Doppelemulsion Erstellung Mit einem Polydimethylsiloxan (PDMS) Co-Axial Flow Fokus Geräte-

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

Doppelemulsionen bestehen aus Tröpfchen aus einer Trägerphase von einem Zwischenprodukt, nicht mischbaren Flüssigkeitsschicht getrennt ist, und sind von besonderem Interesse aufgrund ihrer potentiellen Verwendungen in der Industrie, pharmazeutischen und biologischen Anwendungen 1. In einigen Fällen ist die Fähigkeit, hochwertige Verbindungen in einer Doppelemulsion Kern einkapseln können zu schützende Material und in kontrollierter Weise freigesetzt werden. Zum Beispiel können Medikamente unter Löslichkeitsbedingungen für die externe Trägerflüssigkeit 2 nicht angemessen eingekapselt werden. Zusätzlich kann das Zwischenölschicht als Kapsel Vorlage für die Einkapselung und Abgabe von Arzneimitteln, Kosmetika, Nährstoffen und 3 verwendet werden. In der Biologie sind Doppelemulsionen auch nützlich in Hochdurchsatz-Screening, weil sie eine massive Anzahl von Sub-Nanoliter-Experimente durchgeführt werden, dann nachgewiesen und sortiert werden mit Hilfe eines Fluoreszenz-aktivierten Zellsortierung (FACS) instrument 4,5.

ent "> Die Gestaltung der Doppelemulsionen mit den gewünschten Leistungseigenschaften erfordert die genaue Steuerung der Doppelemulsion Größe, Zusammensetzung und Gleichförmigkeit. Obwohl Schütt Emulgierverfahren, wie Membran Emulgierung werden in der Industrie verwendet werden, sind die resultierenden Emulsionen polydisperse, die eine Vielzahl von Funktionseigenschaften 1. Der Bereich der Tröpfchen Mikrofluidik ist natürlich geeignet, die Erzeugung von monodispersen Emulsionen mit sorgfältig kontrollierten Zusammensetzung 6. Microfluidic Doppelemulsion Generation mit zwei Hauptstrategien, sequentielle Rückgang Herstellung und Glas Kapillarfluss erreicht konzentriert. Doppelemulsionen in planarer PDMS Vorrichtungen unter Verwendung eines zweistufigen Tropfenprozess erzeugt werden. Zuerst wässrig-in-Öl-Emulsionen unter Verwendung einer Wasser-in-Öl-Tropfen Gabebereich einer Vorrichtung mit hydrophoben Kanalwänden. Als nächstes erstellt wurde, kann die Emulsion floss oder in einen Tropfen Anbauregion mit hydrophilen Wänden für Öl in Wasser geeignet injiziertDrop machen 4. Hydrophile Oberflächenbehandlung PMDS erfordert jedoch einen zusätzlichen Herstellungsschritt und ist oft vorübergehend 7. Die steuerbaren und wiederholbaren Verfahren zur Doppelemulsionen Form durch koaxiale Strömungsfokussierungs Pionier eine Technik mit Glaskapillare Mikrofluidik, wodurch eine konzentrische Strahl die drei Phasen enthält, wird durch eine kleine Öffnung geschert, um monodisperse Tröpfchen 8 herzustellen. Diese Technik ermöglicht die Produktion von Tröpfchen viel kleiner als die Kanaldimensionen, wobei die genaue Größe und Zusammensetzung der Doppelemulsion, die eine Funktion der Strömungsraten jeder Phase. Der große Unterschied zwischen Tröpfchen und Kanalgröße und der schützenden äußeren Mantelstrom verhindert, dass Tröpfchen in Kontakt mit den Kanalwänden, Rendering Oberflächenbehandlung überflüssig. Solche Glas Geräte erfordern kundenspezifische Herstellung von Kegel Kapillarspitzen sowie sorgfältige Montage und Abdichtung. Frühere Forscher haben 3D weiche Litho verwendetgraphie an Doppelemulsionen mit Stromfokussierungs Physik zu erzeugen, aber diese Vorrichtungen hergestellten Emulsionen mit Durchmesser> 150 um 9,10, etwa eine Größenordnung größer sind als Objekte in der Regel mit FACS sortiert. Eine attraktive Alternative wäre die robuste Funktionalität und kleine Tröpfchenerzeugung der Glaskapillare koaxialen Strömungs Fokussierung mit der Leichtigkeit der Herstellung von PDMS-Weich-Lithographie umfassen.

