Chips Microfluidic controllati con le matrici elastomeriche microvalvola

Summary

Dimostriamo protocolli per la produzione e l'automazione elastomeriche polidimetilsilossano (PDMS) a base di array microvalvola che non hanno bisogno di energia supplementare per chiudere e dispongono photolithographically definito volumi precisi. Un parallelo subnanoliter-volume del mixer e un sistema integrato di perfusione microfluidica sono presentati.

Abstract

Sistemi miniaturizzati microfluidici fornire soluzioni semplici ed efficaci a basso costo point-of-care diagnostica e analisi biomediche high-throughput. Controllo del flusso robusto e preciso volumi fluidici sono due requisiti fondamentali per queste applicazioni. Abbiamo sviluppato chip microfluidica con elastomerica polidimetilsilossano (PDMS) array microvalvola che: 1) non hanno bisogno di fonti di energia supplementare per chiudere il percorso fluidico, da cui il dispositivo di caricamento è molto portabile e 2) consentire microfabricating profonde (fino a 1 mm) canali con pareti verticali e con conseguente caratteristiche molto precise.

Il microvalvole dispositivi basati su PDMS sono costituiti da tre strati: uno strato fluido contenente percorsi fluidici e microchambers di varie dimensioni, uno strato di controllo che contiene il microcanali necessario attivare il percorso fluidico con microvalvole, e un mezzo sottile membrana PDMS che è legato al controllo strato. Strato fluidico e livelli di controllo sono realizzati per stampaggio replica del PDMS da SU-8 maestri photoresist, e la sottile membrana PDMS è fatta da spinning PDMS ad altezze specificate. Il livello di controllo è legato alla membrana sottile PDMS dopo l'attivazione di ossigeno di entrambe, e poi assemblati con lo strato fluido. Le microvalvole sono chiusi a riposo e può essere aperto mediante l'applicazione di pressione negativa (ad esempio, vuoto casa). Microvalvola chiusura e apertura sono automatizzate tramite elettrovalvole comandate da un software.

Qui dimostriamo due chip microfluidica microvalvola-based per due diverse applicazioni. Il primo chip permette di memorizzare e la miscelazione precisa sub-nanolitri volumi di soluzione acquosa a diversi rapporti di miscelazione. Il secondo chip permette di controllo computerizzato perfusione di colture cellulari microfluidica.

I dispositivi sono facili da fabbricare e semplice da controllare. A causa della biocompatibilità di PDMS, questi microchip potrebbe avere vaste applicazioni in dispositivi miniaturizzati test diagnostici di base così come studi di biologia cellulare.

Protocol

Dispositivo di design Microfluidic utilizzando CorelDraw o AutoCAD Principio di PDMS microvalvole dispositivi basati su: I dispositivi sono costituiti da tre strati: uno strato fluido contenente microchambers di varie dimensioni, un "livello di controllo" contenente le microcanali necessario attivare il percorso fluidico con microvalvole, e un mezzo sottile membrana PDMS associato per il livello di controllo. A riposo, a causa della conformità e idrofobicità di PDM…

Discussion

I principali vantaggi del nostro design microvalvola:

1. Nessuna fonte di energia supplementare è necessario per chiudere il percorso fluidico, da cui il dispositivo caricato è facilmente trasportabile e
2. Il dispositivo può essere costruita da repliche PDMS da photolithographically-fantasia SU-8 stampi, consentendo microfabricating profonde (fino a 1 mm) canali con pareti laterali verticali (cioè l'altezza delle caratteristiche possono essere specificati indipendentemente dalla loro larghezza) e la conseguente mol…

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