Jaulas neumáticas de microfluidos: Un nuevo enfoque para In-chip de cristal reventado, manipulación y tratamiento químico controlado

Nota: Dos capas de un dispositivo de microfluidos de doble capa están diseñados usando un software de dibujo, por ejemplo, AutoCAD y se imprimen para formar máscaras de vídeo de alta resolución, con un límite de precisión característica de 5 micras. moldes maestros son creados por SU-8 litografía en 4 obleas de silicio ", lo que permite la producción de estructuras 50 m de altura. 1. Maestro del molde de fabricación Uso de SU-8 Fotolitografia Colocar la oblea de silicio sobre una placa caliente a 200 ° C durante 10 minutos para deshidratar. Nota: oblea de silicio deshidratación proporciona un mejor contacto y asegura la difusión de la SU-8 fotorresistente durante la etapa de recubrimiento por centrifugación. Se enfría la oblea deshidratado a temperatura ambiente durante un período de 3 min. Cargar la oblea en una recubridora de rotación y el depósito 4 ml de SU-8 fotorresistente (aproximadamente 1 ml de SU-8 por pulgada de sustrato) en el centro de la oblea. En primer lugar, difundir la depositado SU-8 lentamente en 500 Revolutions por minuto (rpm) durante 10 s. una velocidad de rotación de ese tipo asegura que la cobertura de SU-8 se incrementa sobre toda la superficie de la oblea. En segundo lugar, controlar el espesor de la SU-8 haciendo girar el sustrato a velocidades más altas. En los experimentos actuales, utilice una velocidad de giro de 3.000 rpm durante 30 segundos para generar SU-8 cuenta con 50 m de altura. Limpiar el cordón de borde de la oblea cuidadosamente con una toallita de algodón mientras que hace girar a un régimen de revoluciones bajo (típicamente 100 rpm). Calentar la oblea spin-revestido sobre una placa caliente a 95 ° C durante 15 min para eliminar el disolvente residual de la SU-8 (es decir, "bake suave"). Nota: La presencia de patrones o "arrugas" en la capa de resistir indica la eliminación incompleta de disolvente. Se enfría la oblea al horno de nuevo a temperatura ambiente y en contacto con la cara impresa emulsión de la fotomáscara con la oblea antes de la exposición. A su vez en la unidad de lámpara UV y la exposición y dejar que el sistema se estabilice durante un período de 10 men. Medir la intensidad de la lámpara a 365 nm utilizando un UV-optómetro, y estimar el tiempo de exposición requerido (según el tiempo de exposición a la energía = / intensidad a 365 nm). Nota: La energía de exposición en los experimentos actuales se calculó en 250 mJ / cm2. Exponer la máscara fotográfica sobre la oblea mediante revestimiento por centrifugación a luz UV durante el tiempo estimado en el paso anterior. A continuación, exponer el 79,6 seg. Inmediatamente después de la exposición, hornear la oblea expuesta sobre una placa caliente a 65 ° C durante 1 min, y posteriormente a 95 ° C durante 5 min. En este paso, la reacción se inicia por -light UV y completó después de la cocción. Deja la oblea de post-horneado que se enfríe a temperatura ambiente durante un período de 3 min. Desarrollar el SU-8 no reticulado en la oblea por disolución en el revelador SU-8 sobre 8 min. Para asegurar la eliminación completa de no reticulado SU-8, dividir el proceso en dos pasos. En la primera, sumerja la oblea en la solución de revelado durante 5 minutos, remover la mayoría de los no reticulado SU-8. A continuación, sumerja la oblea en una solución fresca de revelador durante 3 minutos para disolver el restante no reticulado SU-8 (típicamente atrapado entre las estructuras reticuladas). Enjuague la oblea desarrollado con isopropanol y se dejó que la oblea que tiene estructuras modeladas (en lo sucesivo, "molde maestro") se destacan a secarse. La observación de un residuo lechoso a enjuagar el molde maestro indica que el desarrollo es incompleto. Calentar el molde maestro se secó sobre una placa caliente a 200 ° C durante 2-5 min a "hornear duro" el sustrato y recocido posibles grietas en la capa protectora. Deje que el molde maestro fabricado se enfríe a temperatura ambiente. Colocar el molde maestro en un desecador (conectado a una bomba de vacío) dentro de una campana de humos. Verter 100 l de cloruro de trimetilsililo (TMCS) en un vaso de precipitados de vidrio y colocar esta en el interior del desecador. PRECAUCIÓN: TMCS es inflamable, corrosive y tóxicos; por lo tanto, los pasos de manipulación deberán llevarse a cabo bajo una campana de extracción, con el usuario con guantes de protección, gafas y una bata de laboratorio. Ponga el desecador al vacío y esperar por lo menos 1 hora para permitir que el vapor TMCS para depositar sobre la superficie del molde maestro. Después de 1 hr, se equilibre lentamente la presión dentro de desecador y abierto a la atmósfera. PRECAUCIÓN: No respirar directamente sobre el desecador abierta. Retire el maestro silanizada y cerrar el desecador. 