Поколение под контролем размер поли (этиленгликоля) Diacrylate каплями через Semi-3-мерной потока упором Microfluidic приборы
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
Representative Results
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
- Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).
- 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).
- 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).
- Zhang, L., et al. Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery. Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zhu, P., Tang, X., Wang, L. Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration. Microfluidics and Nanofluidics. , 20 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Anna, S. L., Mayer, H. C. Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device. Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).
- Liu, H., et al. Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay. J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).
- Richardson, W. H. Bayesian-based iterative method of image restoration. Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).
- Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. A survey of Hough Transform. Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).
- 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).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using “flow focusing” in microchannels. Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).
- 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).
- Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling. Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).
- Chiu, Y. J., et al. Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing. Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).
- 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).
