الإجراء معدني لينة لإنتاج أجهزة موائع جزيئية البلاستيك مع عرض-منافذ شفافة للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء
Summary
ويرد وصف بروتوكول لتصنيع أجهزة موائع جزيئية البلاستيك مع منافذ عرض شفافة لتصوير الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.
Abstract
الأشعة تحت الحمراء (IR) الطيف-الفحص المجهري للعينات البيولوجية الحية يعوق امتصاص المياه في حدود منتصف الأشعة تحت الحمراء، وعدم وجود أجهزة موائع جزيئية مناسبة. ويتجلى هنا، بروتوكولا لتصنيع أجهزة موائع جزيئية البلاستيكية، التي تستخدم فيها تقنيات معدني لينة لتضمين شفافة فلوريد الكالسيوم (CaF2) عرض المنافذ فيما يتصل بمراقبة الغرفة (ق). الأسلوب الذي يستند إلى نهجاً صب النسخ متماثلة، حيث أنتجت عن طريق إجراءات معدني القياسية العفن بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) وثم استخدامه كالقالب لإنتاج جهاز بلاستيك. ويتميز الجهاز البلاستيك الأشعة فوق البنفسجية/المرئية/الأشعة تحت الحمراء (الأشعة فوق البنفسجية/Vis/IR)–ويندوز شفافة مصنوعة من CaF2 للسماح للمراقبة المباشرة مع مرئية والضوء الأشعة تحت الحمراء. وتشمل مزايا الطريقة المقترحة: انخفاض حاجة إلى الوصول إلى منشأة الصغرى-تصنيع غرفة نظيفة، وعرض-منافذ متعددة، اتصال سهلة ومرنة لنظام ضخ خارجي عن طريق الجسم البلاستيك، ومرونة التصميم، مثلاً ، فتح/إغلاق القنوات التكوين، وإمكانية لإضافة ميزات متطورة مثل الأغشية نانوبوروس.
Introduction
وقد استخدمت على نطاق واسع الطيف-الفحص المجهري “فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء” (FTIR) كتقنية تصوير خالية من التسمية وغير الغازية لتوفير المعلومات الكيميائية المفصلة من عينة. وهذا يمكن استخراج المعلومات البيوكيميائية لدراسة كيمياء العينات البيولوجية، مع الحد أدنى من الإعداد منذ طيف امتصاص العينة يحمل بصمات الجوهرية في التركيبة الكيميائية1 , 2. في الآونة الأخيرة، فتير طبق متزايدة لدراسة عينات بيولوجية حية، مثلاً، الخلايا3. ومع ذلك، يظهر الماء، وهو وسيلة للخلايا الحية في معظم الحالات، امتصاص قوي في منطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء. حتى كطبقة رقيقة، تطغى وجودها يمكن تماما المعلومات الهيكلية الهامة للعينات.
لسنوات عديدة، كان تحديد نهج مشترك أو تجفيف العينات تماما استبعاد إشارة امتصاص المياه في الطيف. غير أن هذا النهج لا يسمح بقياسات الوقت الحقيقي على الخلايا الحية، هو أمر أساسي لدراسة تغيير التركيب الكيميائي والعمليات الخلوية مع مرور الوقت. طريقة واحدة للحصول على موثوقية امتصاص الأطياف من العينات البيولوجية الحية، الحد من طول المسار البصري الكلي في الأجل المتوسط شعاع الأشعة تحت الحمراء إلى أقل من 10 ميكرون4.
اتباع نهج راسخ في المعيشة تجارب الخلية قد تم حتى الآن، تخفيف انعكاس المجموع (ATR)-التصوير فتير، الذي يتيح لقياسات مستقلة عن سمك العينة، يسمح للخلايا أن تكون مستدامة في طبقة أكثر سمكا من المتوسطة مائي. ومع ذلك، يقيد عمق تغلغل الموجه زائل الصغيرة قياسات للعينات إلى فقط ميكرون القليلة الأولى من سطح الكريستال ATR5.
