एक polydimethylsiloxane (PDMS) सह-अक्षीय प्रवाह फोकस डिवाइस का उपयोग डबल पायस पीढ़ी
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
डबल इमल्शन की वजह से उनके औद्योगिक, दवा में क्षमता का उपयोग करता है, और जैविक अनुप्रयोगों 1 के लिए एक मध्यवर्ती, अमिश्रणीय तरल पदार्थ की परत से एक वाहक चरण से अलग बूंदों से मिलकर बनता है, और विशेष रुचि के हैं। कुछ मामलों में, एक डबल पायस की कोर में उच्च मूल्य यौगिकों encapsulate करने की क्षमता सामग्री की रक्षा की है और एक नियंत्रित तरीके से जारी होने की सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, दवाओं बाहरी वाहक द्रव 2 के लिए उचित नहीं घुलनशीलता की शर्तों के तहत समझाया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, मध्यवर्ती तेल परत दवाओं, सौंदर्य प्रसाधन, और पोषक तत्वों 3 के encapsulation और वितरण के लिए एक कैप्सूल टेम्पलेट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। वे उप nanoliter प्रयोगों की एक भारी संख्या तो बाहर किया और पता लगाया (FACS) के साधन 4,5 छँटाई एक प्रतिदीप्ति सक्रिय सेल का उपयोग कर हल किया जा करने की अनुमति देते हैं, क्योंकि जीव विज्ञान में डबल इमल्शन भी उच्च throughput स्क्रीनिंग में उपयोगी होते हैं।
ईएनटी "> वांछित प्रदर्शन विशेषताओं के साथ डबल emulsions के डिजाइन डबल पायस आकार, संरचना, और एकरूपता के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता है। इस तरह की झिल्ली पायसीकरण के रूप में थोक पायसीकरण प्रक्रियाओं, उद्योग में उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप इमल्शन, अत्यधिक polydisperse हैं एक का प्रदर्शन कार्यात्मक संपत्तियों 1 की व्यापक विविधता भी है। छोटी बूंद microfluidics के क्षेत्र स्वाभाविक रूप से सावधानी से नियंत्रित संरचना 6 के साथ monodisperse इमल्शन की पीढ़ी के लिए अनुकूल है। Microfluidic डबल पायस पीढ़ी ध्यान केंद्रित कर दो मुख्य रणनीतियों, अनुक्रमिक बूंद बनाने और गिलास केशिका प्रवाह के साथ हासिल किया गया है। डबल इमल्शन कर सकते हैं बनाने की प्रक्रिया एक दो कदम बूंद का उपयोग तलीय PDMS उपकरणों में उत्पन्न हो। सबसे पहले, जलीय में तेल इमल्शन एक पानी में तेल की बूंद-बनाने हाइड्रोफोबिक चैनल दीवारों के साथ एक डिवाइस के क्षेत्र। अगले का उपयोग कर बनाई गई हैं, पायस किया जा सकता है प्रवाहित होती है या पानी में तेल के लिए अनुकूल हाइड्रोफिलिक दीवारों के साथ एक बूंद में चल रही इस क्षेत्र में reinjectedड्रॉप लेने की 4। हालांकि, PMDs की हाइड्रोफिलिक सतह के उपचार के लिए एक अतिरिक्त निर्माण कदम की आवश्यकता है और 7 अस्थायी अक्सर है। डबल इमल्शन फार्म के लिए सबसे चलाया हुआ और repeatable विधि सह-अक्षीय प्रवाह ध्यान केंद्रित कर रहा है, एक तकनीक तीन चरणों से युक्त एक गाढ़ा जेट monodisperse बूंदों 8 उत्पादन करने के लिए एक छोटा सा छिद्र के माध्यम से sheared है जिससे कांच केशिका microfluidics, का उपयोग बीड़ा उठाया है। इस तकनीक को प्रत्येक चरण के प्रवाह की