폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 공동 축류 초점 장치를 사용하여 이중 에멀젼 생성
Summary
Microfluidic double emulsions generation typically involves devices with patterned wettability or custom-fabricated glass components. Here we describe the fabrication and testing of an all polydimethylsiloxane (PDMS) double emulsion generator that does not require surface treatment or complicated fabrication processes, and is capable of producing double emulsions down to 14 µm.
Abstract
Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper presents a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device capable of generating water/oil/water double emulsions using a coaxial flow focusing geometry that can be fabricated entirely using soft lithography. Similar to emulsion devices using glass capillaries, double emulsions can be formed in channels with uniform wettability and with dimensions much smaller than the channel sizes. Three dimensional flow focusing geometry is achieved by casting a pair of PDMS slabs using two layer soft lithography, then mating the slabs together in a clamshell configuration. Complementary locking features molded into the PDMS slabs enable the accurate registration of features on each of the slab surfaces. Device testing demonstrates formation of double emulsions from 14 µm to 50 µm in diameter while using large channels that are robust against fouling and clogging.
Introduction
이중 에멀젼은 인해 산업, 의약품에서 사용 가능성, 및 생물학적 응용 1 중간, 비혼 화성 유체 층에 의해 담체 상으로부터 분리 액적로 구성하고, 특히 중요하다. 어떤 경우에는, 이중 에멀젼의 코어에 고 부가가치 화합물을 캡슐화 할 수있는 능력은 보호 물질과 제어 방식으로 방출 될 수있다. 예를 들어, 약물이 외부 캐리어 유체 (2)에 적합하지 않은 조건에서 용해도 캡슐화 될 수있다. 또한, 중간 유층 약물, 화장품 및 영양 3의 캡슐화 및 전송을위한 캡슐 템플릿으로 사용될 수있다. 그들은 서브 나노 리터 실험의 대규모 수가 다음, 실시 감지 (FACS) 악기 4,5 정렬 형광 활성화 된 셀을 사용하여 정렬 할 수 있기 때문에 생물학, 이중 에멀젼은 또한 높은 처리량 검사에 유용하다.
ENT는 "> 원하는 성능 특성을 갖는 이중 에멀젼의 디자인은 이중 에멀젼 크기, 조성 및 균일도의 정밀한 제어를 필요로한다. 이러한 막 유화 같은 벌크 유화 공정은, 업계에서 사용되지만, 생성 된 에멀젼은 높은 다 분산되어 보이는 기능적 특성 (1)의 다양한. 액적 미세 유체 분야는 자연적으로 신중하게 제어 구성 6 단 분산 에멀젼의 생성을 적합하다. 미세 유체 이중 에멀젼 생성이 초점을 두 가지 주요 전략을 순차적 드롭 결정과 유리 모세관 흐름 달성되었다. 두 번 에멀젼 수 공정을 두 단계의 방울을 사용 평면 PDMS 장치에서 생성 될 수있다. 먼저, 수성 유 에멀젼이 유 중수 드롭하게 소수성 채널 벽을 가진 디바이스의 영역이있다. 다음을 사용하여 생성되며, 에멀젼 일 수있다 흐르는 물에 기름에 적합한 친수성 벽 드롭 만드는 영역에 재 주입드롭 만들기 (4). 그러나, PMD를 친수성 표면 처리는 추가적인 제조 공정을 필요로하며 종종 임시 7이다. 