Summary

Поколение под контролем размер поли (этиленгликоля) Diacrylate каплями через Semi-3-мерной потока упором Microfluidic приборы

Published: July 03, 2018
doi:

Summary

Здесь мы представляем протокол для иллюстрации процессы изготовления и проверки экспериментов semi-three-dimensional (полу 3D) потока упором microfluidic чип для формирования капли.

Abstract

Форма и размер controllable поли (этиленгликоля) diacrylate (PEGDA) капельки могут производиться через поток упором процесса в microfluidic устройство. Этот документ предлагает semi-three-dimensional (полу 3D) потока упором microfluidic чип для формирования капли. Полидиметилсилоксан (PDMS) чип было изготовлено с использованием метода многослойных мягкой литографии. Гексадекан, содержащих ПАВ был использован в качестве непрерывной фазой, и PEGDA с ультрафиолетовой (УФ) Фото инициатор был дисперсной фазы. ПАВ позволили местным поверхностное натяжение отказаться и сформировал более арочных подсказка, которая содействует взлома крошечные микро капельки. Как постоянное давление дисперсной фазы, размер капель стало меньше с увеличением давления непрерывной фазой до дисперсной фазы, которые потока была break off. В результате капель с изменением размер от 1 мкм до 80 мкм в диаметре может быть выборочно достигнуто путем изменения коэффициента давления в двух подводящих каналов, и средний коэффициент вариации оценивался ниже 7%. Кроме того капель может превратиться в микро бусы, УФ-облучения для фото полимеризации. Спрягать биомолекул на такой поверхности микро бусины имеют много потенциальных применений в областях биологии и химии.

Introduction

На основе капелька microfluidic системы имеют возможность капельки высоко монодисперсных от нанометр до микрометра диаметр круга1 и провести большой потенциал в высок объём наркотиков открытие2, синтез биомолекул3 ,4и диагностическое тестирование5. Из-за уникальные преимущества мелких капель, например большей площади поверхности соотношение объема и крупномасштабных приложений с потребления несколько микролитров образца технология привлекла большой интерес в широкий спектр областей. Эмульгирование двух несмешивающихся жидкостей является одним из наиболее типичных методов для создания дроплета. В предыдущих докладах, в поле исследователи разработали целый ряд различных капелька формирования геометрии, включая т-образного перекрестка, поток упором и совместно течет геометрии. В т-образного геометрии дисперсной фазы доставляется через канала перпендикулярная в основной канал, в котором непрерывной фазой течет6,7. В типичных двухмерный (2D) потока упор8,9 геометрии дисперсной фазы потока состригается с боковой; и для совместного течет геометрии10,11, с другой стороны, капиллярные, представляя дисперсной фазы потока помещается co аксиально внутри больше капилляров для совместного геометрия, таким образом, чтобы поток дисперсной фазы состригается с все направления.

Размер капли контролируется, регулируя каналов потока и размер оценить соотношение, и минимальный размер производимых совместно течет или т-образного ограничен до десятков микрометров. Для потока упором капелька формирования системы, три режима капелька распада образуют регулируя отношение давления двухфазных и концентрации ПАВ, включая капает режима, кумулятивного режима и потокового подсказка-15. Режим потоковой передачи подсказка называется также формирование потока и появление тонких, что нить, растягивая из кончик конуса дисперсной фазы потока будет соблюдаться. Предыдущие исследования показали капельки меньше, чем несколько микрометров могут создаваться Хотя чаевые потоковое процесс в 2D или полу 3D потока упором устройство8,12. Однако, как водный раствор, содержащий очень низкой концентрации PEGDA был использован в качестве дисперсной фазы, усадка PEGDA частиц составляло около 60% оригинальных капель диаметром после фото полимеризации, при PEGDA без разбавления как дисперсной фазы привели к нестабильной потокового Подсказка режиме12. Межфазное натяжение является важным параметром эмульсии процесса и он будет уменьшаться за счет добавления ПАВ в непрерывной фазой жидкость, ведущих к снижению размера капли, выше частоты генерации13, сильно изогнутый кончик, и предотвращения нестабильности14. Кроме того когда массовая концентрация ПАВ намного выше, чем концентрация критических мицеллы, межфазного натяжения приблизительно неизменна в насыщенное состояние13 и режим потоковой передачи подсказка может произойти15.

На основании вышеизложенного, в настоящем документе, мы разработали снисходительный подход для PEGDA капельки поколения с помощью полу 3D потока упором microfluidic устройства, изготовленные методом многослойной мягкой литографии. Отличается от типичных 2D упором потока устройства, полу 3D потока упором устройство имеет мелкой дисперсной фазы канал и канал глубоко непрерывной фазой, так что дисперсной фазы может быть состригается с вверх и вниз рядом с боковым. Это обеспечивает более широкий диапазон регулировки потока упор режиме путем уменьшения энергии и давление, необходимое для распада капли. В отличие от предыдущего доклада12, дисперсной фазы является чисто PEGDAcontaining фото инициатор, убедившись, что коэффициент усадки PEGDA частиц меньше, чем 10%16; и непрерывной фазой является смесь гексадекан, растворяя с высокой насыпной концентрации неионогенных ПАВ на основе силикона. Размер контролируемый и единой капли были произведены путем корректировки давления соотношение двух фаз. Диаметр капель изменяется от 80 мкм до 1 мкм, как капельки распада обрабатывает изменения от кумулятивного режима режим потоковой передачи подсказка. Кроме того был синтезирован PEGDA частиц через процесс фото полимеризации в УФ-облучения. Капелька поколения microfluidic системы с легкостью изготовления будет предоставлять больше возможностей для биологических приложений.