In diesem Papier beschreiben wir eine Doppelemulsion Generator, der koaxiale Strömungs Fokussierung auf ≤ 50 & mgr; m Emulsionen verwendet und ist so konstruiert, komplett mit 3D-Weich-Lithographie 11. Unsere Vorrichtung verwendet eine Clamshell Ansatz auf Vorrichtungen, die eine geringe Scherkanal (Abbildung 1), um die Emulsionsbildungsprozesse in einer gezogenen Glaskapillare Düse annähern umfasst herzustellen. Noch wichtiger ist, erfordern diese Vorrichtungen keine spezielle Oberflächenbehandlung, und die alle Polymer-Konstruktion ermöglicht eine einfache und reproduzierbare Herstellung scalable zu einer großen Anzahl von doppelt vorhandenen Einrichtungen. Hier beschreiben wir die Konstruktion, Fertigung und Prüfung der Doppelemulsion Generator. Doppelemulsion Generation gezeigt robust und wiederholbar auf Tröpfchendurchmesser von 14 & mgr; m sein. Die Kopplung der Funktionalität mit einfacher Herstellung ermöglicht diese Vorrichtung eine attraktive Option für die Entwicklung neuer Doppelemulsionsanwendungen.

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Protocol

1. SU8 Meister Fabrication

  1. Gestalten Sie die mikrofluidischen Strukturen für zwei Schichtherstellung mit AutoCAD-Software und haben die Entwürfe von einem Lieferanten auf der Leiterplatte Film mit einer Auflösung 10 um gedruckt. Die Details der Vorrichtungskonstruktion sind in einem angebrachten Bezugszeichen 11 angegeben, und die Kanalgeometrien sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Schichten sollten Ausrichtungsmarkierungen umfassen, um collocate Merkmalen voneinander Herstellungsschicht 12.
  2. Legen Sie eine vorgereinigte 3 Zoll Durchmesser Silizium-Wafer auf einem Spin-Coater und schalten Sie das Vakuum, um es in das Spannfutter zu befestigen. Es wird 1 ml SU8-3035 in der Mitte der Wafer und Schleudern für 20 Sekunden bei 500 Upm, anschließend 30 s bei 2000 Upm, wodurch eine Schichtdicke von 50 um.
  3. Entfernen des Wafers und Backen auf einer 135 ° C-Kochplatte für 30 min. Damit der Wafer auf Raumtemperatur, bevor sie zu der nächsten Stufe zu kühlen.
  4. Setzen Sie das beschichtete Wafer zur 1. Ebenenmaske (2A
  5. Setzen Sie den Wafer auf dem Spin-Coater und schalten Sie das Vakuum, um es in das Spannfutter zu befestigen. Es wird 1 ml SU8-2050 in der Mitte der Wafer und Schleudern für 20 Sekunden bei 500 Upm, anschließend 30 Sekunden bei 1.375 Umdrehungen pro Minute, was zu einer Schicht, die eine zusätzliche Dicke von 135 um zur Verfügung stellt.
  6. Entfernen Sie die Wafer und backen auf einer 135 ° C-Kochplatte für 30 Minuten, dann auf RT abkühlen, bevor Sie zum nächsten Schritt.
  7. Richten Sie die 2. Schicht-Maske (2B) auf die Geometrie in 1.3 strukturiert und setzen die beschichtete Wafer in einen kollimierten 190 mW, 365 nm LED für 3 min. Nach der Belichtung setzen auf eine 135 ° C-Kochplatte für 1 min, dann auf RT abkühlen, bevor Sie mit dem nächsten Schritt.
  8. Entwickeln die Masken in einem gerührten Bad aus Propylenglykolmonomethylether-acetat während 30 Minuten getaucht. Waschen Sie die Waferin Isopropanol und backen auf einer 135 ° C-Kochplatte für 1 min. Legen Sie die entwickelten Master in einer 100 mm Petrischale für PDMS Form.