이중 에멀젼을 형성하기 위해 대부분의 제어 및 반복 가능한 방법이 동축 흐름을 중심으로하고, 기술은 세 단계를 포함하는 동심 제트 단 분산 액적 (8)을 생성하기 위해 작은 오리피스를 통해 전단된다 유리 모세관 마이크로 유체를 사용 개척했다. 이 기술은 각상의 유속의 함수 인 이중 에멀젼의 정확한 크기 및 구성으로, 채널 치수보다 훨씬 작은 방울의 생산을 허용한다. 액적 크기 및 채널과 상기 보호 외피 흐름 사이의 큰 차이는, 채널 벽과 접촉 불필요한 표면 처리 렌더링로부터 방울을 방지한다. 그러나, 유리 장치는주의 조립 및 씰링과 함께, 테이퍼 모세관 팁 사용자 정의 제조를 필요로한다. 이전 연구자들은 3D 소프트 리소그래피를 사용했다그래피로 물리학을 중심으로 흐름을 사용하여 이중 에멀젼을 생성하지만, 이러한 장치는 직경> 150 μm의 9, 10, 일반적으로 외과로 분류 개체보다 큰 크기의 약 주문 에멀젼을 생산했다. 매력적인 대안은 PDMS 소프트 리소그래피 제조의 용이성에 초점을 맞추고 유리 모세관 동축 흐름의 강력한 기능과 작은 방울 생성을 포함한다.본 논문에서는 50 μm의 에멀젼 ≤ 생산 초점 동축 흐름을 사용하여 완전히 3D 소프트 리소그래피 (11)를 사용하여 구성되어 이중 에멀젼 발생기를 설명합니다. 우리는 디바이스 뽑아 유리 모세관 노즐 에멀젼 형성 공정을 근사하는 작은 전단 채널 (도 1)를 포함하는 장치를 제조 폴더 형 접근법을 사용한다. 더 중요하게, 이러한 장치는 특별한 표면 처리를 필요로하지 않고, 모든 중합체 구조는 간단하고 반복적 인 제조 SC드립니다중복 된 장치들의 많은 수 alable. 여기서는 더블 에멀젼 발생기의 설계, 제조 및 테스트를 개요. 더블 에멀젼 세대는 14 μm의의 물방울 직경에 이르기까지 강력하고 반복적으로 표시됩니다. 제조의 용이성과 기능의 결합은이 장치 새로운 더블 에멀젼 응용 프로그램의 개발을위한 매력적인 옵션이 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명 된 이중 에멀젼 발생 형상은 유리 모세관 장치 (8)의 물리를 모방하도록 설계된다. 이들에 정렬 원통형 유리 모세관 균일 이중 에멀젼 방울에 전단되는 삼상 동축 제트을 만드는 데 사용됩니다. 우리 3D PDMS 소자의 기능은 전체 높이가 320 μm의 아르 반송파 위상 채널과 50 μm의 높이로 형성 작은 제작 기능의 중앙 정렬에 의존한다. 마스크가 정확히 정렬되지 않는 경우에 50 ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 양적 생명 과학의 캘리포니아 공과 대학 (QB3), 로저스 가족 재단, 혁신적인 생물 의학 연구, BASF에서 보조금에 대한 UCSF / 샌들러 재단 프로그램에서 브리징 격차 상, 그리고 NSF를 통해로부터 연구 상 수상에 의해 지원되었다 학부 조기 경력 개발 (경력) 프로그램 (DBI-1253293).
Materials
| Photomasks | CadArt Servcies | ||
| 3" silicon wafers, P type, virgin test grade | University Wafers | 447 | |
| SU-8 3035 | Microchem | Y311074 | |
| SU-8 2050 | Microchem | Y111072 | |
| Sylgard 184 silicone elastomer kit | Krayden | 4019862 | |
| 1 ml syringes | BD | 309628 | |
| 10 ml syringes | BD | 309604 | |
| 27 gaugue needles | BD | 305109 | |
| PE 2 polyethylene tubing | Scientific Commodities, Inc. | B31695-PE/2 | |
| Novec 7500 | Fisher Scientific | 98-0212-2928-5 | Commonly knowns as HFE 7500 |
| Biocompatable surfactant | Ran Biotechnologies | 008-FluoroSurfactant | |
| 35,000 MW PEG | Sigma Aldrich | 1546660 | |
| Tween 20 | Sigma Aldrich | P1369 | |
| Sodium dodecyl sulfate | Sigma Aldrich | L3771 |
Riferimenti
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