लिए प्रोपलीन ग्लाइकोल monomethyl ईथर एसीटेट की एक उभारा स्नान में डुबो कर मास्क का विकास करना। वेफर धो1 मिनट के लिए एक 135 डिग्री सेल्सियस hotplate पर isopropanol और सेंकना में। PDMS ढलाई के लिए एक 100 मिमी पेट्री डिश में विकसित मास्टर रखें।

2. PDMS उपकरण निर्माण

  1. एक प्लास्टिक के कप में इलाज के एजेंट के 5 ग्राम के साथ सिलिकॉन आधार की 50 ग्राम के संयोजन के द्वारा एक PDMS: 10 तैयार करें। एक हलचल छड़ी के साथ लगे एक रोटरी उपकरण के साथ सामग्री मिलाएं। सभी हवाई बुलबुले को हटा रहे हैं 30 मिनट के लिए, या जब तक एक desiccator अंदर मिश्रण देगास।
  2. मास्टर पर 3 मिमी की मोटाई देने के लिए और आगे degassing के लिए desiccator में वापस करने के लिए जगह PDMS डालो। एक बार जब सभी बुलबुले हटा रहे हैं, 2 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर डिवाइस सेंकना।
  3. नमूनों पक्ष के साथ एक स्वच्छ सतह पर एक छुरी और जगह का उपयोग मोल्ड से डिवाइस कट। मास्टर 2 (चित्रा 3 ए) से मास्टर एक अलग करने के लिए एक धार के साथ आधे में PDMS मोल्ड कट। मास्टर 1 से अंकित 50 माइक्रोन तरल पदार्थ से निपटने ज्यामिति युक्त टुकड़े पर, एक 0.7 के साथ fluidic inlets और दुकानों पंच5 मिमी बायोप्सी पंच।
  4. प्लाज्मा एक 300 डब्ल्यू प्लाज्मा क्लीनर में 60 सेकंड के लिए 1 मिलीबार हे 2 प्लाज्मा पर उपकरणों का इलाज। अस्थायी रूप से PDMS-PDMS संबंध मंदबुद्धि है और एक स्नेहक के रूप में सेवा करने के लिए डि पानी की एक बूंद के साथ PDMS की unpunched टुकड़ा की सतह गीले। मास्टर 2 सतह पर एक स्टीरियो माइक्रोस्कोप, जगह 1 मास्टर के माध्यम से देखने और एक यांत्रिक ताला हासिल की है, जब तक अपेक्षाकृत सतहों स्लाइड जबकि जब recessed फ्रेम और चित्रा 3 दोस्त में फैला हुआ फ्रेम।
  5. एक 60 डिग्री सेल्सियस ओवन में डिवाइस प्लेस और पानी और पूर्ण संबंध लुप्त हो जाना करने के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर दो दिनों के लिए इकट्ठे हुए डिवाइस (चित्रा 3 बी) सेंकना।

अभिकर्मकों की 3. तैयारी

  1. भीतरी चरण के लिए आसुत जल से 1 मिलीलीटर सिरिंज भरें।
  2. 1 गुम्मट साथ HFE 7500 fluorinated तेल के साथ 1 मिलीलीटर सिरिंज भरें। मध्य चरण के लिए% biocompatible पृष्ठसक्रियकारक पृष्ठसक्रियकारक 13।
  3. 10 गुम्मट के साथ 10 मिलीलीटर सिरिंज भरें। % Polyethylen1 गुम्मट युक्त पानी के घोल में ई ग्लाइकोल (खूंटी)। % बीच 20 और 1 गुम्मट। % सतत चरण के लिए सोडियम dodecyl सल्फेट।

4. सिस्टम तैयारी

  1. <100 μsec शटर गति में सक्षम एक डिजिटल कैमरा के साथ युग्मित एक औंधा माइक्रोस्कोप के मंच पर microfluidic चिप रखें।
  2. सिरिंज पंप पर सभी सीरिंज माउंट और 27 जी सुइयों देते हैं। सुइयों पर ~ पीई 2 ट्यूबिंग के 30 सेमी लंबाई देते हैं और उचित युक्ति में छेद मुक्का मारा में बिखरी डालें।
  3. डिवाइस के निकास बंदरगाह में पीई -2 के एक 10 सेमी लंबाई डालें और बर्बादी संग्रह कंटेनर में दूसरे छोर जगह है।
  4. प्रधानमंत्री ट्यूबिंग क्षेत्रों में तरल पदार्थ तक गति की उच्च दर पर सिरिंज पंप (2,000 μl / मिनट) चलाकर डिवाइस के प्रवेश बंदरगाहों तक पहुँचता है।

