Poli (etilen glikol) Diacrylate damlacıklar yoluyla yarı-3 boyutlu akış odaklanarak mikrosıvısal cihazlar boyutu kontrol nesil
Summary
Burada, imalat süreçleri ve bir semi-three-dimensional (yarı-3D) akışı odaklanarak mikrosıvısal çip damlacık oluşumu için doğrulama deneyler göstermek için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Üniforma ve boyut kontrol edilebilir poli (etilen glikol) diacrylate (PEGDA) damlacıkları işlemi bir mikrosıvısal cihazın odaklama akış yoluyla yapılabilir. Bu kağıt bir semi-three-dimensional (yarı-3D) akışı odaklanarak mikrosıvısal çip damlacık oluşumu için öneriyor. Polydimethylsiloxane (PDMS) çip çok katmanlı yumuşak taş baskı yöntemiyle fabrikasyon. Yüzey aktif içeren Hexadecane sürekli aşama kullanıldı ve PEGDA ultraviyole (UV) fotoğraf-başlatıcı ile dağınık dönemdi. Yüzey bırakmak yerel yüzey gerilimi izin ve küçük mikro damlacıkları kırarak terfi daha cusped bahşiş kurdu. Dağınık faz baskısı sürekli damlacıkları boyutu ile artan sürekli aşama basınç dağınık Faz akımı kırılmış önce daha küçük hale geldi. Sonuç olarak, damlacıkları boyutu çeşitlemesiyle 1 µm den çapı 80 µm seçici basınç oranı iki giriş kanalları değiştirerek elde edilebilir ve varyasyon ortalama katsayısı % 7’in altına olarak tahmin edildi. Ayrıca, damlacıkları fotoğraf-polimerizasyon için UV Işınlarına maruz kalma tarafından mikro-boncuk çevirebilir. Böyle mikro-boncuk yüzeyi conjugating biomolecules biyoloji ve Kimya alanlarında birçok potansiyel uygulamalar var.
Introduction
Mikrosıvısal damlacık tabanlı sistemleri son derece mikrometre çapında aralığı1 nanometre üzerinden monodisperse damlacıkları üretmek ve yüksek üretilen iş ilaç bulma2‘ de, biomolecules3 sentezi büyük potansiyele sahip yeteneği var ,4ve5test tanı. Büyük yüzey alanı hacim oranı ve örneği, bir kaç microliters tüketen ile büyük ölçekli uygulamalar gibi daha küçük damlacıklar benzersiz avantajları nedeniyle teknoloji alanları geniş bir yelpazesi geniş ilgi çekti. İki immiscible sıvı Emülsifikasyon damlacık oluşturmak için en çok kullanılan yöntemlerinden biridir. Alanın önceki raporlarda araştırmacılar farklı damlacık oluşumu geometrileri, akışı odaklanarak ve geometriler Co akan paraleldir, dahil olmak üzere çeşitli geliştirdik. Paraleldir geometride dağınık faz sürekli aşama6,7akar ana kanal dikey bir kanal üzerinden teslim edilir. Tipik iki boyutlu (2D) akışı odaklanarak8,9 geometri, dağınık faz akışı lateral güdülmesini; ve böylece dağınık faz akışı üzerinden nın yaşadığı ortak akan geometri10,11için öte yandan, dağınık Faz akımı tanıtan bir kılcal co-eksenel Co akan geometri için daha büyük bir kılcal damar içine yerleştirilir her yöne.
Damlacık boyutu kanal boyutu ve akış hızı oranı ayarlayarak denetlenir ve ortak akan veya paraleldir tarafından üretilen en küçük boyut mikrometre düzinelerce için sınırlıdır. Akışı odaklanarak damlacık oluşumu sistem için damlacık ayrılık üç modları formu iki aşamalı basınç oranını ayarlayarak ve yüzey aktif konsantrasyon damlama dahil olmak üzere, rejim, jeti rejimi ve15ipucu akarsu. İpucu akış ayrıca iş parçacığı oluşumu ve ince dağınık Faz akımı koni ucundan çizim iplik gözlenen görünümünü adı verilir. Az önceki çalışmalarda damlacıkları göstermiştir birkaç mikrometre ipucu akış rağmen oluşturulabilir 2D veya yarı-3D akışı odaklanarak aygıt8,12işlem. PEGDA çok düşük bir konsantrasyon içeren sulu bir çözüm dağınık faz kullanılan ancak, büzülme oranı PEGDA parçacıkların özgün damlacıkların çapı yaklaşık % 60 fotoğraf-polimerizasyon, seyreltme olmadan PEGDA süre sonra olduğu dağınık faz kararsız ipucu akış modu12‘ ye götürdü. İnterfacial gerilim olduğunu emülsiyon sürecinin önemli bir parametre ve yüzey aktif ek damlacık boyutu, daha yüksek üretimi frekans13, son derece eğimli uç, azaltmak için önde gelen sürekli aşama sıvı içine nedeniyle azalır ve istikrarsızlık14engelliyor. Ayrıca, toplu yüzey aktif konsantrasyonu kritik micelle konsantrasyonu çok yüksek olduğunda, interfacial gerilim doymuş devlet13 ‘ te yaklaşık değişmez ve ipucu akış modu15oluşabilir.
