크기 제어 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 방울 장치를 통해 세미 3 차원 흐름 초점 미세의 세대

Summary

여기, 선물이 제조 프로세스와 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩 물방울 형성에 대 한 확인 실험을 설명 하는 프로토콜.

Abstract

균일 하 고 크기를 제어할 수 있는 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 (PEGDA) 방울 초점 미세 장치에서 프로세스 흐름을 통해 생성 될 수 있습니다. 이 종이 물방울 형성에 대 한 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩을 제안합니다. 입니다 (PDMS) 칩 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 방법을 사용 하 여 날조 되었다. Hexadecane 계면 활성 제를 포함 하는 연속 위상으로 사용 되었다 고 자외선 (UV) 사진-초기자와 PEGDA는 분산 된 단계. 계면 활성 제 드롭 지역 표면 장력을 허용 하 고 작은 마이크로-물방울으로 승진 더 cusped 팁을 형성 했다. 분산 단계의 압력은 일정, 방울의 크기 분산된 단계 흐름은 그만 두어 전에 연속 단계 압력 증가 함께 작은 되었다. 그 결과, 1 µ m에서 80 µ m 직경에서에 크기 변형 된 방울 두 입구 채널에 압력 비율을 변경 하 여 선택적으로 달성 될 수 있었다 그리고 변이의 평균 계수 7% 이기 위하여 견적 되었다. 또한, 물방울 사진 중 합에 대 한 자외선 노출에 의해 마이크로 비즈로 돌 수 있었다. 같은 마이크로 구슬 표면에 생체 변화는 생물학과 화학의 분야에서 많은 잠재적인 응용 프로그램을 있다.

Introduction

미세 물방울 기반 시스템은 높은 마이크로미터 직경 범위¹ 나노미터에서 단 분산 방울을 생산 하 고 높은 처리량 약물 발견², 생체^{3의 합성에에서 큰 잠재력을 보유 하는 능력 ,4}및⁵를 테스트 하는 진단. 볼륨 비율 및 샘플의 약간 microliters 소비와 함께 대규모 응용 프로그램에 더 큰 표면 영역 같은 작은 물방울의 독특한 장점으로 인해 기술 분야의 광범위 한 범위에 광범위 한 관심을 모으고 있다. 유화 2 개의 혼합할 수 없는 액체의 작은 물방울을 생성 하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 필드에서 이전 보고서, 연구원은 다른 방울 형성 형상, t-교차점, 흐름 초점과 공동 흐르는 형상 등의 다양 한을 개발 했습니다. T-교차점 기하학에서 분산된 단계는 지속적인 단계^6,7흐르는 메인 채널에 수직 채널을 통해 배달 됩니다. 일반적인 2 차원 (2D) 흐름 초점^8,9 형상에, 분산된 단계 흐름 측면;에서 전단은 공동 흐르는 형상^10,11, 다른 한편으로, 분산된 단계 흐름을 소개 하는 모 세관 배치 됩니다 공동 축방향 공동 흐르는 형상에 대 한 더 큰 모 세관 내부 분산된 단계 흐름에서 전단 모든 방향입니다.

