Microfluïdische Chips Gecontroleerde met elastomeer microklep Arrays

Summary

Tonen we protocollen voor de productie en het automatiseren van elastomeer polydimethylsiloxaan (PDMS) op basis van microklep arrays dat er geen extra energie nodig te sluiten en zijn voorzien van photolithographically gedefinieerd precieze volumes. Een parallel subnanoliter-volume mixer en een geïntegreerd microfluïdische perfusie-systeem worden gepresenteerd.

Abstract

Geminiaturiseerde microfluïdische systemen bieden eenvoudige en doeltreffende oplossingen voor low-cost point-of-care diagnostiek en high-throughput biomedische testen. Robuuste flow control en nauwkeurige vloeibare volumes zijn twee kritische vereisten voor deze toepassingen. We hebben ontwikkeld microfluïdische chips met elastomeer polydimethylsiloxaan (PDMS) microklep arrays dat: 1) hoeft geen extra energiebron in de vloeibare pad te sluiten, vandaar de geladen apparaat is zeer draagbaar, en 2) zorgen voor microfabricating diep (tot 1 mm) kanalen met verticale zijwanden en resulteert in zeer nauwkeurige functies.

De PDMS microkleppen-gebaseerde apparaten bestaan ​​uit drie lagen: een vloeibare laag met vloeibare paden en microchambers van verschillende afmetingen, een controle laag met de microkanalen nodig zijn om de vloeibare pad bedienen met microkleppen, en een midden dun PDMS membraan dat is gebonden aan de controle- laag. Vloeibare laag en controle lagen zijn gemaakt door replica gieten van PDMS van de SU-8 fotolak meesters, en de dunne PDMS membraan is gemaakt door het draaien van PDMS op bepaalde hoogten. De controle laag is gebonden aan de dunne PDMS membraan na zuurstof activering van beide, en vervolgens samengevoegd met vloeibare laag. De microkleppen zijn gesloten in rust en kan geopend worden door het toepassen van negatieve druk (bijv. huis vacuüm). Microklep sluiting en opening zijn geautomatiseerd via elektromagnetische kleppen gecontroleerd door de computer software.

Hier tonen we twee microklep-based microfluïdische chips voor twee verschillende toepassingen. De eerste chip zorgt voor het opslaan en mengen van precieze sub-nanoliter volumes van waterige oplossingen met uiteenlopende mengverhoudingen. De tweede chip zorgt voor computer-gestuurde perfusie van microfluïdische celculturen.

De apparaten zijn gemakkelijk te fabriceren en eenvoudig te controleren. Als gevolg van de biocompatibiliteit van PDMS, zouden deze microchips hebben brede toepassingsmogelijkheden in geminiaturiseerde diagnostische assays evenals elementaire celbiologie studies.

Protocol

Microfluïdische apparaat ontwerp met behulp van CorelDraw of AutoCAD Principe van PDMS microkleppen-gebaseerde apparaten: De apparaten bestaan ​​uit drie lagen: een vloeibare laag met microchambers van verschillende afmetingen, een "control laag" met de microkanalen nodig zijn om de vloeibare pad bedienen met microkleppen, en een midden dun membraan dat PDMS is gebonden aan de controle laag. In rust, als gevolg van de naleving en de hydrofobiciteit van PDMS, het…

Discussion

Belangrijkste voordelen van onze microklep ontwerp:

1. Geen extra energiebron nodig is om de vloeibare pad te sluiten, vandaar de geladen apparaat is zeer draagbaar, en
2. Het apparaat kan worden gebouwd door PDMS replica's uit photolithographically-patroon SU-8 mallen, waardoor microfabricating diep (tot 1 mm) kanalen met verticale zijwanden (dat wil zeggen de hoogte van de functies kunnen onafhankelijk van hun breedte worden opgegeven) en resulteert in zeer precieze kenmerken.

Voordelen van de parallelle…

Materials

Material Name	Tipo	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