콜로이드 입자의 자기 조립 과정을 통해 PDMS 미세 유체 칩의 하위 50 Nm의 나노 유체 접합 만들기
Summary
We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.
Abstract
폴리 디메틸 실록산 (PDMS)의 성형으로 인해 결합의 용이성뿐만 아니라 투명성 마이크로 유체 장치를 만드는 일반적인 건축 재료이다. 때문에 PDMS 재료의 부드러움, 그러나 나노 채널을 구축 PDMS를 사용하기 어려운 것이다. 채널 플라즈마 본딩시 쉽게 붕괴되는 경향이있다. 본 논문에서는 하위 50 개의 마이크로 사이에 기공 나노와 나노 유체 접합을 만들 수있는 실리카 콜로이드 나노 입자의 증발 중심의 자기 조립 방법을 제시한다. 기공 크기뿐만 아니라 나노 유체 접합 표면 전하 단순히 자기 조립 공정 전에 바이알 조립 미세 유동 장치의 외부 콜로이드 실리카 비드 크기 및 표면 작용을 변화시킴으로써 튜닝된다. 300 내지 500 나노 미터, 900 나노 미터의 비드 크기를 갖는 나노 입자의 자기 조립 (self-assembly)을 사용하여, 각각의 기공 (45) 내지 ~의 크기, ~ 75 nm이고, ~ 135 nm의 다공질 막을 제조하는 것이 가능했다. 전기에서알 전위 양이온 – 선택성 막으로서,이 나노 다공성 막을 개시 이온 농도 분극 (ICP) 작용을 15 분 이내에 ~ 1,700 배까지 농축하는 DNA. 이 아닌 나노 리소그래피 처리는 PDMS 마이크로 유체 칩 내부 이온 및 분자의 나노 전송 프로세스 연구를위한 가변 나노 유체 접합을 구축하기 위해 새로운 기회를 열어.
Introduction
10 2 나노 – Nanofluidics 10 (1)의 길이 규모에서 생물학적 과정 또는 이온의 수송 현상과 분자를 연구하는 μ의 TAS의 새로운 연구 영역 (마이크로 총 분석 시스템)입니다. 필요한 경우 이러한 나노 채널과 나노 유체 도구의 출현으로, 분자 및 이온의 수송 과정은 분리 및 검출이 길이 규모에서 사용할 수있는 기능을 이용하여, 전례없는 정밀도로 모니터링 및 조작 할 수 있습니다. 1, 2 분의 이러한 특성 나노 기능 전하 불균형을 일으켜 나노 채널 및 마이크로 채널 사이의 이온 농도 분극 (ICP)를 개시 할 수있는 나노 채널 벌크 전하 (또는 Dukhin 번호) 표면에 높은 비율이다. (3)
나노 유체 현상의 연구를위한 일반적인 장치 플랫폼은 접합 등의 나노 채널의 배열에 의해 연결된 두 개의 마이크로 시스템으로 구성되어 있습니다. 4-6 </sup> 이러한 나노 유체 장치를 구축하기위한 선택의 재료로 인해 접합 과정에서 붕괴 채널을 방지 높은 강성의 실리콘이다. 7 그러나, 실리콘 소자 제조 비싼 마스크와 클린 룸 시설에서 처리 상당한 양을 필요로한다. 8 때문에 성형 플라즈마 본딩, 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)을 통해 장치의 제조의 편의 10 널리 마이크로 유체 용 건축 재료로서 허용되었으며 그것뿐만 아니라 nanofluidics 이상적인 물질 일 수있다. 그러나, 낮은 영률 360-870 KPa가 주위 플라즈마 본딩 동안 PDMS 채널을 쉽게 접을 수있다. 나노 채널의 깊이는 100 nm의 아래해야 할 경우 표준 포토 리소그래피 기술을 통해 PDMS 소자의 제조는 채널 폭을 요구하는 매우 어려운 될 것이라는 것을 의미 1 : 나노 채널 (깊이와 넓이)의 최소 종횡비는 10 미만이어야 포토리스의 전류 한계 이하에서 약 1 μm의 ography. 이러한 한계를 극복하기 위해, 플라즈마 처리 후 78 내지 11 또는 형성하는 주름의 평균 깊이와 크랙을 개시 연신 비의 리소그래피 방법을 이용하여 PDMS의 나노 채널을 생성하기위한 시도가 있었다. (12)이 기계적 압력 PDMS 채널 수 붕괴 60 나노 미터의 낮은 나노 채널의 높이입니다. (13)
이러한 고도로 발명 비 리소그래피 방법 깊이 100nm로 이하 건물 나노 채널을 허용하더라도, 나노 채널 제작의 치수 제어 성이 여전히 나노 유체 장치 등의 건축 재료 PDMS의 광범위한 수용을 장애가된다. 나노 채널의 또 다른 중요한 문제는, 실리콘 또는 PDMS 여부에 이온 또는 분자의 조작에 대한 채널 벽면의 표면 전하를 변경할 필요가있는 경우에, 표면 기능화된다. 결합을 통해 장치 조립 후, 나노 채널은 매우 어렵다때문에 확산 제한 전송에 표면 기능화 도달. 높은 치수 정확도 및 용이 한 표면 기능화와 나노 스케일 채널을 생성하기 위해 마이크로 유체 소자에 증착 14-16에 의한 콜로이드 입자의 자기 조립 방법은 유망한 접근 방법 중 하나가 될 수있다. 기공 크기 및 표면 특성의 제어 외에, 튜닝 가능성은 온도 17의 pH, 18, 19 및 이온 세기를 조절함으로써 고분자 전해질로 코팅 된 콜로이드 입자를 사용하여 반응계 공극의 크기도있다.이 때문에 이러한 18 electrochromatography 20 바이오 센서 21 단백질 농도 22 마이크로 유체 단백질 및 DNA의 분리. 14,23 본 연구에 대한 장점, 콜로이드 입자의 자기 조립 방법은 아직 발견 애플리케이션, 우리는 구축이 자기 조립 방법을 배포 에서 동 전기 농축 장치이 마이크로 나노 유체 간의 접합을 필요 PDMS. 24 기적 농도 뒤에 기본적인 메커니즘은 이온 농도 분극 (ICP)에 기초한다. 제조 및 조립 단계 (25)의 상세한 설명은 다음의 프로토콜에 포함된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