5. पायस पीढ़ी

  1. 50 माइक्रोन x 50 माइक्रोन छिद्र और शामिल है कि एक क्षेत्र पर खुर्दबीन फोकसबहाव के बाहर निकलने के चैनल।
  2. सतत चरण के लिए 250 μl / आंतरिक चरण के लिए मानव संसाधन, 100 μl / मध्य चरण के लिए मानव संसाधन, और 700 μl / घंटा के प्रवाह दरों पर डबल पायस जनरेटर के लिए तरल पदार्थ देने और संतुलन के लिए 10 मिनट इंतजार करने के लिए सिरिंज पंप सेट करें।
  3. क्रमश: 250 μl / घंटा और 100 μl / घंटा पर भीतरी और मध्य चरणों के प्रवाह की दर को बनाए रखें। 1,050 μl / घंटा पर बाहरी चरण के प्रवाह की दर निर्धारित किया है। डबल इमल्शन पीढ़ी प्रवाह की स्थिति के इस सेट के तहत स्थिर करने के लिए 3-5 मिनट रुको।
  4. मैनुअल छवि विश्लेषण के माध्यम से ऑफ़लाइन प्रसंस्करण के लिए 30 हर्ट्ज पर वीडियो छवियों के 5 सेकंड का मोल।
  5. तालिका 1 में दी प्रवाह दरों के साथ 5.3 और 5.4 दोहराएँ। भीतरी और मध्य चरण प्रवाह की दर लगातार आयोजित कर रहे हैं और वाहक चरण प्रवाह की दर सिरिंज पंप की स्थापना का समायोजन करके विविध है।

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Representative Results

डबल पायस जनरेटर 3 डी PDMS निर्माण (चित्रा 1 ए) का उपयोग कर बनाई गई एक सह-अक्षीय प्रवाह ध्यान केंद्रित डिवाइस के होते हैं। ज्यामिति एक तीन चरण सह-अक्षीय जेट की है कि गठन के पानी / तेल / पानी डबल इमल्शन (चित्रा 1 बी, चित्रा 1 सी) के गठन की अनुमति, एक वर्ग, एक्स 50 माइक्रोन छिद्र 50 माइक्रोन में sheared होना करने के लिए सक्षम बनाता है। भीतरी जलीय चरण और बीच तेल चरण में 10 माइक्रोन के चैनल आयामों के साथ एक जंक्शन पर एक साथ लाया जाता है x 50 माइक्रोन (चित्रा -1, बिंदु "1")। अचानक विस्तार चैनल विस्तार तक पहुँच जाता है कारण PDMS की hydrophobicity करने के लिए, fluorinated तेल गले चैनल दीवारों और तरल पदार्थ के रूप में चैनल के केंद्र में आंतरिक चरण रहता है, एक सतत विमान में यात्रा (चित्रा -1, बिंदु "2" )। इस स्थान पर, भीतरी दो चरणों में एक 320 माइक्रोन लंबा Junc के केंद्र में इंजेक्ट कर रहे हैंजलीय वाहक चरण के अपेक्षाकृत गाढ़ा शुरूआत की अनुमति देता है कि tion। तीन चरणों में एक 50 माइक्रोन x 50 माइक्रोन छिद्र के लिए मजबूर कर रहे हैं (चित्रा -1, बिंदु "3"), जिससे वाहक चरण कैंची का उच्च प्रवाह दर एक समान बूंदों से मिटता है कि एक लंबे, पतले ज़ुल्फ़ में भीतरी दो चरणों ( चित्रा 1E)।