Bu kağıt, yukarıdaki gözlemleri dayalı çok katmanlı yumuşak taş baskı yöntemi ile fabrikasyon bir yarı-3D akışı odaklanarak mikrosıvısal aygıtı kullanarak PEGDA damlacıkları üretimi için facile bir yaklaşım geliştirdik. Böylece dağınık faz üzerinden yukarı ve aşağı lateral nın yaşadığı farklı tipik 2D aygıt akışı odaklanarak, yarı-3D akışı odaklanarak cihaz sığ dağınık faz kanal ve derin sürekli aşama kanal vardır. Bu akış odaklama modu için enerji ve damlacık ayrılık için gerekli basıncı azaltarak daha geniş ayar aralığı sağlar. Önceki rapor12, dağınık faz saf PEGDAcontaining fotoğraf-Başlatıcı, PEGDA parçacıklar büzülme oranı % 1016‘ dan daha düşük olduğundan emin farklıdır; ve sürekli aşama silikon tabanlı Nonyonik yüzey aktif yüksek toplu konsantrasyon ile eriterek hexadecane karışımıdır. Boyutu kontrol edilebilir ve düzgün damlacıkları iki aşamalı basınç oranını ayarlayarak üretildi. Damlacık ayrılık ipucu akış modu için jeti mod değişiklikleri işlerken damlacıkların çapı 80 µm için 1 µm değiştirir. Buna ek olarak, PEGDA parçacık UV Işınlarına maruz kalma altında fotoğraf-polimerizasyon sürecinde sentez. Damlacık üretimi mikrosıvısal sistem imalat kolaylığı ile biyolojik uygulamalar için daha fazla olanak sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Damlacıkları 2D ve yarı-3D mikrosıvısal aygıt kullanarak akış odaklama modunda nesil daha önce çeşitli raporlar8,9,15,19,20geliştirdi, 21. Bu sistemler değil katılaşmış sulu sıvı sodyum sulu bir çözüm deiyonize su8,15,<sup class="xref…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser (Grant No finansman Shenzhen temel araştırma tarafından desteklenmiştir JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 ve JCYJ20160317152359560). Yazarlar, Shenzhen ileri teknoloji enstitüleri, Çin için çekmek Bilimler Akademisi Prof. Y. Chen teşekkür etmek istiyorum.
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 |
References
- Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).
- Xiao, Q., et al. Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery. Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).
- Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. Y. Surface-functionalizable amphiphilic nanoparticles for pickering emulsions with designer fluid-fluid interfaces. RSC Adv. 6, 39926-39932 (2016).
- Zhang, L., et al. Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery. Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).
- Shembekar, N., Chaipan, C., Utharala, R., Merten, C. A. Droplet-based microfluidics in drug discovery, transcriptomics and high-throughput molecular genetics. Lab on a chip. 16, 1314-1331 (2016).
- Soh, G. Y., Yeoh, G. H., Timchenko, V. Numerical investigation on the velocity fields during droplet formation in a microfluidic T-junction. Chemical Engineering Science. 139, 99-108 (2016).
- Chiarello, E., Derzsi, L., Pierno, M., Mistura, G., Piccin, E. Generation of Oil Droplets in a Non-Newtonian Liquid Using a Microfluidic T-Junction. Micromachines. 6, 1825-1835 (2015).
- Moyle, T. M., Walker, L. M., Anna, S. L. Controlling thread formation during tipstreaming through an active feedback control loop. Lab on a chip. 13, 4534-4541 (2013).
- Moon, B. U., Abbasi, N., Jones, S. G., Hwang, D. K., Tsai, S. S. Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing. Analytical chemistry. 88, 3982-3989 (2016).
- Zhu, P., Tang, X., Wang, L. Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration. Microfluidics and Nanofluidics. , 20 (2016).
- Kim, S. H., Kim, B. Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels. Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).
- Jeong, W. C., et al. Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices. Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).
- Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device. Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).
- Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis. J Phys D Appl Phys. , 46 (2013).
- Anna, S. L., Mayer, H. C. Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device. Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).
- Liu, H., et al. Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay. J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).
- Richardson, W. H. Bayesian-based iterative method of image restoration. Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).
- Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. A survey of Hough Transform. Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).
- Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction. Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using “flow focusing” in microchannels. Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).
- Kim, H., et al. Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device. Applied Physics Letters. 91, 133106 (2007).
- Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling. Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).
- Chiu, Y. J., et al. Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing. Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).
- Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy. Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).
