جيل من التحكم في حجم بولي (جليكول) "قطرات دياكريلاتي" عبر شبه-3-الأبعاد "تدفق تركز موائع جزيئية الأجهزة"
Summary
نقدم هنا، بروتوكولا لتوضيح عمليات التصنيع والتحقق من التجارب رقاقة موائع جزيئية (شبه-3D) سيميثريديمينسيونال تركز تدفق لتشكيل الحبرية.
Abstract
قطرات بولي موحدة ويمكن التحكم في حجم (جليكول) دياكريلاتي (بيجدا) يمكن أن تنتج عن طريق تدفق تركز العملية في جهاز موائع جزيئية. وتقترح هذه الورقة رقاقة موائع جزيئية تركز تدفق (شبه-3D) سيميثريديمينسيونال لتشكيل الحبرية. كانت مختلقة رقاقة بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) باستخدام الأسلوب متعدد الطبقات لينة الطباعة الحجرية. هيكساديكان المحتوية على السطح واستخدمت كمرحلة مستمرة، وبيجدا مع الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الصور-البادئ مرحلة مشتتة. السماح للتوتر السطحي المحلي انخفاض التوتر السطحي وشكلت تلميح أكثر كوسبيد التي شجعت اقتحام قطرات صغيرة صغيرة. كما كان الضغط المرحلة فرقت المستمر، أصبح حجم قطرات أصغر حجماً مع زيادة الضغط المستمر المرحلة قبل المرحلة متفرقة تم قطع تدفق. نتيجة لذلك يمكن تحقيقه قطرات مع اختلاف حجم من 1 ميكرومتر إلى 80 ميكرومتر في القطر بصورة انتقائية عن طريق تغيير نسبة الضغط في قناتين مدخل، وقدرت متوسط معامل الاختلاف يكون أقل من 7%. علاوة على ذلك، يمكن أن تتحول إلى حبات صغيرة قطرات قبل التعرض للأشعة فوق البنفسجية لصور–البلمرة. وقد الجزيئات الحيوية التصريف على سطح حبات صغيرة مثل العديد من التطبيقات المحتملة في مجالات البيولوجيا والكيمياء.
Introduction
الأنظمة المستندة إلى الحبرية موائع جزيئية لديها القدرة على إنتاج قطرات مونوديسبيرسي من نانومتر على نطاق القطر ميكرومتر1 عالية وإمكانات كبيرة في المخدرات الفائق اكتشاف2، توليف الجزيئات الحيوية3 ،4، والتشخيص اختبار5. نظراً للمزايا الفريدة من قطرات أصغر، مثل مساحة أكبر لتطبيقات واسعة النطاق مع استهلاك ميكروليتيرس عدد قليل من العينة، ونسبة حجم التكنولوجيا قد اجتذب اهتمام واسع في طائفة واسعة من المجالات. الاستحلاب سوائل قابلة للامتزاج اثنين واحد من الأساليب الأكثر شيوعاً لتوليد الحبرية. قد طور الباحثون في التقارير السابقة في هذا المجال، مجموعة متنوعة من الهندسات تشكيل الحبرية مختلفة، بما في ذلك تي تقاطع، تركز تدفق وشارك تتدفق هندستها. في هندسة تقاطع تي، يتم تسليم المرحلة المشتتة من خلال قناة عمودي إلى القناة الرئيسية، التي تتدفق مرحلة مستمرة6،7. في نموذجي ثنائي الأبعاد (2D) تركز تدفق8،9 الهندسة، هي المنفصمة تدفق المرحلة المشتتة من الأطراف؛ و تتدفق شارك10،الهندسة11، من ناحية أخرى، شعري إدخال تدفق المرحلة فرقت يوضع co محوريا داخل شعري أكبر للهندسة شارك المتدفقة، حيث تدفق المرحلة المشتتة هي المنفصمة من جميع الاتجاهات.