3 डी PDMS निर्माण दो परत lithographic आकाओं पर ढलाई के बाद एक कौड़ी विन्यास में दो अद्वितीय PDMS molds के युग्मन की आवश्यकता है। एक 50 माइक्रोन लंबा परत एक मानार्थ फैला हुआ के साथ-साथ, मास्टर 1 (2A चित्रा) पर बाल काटना छिद्र के साथ-साथ आंतरिक और मध्यम तरल पदार्थ से निपटने नालियां बनाने के लिए इस्तेमाल किया और गुरु का विरोध करने पर तख्ते recessed है। एक अतिरिक्त 135 माइक्रोन लंबा परत वाहक तरल पदार्थ और बाहर निकलने के चैनल (चित्रा 2 बी) बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है। डबल पायस जनरेटर की विधानसभा टी का इस्तेमालवह recessed और प्लाज्मा उपचार (चित्रा 3 बी) के बाद ज्यामितीय संरेखण के लिए फ्रेम (चित्रा 3) फैला हुआ।

डबल पायस डिवाइस विविध आकार, monodisperse डबल इमल्शन के गठन का प्रदर्शन करने के प्रवाह की स्थिति की एक किस्म पर परीक्षण किया गया था। इन प्रयोगों के लिए, आंतरिक और मध्य चरण प्रवाह की दर लगातार आयोजित किया गया और वाहक चरण प्रवाह की दर छोटी बूंद पीढ़ी के दौरान बाल काटना बल को प्रभावित करने के लिए संशोधित किया गया था। प्रयोगात्मक शर्तों भीतरी दो चरणों की राशि के वाहक चरण प्रवाह (क्यू ग) के अनुपात से parameterized हैं (क्यू राशि) बहती है। क्यू सी / 3-57 क्यू योग पर प्रदर्शन प्रयोगों के लिए छोटी बूंद पीढ़ी की छवियाँ चित्रा 4 में दिखाया जाता है। भीतरी दो चरणों युक्त एक लम्बी क्षेत्र convected कर रहे हैं कि बूंदों में 50 माइक्रोन x 50 माइक्रोन छिद्र और टूटता में बहर करने के लिए मनाया जाता है नीचे की ओर। मैंवाहक चरण के प्रवाह ncreasing (बढ़ती क्यू सी / क्यू योग) भीतरी चरणों छोटे बूंदों का उत्पादन है कि उत्तरोत्तर पतली क्षेत्रों में sheared किया जा रहा होता है। विभिन्न प्रवाह दरों पर डिवाइस के द्वारा उत्पादित डबल इमल्शन 5.2% की भिन्नता के एक औसत व्यास गुणांक दिखा। क्यू सी / क्यू राशि का चयन मूल्यों के लिए छोटी बूंद व्यास के histograms भी उत्पन्न बूंदों (चित्रा 5) के आकार में रिश्तेदार एकरूपता दिखा। डिवाइस काफी छोटे छिद्र चौड़ाई डबल इमल्शन के रूप में करने की क्षमता को दर्शाता है, और वृद्धि की क्यू सी / क्यू राशि (चित्रा 6) के साथ एक स्पष्ट कम प्रवृत्ति से पता चलता है। उच्चतम वाहक पर चरण प्रवाह का परीक्षण किया, 14 माइक्रोन डबल इमल्शन 50 माइक्रोन x 50 माइक्रोन छिद्र का उपयोग का गठन किया गया।

आकृति 1
Doubl के चित्रा 1. ज्यामितिई पायस जनरेटर। गढ़े डिवाइस (ए) 3 डी मॉडल। (बी) के भीतरी (ग्रे) की शुरूआत दिखा केंद्रीय चैनल के कार्यक्षेत्र पार अनुभाग, मध्यम (लाल), और वाहक (नीला) के चरणों। (सी) वर्ग छिद्र में प्रवेश भीतरी दो चरणों युक्त जेट दिखा पार अनुभाग। (डी) डिवाइस में पायस पीढ़ी के शीर्ष दृश्य। जंक्शन पर (1) हाइड्रोफोबिक बीच का चरण का इंजेक्शन कोट करने के लिए चैनल दीवारों यह कारण बनता है जो हाइड्रोफिलिक PDMS, द्वारा सहायता प्राप्त है। जंक्शन पर (2) चैनल फैलता है और भीतरी दो चरणों के लिए एक विमान एक बिंदु है जहां भौतिक विज्ञान कारण छोटी बूंद गठन के लिए निरंतर द्रव का प्रवाह की उच्च दर से छिद्र (3) में sheared है। (ई) डिवाइस में डबल पायस पीढ़ी के एक माइक्रोस्कोप छवि। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। </ P>