2. PDMS Bauelementherstellung

  1. Herstellung von 10: 1 PDMS, indem 50 g des Siliconbasis bestehend aus 5 g Härter in einen Kunststoffbecher. Mischen Sie den Inhalt mit einem Drehwerkzeug mit einem Rührstab ausgestattet. Entgast die Mischung in einem Exsikkator für 30 min, oder bis alle Luftblasen entfernt werden.
  2. Gießen Sie die PDMS mit einer Dicke von 3 mm über dem Master geben, und legen Sie wieder in den Exsikkator zur weiteren Entgasung. Sobald alle Luftblasen entfernt werden, backen Sie das Gerät bei 60 ° C für 2 Stunden.
  3. Schneiden Sie das Gerät aus der Form mit einem Skalpell und auf eine saubere Oberfläche mit der strukturierten Seite nach oben. Schneiden Sie die PDMS-Form in die Hälfte mit einer Rasierklinge auf Master 1 Master 2 (Abbildung 3a) zu trennen. Auf dem Stück, das die 50 & mgr; Fluid-Handling-Geometrie von Master 1 aufgedruckt, Punsch die fluidischen Ein- und Ausgänge mit einem 0,75 mm Biopsie-Punsch.
  4. Plasma behandeln Sie die Geräte bei 1 mbar O2-Plasma für 60 Sekunden in einem 300 W Plasmareiniger. Befeuchten Sie die Oberfläche des unpunched Stück PDMS mit einem Rückgang von DI-Wasser, um vorübergehend zu verzögern PDMS PDMS-Bindung und dienen als Schmiermittel. Schauen Sie durch ein Stereomikroskop, Ort, Master 1 auf Master 2 Fläche und schieben Sie die Oberflächen relativ, bis eine mechanische Verriegelung wird erzielt, wenn die Einbaurahmen und hervorstehenden Rahmen in 3A Kollege.
  5. Platzieren des Geräts in einem Ofen bei 60ºC und Backen der zusammengesetzten Vorrichtung (3B) für zwei Tage bei 60 ° C, um das Wasser und vollständige Bindung zu verdampfen.

3. Vorbereitung der Reagenzien

  1. Füllen 1 ml Spritze, die mit destilliertem Wasser zur inneren Phase.
  2. Füllen Sie 1 ml Spritze mit HFE 7500 fluorierten Öls mit 1 Gew. % Biokompatiblen Tensid Tensid 13 für die mittlere Phase.
  3. Füllen 10 ml Spritze, die mit 10 Gew. % Polyethylene Glykol (PEG) in Wasserlösung, die 1 Gew. % Tween 20 und 1 Gew. % Natriumdodecylsulfat für die kontinuierliche Phase.

4. Systemvorbereitungs

  1. Platzieren des mikrofluidischen Chips auf der Stufe eines Umkehrmikroskops gekoppelt ist mit einer digitalen Kamera, die <100 usec Verschlusszeiten.
  2. Montieren Sie alle Spritzen auf Spritzenpumpen und befestigen 27 G Nadeln. Bringen ~ 30 cm Längen von PE-2 Schlauch auf den Nadeln, und legen Sie die losen Enden in die entsprechenden Stanzlöcher im Gerät.
  3. Legen Sie eine 10 cm Länge der PE-2 in die Austrittsöffnung des Geräts und das andere Ende in einen Abfallsammelbehälter.
  4. Prime das Gerät, indem Sie die Spritzenpumpen bei hohen Drehzahlen (2.000 & mgr; l / min), bis die Flüssigkeit in den Rohrsegmenten erreicht die Einlassöffnungen des Gerätes.

