Puces microfluidiques contrôlée avec les tableaux microvanne élastomère

Summary

Nous démontrons protocoles pour la fabrication et l'automatisation des élastomères polydiméthylsiloxane (PDMS) des tableaux basés sur microvanne qui n'ont pas besoin d'énergie supplémentaire de fermer et de fonctionnalité de photolithographie définie volumes précis. Un parallèle subnanoliter-volume du mélangeur et d'un système de perfusion intégré microfluidique sont présentés.

Abstract

Miniaturisés systèmes microfluidiques fournir des solutions simples et efficaces à faible coût en points-of-care diagnostic et tests à haut débit biomédicale. Contrôle de flux robuste et précis des volumes fluidiques sont deux exigences essentielles pour ces applications. Nous avons développé les puces microfluidiques avec élastomère polydiméthylsiloxane (PDMS) tableaux microvanne que: 1) n'ont pas besoin de source d'énergie supplémentaire pour fermer le chemin fluidique, où le dispositif de chargement est très portable, et 2) permettent de microfabricating profond (jusqu'à 1 mm) canaux avec des flancs verticaux et résultant en des caractéristiques très précises.

Le PDMS microvannes à base de dispositifs constitués de trois couches: une couche contenant des chemins fluidiques fluidique et microchambres de différentes tailles, une couche de contrôle contenant des microcanaux nécessaire pour actionner le chemin fluidique avec microvannes, et un milieu fine membrane de PDMS qui est lié à la commande couche. Couche et les couches de contrôle fluidique sont réalisés par moulage réplique de PDMS de SU-8 maîtres résine photosensible, et la fine membrane de PDMS est faite par filature PDMS à des hauteurs spécifiées. La couche de contrôle est lié à la fine membrane de PDMS, après activation de l'oxygène à la fois, et ensuite assemblés avec la couche fluidiques. Les microvannes sont fermés au repos et peut être ouvert par l'application d'une pression négative (par exemple, le vide maison). La fermeture et l'ouverture sont microvanne automatisé via électrovannes commandées par un logiciel informatique.

Ici, nous démontrer deux microvanne basée sur les puces microfluidiques pour deux applications différentes. La première puce permet de stocker et de mélange précis des sous-nanolitre volumes de solutions aqueuses à différents rapports de mélange. La seconde puce permet contrôlé par ordinateur perfusion de cultures de cellules microfluidique.

Les appareils sont faciles à fabriquer et facile à contrôler. En raison de la biocompatibilité des PDMS, ces puces pourraient avoir de vastes applications dans des tests de diagnostic miniaturisés ainsi que les études de base en biologie cellulaire.

Protocol

Conception du dispositif microfluidique en utilisant CorelDraw ou le logiciel AutoCAD Principe de PDMS microvannes appareils basés sur: Les appareils se composent de trois couches: une couche contenant fluidiques microchambres de différentes tailles, une "couche de contrôle» contenant des microcanaux nécessaire pour actionner le chemin fluidique avec microvannes, et un milieu fine membrane de PDMS qui est lié à la couche de contrôle. Au repos, en raison de la conf…

Discussion

Principaux avantages de notre conception microvanne:

1. Aucune source d'énergie supplémentaire est nécessaire pour fermer le chemin fluidique, où le dispositif de chargement est très portable, et
2. L'appareil peut être construit par des répliques du PDMS photolithographie à motifs SU-8 moules, permettant microfabricating profond (jusqu'à 1 mm) canaux à parois latérales verticales (c'est à dire la hauteur des caractéristiques peuvent être spécifiées indépendamment de leur largeur) et résult…

Materials

Material Name	Type	Company	Catalogue Number	Comment
Clean silicon wafers	Supplies	Silicon Sense Inc.	3P0110TEST	3-inch diameter, P/Boron
“Master” wafers containing SU-8 patterns	Supplies			Fabricated in house using standard photolithography procedures
Desiccators (2)	Equipment	VWR	24987-048	One for silanization, one for PDMS de-bubbling.
Balance	Equipment	OHAUS Corp.	SC6010
Oven	Equipment	Sheldon Mfg. Inc.	1330GM
MiniVortexer	Equipment	VWR	58816-121
Spinner	Equipment	Headway Research Inc.	PWM32
Plasma etcher	Equipment	Plasmatic Systems Inc.	Plasma Preen II-973
Hot Plate	Equipment	Torre Pines Scientific	HP30A
Stereoscope	Microscope	Nikon	TMZ1500
CCD camera	Equipment	Diagnostic Instruments	SPOT RT
Solenoid valves	Equipment	Lee Company	LHDA0511111H
Data acquisition board	Hardware	National Instruments	PCI 6025E, CB-50LP
LabView	Software	National Instruments	Version 8.0
Tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane	Reagent	United Chemical Technologies	T2492	Silanization must be done in a chemical fume hood.
PDMS prepolymer and crosslinker	Reagent	Dow-Corning	Sylgard 184
Hexane	Reagent	EMD	HX0295-6
Color Dyes	Reagent	Spectrum Chemical Mfg. Corp.	FD&C 110, 135, 150	Blue #1, Yellow #5, Red #3.
3 ml disposable transfer pipets	Supplies	Fisher Scientific	13-711-20
Kimwipes	Supplies	Kimberly-Clark	34155
Weighing boats	Supplies	VWR	12577-027
Tongue depressor	Supplies	Fisher Scientific	11-700-555
P100 dishes	Supplies	Fisher Scientific	08-772E
Silicone tubing (1.14 mm inner diameter (I.D.))	Supplies	Cole-Palmer Instrument Co.	07625-30
Tygon tubing (O.D. 1/16 in; I.D. 1/32 in)	Supplies	Cole-Palmer Instrument Co.	06418-02
Duco Cement	Supplies	Devcon	6245
Razor blade	Tools	VWR	55411-050
Needles	Tools	Fisher Scientific	0053482 (25 Gauge)
#5 Forceps	Tools	Fine Science Tools	11251-20
50 ml centrifuge tube	Supplies	Fisher Scientific	05-526B
Seal wrap film	Supplies	AEP Industries Inc.	0153877
1.5 ml microcentrifuge tubes	Supplies	Fisher Scientific	05-406-16
15 ml centrifuge tubes	Supplies	BD Falcon	352097
Purple nitrile power-free gloves	Supplies	VWR	40101-348
1.2 mm Harris biopsy punch	Tools	Ted Pella, Inc.	15074