चित्र 2
स्वामी की 2. पत्थर के छापे उत्पादन आंकड़ा। (ए) 50 माइक्रोन सुविधाओं की तैयारी के लिए इस्तेमाल मुखौटा। मास्टर 1 fluidic inlets, आंतरिक / मध्य चरण जंक्शन, पायस पीढ़ी छिद्र, और संरेखण के लिए एक recessed गर्त मोल्ड करने के लिए प्रयोग किया जाता है। मास्टर 2 संरेखण के लिए इस्तेमाल एक उठाया रिज में शामिल है। (बी) 135 माइक्रोन सुविधाओं की तैयारी के लिए इस्तेमाल मुखौटा। स्वामी वाहक द्रव रूटिंग चैनलों और बाहर निकलने के चैनल होते हैं कि दर्पण छवियाँ हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
PDMS डिवाइस की चित्रा 3. विधानसभा। ( (बी) इकट्ठे, सुविधाओं का इष्टतम संरेखण प्रदान करने के लिए गूंथ फ्रेम। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
विभिन्न प्रवाह दरों पर उत्पन्न डबल emulsions के 4. छवियाँ चित्रा। बाहरी चरण के प्रवाह की दर प्रत्येक छवि के बाईं ओर दी गई है जो क्यू सी / क्यू योग, परिवर्तन करने के लिए बदल गया है। छिद्र के माध्यम से sheared की जा रही आंतरिक तरल पदार्थ की जेट तेजी से छोटी बूंदों बनाने, क्यू सी / क्यू योग संकरी बढ़ रही है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


डबल पायस बूंदों के चित्रा 5. Histograms विभिन्न प्रवाह दरों पर आकार। प्रवाह की स्थिति का सेट दिया पर उत्पादित पायस बूंदों के व्यास की भिन्नता की औसत गुणांक 5.2% है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
सामान्यीकृत प्रवाह की दर पैरामीटर बनाम चित्रा 6 छोटी बूंद व्यास। सतत चरण के प्रवाह की दर का समायोजन 30% छिद्र व्यास के -100% कर रहे हैं कि डबल emulsions के उत्पादन की अनुमति देता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। क्यू मैं [μl / घंटा] क्यू एम [μl / घंटा] क्यू राशि [μl / घंटा] क्यू सी [μl / घंटा] क्यू / क्यू योग 100 250 350 1050 3 100 250 350 2100 6 100 250 350 3850 11 100 250 350 5950 17 100 250 350 8050 23 100 250 350 10150 29 100 250 350 11900 34 100 250 350 17,150 49 100 250 350 19950 57

प्रयोगों के लिए इस्तेमाल तालिका 1. प्रवाह दर मापदंडों। भीतरी चरण और मध्य चरण प्रवाह दर (क्यू मैं, क्यू एम) एक निरंतर संयुक्त प्रवाह दर क्यू (योग) दे रही है, लगातार आयोजित कर रहे हैं। वाहक चरण प्रवाह की दर (QC) विभिन्न व्यास के साथ डबल इमल्शन का उत्पादन करने के लिए अलग है। अनुपात क्यू सी / क्यू योग प्रयोगात्मक शर्तों का वर्णन मुख्य nondimensional पैरामीटर है।