2. La fabricación de doble capa dispositivos de microfluidos Nota: El protocolo es particularmente sensible al tiempo y la temperatura. El incumplimiento de las que el marco de tiempo y temperatura puede conducir a la fabricación de dispositivos no-consolidado, y por lo tanto, no funcionales. Verter una mezcla de PDMS elastómero y agente de curado (5: 1 en peso) en un plato de pesaje desechable y completamente de la mezcla con una espátula de plástico. En el presente experimentos, usar 50 g de elastómero y 10 g de agente de curado para formar una capa de PDMS aproximadamente 5 mm de altura 19,26. Coloque el PDMS bien mezclados en un desecador al vacío para desgasificar y eliminar las burbujas atrapadas durante 15 minutos. Mezclar PDMS elastómero y agente de curado (20: 1 en peso) en un plato de pesaje desechable (por ejemplo, 10 g de elastómero y 0,5 g de agente de curado) 19,26. Fijar el molde "capa de control" maestro en un marco (en los experimentos actuales, un politetrafluoroetileno (PTFE) de circunvalación alrededor de 11 mm). Después de 15 min, colocar la mezcla 20: 1 de PDMS en el desecador al vacío para la desgasificación. Al mismo tiempo que la etapa anterior, sacar la mezcla 5: 1 de PDMS del desecador y verter esta sobre el molde maestro "capa de control" que se encuentra dentro del marco de la ronda. Coloque el marco que contiene el PDMS y molde maestro en el desecador al vacío también. Mantenga el PDMS excedente. Después de 45 min (y 30 minutos después de putting tanto PDMS mezclas en el desecador), tome ambas mezclas PDMS fuera del desecador y coloque el marco que contiene 5: 1 PDMS y el molde maestro "capa de control" en un horno a 80 ° C. Al mismo tiempo, comenzarán a girar capa de la "capa fluida" molde maestro con la mezcla 20: 1 de PDMS. La velocidad de rotación de recubrimiento por rotación se determina basándose en la altura deseada, y se ha informado en otra parte 27. Trate de terminar capa de la vuelta a los 60 minutos y mantener el PDMS residuales. Después de 60 minutos, poner el molde maestro giro "de la capa fluida" revestido con 20: 1 de PDMS en un horno a 80 ° C. A los 75 minutos, tomar los dos moldes maestros fuera del horno. Despegue solamente las 5: 1 PDMS de la "capa de control" maestro molde, trocea el sustrato con una cuchilla y ponche de los agujeros para las capas de control con un golpeador biopsia de 1 mm en las posiciones ensenadas determinados en el diseño. Aquí, la capa de control es de 24 mm de longitud y 24 mm de ancho. Retire restos de virutas en dados con cinta adhesiva. Ensamblar a mano los cubitos y puñetazos fichas capa de control en la parte superior del 20: 1 de giro PDMS recubierto en el molde maestro "de la capa fluida" utilizando un microscopio estereoscópico con la magnificación de 500X (Figura 1). Verter y sacar las PDMS residuales alrededor de los chips montados para hacer una capa de PDMS más grueso y por lo tanto facilitar la eliminación de las capas de fluidos y de control unidos al final. Coloque la "capa fluídica" molde maestro que contiene los dos dispositivos de la capa en un horno a 80 ° C y almacenar durante la noche. Al día siguiente, tomar el conjunto de curado del horno y dejar que se enfríe a temperatura ambiente. Retire el conjunto de PDMS del molde maestro "de la capa fluida", dados los dispositivos fabricados de doble capa con una cuchilla (24 mm de ancho y 24 mm de ancho) y ponche de entradas / salidas de fluidos con un golpeador biopsia de 1,5 mm. Tratar la superficie de los chips con open canales y cubreobjetos de vidrio (24 mm x 40 mm) con una descarga de corona y de inmediato Bond juntos. Tratar a moviendo la descarga de corona sobre la losa y vidrio cubreobjetos PDMS más de 1 min. Como alternativa, utilizar un sistema de plasma de sobremesa para facilitar la unión. Guarde los chips de doble capa unidas en un horno a 70-80 ° C durante al menos 4 horas. 