Protocol

1. форма изготовление Дизайн два фотошаблонов, с использованием графического программного обеспечения. Описывают контур микроканальные структуры и использовать два отдельных слоев для маска 1 и 2 в том же файле чертежа, поэтому убедитесь, все соединения между различными каналами. …

Representative Results

Полу 3D чип потока упором microfluidic было изготовлено с использованием методов многослойных мягкой литографии, как описано выше. Процесс изготовления и результаты для главной формы в protocolare, показан на рисунке 2. Первый слой, который обеспечивает широкий ка?…

Discussion

Была разработана ранее поколение капель в режиме фокусировки потока с использованием 2D и полу 3D microfluidic устройства в различных докладах8,9,15,19,20, 21. В этих системах водный жидкость,…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Шэньчжэнь фундаментальных исследований (Грант № финансирования JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 и JCYJ20160317152359560). Авторы хотели бы поблагодарить профессора ю. Чэнь в Шэньчжэнь институты передовых технологий, Китайская академия наук для опоры.

Materials

Silicon wafer Huashi Co., Ltd
SU-8 2025, 2100 Microchem Co. Y111069
SU-8 developer Microchem Co. Y020100
Chromium mask Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd
polydimethylsiloxane(PDMS) Dow Corning Sylgard 184
poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) Sigma 26570-48-9
2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone TCI H1361-5G photoinitiator
Hexadecane Sigma 544-76- 3
ABIL EM 90 CHT 144243-53-8 surfactants
Rhodamine B Aladdin 81-88-9 fluorescent dye
Spin Coater
Lithography machine
Automatic ointment agitator Thinky ARV-310
Oven BluePard
Optical microscope OLYMPUS IX71
High-speed camera Hamamatsu, Japan ORCA-flash
MAESFLO Microfluidic Fluid Control System FLUIGENT MFCS-EZ
UV lamp FUTANSI 365 nm UV light, 8000 MW/CM2

Referências

  1. Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).
  2. Xiao, Q., et al. Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery. Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).
  3. Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. Y. Surface-functionalizable amphiphilic nanoparticles for pickering emulsions with designer fluid-fluid interfaces. RSC Adv. 6, 39926-39932 (2016).
  4. Zhang, L., et al. Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery. Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).
  5. Shembekar, N., Chaipan, C., Utharala, R., Merten, C. A. Droplet-based microfluidics in drug discovery, transcriptomics and high-throughput molecular genetics. Lab on a chip. 16, 1314-1331 (2016).
  6. Soh, G. Y., Yeoh, G. H., Timchenko, V. Numerical investigation on the velocity fields during droplet formation in a microfluidic T-junction. Chemical Engineering Science. 139, 99-108 (2016).
  7. Chiarello, E., Derzsi, L., Pierno, M., Mistura, G., Piccin, E. Generation of Oil Droplets in a Non-Newtonian Liquid Using a Microfluidic T-Junction. Micromachines. 6, 1825-1835 (2015).
  8. Moyle, T. M., Walker, L. M., Anna, S. L. Controlling thread formation during tipstreaming through an active feedback control loop. Lab on a chip. 13, 4534-4541 (2013).
  9. Moon, B. U., Abbasi, N., Jones, S. G., Hwang, D. K., Tsai, S. S. Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing. Analytical chemistry. 88, 3982-3989 (2016).
  10. Zhu, P., Tang, X., Wang, L. Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration. Microfluidics and Nanofluidics. , 20 (2016).
  11. Kim, S. H., Kim, B. Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels. Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).
  12. Jeong, W. C., et al. Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices. Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).
  13. Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device. Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).
  14. Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis. J Phys D Appl Phys. , 46 (2013).
  15. Anna, S. L., Mayer, H. C. Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device. Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).
  16. Liu, H., et al. Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay. J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).
  17. Richardson, W. H. Bayesian-based iterative method of image restoration. Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).
  18. Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. A survey of Hough Transform. Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).
  19. Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction. Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).
  20. Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using “flow focusing” in microchannels. Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).
  21. Kim, H., et al. Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device. Applied Physics Letters. 91, 133106 (2007).
  22. Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling. Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).
  23. Chiu, Y. J., et al. Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing. Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).
  24. Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy. Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).

Play Video

Citar este artigo
Wu, Y., Qian, X., Mi, S., Zhang, M., Sun, S., Wang, X. Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (137), e57198, doi:10.3791/57198 (2018).

View Video