Мягкие литографических процедура для производства пластиковых Microfluidic устройства с видом портами прозрачно для видимого и инфракрасного света
Summary
Протокол для изготовления пластиковых microfluidic приборы с прозрачный вид портами для видимого и инфракрасного света изображений описан.
Abstract
Инфракрасный (ИК) spectro микроскопия живых биологических образцов препятствует путем поглощения воды в середине ИК-диапазоне и отсутствием подходящих microfluidic приборы. Здесь, свидетельствует протокол для изготовления пластиковых microfluidic приборы, где мягкие литографические техники используются для внедрения прозрачной Фторид кальция (2СПП) вид портов в связи с chamber(s) наблюдения. Метод основан на реплики литья подходе, где плесень полидиметилсилоксан (PDMS) производится через стандартные литографических процедурам и затем используется как шаблон для производства пластиковых устройства. Пластиковый устройство особенности ультрафиолетовой и видимой/инфракрасного (УФ/ИК/Vis) – прозрачные окна, изготовленные из2 СПП для непосредственного наблюдения с видимой и ИК свет. Преимущества предложенного метода включают: сокращение потребности для доступа объекта микро изготовление чистой комнаты, несколько вид портов, простой и универсальный подключение к внешней системе накачки через пластиковый корпус, гибкость дизайна, например , открытые/закрытые каналы конфигурации и возможность добавлять сложные функции, такие как нанопористого мембраны.
Introduction
Преобразование Фурье ИК спектральных микроскопия (FTIR) широко использовались в качестве метки свободно и неинвазивные изображений технике предоставлять подробную информации о химических образца. Это позволяет извлечения биохимических информации для изучения химии биологических образцов, с минимальным количеством препарата, так как спектр поглощения образца осуществляет внутренние отпечатки пальцев его химический состав1 , 2. Недавно, к изучению живых биологических образцов, например, клетки3чаще применялся FTIR. Однако вода, которая является средством для живых клеток в большинстве случаев, показывает сильное поглощение в регионе середине IR. Даже как тонким слоем его присутствие можно полностью подавить важную структурную информацию образцов.
На протяжении многих лет общий подход фиксации или сушки образцы полностью исключить сигнала поглощения воды в спектре. Однако этот подход не позволяет для измерений в режиме реального времени на живые клетки, который необходим для изучения изменения их химического состава и клеточных процессов с течением времени. Одним из способов получения надежных спектров поглощения от живых биологических образцов, является ограничение длины всего оптического пути в средне-и ИК луча до менее 10 мкм4.
Устоявшихся подход в живых клеток экспериментов был так далеко, ослабленных общее отражение (ATR)-FTIR изображений, что позволяет измерения независимо от толщины образца, позволяя клеток в толще слой водной среды. Однако небольшой глубины проникновения затухающих волны ограничивает измерений образцов только первые несколько мкм от поверхности кристалла ATR5.
Кроме того, ограничение поглощения воды было обойти с появлением различных microfluidic систем, которые обычно подразделяются на две большие группы: открыть канал (где один из поверхности жидкости подвергается воздействию атмосферы) и закрытые канал (где два ИК прозрачные окна разделены заполнитель с определенной толщины).
Loutherback et al. разработали открытый канал мембраны устройство, которое позволяет долго срок непрерывного измерения ИК живых клеток до 7 дней6. Этот метод требует высокой влажности окружающей среды для предотвращения испарения среды от поверхности клетки. Система работает лучше всего с клетками, которые естественно растут на воздух жидкости интерфейсы, такие как эпителиальных тканей кожи, легких и глаза или микробные биоплёнки7.