5. Emulsion Erzeugung

  1. Fokussieren Sie das Mikroskop auf einem Bereich, der 50 & mgr; m × 50 & mgr; m und die Öffnung enthält,nachgeschalteten Austrittskanal.
  2. Setzen die Spritzenpumpen, um Fluid zu dem Doppelemulsionserzeuger bei Durchflussraten von 250 & mgr; l / h für die innere Phase wurden 100 ul / h für die mittlere Phase und 700 & mgr; l / h für die kontinuierliche Phase zu liefern und warten, 10 min zur Equilibrierung.
  3. Pflegen Sie die Flussraten der inneren und mittleren Phasen bei 250 & mgr; l / h und 100 & mgr; l / Std. Stellen Sie die Durchflussrate der äußeren Phase auf 1.050 & mgr; l / h. Warten Sie 3-5 min für den Doppelemulsionen Generation, die nach diesem Satz von Strömungsbedingungen zu stabilisieren.
  4. Erwerben Sie 5 Sekunden von Videobildern bei 30 Hz für die Offline-Bearbeitung über manuelle Bildanalyse.
  5. Wiederholen 5.3 und 5.4 mit den Strömungsraten in Tabelle 1 angegeben. Die innere und die mittlere Phase Strömungsraten konstant gehalten werden und die Trägerphasen-Strömungsrate wird durch Anpassen der Einstellung der Spritzenpumpe variiert.

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Representative Results

Die Doppelemulsion Generator besteht aus einer koaxialen Strömung Fokussiereinrichtung mit 3D PDMS Herstellungs (1A) erzeugt. Die Geometrie ermöglicht es, daß die Ausbildung eines Dreiphasen koaxiale Strahl in einen quadratischen, 50 um x 50 um Öffnung abgeschert werden, so dass die Bildung von Wasser / Öl / Wasser-Doppelemulsionen (1B, 1C). Die innere wässrige Phase und die Mittelölphase werden miteinander an einer Verbindungsstelle mit Kanalabmessungen von 10 & mgr; m gebracht x 50 & mgr; m (1D, Punkt "1"). Aufgrund der Hydrophobie der PDMS, die fluorierten Öl schmiegt sich an die Kanalwände und die innere Phase bleibt in der Mitte des Kanals, wie Fluide fahren in einem kontinuierlichen Strahl, bis eine plötzliche Expansion Kanalerweiterung erreicht wird (1D Punkt "2" ). An dieser Position werden die inneren zwei Phasen in der Mitte einer 320 & mgr; m groß junc spritzttion, die die relativ konzentrischer Einführung der wässrigen Trägerphase ermöglicht. Die drei Phasen werden in einen 50 & mgr; m × 50 & mgr; m Öffnung gezwungen (1D, Punkt "3"), wobei die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Trägerphase Schere die inneren zwei Phasen in einen langen, dünnen Ranken, die aus einheitlichen Tröpfchen zersetzt ( Figur 1E).

Die 3D-PDMS Herstellung erfordert die Kupplung von zwei PDMS einzigartigen Formen in einer Zweischalenkonfiguration nach dem Formen auf zweischichtige lithographischen Meister. Ein 50 & mgr; m groß Schicht verwendet wird, um die inneren und mittleren Fluid-Handling-Kanälen bilden, zusammen mit der Scheröffnung am Master 1 (2A), zusammen mit einem kostenlosen hervorstehenden und vertieften Rahmen auf gegenüberliegenden Master. Eine zusätzliche 135 & mgr; m groß Schicht verwendet wird, um die Trägerflüssigkeit und die Austrittskanäle (2B) zu erstellen. Versammlung der Doppelemulsion Generator nutzt ter vertiefte und hervorstehende Rahmen (3A) für die geometrische Ausrichtung nach der Plasmabehandlung (3B).