3. Ensamblaje del sistema de microfluidos Después de que el dispositivo de microfluidos se ha montado, conecte las entradas de la capa de fluidos del chip a los depósitos de fluidos (jeringas) utilizando tubos de politetrafluoroetileno (PTFE) (0,8 mm de diámetro interno). Conectar la fuente de suministro de presión a las entradas de la capa de control a través de un tubo de goma de silicona y conectores metálicos que tienen un diámetro externo de 1,6 mm. Abrir y cerrar las válvulas mediante la aplicación de aire a presión a 3 bar utilizando una fuente de presión que se acciona manualmente. fluidos de suministro a los canales que utilizan una serie de bombas de jeringa controlada por ordenador. Visualizar el accionamiento de las válvulas y el funcionamiento del dispositivo con una cámara de alta resolución montada en un microscopio invertido. Utilice 5X a 63X aumentos. 4. La manipulación del régimen de flujo laminar por la jaula de actuación neumática Nota: La capa de fluido consta de dos canales convergentes de entrada, que son 150 micras de ancho, a un canal principal más ancha de 300 micras de ancho. Y la capa de control tiene una serie de válvulas rectangulares idénticos (250 m × 200 m) que se encuentran en la parte superior del canal fluídico principal. Una vez que la configuración está conectado a la bomba de jeringa y los sistemas de controlador neumático, introducir un flujo de colorante acuosa a través de uno de los canales de entrada en la velocidad de flujo de 20 l / min. Cierre la válvula accionando que a 3 bar. Tenga en cuenta que el líquido todavía puede fluir alrededor de la válvula. Esta característica es importante en el logro de tratamiento químico controlado de estructuras atrapadas 18,25 </ Sup>. Abrir la válvula de liberación de la presión. Mientras que la solución de colorante fluye a través del primer canal, inyectar otro fluido acuoso en el segundo canal de entrada a 20 l / min. Una interfaz entre dos flujos acuosos se forma debido al régimen de flujo laminar presente en el dispositivo de microfluidos. Cierre la válvula accionando que a 3 bar. En este caso, el accionamiento de la válvula cambia la interfaz de los dos flujos acuosos; un resultado que se puede utilizar para modificar la ruta sintética durante la formación de un CP (vide infra) 18,28. Cambiar los caudales de fluido a 30 l / min y 10 l / min y observar el abajo o hacia arriba con desplazamiento guiado de la interfaz generada entre los dos fluidos. 5. La localización de micropartículas Conectar el chip de doble capa fabricada a la bomba de jeringa y sistemas de control neumáticos. Preparar una solución acuosa que contiene 10 wt.% De poliestirenopartículas fluorescentes (5 m de diámetro, la excitación y el máximo de emisión a 468 nm y 508 nm, respectivamente). Utilice fuente de excitación de láser que opera a una longitud de onda de 488 nm. Introducir el líquido cargado de partículas en los dos canales de entrada a un caudal total de 20 l / min. Espere durante 2 minutos hasta que se establezca un flujo estable. Accionar la válvula a 3 bar para cerrarla. Varios partículas serán atrapados debajo de la válvula y localizadas en la superficie, mientras que el flujo se mantiene. 6. Generación y reducción controlada de un polímero de coordinación (CP) Preparar una solución acuosa 2,5 mM de nitrato de plata (AgNO3). Preparar una solución acuosa 2,5 mM de cisteína (Cys). Preparar una solución de ácido ascórbico saturado en etanol 18. Usar el mismo chip de doble capa e inyectar los dos reactivos en los dos canales de entrada (un reactivo por entrada) cada uno a una velocidad de flujo de50 l / min. Observar la formación de plata y CPs cisteína (Ag (I) Cys) en la interfase de dos vapores co-fluye. Accionar la válvula en 3 bar controlar la Ag (I) formado Cys CPs debajo de la válvula. agua destilada Flush en los canales de entrada a un caudal de 50 l / min para lavar los reactivos excedentes utilizados durante el proceso sintético. Liberar la presión y abrir la válvula. Los CPs generados permanecen debajo de la válvula en condiciones de flujo detenido. Con el fin de llevar a cabo una reducción química controlada de atrapado Ag (I) Cys CPs, liberar la presión de la válvula a 1 bar y lavar la solución de ácido ascórbico saturado en etanol a una velocidad de flujo de 10 l / min. Observar un cambio de color claro que se atribuye a la reducción de Ag (I) a plata metálica (Ag (0)) por el ácido ascórbico 18.