يتم التحكم في حجم التجميعية بضبط نسبة معدل حجم وتدفق القناة، والحد الأدنى للحجم التي تنتجها شارك المتدفقة أو تقاطع تي محدودة لعشرات ميكرومتر. لتشكيل نظام تركز تدفق الحبرية، تشكل ثلاثة أنماط من تفكك الحبرية بضبط نسبة الضغط من مرحلتين وتركيز الفاعل، بما في ذلك نازف في النظام، ونظام النفث و الجري نصيحة15. وضع تلميح الجري يسمى أيضا تشكيل الخيط، ومظهر رقيقة وسيتبع الموضوع استخلاص من غيض مخروط تدفق المرحلة المشتتة. أظهرت الدراسات السابقة قطرات أقل من يمكن أن تتولد ميكرومتر قليلة على الرغم من أن تدفق نصيحة عملية في 2D أو 3D شبه تركز تدفق الجهاز8،12. ومع ذلك، كما كان يستخدم محلول مائي يحتوي على تركيز منخفضة جداً من بيجدا كمرحلة مشتتة، نسبة انكماش جزيئات بيجدا كان حوالي 60% قطرات الأصلي في القطر بعد صور–البلمرة، بينما بيجدا دون تمييع المرحلة متفرقة أدت إلى عدم استقرار تدفق نصيحة وضع12. توتر السطح البيني معياراً هاما لعملية المحاكاة وأنها سوف تنخفض بسبب إضافة السطح في السائل المرحلة المستمر، مما يؤدي إلى انخفاض في حجم الحبرية، أعلى تردد الجيل13، الحافة المنحنية العالية، و منع عدم الاستقرار14. وعلاوة على ذلك، عندما تركز الفاعل الأكبر أعلى بكثير من تركيز مذيل الحرجة، توتر السطح البيني ثابت تقريبا في الدولة مشبعة13 ووضع الجري نصيحة يمكن أن تحدث15.
استناداً إلى الملاحظات المذكورة أعلاه، في هذه الورقة، طورنا نهجاً سهلة لتوليد قطرات بيجدا باستخدام 3D شبه تركز تدفق موائع جزيئية جهاز، ملفقة بأسلوب متعدد الطبقات لينة الطباعة الحجرية. مختلفة من الجهاز تركز تدفق 2D نموذجي، الجهاز تركز تدفق 3D شبه له قناة ضحلة مرحلة مشتتة وقناة مرحلة العميقة مستمرة، حتى يمكن المنفصمة المرحلة المشتتة من أعلى وأسفل بجوار الجانبي. وهذا يوفر مجموعة ضبط أكبر لوضع التركيز على تدفق بتخفيض الطاقة والضغط اللازم لتفكك الحبرية. يختلف عن التقرير السابق12، المرحلة المشتتة هي صور بيجداكونتينينج نقية-البادئ، التأكد من أن نسبة انكماش جزيئات بيجدا أقل من 10%16؛ ومرحلة المستمر هو خليط هيكساديكان حل بتركيز عالية الجزء الأكبر من السطح النطاق على أساس سيليكون. تم إنتاج قطرات حجم يمكن السيطرة عليها وموحدة بضبط نسبة الضغط على مرحلتين. قطره القطرات يتغير من 80 ميكرومتر إلى 1 ميكرومتر كما تفكك الحبرية معالجة التغييرات من وضع النفث إلى وضع الجري تلميح. وبالإضافة إلى ذلك، تم تصنيعه الجسيمات بيجدا من خلال عملية البلمرة صور تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية. سيوفر هذا النظام موائع جزيئية جيل الحبرية مع سهولة تصنيع المزيد من الإمكانات للتطبيقات البيولوجية.
Protocol
Representative Results
Discussion
جيل قطرات في وضع التركيز التدفق باستخدام 2D و 3D شبه موائع جزيئية الجهاز قد وضعت سابقا في مجموعة متنوعة من التقارير8،،من915،،من1920، 21. في هذه النظم، اختير السائل المائية التي لا يمكن أ?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل كان يدعمها تمويل (منحة رقم البحوث الأساسية في شنتشن جسيج 20150630170146829 و JCYJ20160531195439665 و JCYJ20160317152359560). المؤلف يود أن يشكر الأستاذ يوسف تشن في “شنتشن معاهد للتكنولوجيا المتقدمة”، الأكاديمية الصينية للعلوم ليدعم.
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 |
Referencias
- 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).