Die Doppelemulsion Vorrichtung wurde bei einer Vielzahl von Flussbedingungen getestet, um die Bildung von unterschiedlicher Größe, monodispersen Doppelemulsionen demonstrieren. Für diese Experimente wurden die innere und die mittlere Phase Flussraten konstant gehalten wird und die Trägerphasenstrom wurde modifiziert, um die Scherkraft während des Tröpfchenerzeugung beeinflussen. Versuchsbedingungen werden durch das Verhältnis von Trägerphasenströmung (Q c) zu der Summe der beiden inneren Phasen parametriert Ströme (Q sum). Bilder der Tröpfchenerzeugung für Experimente bei Q c / Q Summe 3-57 durchgeführt werden in Abbildung 4 dargestellt. Ein länglicher Bereich, der die inneren zwei Phasen beobachtet wird, in die 50 & mgr; m x 50 & mgr; m Öffnung und bricht in Tröpfchen, die durch Konvektion sind ragen abwärts. ichncreasing die Strömung der Trägerphase (Erhöhung Q c / Q sum) führt, um die innere Phase, die in immer dünneren Bereiche, die kleiner Tröpfchen geschert. Doppelemulsionen durch die Vorrichtung bei verschiedenen Durchflussraten erzeugt einen Durchschnittsdurchmesser Variationskoeffizient von 5,2%. Histogramme der Tropfendurchmesser für ausgewählte Werte von Q c / Q Summe zeigen auch die relative Einheitlichkeit in der Größe der erzeugten Tröpfchen (Abbildung 5). Die Vorrichtung zeigt eine Fähigkeit zur doppelten Emulsionen deutlich kleiner die Öffnungsbreite und zeigt eine deutliche Abnahme der Tendenz mit zunehmender Q c / Q sum (Abbildung 6). Am höchsten getesteten Trägerphasenströmung, 14 & mgr; m Doppelemulsionen wurden mit dem 50 & mgr; m × 50 & mgr; m Öffnung gebildet.

Abbildung 1
Abbildung 1. Geometrie der double-Emulsion Generator. (A) 3D-Modell der hergestellte Vorrichtung. (B) Vertikale Querschnitt des zentralen Kanals, die Einführung der inneren (grau), Mitte (rot) und Träger (blau) Phasen. (C) Querschnitt, der den Jet, der die inneren zwei Phasen in die quadratische Öffnung. (D) Draufsicht auf Emulsionserzeugung in der Vorrichtung. An der Verbindungsstelle (1) die Einspritzung des hydrophoben Mittelphase wird durch die hydrophilen PDMS, die zu beschichten bewirkt, dass die Kanalwände unterstützt. An der Verbindungsstelle (2) der Kanal ausdehnt und ein Strahl den inneren zwei Phasen in die Öffnung (3) durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit des kontinuierlichen Fluids auf einen Punkt, wo die physikalischen Ursache Tröpfchenbildung geschert. (E) Eine Mikroskopbild Doppelemulsion Generation in das Gerät ein. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. </ p>

Figur 2
Abbildung 2. Lithographie-Produktion von den Meistern. (A) Das für die Herstellung von 50 & mgr; m Merkmale verwendete Maske. Master 1 wird verwendet, um die fluidische Einlässe, die innere / mittlere Phase Übergang, die Emulsionserzeugung Öffnung und einen ausgenommenen Rinne zur Ausrichtung formen. Master 2 enthält eine erhöhte Kante zur Ausrichtung verwendet. (B) Das für die Herstellung von 135 & mgr; m Merkmale verwendete Maske. Die Meister sind Spiegelbilder, die die Trägerflüssigkeit Wege und die Exit-Kanal enthalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Abbildung 3. Montage des PDMS-Gerät. ( (B) zusammengebaut, die Rahmen Verriegelung, um eine optimale Ausrichtung der Funktionen bieten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 4
Abbildung 4. Bilder von erzeugten Doppelemulsionen bei unterschiedlichen Durchflussraten. Die Strömungsgeschwindigkeit der äußeren Phase verändert, um Q c / Q Summe, die auf der linken Seite eines jeden Bildes gegeben wird, zu ändern. Zunehmende Q c / Q Summe verengt sich der Strahl von der inneren Fluide durch die Öffnung geschert, wodurch immer mehr kleine Tröpfchen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.


