Geração de tamanho controlado poli (etileno glicol) Diacrylate gotículas através de Semi-3-Dimensional Flow focando Microfluidic dispositivos

Summary

Aqui, apresentamos um protocolo para ilustrar os processos de fabricação e verificando as experiências de um semi-three-dimensional (semi-3D) fluxo de focagem microfluidic chip para formação de gotículas.

Abstract

Gotículas de diacrylate (PEGDA.) uniforme e tamanho-controláveis poli (etileno glicol) poderiam ser produzidas através do fluxo focando o processo em um dispositivo microfluidic. Este trabalho propõe um semi-three-dimensional (semi-3D) fluxo de focagem microfluidic chip para formação de gotículas. O chip do polydimethylsiloxane (PDMS) foi fabricado usando o método de litografia macia multi-camada. Hexadecano contendo surfactante foi usado como a fase contínua e PEGDA com iniciador-foto do ultravioleta (UV) foi a fase dispersa. Surfactantes permitiu a tensão de superfície local soltar e formaram uma dica mais cúspides que promoveu quebrando em microgotículas. Como a pressão da fase dispersa era constante, o tamanho das gotas de tornou-se menor com o aumento da pressão da fase contínua antes de fase dispersa fluxo foi interrompido. Como resultado, as gotas com variação de tamanho de 1 µm a 80 µm de diâmetro poderiam ser alcançadas seletivamente, alterando a relação de pressão em dois canais de entrada, e o coeficiente médio de variação foi estimado para ser abaixo de 7%. Além disso, as gotas se transformava em microgrânulos pela exposição aos raios UV para foto-polimerização. Conjugação de biomoléculas superfície tão microgrânulos têm muitas aplicações potenciais nas áreas de biologia e química.

Introduction

Sistemas baseados em gotículas microfluidic têm a capacidade de produzir altamente monodisperso gotículas de nanômetros de micrômetro de diâmetro faixa¹ e mantenha o grande potencial no elevado-throughput droga descoberta², síntese de biomoléculas^{3 ,4}e o diagnóstico teste⁵. Devido as vantagens únicas de gotículas menores, tais como a maior área de superfície a relação entre o volume e as aplicações em grande escala com consumo de alguns microlitros de amostra, a tecnologia tem atraído interesse extensa em uma ampla gama de campos. A emulsificação de dois líquidos imiscíveis é um dos métodos mais comuns para gerar gotículas. Em relatórios anteriores no campo, os pesquisadores desenvolveram uma variedade de geometrias de formação diferente da gota, incluindo entroncamento, fluxo de focagem e co fluindo geometrias. A geometria do entroncamento, a fase dispersa é entregue através de um canal perpendicular para o canal principal, na qual a fase contínua flui^6,7. A típica bidimensional (2D) fluxo de focagem^8,9 , na geometria do fluxo de fase dispersa é cortado de lateral; e para o co fluindo geometria^10,11, por outro lado, um capilar introduzindo o fluxo da fase dispersa é colocado co-axial dentro de um capilar maior para a geometria co fluindo, para que o fluxo da fase dispersa é cortado de todas as direções.

O tamanho da gota é controlado ajustando a relação de taxa de tamanho e fluxo de canal, e o tamanho mínimo produzido por co fluindo ou entroncamento é limitado a dezenas de micrômetros. Para o sistema de formação de gotículas fluxo de focagem, três modos de separação da gota formam ajustando a relação de pressão de duas fases e a concentração de surfactante, incluindo o gotejamento regime, o regime de jorrando e streaming de ponta¹⁵. Dica-fluxo contínuo modo também é chamado de formação do segmento e a aparência de uma fina será observado o segmento de desenho da ponta do cone de fluxo da fase dispersa. Estudos anteriores demonstraram gotículas menor que alguns micrômetros poderiam ser gerados que ponta-fluxo contínuo processo em 2D ou 3D semi fluxo-foco dispositivo^8,12. No entanto, como uma solução aquosa contendo uma concentração muito baixa de PEGDA foi usada como a fase dispersa, a taxa de encolhimento de partículas PEGDA era cerca de 60% de gotas de diâmetro originais após foto-polimerização, enquanto PEGDA sem diluição como o fase dispersa levou ao modo instável streaming de ponta¹². Tensão interfacial é um parâmetro importante do processo de emulsão e diminuirá devido à adição de tensoativo para o líquido da fase contínua, levando à diminuição do tamanho das gotas, maior frequência de geração¹³, ponta altamente curvada, e prevenção de instabilidade¹⁴. Além disso, quando a concentração de surfactante em massa é muito maior do que a concentração crítica micelle, a tensão interfacial é aproximadamente invariável no estado saturado¹³ e o modo streaming de ponta pode ocorrer¹⁵.

Baseia as observações acima, neste trabalho, desenvolvemos uma abordagem superficial para geração de gotículas PEGDA usando um semi-3D fluxo de focagem microfluidic dispositivo, fabricado pelo método de litografia macia multi-camada. Diferentes do dispositivo de fluxo de focagem 2D típico, o dispositivo de fluxo de focagem semi-3D tem um canal raso fase dispersa e um canal de fase profunda contínua, para que a fase dispersa pode ser cortada de cima e para baixo ao lado lateral. Isso fornece maior gama de ajuste para o modo de fluxo-foco, reduzindo a energia e a pressão necessária para a separação da gota. Diferente do anterior relatório¹², a fase dispersa é puro PEGDAcontaining foto-iniciador, certificando-se que a taxa de encolhimento de partículas PEGDA é inferior a 10%,¹⁶; e a fase contínua é a mistura de hexadecano dissolvendo-se com uma concentração alta em massa de tensoativo não iônico à base de silicone. Gotículas de tamanho controlável e uniformes foram produzidas, ajustando a relação de pressão de duas fases. O diâmetro de gotas muda de 80 µm a 1 µm, como a separação da gota processa alterações do modo jorrando para o modo streaming de ponta. Além disso, a partícula PEGDA foi sintetizada através do processo de foto-polimerização sob exposição aos raios UV. O sistema de microfluidic de geração de gotículas com facilidade de fabricação irá fornecer mais possibilidades para aplicações biológicas.

Protocol

1. fabricação do molde Duas máscaras usando um software de desenho de projeto. Descrever o contorno da estrutura microchannel e use duas camadas separadas para máscara 1 e 2 no mesmo arquivo de desenho, por isso, verifique todas as conexões entre os diferentes canais. Imprima diferentes camadas independentemente para placa no vidro por um vendedor com resolução de 1 µm de cromo. Certifique-se de que as máscaras são escuras com estruturas projetadas transparentes, como uma polaridade negativa.<stro…

Representative Results

O chip de microfluidic fluxo de focagem semi-3D foi fabricado usando técnicas de litografia macia multi-camada conforme descrito acima. O processo de fabricação e os resultados para o molde mestre no protocolare mostrado na Figura 2. A primeira camada, que proporciona um canal de 65 µm de largura por introduzir a fase dispersa e uma 50 µm Largura do orifício (Figura 2um), é de 20 µm de espessura. Uma cama…

Discussion

A geração de gotículas no modo de focagem fluxo usando 2D e semi-3D microfluidic dispositivo anteriormente foi desenvolvida em uma variedade de relatórios^{8,9,15,19,20, 21}. Nestes sistemas, o líquido aquoso que não poderia ser solidificado foi escolhido como a fase dispersa, tais como água desionizada^…

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