Закрыт канальная конфигурация стремится создать единый, тонкий слой между двух параллельных ИК прозрачные окна, где клетки поддерживаются в их водной. Толщина этой полости такова, что сигнала поглощения воды меньше насыщенности. Воды фон можно затем вычитается для получения спектров правильный пример. Большинство методов закрыт канал использовать пластмассовую дистанционную распорку, разделяющей два окна сформировать съемной жидкости камерные3,8,9. Преимуществом этого метода является, что она не требует микротехнологий; Однако структуры, которые являются более сложными, чем измерительную камеру с in – и вне – let каналы являются крайне трудно реализовать в тонкие прокладки. Существует также проблема с Воспроизводимость длины пути между ИК измерений из-за его зависимость от механического зажима. Для того, чтобы добиться более точного контроля интервалы для получения более надежных спектра, были реализованы методы оптической литографии, чтобы шаблон фоторезиста на вершине ИК субстрат для определения распорку9,10 , 11 , 12. даже несмотря на то, что это делает его возможным для более сложных структур должен быть определен в распорку, метод требует доступ к Фонду микротехнологий производить узор на каждый субстрата.
В этой статье мы представляем простой изготовление техника microfluidic ИК совместимые устройства, с целью снижения стоимости изготовления и требование доступа к микротехнологий объекта. Метод здесь представлены (см. рис. 1) использует установленные процесс, известный как мягкие литографии. В этом случае требуются две формы. Основная форма производится из 4-дюймовый кремниевой пластины с помощью стандартного процесса УФ литографии. Вторичные формы является его реплики из PDMS, который имеет обратной полярности шаблона формы первичного кремния и служит мастер формы для изготовления последующих устройства.
Устройство имеет два отдельных слоя: первый слой с макетом microfluidic (которая в представленном случае состоит из microfluidic канала, в пусть/out пусть и камеры наблюдения с видовой экран2 СПП) и второй слой с плоской поверхности ( который состоит из только на видовом экране2 CaF).
Здесь УФ отверждаемыми оптических клей, Норланд оптических клей 73 (NOA73, сокращенно NOA отныне), используется для формирования основной пластиковый корпус устройства. Существует несколько преимуществ использования оптических клей: стоимость низкая изготовление, простота подключения к внешним системам, хорошая Оптическая прозрачность, низкой вязкости и самое главное, биосовместимость13. CaF2 является подходящим выбором как просмотра благодаря биосовместимость и отличные ИК прозрачность14.
С этот новый подход строго требуется доступ к микротехнологий объекта только для изготовления первичной формы. Процессы последующего изготовления пластиковых microfluidic устройства может осуществляться в любой лаборатории, оснащенной источником УФ освещения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для того, чтобы оценивать и оптимизировать протокол изготовления, мы использовали простой макет для microfluidic шаблона с большой прямоугольной камерой (5 x 2,5 мм размер) в центре, два небольших прямоугольных камер (5,5 x 0,75 мм размер) отделена от главной цепи Верхняя и нижняя стороны и 300 мкм шир?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы с благодарностью признаем MBI финансовой поддержки.
Materials
| Chemical | |||
| Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane 97% | Sigma Aldrich | 448931-10G | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Polydimethylsiloxane or in short, PDMS | |
| Norland Optical Adhesive 73 | Norland Products Inc. | 7304 | |
| SU8 3010 photoresist | MicroChem | Y311060 | |
| SU8 developer | MicroChem | Y020100 | |
| Material | |||
| Silicon wafer, 4 inch, prime grade | Bonda Technology Pte Ltd | ||
| CaF2 IR-grade windows | Crystran, UK | CAFP10-1 | 10 mm diameter, 1 mm thickness |
| Acrylic templates | Custom made | ||
| Equipment | |||
| UV-KUB 2 (UV LED exposure system) | KLOE | Emission spectrum 365nm ± 5nm | |
| Newport UV lamp | Newport | Model 66902 | 50-500 Watt Hg arc lamp |
| CEE Spin coater | Brewer Science | Model 200x | |
| MJB4 mask aligner | SUSS MicroTec | ||
| Precision digital hot plate | Harry Gestigkeit GmbH | 2860SR | |
| Plasma Surface Technology | Diener Electronic GmbH + Co. KG | For O2 plasma treatment | |
| IDP-3 Dry Scroll Vacuum Pump | Agilent Technologies | ultimate pressure 3.3 x 10-1 mbar | |
| Bruker IFS 66v/s FTIR Spectrometer | Bruker |
Referências
- Holman, H. -. Y. N., et al. Synchrotron infrared spectromicroscopy as a novel bioanalytical microprobe for individual living cells: cytotoxicity considerations. BIOMEDO. 7 (3), 417-424 (2002).
