Erstellen von Unter 50 Nm nanofluidische Junctions in PDMS mikrofluidischen Chip über Selbstorganisation von kolloidalen Teilchen

Nanofluidik ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet der μ TAS (Micro Gesamtanalysesysteme) biologische Prozesse oder Transportphänomene von Ionen und Molekülen auf der Längenskala von 10 ¹ zu studieren – 10 ² nm. Mit dem Aufkommen der nanofluidic Werkzeuge wie Nanokanälen, Transportprozesse von Molekülen und Ionen können mit bisher unerreichter Genauigkeit und manipuliert überwacht werden, falls erforderlich, durch Merkmale auszunutzen , die nur in diesem Längenskala für die Trennung und den Nachweis verfügbar sind. Eine ^1,2 Diese charakteristischen Merkmale nanoskaligen ist ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Masse Ladung (oder Dukhin Nummer) in Nanokanälen , die ein Ladungsungleichgewicht und initiieren Ionenkonzentrationspolarisation (ICP) zwischen dem Nanokanal und Mikrokanal verursachen. ³

Eine gemeinsame Geräteplattform für die Untersuchung von Phänomenen nanofluidic besteht aus einem Zwei-Mikrokanalsystem durch ein Array von Nanokanälen als Kreuzung verbunden ist . ^4-6 </sup> Das Material der Wahl eines solchen nanofluidic Vorrichtung zum Gebäude ist das Silizium aufgrund seiner hohen Steifigkeit , die ein Kollabieren während des Bondprozesse den Kanal verhindert. ⁷ jedoch Siliziumvorrichtungsherstellung teuer Masken und erhebliche Menge an Verarbeitung in der Reinraumanlage erfordert. ^{8- 10} Wegen der Bequemlichkeit der Herstellung der Vorrichtung durch Formen und Plasma – Bindung, Polydimethylsiloxan (PDMS) hat für die Mikrofluidik als Baumaterial akzeptiert , und es wäre ein ideales Material für Nanofluidik ebenso weit ist. Doch seine niedrigen Elastizitätsmodul um 360-870 KPa, macht der PDMS-Kanal leicht zusammenklappbar während der Plasma-Bindung. Die minimale Seitenverhältnis der Nanokanal (Breite zu Tiefe) muss weniger als 10: 1, was bedeutet, dass die Herstellung von PDMS-Geräte über Standard-Photolithographie äußerst herausfordernd sein wird, wenn die Nanokanaltiefe unter 100 nm sein muss, erfordert eine Kanalbreite kleiner als der aktuelle Grenzwert von photolithgraphie bei etwa 1 um. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurden Versuche unternommen, Nanokanäle in PDMS zu schaffen unter Verwendung von nicht-lithographische Verfahren wie Verstrecken Risse mit einer mittleren Tiefe von 78 nm ¹¹ zu initiieren oder zu Falten nach der Plasmabehandlung bilden. ¹² Einstürzen ein PDMS – Kanal mit mechanischem Druck erlaubt eine Nanokanalhöhe nur 60 nm. ¹³

Obwohl diese hoch erfindungsgemäßen nicht-lithographische Verfahren Gebäude Nanokanäle unterhalb 100 nm in der Tiefe erlaubt, die Abmessungs Steuerbarkeit der Nanokanalherstellungs stellt weiterhin ein Hindernis für eine breite Akzeptanz von PDMS als Baumaterial für Nanofluidikbauteilen. Ein weiteres kritisches Problem der Nanokanälen, ob in Silizium oder PDMS, ist die Oberflächenfunktionalisierung falls es notwendig ist, die Oberflächenladung auf der Kanalwand für die Manipulation von Ionen oder Molekülen zu verändern. Nach dem Gerätemontage durch Kleben, sind die Nanokanäle äußerst schwierig,für die Oberflächenfunktionalisierung erreichen aufgrund der diffusionsbegrenzten Transport. Durch Verdampfen ^14-16 in mikrofluidischen Systemen induziert , um einen nanoskopische Kanal mit hoher Dimensionstreue und leichten Oberflächenfunktionalisierung, die Selbstorganisation Methode von kolloidalen Teilchen erzeugen kann eine der vielversprechenden Ansätze sein. Neben der Kontrollierbarkeit der Porengröße und Oberflächeneigenschaft, gibt es sogar eine Möglichkeit zum Abstimmen der Größe der Pore in-situ als kolloidalen Teilchen unter Verwendung von mit Polyelektrolyten beschichtet durch Steuern von Temperatur, pH ^{17, 18,19} und Ionenstärke. ¹⁸ Aufgrund dieser Vorteile hat die Selbstzusammenbauverfahren von kolloidalen Partikeln bereits gefunden Anwendungen für Elektrochromatographie, ²⁰ Biosensoren, ²¹ Proteinkonzentration ²² und Trennung von Proteinen und DNA in der Mikrofluidik. ^14,23 in dieser Studie eingesetzt wir diese Selbstzusammenbauverfahren ein zu bauen elektro preconcentration Gerät inPDMS , die eine nanofluidic Verbindung zwischen zwei Mikrokanäle erfordert. ²⁴ Der grundlegende Mechanismus , der hinter der elektro Konzentration wird basierend auf Ionenkonzentrationspolarisation (ICP). ^25. Eine detaillierte Beschreibung der Herstellung und der Montageschritte ist in dem folgenden Protokoll enthalten.