Abbildung 5. Histogramme der Doppelemulsionströpfchen Größen bei unterschiedlichen Durchflussraten. Die durchschnittliche Variationskoeffizient des Durchmessers bei einem gegebenen Satz von Strömungsbedingungen erzeugt Emulsionströpfchen ist 5,2%. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 6
Abbildung 6. Tropfendurchmesser gegenüber normalisierten Flussrate Parameter. Einstellen der Fließgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase ermöglicht die Herstellung von Doppelemulsionen, die 30% bis 100% des Öffnungsdurchmesser sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Q i [& mgr; l / h] Q m [ul / h] Q Summe [ul / h] Q c [ul / h] Q c / Q Summe 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 17150 49 100 250 350 19950 57

Tabelle 1. Durchflussrate Parameter für die Experimente verwendet. Die innere Phase und mittleren Phase Flussraten (Q i, Q m) konstant gehalten werden, so dass eine konstante kombinierte Strömungsrate (Q sum). Der Trägerphasendurchflussmenge (Qc) wird variiert, um Doppelemulsionen mit unterschiedlichen Durchmessern zu erzeugen. Das Verhältnis Q c / Q Summe ist der Hauptdimensionslose Parameter beschreiben experimentellen Bedingungen.

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Discussion

Die hier beschriebene Doppelemulsion erzeugenden Geometrie wurde entwickelt, um die Physik der Glaskapillare Vorrichtungen 8 zu imitieren. In diesen sind ausgerichteten zylindrischen Glas Kapillaren verwendet werden, um eine dreiphasige koaxialen Strahl, die in gleichmäßigen Doppelemulsionströpfchen geschert wird zu erstellen. Die Funktion der 3D PDMS Einrichtung ist abhängig von der mittleren Ausrichtung der kleinen Strukturen mit 50 um hohen Herstellungs mit Trägerphasenkanälen, die 320 um in Gesamthöhe gebildet. Es besteht ein erhebliches Potenzial für den Fehlausrichtung der größer Features durch den 2. Ebenenmaske in Schritt 1.7 strukturiert in Bezug auf die 50 & mgr; m groß Geometrie, wenn Masken sind nicht genau ausgerichtet sind. Die richtige Ausrichtung kann dadurch Ausrichtungsmarken wie konzentrische Kreise in Masken, die während photo Strukturierung co-located unterstützt werden. Das Plasma Verbinden der beiden PDMS Hälften der Vorrichtung ist ein zweites Verfahren, das zu erheblichen Verlagerungen der endgültigen Vorrichtung führen kann. Plasma-BindungPDMS PDMS ist im allgemeinen unmittelbar, so wird in Schritt 2.4 beschreiben wir die Benetzung einer Oberfläche der Vorrichtung mit DI-Wasser, um die Bindung zu verzögern und zu ermöglichen Manipulation, so daß die in Figur 3A gezeigten Ausrichtungsrahmen erlaubt werden kann, zu verriegeln. Falls dies ohne ausreichende Benetzung versucht, werden die PDMS-Oberflächen-Bindung, bevor er in die richtige Ausrichtung Irreversibilität und Gerät entsorgt werden müssen und neue PDMS Formen hergestellt.

Die Doppelemulsion Gerät wurde entwickelt, um die Vorteile der Herstellungstechniken zu nehmen, dass diese Führung gleichmäßig hydrophobe Oberflächeneigenschaften. Betrieb außerhalb der in dem Protokoll beschrieben Parameter erfordert jedoch ein gewisses Verständnis für die erforderlichen fluidischen Prozessen. Eine die Verbindung der inneren und mittleren Phase (1D, Punkt "1"), ein relativ hoher Strom von der inneren Phase und geringe Strömung der mittleren Phase schaffen eine Zweiphasenstrahl, mit dem hydrophoben Mittelphase Beschichtung der Kanalwände. Obder proportionale Strom von der mittleren Phase erhöht wird, die Erzeugung von diskreten Wasser-in-Öl-Tröpfchen beginnen, auftreten, wodurch die Fähigkeit, einen kohärenten dreiphasigen Strahl für die Tropfenbildung in der Öffnung (Figur 1D zu bilden, Punkt "3" ). Nach der Kanalerweiterung (1D Punkt "2"), eine erhebliche Menge an Trägerphasenstrom erforderlich ist, um geometrische Trennung zwischen der mittleren Phase und der hydrophoben Kanalwände zu erstellen. Verringerungen der Trägerphasenströmung wird schließlich zu der mittleren Phase Benetzung der hydrophoben Gerät Wänden führen. Eine signifikante Reduktion der Trägerphasenströmung kann Strömungsverhältnisse, die nicht ausreicht, um die inneren Phasen in einen langen, dünnen Faden zu scheren sind zu schaffen und damit radikal verändern die Physik der Doppelemulsionströpfchenbildung.