nanofluidics을 연구 일반 기기 설계 방식에 따라, 우리는 나노 채널의 어레이를 패터닝하는 리소그래피 콜로이드 성 나노 입자의 증착 구동 자기 조립을 사용하는 대신 두 개의 미세 채널에서 나노 유체 사이의 접합을 제작. 비드 전달 채널, 700 nm의 깊이가 100 ㎛의 전체 폭에 비드 전달 채널의 양쪽에 2 ㎛의 폭 nanotraps의 배열 콜로이드 입자를 흐르는 경우에 흐르는 비드 현탁액을 방지 인해 nanotraps에…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH R21 EB008177-01A2 뉴욕 대학 아부 다비 (NYUAD) 연구 증진 기금 2013 년 우리는 미세 동안 그들의 지원을위한 MIT MTL의 기술 직원에 대한 우리의 감사를 표현하고 제임스 웨스턴과를위한 NYUAD의 니콜라스 Giakoumidis에 의해 지원되었다 SEM의 사진을 찍고 각각 전압 분배기를 구축을 지원합니다. PDMS의 디바이스 제조가 NYUAD의 미세 코어 시설에서 실시되었다. 마지막으로, 우리는 비디오 촬영 및 편집을위한 디지털 장학금 NYUAD 센터에서 레베카 Pittam에게 감사의 말씀을 전합니다.
Materials
| Poly(Styrenesulfonic Acid) Sodium Salt | Polysciences | 08772 | |
| Poly(allylamine) Solution | Sigma Aldrich | 479144-5G | |
| Silica Microsphere – 300 nm | Polysciences | 24321 | |
| Silica Microsphere – 500 nm | Polysciences | 24323 | |
| Silica Microsphere Carboxyl Functional – 500 nm | Polysciences | 24753 | |
| Silica Microsphere Amine Functional – 500 nm | Polysciences | 24756 | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer kit | Dow Corning | ||
| Trichlorosilane | Sigma Aldrich | 175552 | |
| Ultrasonic Cleaner | Branson | 3510 | |
| Tube Rotator | VWR | 10136-084 | |
| Vortex Mixer | WiseMix | VM-10 | |
| Microcentrifuge | VWR | Micro 1207 | |
| Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-001-HP | |
| PDMS Mixer | Thinky | ARE-250 | |
| Oven | Thermo Scientific | PR305220M | |
| Epi-fluorescence Microscope | Nikon | Eclipse Ti | |
| CCD Camera | Andor | Clara | |
| Platinum Electrodes | Alfa Aesar | 43014 | |
| Source Meter | Keithley | 2400 | |
| Digital Multimeter | Extech | 410 | |
| Microscopy Glass Slides | Thermo Scientific | 2951-001 | |
| Tween 20 | Merck Millipore | 822184 | |
| Sodium chloride | Fisher Scientific | 7646-14-5 | |
| Sodium phosphate monobasic | Sigma Aldrich | 71505 | |
| Sodium phosphate dibasic | Sigma Aldrich | S3264 | |
| DNA | IDT | CAA CCG ATG CCA CAT CAT TAG CTA C | |
| B-Phycoerythrin | Life Technologies | P-800 | |
| Dynamic light scattering system for Zeta Potential Measurement | Malvern | Zetasizer Nano S | |
| Photoresist | Shipley | SPR700-1.0 | |
| Projection lithography | Nikon | NSR2005i9 | |
| Reactive Ion Etcher | Applied Materials | AME P5000 | |
| ICP deep reactive ion etcher | STS | STS-6" | |
| Contact lithography | Electronic Visions | EV620 | |
| Photoresist Coater Developer | SSI | SSI 150 | |
| Non-contact surface profiler | Wyko | NT 9800 |
Referências
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