दर के एक समारोह में किया जा रहा है डबल पायस की सटीक आकार और संरचना के साथ, चैनल आयाम की तुलना में बहुत छोटे बूंदों के उत्पादन के लिए अनुमति देता है। छोटी बूंद और चैनल आकार और सुरक्षा बाहरी म्यान प्रवाह के बीच बड़ा अंतर है, चैनल दीवारों से संपर्क अनावश्यक सतह के उपचार के प्रतिपादन से बूंदों से बचाता है। हालांकि, इस तरह के कांच उपकरणों सावधान विधानसभा और सील के साथ-साथ, पतला केशिका सुझावों की कस्टम निर्माण की आवश्यकता है। पिछला जांचकर्ताओं 3 डी मुलायम लिथो का इस्तेमाल किया हैGraphy भौतिकी ध्यान केंद्रित प्रवाह का उपयोग डबल इमल्शन उत्पन्न करने के लिए है, लेकिन इन उपकरणों व्यास> 150 माइक्रोन 9,10, आम तौर पर FACS के साथ हल वस्तुओं की तुलना में बड़े परिमाण का लगभग एक आदेश के साथ इमल्शन का उत्पादन किया। एक आकर्षक विकल्प PDMS नरम लिथोग्राफी के निर्माण में आसानी के साथ ध्यान केंद्रित कर गिलास केशिका समाक्षीय प्रवाह की मजबूत कार्यक्षमता और छोटी छोटी बूंद पीढ़ी को शामिल किया जाएगा।इस पत्र में, हम 50 माइक्रोन इमल्शन ≤ उत्पादन करने के लिए ध्यान केंद्रित सह-अक्षीय प्रवाह का उपयोग करता है और पूरी तरह से 3 डी नरम लिथोग्राफी 11 का उपयोग निर्माण किया है कि एक डबल पायस जनरेटर का वर्णन है। हमारे डिवाइस एक खींच लिया गिलास केशिका नोक में पायस गठन प्रक्रियाओं लगभग करने के लिए एक छोटे से बाल काटना चैनल (चित्रा 1) भी शामिल है कि उपकरणों के निर्माण के लिए एक कौड़ी दृष्टिकोण का उपयोग करता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात, इन उपकरणों के लिए कोई विशेष सतह के उपचार की आवश्यकता होती है, और सभी बहुलक निर्माण आसान और repeatable निर्माण सुप्रीम कोर्ट प्रदान करता हैडुप्लिकेट उपकरणों की एक बड़ी संख्या को alable। यहाँ, हम डबल पायस जनरेटर के डिजाइन, निर्माण, और परीक्षण रूपरेखा। डबल पायस पीढ़ी 14 माइक्रोन की छोटी बूंद व्यास करने के लिए नीचे मजबूत और repeatable होना दिखाया गया है। निर्माण में आसानी के साथ कार्यक्षमता के युग्मन इस डिवाइस नई डबल पायस अनुप्रयोगों के विकास के लिए एक आकर्षक विकल्प बनाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहाँ वर्णित डबल पायस पैदा ज्यामिति गिलास केशिका उपकरणों 8 की भौतिक विज्ञान की नकल करने के लिए बनाया गया है। इन में गठबंधन बेलनाकार गिलास केशिकाओं वर्दी डबल पायस बूंदों में sheared है कि एक तीन चरण समाक्…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम मात्रात्मक बायोसाइंसेज के लिए कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट (QB3), रोजर्स परिवार फाउंडेशन, निर्णायक बायोमेडिकल रिसर्च, बीएएसएफ से एक अनुदान के लिए UCSF / सैंडलर फाउंडेशन प्रोग्राम से ब्रिजिंग गैप पुरस्कार, और NSF के माध्यम से एक अनुसंधान पुरस्कार द्वारा समर्थित किया गया संकाय जल्दी कैरियर विकास (कैरियर) कार्यक्रम (DBI-1,253,293)।
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 |
Referências
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