Création de sous-50 Nm nanofluidiques Jonctions en PDMS microfluidique Chip via processus d'auto-assemblage des particules colloïdales

Nanofluidique est un nouveau domaine de recherche de u TAS (Micro Systems Analysis total) pour étudier les processus biologiques ou des phénomènes de transport des ions et des molécules à l'échelle de longueur de ^{10 janvier au 10 février} nm. Avec l'avènement des outils nanofluidiques tels que nanocanaux, les processus de transport des molécules et des ions peuvent être contrôlés avec une précision sans précédent et manipulés, si nécessaire, par des caractéristiques qui sont disponibles uniquement à cette échelle de longueur pour la séparation et la détection exploitation. ^1,2 L' un des ces caractéristiques nanométriques caractéristiques est un ratio élevé de surface à la charge en vrac (ou numéro Dukhin) dans nanocanaux qui peut causer un déséquilibre de charge et d' initier la concentration d'ions de polarisation (ICP) entre le nanocanal et microcanaux. ³

Une plate – forme de dispositif commun pour l'étude des phénomènes nanofluidiques se compose d'un système à deux microcanal relié par un réseau de nanocanaux comme une jonction. ^4-6 </sup> Le matériau de choix pour la construction d' un tel dispositif nanofluidique est le silicium en raison de sa grande rigidité qui empêche le canal effondrement au cours des processus de liaison. ⁷ Cependant, la fabrication de dispositifs de silicium nécessite des masques coûteux et quantité importante de transformation dans la salle blanche. ^{8- 10} en raison de la commodité de la fabrication du dispositif par moulage et de collage de plasma, le polydiméthylsiloxane (PDMS) a été largement acceptée en tant que matériau de construction pour la microfluidique et ce serait un matériau idéal pour nanofluidique ainsi. Cependant, le module de sa faible Jeune autour 360-870 KPa, rend le canal PDMS facilement pliable lors du collage de plasma. Le rapport d'aspect minimal de la nanocanal (largeur à la profondeur) doit être inférieur à 10: 1 ce qui signifie que la fabrication de dispositifs PDMS par photolithographie classique devient extrêmement difficile si la profondeur de nanocanal doit être inférieure à 100 nm, ce qui nécessite une largeur de canal inférieure à la limite actuelle du typonOGRAPHIE à environ 1 um. Pour contourner cette limitation, il y a eu des tentatives pour créer nanocanaux dans PDMS en utilisant des méthodes non-lithographiques comme les étirements pour initier des fissures avec la profondeur moyenne de 78 nm ¹¹ ou pour former des rides après le traitement de plasma. ¹² Collapsing un canal PDMS avec une pression mécanique a permis une hauteur aussi faible que 60 nm nanocanal. ¹³

Même si ces méthodes non-lithographiques très inventifs autorisés nanocanaux de construction inférieure à 100 nm en profondeur, la contrôlabilité dimensionnelle de la fabrication de nanocanal pose encore un obstacle à une large acceptation de PDMS comme matériau de construction pour les appareils nanofluidiques. Un autre problème critique des nanocanaux, que ce soit dans le silicium ou PDMS est la fonctionnalisation de surface dans le cas où il est nécessaire de modifier la charge de surface sur la paroi du canal pour la manipulation d'ions ou de molécules. Après le montage de l'appareil par liaison, les nanocanaux sont extrêmement difficiles àatteindre pour la fonctionnalisation de surface due au transport de diffusion limitée. Pour créer un canal à l' échelle nanométrique avec une fidélité dimensionnelle et facile fonctionnalisation de surface, la méthode d' auto-assemblage de particules colloïdales induites par évaporation ^14-16 dans les dispositifs microfluidiques peut être l' une des approches prometteuses. En plus de la contrôlabilité de la taille des pores et les propriétés de surface, il est même possible de régler la taille des pores in situ lors de l' utilisation de particules colloïdales revêtues de polyélectrolytes en contrôlant la température, ¹⁷ le pH, ^18,19 et la force ionique. ¹⁸ En raison de ces applications avantages, la méthode d' auto-assemblage de particules colloïdales a déjà trouvé pour étectrochromatographie, ²⁰ biocapteurs, la concentration ²¹ de protéine ²² et la séparation des protéines et de l' ADN en microfluidique. ^14,23 dans cette étude, nous avons déployé cette méthode d' auto-assemblage pour construire un dispositif de préconcentration électrocinétique dansPDMS qui nécessite une jonction entre deux microcanaux nanofluidique. ²⁴ Le mécanisme de base derrière la concentration électrocinétique est basée sur la concentration en ions de polarisation (ICP). ²⁵ Une description détaillée de la fabrication et de montage étapes est inclus dans le protocole suivant.