Einmal gebaut, ist dieses Gerät konzipiert für die Sortierung mit kommerziellen FACS, um Doppelemulsionen 14-50 & mgr; m, eine bequeme Größe zu erzeugenInstrumente. Wenn Doppelemulsionen außerhalb dieser Größenbereich gewünscht werden, müssen die Öffnung Abmessungen aus der 50 & mgr; m × 50 & mgr; m Größe hier verwendeten skaliert werden. Da das Gerät ist so konzipiert, Wasser / Öl / Wasser-Doppelemulsionen mit gleichmäßig hydrophobe Oberflächeneigenschaften erzeugen kann Öl / Wasser / Öl-Doppelemulsionen nicht erstellt, es sei denn es gab eine Oberflächenbehandlung angewandt das Gerät gleichmäßig hydrophil zu machen.

Diese Arbeit zeigt eine einfach zu PDMS-Gerät, das die robuste Bildung von Wasser / Öl / Wasser-Emulsionen Doppel herzustellen. Obwohl frühere Forscher haben die Bildung von Doppelemulsionen in Geräten mit 3D-Lithographie 14,15 erstellt gemeldet, die Doppelemulsionen in ihren Geräten gebildet hatten Durchmesser, die in 100s von & mgr; m gemessen. Die Vorrichtung hier berichtet wird, Erzeugen Doppelemulsionen eine Größenordnung kleiner als diese, die ähnliche Säugerzellen und gut geeignet für das Sortieren von FA Volumina geeignetCS.

Obwohl diese Ergebnisse auch mit Glaskapillare Mikrofluidik, Herstellung Glasgeräten erreicht werden ist mühsam und erfordert viele praktische Schritte pro Gerät. Für unsere alle PDMS-Gerät, Fertigung größtenteils aus Guß, Kleben, und Backen PDMS Platten, Prozesse, einfache, wiederholbare und leicht an eine große Zahl zu skalieren sind.

Die Nützlichkeit einer lithographisch hergestellte Vorrichtung zur Doppelemulsionen mit koaxialer Strömung konzentriert wurde gezeigt, zu erzeugen. Wir hoffen, dass die einfache Herstellung und robuste Funktionen in diesem Doppelemulsion Generator Design sollte auf eine Anpassung für wissenschaftliche und industrielle Anwendungen führen. Die Ermittler zuvor von den speziellen Fähigkeiten erforderlich sind, um in Glaskapillare Mikrofluidik arbeiten abschrecken sollte mehr Komfort mit PDMS Softlithographie, jetzt eine gemeinsame Labortechnik. Weiterhin wird die kleine Tröpfchengrößen, die hergestellt werden können, gut geeignet PERFORm Zelle und biologische Assays in Tröpfchen, und die Quantifizierung und Sortierung mit FACS. Für industrielle Anwendungen hat sich bereits gezeigt, dass diese Art von Geräten können in Arrays hergestellt und parallelisiert 10, so dass Doppelemulsionserzeugungsraten von Größenordnungen zu erhöhen im Vergleich zu Einzelgeräten werden. Darüber hinaus ist die Fähigkeit, kleine Doppelemulsionen in großen koaxialen Strömungsfokussierungskanäle bilden, sollte das Gerät unempfindlich gegen Verschmutzung und Verstopfung, die kritisch ist, wenn parallelisieren die Geräte sollen für längere Zeit ohne Eingriff ausführen zu machen.

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Acknowledgments

Diese Arbeit wurde von einem Forschungspreis von der California Institut für Quantitative Biosciences (QB3), die Überbrückung der Kluft Award von der Rogers-Familienstiftung, der UCSF / Sandler-Stiftung Programm für Breakthrough Biomedical Research, einen Zuschuss von BASF und der NSF unterstützt durch die Fakultät Early Career Entwicklung (CAREER) Programm (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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