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Discussion

यहाँ वर्णित डबल पायस पैदा ज्यामिति गिलास केशिका उपकरणों 8 की भौतिक विज्ञान की नकल करने के लिए बनाया गया है। इन में गठबंधन बेलनाकार गिलास केशिकाओं वर्दी डबल पायस बूंदों में sheared है कि एक तीन चरण समाक्षीय जेट बनाने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। हमारे 3 डी PDMS डिवाइस के समारोह में कुल ऊंचाई में 320 माइक्रोन हैं कि वाहक चरण चैनलों के साथ 50 माइक्रोन लंबा निर्माण के साथ बनाई छोटे सुविधाओं के केंद्रीय संरेखण पर निर्भर है। मास्क सही ढंग से नहीं जुड़ रहे हैं, तो 50 माइक्रोन लंबा ज्यामिति के लिए सम्मान के साथ कदम 1.7 में 2 एन डी परत मुखौटा द्वारा नमूनों लम्बे सुविधाओं misaligning करने के लिए एक महत्वपूर्ण क्षमता है। उचित संरेखण तस्वीर patterning के दौरान सह-स्थित होने के लिए मास्क में इस तरह गाढ़ा हलकों के रूप में संरेखण के निशान, डिजाइन द्वारा सहायता प्राप्त की जा सकती है। डिवाइस के दो PDMS हिस्सों के प्लाज्मा संबंध अंतिम डिवाइस के महत्वपूर्ण misalignments को जन्म दे सकता है कि एक दूसरे की प्रक्रिया है। प्लाज्मा संबंध2.4 चरण में हम संबंध मंदबुद्धि और चित्रा 3 में दिखाया गया संरेखण फ्रेम बंद करने के लिए अनुमति दी जा सकती है, ताकि हेरफेर की अनुमति के लिए डि पानी के साथ एक डिवाइस की सतह गीला वर्णन इतने PDMS करने के लिए PDMS की, आम तौर पर तात्कालिक है। यह पर्याप्त गीला बिना प्रयास किया जाता है, तो PDMS सतहों उचित संरेखण में आने से पहले बॉन्ड irreversibility जाएगा, और युक्ति से निपटाया जाना चाहिए और नए PDMS नए साँचे बनाया है।

डबल पायस उपकरण निर्माण तकनीक की है कि कि नेतृत्व करने के लिए समान रूप से हाइड्रोफोबिक सतह गुण लाभ लेने के लिए बनाया गया है। हालांकि, प्रोटोकॉल में वर्णित मापदंडों के बाहर ऑपरेशन की आवश्यकता fluidic प्रक्रियाओं के कुछ समझने की आवश्यकता है। भीतरी और मध्य चरणों में से एक जंक्शन (चित्रा -1, बिंदु "1"), भीतरी चरण और मध्य चरण के कम प्रवाह की एक अपेक्षाकृत उच्च प्रवाह हाइड्रोफोबिक बीच का चरण चैनल दीवारों कोटिंग के साथ एक दो चरण जेट पैदा करते हैं। यदिमध्य चरण के आनुपातिक प्रवाह छिद्र (चित्रा -1 में गिरावट गठन के लिए एक सुसंगत तीन चरण जेट के रूप में करने की क्षमता है, बिंदु "3" को नष्ट करने, असतत पानी में तेल की बूंदों की पीढ़ी के लिए होते हैं शुरू हो जाएगा वृद्धि हुई है, )। चैनल विस्तार के बाद (चित्रा -1, बिंदु "2"), वाहक चरण प्रवाह का एक महत्वपूर्ण राशि मध्यम चरण और हाइड्रोफोबिक चैनल दीवारों के बीच ज्यामितीय अलगाव पैदा करने की आवश्यकता है। वाहक चरण प्रवाह में कटौती अंततः हाइड्रोफोबिक डिवाइस दीवारों गीला बीच का चरण को बढ़ावा मिलेगा। वाहक चरण प्रवाह में महत्वपूर्ण कटौती जिससे मौलिक डबल पायस छोटी बूंद गठन के भौतिकी में फेरबदल, एक लंबे, पतले फिलामेंट में आंतरिक चरणों वंचित करने के लिए अपर्याप्त हैं कि प्रवाह की स्थिति पैदा हो सकती है।

निर्मित एक बार, इस डिवाइस वाणिज्यिक FACS छँटाई प्रयोग करने के लिए 50 माइक्रोन, एक सुविधाजनक आकार 14 से डबल इमल्शन का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया हैउपकरणों। इस आकार सीमा के बाहर डबल इमल्शन वांछित हैं, छिद्र आयाम यहां इस्तेमाल 50 माइक्रोन x 50 माइक्रोन आकार से छोटा करने की जरूरत है। डिवाइस समान रूप से हाइड्रोफोबिक सतह के गुणों के साथ पानी / तेल / पानी डबल इमल्शन का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है क्योंकि डिवाइस समान रूप से हाइड्रोफिलिक बनाने के लिए लागू एक सतह के उपचार कर रहे थे, जब तक तेल / पानी / तेल डबल इमल्शन नहीं बनाया जा सकता है।