작은 물방울 크기 채널 크기와 흐름 속도 비율을 조정 하 여 제어 되 고 공동 흐르는 또는 t-교차점에 의해 생산 하는 최소 크기는 수십 마이크로미터로 제한. 흐름 초점 작은 물방울 대형 시스템에 대 한 작은 물방울이 별의 세 가지 모드의 2 단계 압력 비율을 조정 하 여 양식 및 계면 활성 제 농도 떨어지는 등 정권, jetting 정권, 및 팁 스트리밍¹⁵. 팁 스트리밍 모드 스레드 형성, 그리고 얇은 스레드 분산된 단계 흐름 콘의 끝에서 밖으로 그리기 관찰 될 것 입의 모양이 라고도 합니다. 팁 스트리밍 비록 몇 마이크로미터 생성할 수 보다는 작은 방울을 증명 하는 이전 연구 프로세스 2D 또는 세미-3D 흐름 초점 장치^8,12. 그러나, PEGDA의 매우 낮은 농도 포함 하는 용액 분산된 상으로 사용 되었다, PEGDA 입자의 수축 비율 했다 원래 방울 직경에서의 약 60%로 희석 하지 않고 PEGDA 동안 사진 합 후는 분산된 단계 불안정 팁 스트리밍 모드¹²이끌어 냈다. 계면 장력 에멀젼 과정의 중요 한 매개 변수 이며 그것은 지속적인 위상 액체, 작은 물방울 크기, 더 높은 세대 주파수¹³, 높은 곡선된 팁, 감소에 지도에 계면 활성 제의 추가 때문 줄어 고 ¹⁴불안정성 방지합니다. 또한, 대량 계면 활성 제 농도 임계 micelle 농도 보다 훨씬 높은 경우 계면 장력은 약¹³ 포화 상태 가변 그리고 팁 스트리밍 모드¹⁵를 발생할 수 있습니다.

이 논문에서는, 위의 관찰에 따라 우리 PEGDA 방울 생성 장치를 사용 하는 세미-3D 흐름 초점 미세, 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 방법으로 조작에 대 한 손쉬운 접근 개발. 다른 일반적인 2D 흐름 집중 장치, 세미-3D 흐름 집중 장치는 얕은 분산된 단계 채널 및 깊은 연속 위상 채널 있으므로 분산된 단계 수 수 전단에서 위쪽 및 아래쪽 옆에 옆에. 이 흐름 초점 모드에 대 한 에너지와 물방울이 별에 필요한 압력을 감소 시켜 더 큰 조정 범위를 제공 합니다. 다른 이전 보고서¹², 분산된 단계는 순수한 PEGDAcontaining 사진-초기자, PEGDA 입자의 수축 비율 10¹⁶; 보다 낮은 그리고 지속적인 단계 높은 대량 실리콘 기반 비 계면 활성 제의 농도와 용 해 hexadecane의 혼합물 이다. 크기 제어 및 균일 한 방울 두 단계의 압력 비율을 조정 하 여 제작 했다. 물방울이 별 팁 스트리밍 모드 처리 모드에서 변경 내용을 처리 하는으로 방울의 직경 1 µ m 80 µ m에서 변경 됩니다. 또한, PEGDA 입자는 자외선 노출 사진 중 합 과정을 통해 합성 했다. 제조의 용이성과 물방울 생성 미세 시스템 생물학 응용 프로그램에 대 한 더 많은 가능성을 제공할 것입니다.

Protocol

1. 금형 제작 두 포토 드로잉 소프트웨어를 사용 하 여 디자인 합니다. 아닌 구조의 개요를 설명 마스크 1과 2 같은 드로잉 파일에 대 한 두 개의 별도 레이어를 사용 하 여, 그래서 서로 다른 채널 간의 모든 연결을 확인 하십시오. 1 µ m 해상도와 공급 업체에 의해 유리 플레이트 크롬을 독립적으로 서로 다른 레이어를 인쇄 합니다. 네거티브 극성으로는 포토 어두운 투명 하 게 설계 된 구조 …

Representative Results

세미-3D 흐름 초점 미세 칩 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 기술을 사용 하 여 위에서 설명한 대로 조작 했다. 제조 프로세스와 결과 그림 2에 표시 된 protocolare에 있는 마스터 형 이다. 65 µ m 넓은 채널 분산된 단계와는 50 µ m 넓은 개 구 부 (그림 2를) 도입을 제공 하는 첫 번째 계층은 두께에서 20 µ m. 또한 130 µ m 두?…

Discussion

2D 및 3D 세미 미세 장치를 사용 하 여 흐름 초점 모드에서 작은 물방울의 생성 이전 보고서^{8,,915,19,20, 다양 한 개발 되었습니다. 21}. 이러한 시스템에서 수성 액체 고형화 하지 수는으로 선정 되었다 이온된 수^8,<sup class="xref"…

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