Criação de Sub-50 nm nanofluidic Junções em PDMS Microfluidic Chip via processo de automontagem de coloidal Particles

Nanofluidics é uma área emergente de pesquisa de u TAS (Micro Systems Analysis total) para estudar os processos biológicos ou fenómenos de transporte de íons e moléculas na escala de comprimento de ¹⁰ janeiro – 10 fevereiro nm. Com o advento das ferramentas nanofluidic como nanocanais, processos de transporte de moléculas e íons podem ser monitorizados com uma precisão sem precedentes e manipulado, se necessário, através da exploração de recursos que estão disponíveis apenas nesta escala de comprimento para a separação e detecção. ^1,2 Um dos estas características em nanoescala característica é um elevado rácio de superfície de carga a granel (ou número Dukhin) em nanocanais que pode causar um desequilíbrio de carga e iniciar a polarização da concentração de iões (ICP) entre o nanochannel e ³ microcanal.

Uma plataforma dispositivo comum para o estudo de fenómenos nanofluidic consiste de um sistema de dois microcanais ligados por uma matriz de nanocanais como uma junção ^4-6. </sup> O material de escolha para a construção de um dispositivo, tal nanofluidic é o silício devido à sua elevada rigidez, que evita que o canal de entrar em colapso durante o processo de colagem. ⁷ No entanto, o dispositivo de fabricação de silício requer máscaras caros e quantidade substancial de tratamento na instalação de salas limpas. ^{8- 10} Devido à facilidade de fabricação do dispositivo de moldagem por meio de colagem e de plasma, de polidimetilsiloxano (PDMS) tem sido amplamente aceite como um material de construção para microfluidos e seria um material ideal para nanofluidics bem. No entanto, módulo de sua baixa de Young em torno de 360-870 kPa, torna o canal PDMS facilmente desmontável durante a ligação de plasma. A razão mínima aspecto da nanochannel (largura de profundidade) tem de ser inferior a 10: 1, o que significa que o fabrico de dispositivos PDMS via fotolitografia padrão irá tornar-se extremamente difícil se a profundidade nanochannel tem de ser inferior a 100 nm, o que requer uma largura de canal menos do que o limite atual de fotolitoografia em cerca de 1 uM. Para superar essa limitação, tem havido tentativas de criar nanocanais em PDMS usando métodos não-litografia, como alongamento para iniciar rachaduras com profundidade média de 78 nm ¹¹ ou para formar rugas após o tratamento de plasma. ¹² desmoronamento de um canal de PDMS com pressão mecânica permitiu uma altura nanochannel tão baixo quanto 60 nm. ¹³

Mesmo que esses métodos não litográficas altamente inventivos permitido nanocanais construção abaixo de 100 nm em profundidade, a controlabilidade dimensional da fabricação nanochannel ainda representa um obstáculo para uma ampla aceitação de PDMS como material de construção para dispositivos nanofluidic. Outro problema crítico das nanocanais, quer em silício ou PDMS, a funcionalização da superfície é no caso de haver uma necessidade de alterar a carga de superfície na parede do canal para a manipulação de iões ou moléculas. Após a montagem do dispositivo por meio de ligação, os nanocanais são extremamente difíceis dechegar para a funcionalização da superfície devido ao transporte limita-difusão. Para criar um canal de nanoescala com alta fidelidade dimensional e funcionalização da superfície fácil, o método de auto-montagem de partículas coloidais induzidas por evaporação ^14-16 em microcanais pode ser uma das abordagens promissoras. Além da capacidade de controlo de tamanho de poro e propriedades de superfície, existe ainda a possibilidade de ajustar o tamanho do poro in situ pelo uso de partículas coloidais revestidos com polielectrólitos, controlando a temperatura, pH ^{17, 18,19} e força iónica. ¹⁸ Devido a estes aplicações vantagens, o método de auto-montagem de partículas coloidais já encontrados para electrocromatograf, ²⁰ biossensores, a concentração de proteína ^{de 21} e ^{22 de} separação de proteínas e de DNA em microfluidics. ^14,23 neste estudo, foram implantados este método de auto-montagem para construir um dispositivo de pré-concentração electrokinetic emPDMS que requer uma junção entre duas nanofluidic microcanais. ²⁴ o mecanismo fundamental para trás a concentração electrocinético é baseado em polarização de concentração de iões (ICP). ²⁵ Uma descrição mais detalhada das etapas de fabricação e de montagem está incluído no seguinte protocolo.