इस काम के पानी / तेल / पानी डबल emulsions के मजबूत गठन करने में सक्षम PDMS डिवाइस के निर्माण के लिए एक आसान दर्शाता है। पिछले जांचकर्ताओं 3 डी लिथोग्राफी 14,15 का उपयोग कर बनाई उपकरणों में डबल इमल्शन के गठन की सूचना दी है हालांकि, उनके उपकरणों में गठित डबल इमल्शन माइक्रोन के 100s में मापा गया है कि व्यास की थी। यहां बताया डिवाइस स्तनधारी कोशिकाओं के समान है और एफए द्वारा छँटाई करने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल मात्रा में उपलब्ध कराने, डबल इमल्शन इस से छोटा परिमाण के एक आदेश के उत्पादन के लिए अनुकूल हैसीएस।

इन परिणामों के भी कांच उपकरणों fabricating, कांच केशिका microfluidics का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है, हालांकि श्रमसाध्य है और प्रति युक्ति कदम हाथों पर कई की आवश्यकता है। हमारे सभी PDMS डिवाइस के लिए, निर्माण बड़े पैमाने पर ढलाई, संबंध, और पाक PDMS स्लैब, बड़ी संख्या के लिए पैमाने पर करने के लिए, सरल repeatable, और आसान कर रहे हैं कि प्रक्रियाओं के होते हैं।

एक पत्थर के छापे से छापने से गढ़े डिवाइस की उपयोगिता प्रदर्शन किया गया है ध्यान केंद्रित सह-अक्षीय प्रवाह का उपयोग डबल इमल्शन उत्पन्न करने के लिए। हम सीधा निर्माण और इस दोहरे पायस जनरेटर डिजाइन की मजबूत कार्यक्षमता वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अपनी अनुकूलन के लिए नेतृत्व चाहिए कि उम्मीद है। पहले से गिलास केशिका microfluidics में काम करने के लिए आवश्यक विशेष कौशल से विचलित जांचकर्ता, PDMS नरम लिथोग्राफी, अब एक आम प्रयोगशाला तकनीक का उपयोग कर अधिक सहज होना चाहिए। इसके अलावा, उत्पादन किया जा सकता है कि छोटी छोटी बूंद आकार कामकाज करने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैएम सेल और बूंदों में जैविक assays, और मात्रा का ठहराव और का उपयोग कर FACS छँटाई। औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए, यह पहले से ही उपकरणों की इन प्रकार सरणियों में गढ़े और एकल उपकरणों की तुलना में परिमाण के आदेश से वृद्धि करने के लिए डबल पायस पीढ़ी दरों को सक्षम करने, 10 parallelized जा सकता है कि दिखाया गया है। इसके अलावा, क्षमता के हस्तक्षेप के बिना लंबी अवधि के लिए चलने का इरादा उपकरणों parallelizing जब महत्वपूर्ण है जो दूषण और clogging के लिए प्रतिरोधी डिवाइस बनाना चाहिए बड़े समाक्षीय प्रवाह ध्यान केंद्रित चैनलों में छोटे डबल इमल्शन बनाने के लिए।

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Acknowledgments

इस काम मात्रात्मक बायोसाइंसेज के लिए कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट (QB3), रोजर्स परिवार फाउंडेशन, निर्णायक बायोमेडिकल रिसर्च, बीएएसएफ से एक अनुदान के लिए UCSF / सैंडलर फाउंडेशन प्रोग्राम से ब्रिजिंग गैप पुरस्कार, और NSF के माध्यम से एक अनुसंधान पुरस्कार द्वारा समर्थित किया गया संकाय जल्दी कैरियर विकास (कैरियर) कार्यक्रम (DBI-1,253,293)।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Photomasks CadArt Servcies
3" silicon wafers, P type, virgin test grade University Wafers 447
SU-8 3035 Microchem Y311074
SU-8 2050 Microchem Y111072
Sylgard 184 silicone elastomer kit Krayden 4019862
1 ml syringes BD 309628
10 ml syringes BD 309604
27 gaugue needles BD 305109
PE 2 polyethylene tubing Scientific Commodities, Inc. B31695-PE/2
Novec 7500 Fisher Scientific 98-0212-2928-5 Commonly knowns as HFE 7500
Biocompatable surfactant Ran Biotechnologies 008-FluoroSurfactant
35,000 MW PEG Sigma Aldrich 1546660
Tween 20 Sigma Aldrich P1369
Sodium dodecyl sulfate  Sigma Aldrich L3771

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References

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