- Liu, K. Z., Xu, M., Scott, D. A. Biomolecular characterisation of leucocytes by infrared spectroscopy. Br J Haematol. 136 (5), 713-722 (2007).
- Moss, D. A., Keese, M., Pepperkok, R. IR microspectroscopy of live cells. Vibrational Spectroscopy. 38 (1-2), 185-191 (2005).
- Rahmelow, K., Hubner, W. Infrared Spectroscopy in Aqueous Solution: Difficulties and Accuracy of Water Subtraction. Appl Spectrosc. 51 (2), 160-170 (1997).
- Kazarian, S. G., Chan, K. L. ATR-FTIR spectroscopic imaging: recent advances and applications to biological systems. Analyst. 138 (7), 1940-1951 (2013).
- Loutherback, K., Chen, L., Holman, H. Y. Open-channel microfluidic membrane device for long-term FT-IR spectromicroscopy of live adherent cells. Anal Chem. 87 (9), 4601-4606 (2015).
- Loutherback, K., Birarda, G., Chen, L., Holman, H. -. Y. Microfluidic approaches to synchrotron radiation-based Fourier transform infrared (SR-FTIR) spectral microscopy of living biosystems. Protein Pept Lett. 23 (3), 273-282 (2016).
- Dousseau, F., Therrien, M., Pézolet, M. On the Spectral Subtraction of Water from the FT-IR Spectra of Aqueous Solutions of Proteins. Appl Spectrosc. 43 (3), 538-542 (1989).
- Tobin, M. J., et al. FTIR spectroscopy of single live cells in aqueous media by synchrotron IR microscopy using microfabricated sample holders. Vibrational Spectroscopy. 53 (1), 34-38 (2010).
- Birarda, G., et al. Infrared microspectroscopy of biochemical response of living cells in microfabricated devices. Vibrational Spectroscopy. 53 (1), 6-11 (2010).
- Vaccari, L., Birarda, G., Businaro, L., Pacor, S., Grenci, G. Infrared microspectroscopy of live cells in microfluidic devices (MD-IRMS): toward a powerful label-free cell-based assay. Anal Chem. 84 (11), 4768-4775 (2012).
- Mitri, E., et al. SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR microspectroscopy of live cells. Lab Chip. 14 (1), 210-218 (2014).
- Birarda, G., et al. IR-Live: fabrication of a low-cost plastic microfluidic device for infrared spectromicroscopy of living cells. Lab Chip. 16 (9), 1644-1651 (2016).
- Wehbe, K., Filik, J., Frogley, M. D., Cinque, G. The effect of optical substrates on micro-FTIR analysis of single mammalian cells. Anal Bioanal Chem. 405 (4), 1311-1324 (2013).
- Helmut, S., et al. Controlled co-evaporation of silanes for nanoimprint stamps. Nanotechnology. 16 (5), 171 (2005).
- Loewen, E. G., Popov, E. . Diffraction Gratings and Applications. , (1997).
- . Technical Note: Optical Materials Available from: https://www.newport.com/n/optical-materials (2017)
- Cai, D., Neyer, A., Kuckuk, R., Heise, H. M. Raman, mid-infrared, near-infrared and ultraviolet-visible spectroscopy of PDMS silicone rubber for characterization of polymer optical waveguide materials. J Mol Struc. 976 (1-3), 274-281 (2010).
