Generazione di dimensione controllata poli (glicol etilenico) diacrilato goccioline tramite dispositivi microfluidici concentrandosi flusso Semi-3-dimensionale
Summary
Qui, presentiamo un protocollo per illustrare i processi di fabbricazione e gli esperimenti di verifica di un semi-three-dimensional (semi-3D) flusso di messa a fuoco chip microfluidico per formazione di goccioline.
Abstract
Goccioline di uniforme e controllabile dalla dimensione poli (glicol etilenico) diacrilato (PEGDA) potrebbero essere prodotta tramite il flusso di processo in un dispositivo microfluidico di messa a fuoco. Questo libro propone un chip microfluidico di flusso-messa a fuoco (semi-3D) semi-three-dimensional per la formazione di goccioline. Il chip di polidimetilsilossano (PDMS) è stato fabbricato utilizzando il metodo di litografia soft multi-strato. Esadecano contenente surfattante è stato usato come la fase continua, e PEGDA con l’ultravioletto (UV) foto-iniziatore era la fase dispersa. Tensioattivi ha permesso la tensione superficiale locale a goccia e formano una punta più a cuspide che promosso a rompersi in piccoli micro-gocce. Come la pressione della fase dispersa era costante, la dimensione delle goccioline è diventato più piccola con l’aumento della pressione di fase continua prima fase dispersa flusso è stato interrotto. Di conseguenza, le goccioline con variazione della dimensione da 1 µm a 80 µm di diametro potrebbero essere realizzate in modo selettivo modificando il rapporto di pressione a due canali di ingresso, e il coefficiente medio di variazione è stato stimato per essere inferiore al 7%. Inoltre, le goccioline potrebbero trasformarsi in microsfere di esposizione ai raggi UV per foto-polimerizzazione. Coniugazione biomolecole su tale superficie di microsfere hanno molte potenziali applicazioni nei campi della biologia e della chimica.
Introduction
Sistemi microfluidici basati su goccia hanno la capacità di produrre altamente monodispersi goccioline da nanometri a micrometro diametro gamma1 e tenere il grande potenziale in high throughput drug discovery2, sintesi di biomolecole3 ,4e la diagnostica test5. Dovuto i vantaggi unici di goccioline più piccole, come la maggiore area superficiale a rapporto volume e le applicazioni su larga scala con il consumo di pochi microlitri di campione, la tecnologia ha attirato l’interesse di vasta in una vasta gamma di campi. L’emulsificazione dei due liquidi immiscibili è uno dei più tipici metodi per generare delle gocce. Nei rapporti precedenti nel campo, i ricercatori hanno sviluppato una varietà di differenti gocciolina formazione geometrie, tra cui incrocio a t, flusso di messa a fuoco e co-che scorre geometrie. Nella geometria incrocio a t, la fase dispersa è espresso attraverso un canale perpendicolare nel canale principale, in cui la fase continua scorre6,7. Nella tipica bidimensionale (2D) flusso di messa a fuoco8,9 geometria, il flusso di fase dispersa è Tosato da laterale; e per il co-fluente geometria10,11, d’altra parte, un capillare introducendo il flusso di fase dispersa è posto co-assiale all’interno di un capillare più grande per la geometria co-fluente, affinché il flusso di fase dispersa è Tosato da tutte le direzioni.
La dimensione delle gocce è controllata regolando il rapporto della velocità di flusso e la dimensione del canale, e la dimensione minima prodotta da co-che scorre o incrocio a t è limitata a decine di micrometri. Per flusso di messa a fuoco sistema per la formazione di gocce, tre modalità di scioglimento delle gocce formano regolando il rapporto di pressione di due fasi e la concentrazione di tensioattivo, tra cui il gocciolamento regime, il regime di trivellazione a getto e punta-streaming15. Modalità di flusso punta è anche chiamato thread formazione e l’aspetto di un sottile filo disegno fuori dalla punta del cono fase dispersa sarà osservato. Precedenti studi hanno dimostrato le goccioline a meno di pochi micrometri possono essere generati anche se punta-streaming processo in 2D o semi-3D dispositivo di messa a fuoco di flusso8,12. Tuttavia, come una soluzione acquosa contenente una concentrazione molto bassa di PEGDA è stata usata come fase dispersa, il rapporto di restringimento di particelle PEGDA era circa il 60% delle goccioline di diametro originale dopo foto-polimerizzazione, mentre PEGDA senza diluizione come il fase dispersa ha condotto a instabile punta-streaming modalità12. Tensione interfacciale è un parametro importante del processo di emulsione e si riduce a causa dell’aggiunta del tensioattivo nel liquido fase continua, che porta alla diminuzione della dimensione delle gocce, per la frequenza di generazione superiore13, punta molto curva, e prevenire l’instabilità14. Inoltre, quando la concentrazione di tensioattivo di massa è molto superiore la concentrazione micellare critica, la tensione interfacciale è circa invariabile nel saturo stato13 e la modalità di flusso punta può verificarsi15.
Basato su osservazioni di cui sopra, in questa carta, abbiamo sviluppato un approccio facile per la generazione di goccioline PEGDA utilizzando un dispositivo di microfluidica di flusso-messa a fuoco semi-3D, fabbricato dal metodo litografia soft multi-strato. Diverso dal dispositivo di messa a fuoco flusso 2D tipico, il dispositivo di flusso-messa a fuoco semi-3D ha un canale superficiale fase dispersa e una fase di profonda continua, affinché la fase dispersa può essere tosata da su e giù al lato laterale. Questo fornisce più grande gamma di regolazione per la modalità di messa a fuoco flusso riducendo l’energia e la pressione necessaria per rottura della gocciolina. Diversa dalla precedente relazione12, la fase dispersa è puro PEGDAcontaining foto-iniziatore, assicurandosi che il rapporto di restringimento delle particelle PEGDA è inferiore al 10%16; e la fase continua è la miscela di esadecano dissoluzione con una concentrazione di alta massa del tensioattivo non ionico a base di silicone. Goccioline di dimensione-controllabile ed uniforme sono state prodotte modificando il rapporto di pressione di due fasi. Il diametro delle gocce cambia da 80 µm a 1 µm come il disfacimento della gocciolina elabora le modifiche dalla modalità di trivellazione a getto alla modalità di suggerimento-streaming. Inoltre, la particella PEGDA è stata sintetizzata attraverso il processo di foto-polimerizzazione sotto esposizione ai raggi UV. Il sistema di microfluidica di generazione gocciolina con facilità di fabbricazione fornirà più possibilità per applicazioni biologiche.
Protocol
Representative Results
Discussion
La generazione di goccioline in modalità flusso-messa a fuoco utilizzando il dispositivo microfluidico semi-3D e 2D in precedenza è stata sviluppata in una varietà di rapporti8,9,15,19,20, 21. In questi sistemi, il liquido acquoso che potrebbe non essere solidificato è stato scelto come fase dispersa, come acqua deionizz…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dalla ricerca fondamentale Shenzhen finanziamenti (Grant No. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 e JCYJ20160317152359560). Gli autori vorrei ringraziare la Prof. ssa Y. Chen alla Shenzhen istituti di tecnologia avanzata, Accademia cinese delle scienze per supporti.
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
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