بدلاً من ذلك، قد تم التحايل على الحد امتصاص المياه مع ظهور نظم موائع جزيئية مختلفة، التي تصنف عموما إلى مجموعتين كبير: فتح قناة (واحدة من أسطح السوائل هي التي يتعرض فيها للغلاف الجوي) وإغلاق قناة (حيث اثنين من النوافذ الشفافة الأشعة تحت الحمراء مفصولة بفاصل مع سماكة محددة).
لوثيرباك et al. تطوير جهاز غشاء القناة المفتوحة التي تمكن طويلة الأجل مستمرة الأشعة تحت الحمراء القياسات من خلايا حية لمدة تصل إلى 7 أيام6. الأسلوب يتطلب ارتفاع نسبة الرطوبة في البيئة لمنع تبخر المتوسطة من سطح الخلية. النظام يعمل بشكل أفضل مع الخلايا التي تنمو طبيعيا في واجهات الهواء السائل، مثل الأنسجة الظهارية للجلد، والرئة، والعيون، أو الأغشية الحيوية الميكروبية7.
تكوين القناة المغلقة يهدف إلى خلق طبقة رقيقة، وموحدة بين اثنين من النوافذ الشفافة الأشعة تحت الحمراء الموازية، حيث يتم الاحتفاظ بالخلايا في وسائل الإعلام مائي. سمك هذا التجويف أن هذه إشارة امتصاص المياه أدناه التشبع. يمكن ثم طرح المياه الخلفية للحصول على الأطياف عينة الصحيحة. تستخدم معظم الطرق مغلقة-قناة بلاستيك فاصل يفصل بين اثنين من النوافذ لتشكيل دائرة سائل مربع للقطاعات3،،من89. ميزة هذا الأسلوب أنه يتطلب ميكروفابريكيشن؛ ومع ذلك، الهياكل التي أكثر تعقيداً من غرفة قياس مع قنوات لت والخروج صعبة للغاية لتحقيق في مباعدة رقيقة. وهناك أيضا مشكلة مع إمكانية تكرار نتائج طول المسار بين قياسات الأشعة تحت الحمراء بسبب اعتمادها على لقط الميكانيكية. من أجل تحقيق عنصر تحكم أكثر دقة من التباعد لعملية شراء طيف أكثر موثوقية، تم تنفيذ أساليب الطباعة الحجرية الضوئية لنمط مقاوم الضوء على رأس الركيزة الأشعة تحت الحمراء لتحديد فاصل9،10 , 11 , 12-على الرغم من أن هذا يجعل من الممكن لهياكل أكثر تعقيداً تعريف فاصل، الأسلوب يتطلب الوصول إلى مرفق ميكروفابريكيشن لإنتاج نمط على كل سفلية.
في هذه الورقة، نقدم تقنية بسيطة تصنيع جهاز موائع جزيئية المتوافقة مع الأشعة تحت الحمراء، بهدف الحد من تصنيع التكلفة ومتطلبات الوصول إلى منشأة ميكروفابريكيشن. الأسلوب قدم هنا (انظر الشكل 1) استخدامات عملية ثابتة تعرف باسم الطباعة الحجرية الناعمة. قوالب اثنين مطلوبة في هذه الحالة. القالب الأساسي مصنوع من رقاقة سيليكون 4 بوصة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية الطباعة حجرية عملية قياسية. العفن الثانوي هي متماثلة لها مصنوعة من PDMS، الذي قطبية معكوسة للنمط في قالب السليكون الأولية ويخدم كالقالب الرئيسي لتصنيع جهاز اللاحقة.
الجهاز يحتوي على طبقات منفصلة اثنين: طبقة أولى مع تخطيط موائع جزيئية (يتكون في القضية المعروضة من القناة موائع جزيئية، وفي السماح/خارج–اسمحوا، ودائرة مراقبة مع منفذ العرض2 CaF)، وطبقة ثانية مع (سطح مستو الذي يتألف من فقط منفذ العرض2 CaF).
هنا لاصق ضوئية الأشعة فوق البنفسجية، نورلاند الضوئية لاصقة 73 (NOA73، من الآن فصاعدا باختصار كنوا)، يستخدم لتشكيل البلاستيك الجسم الرئيسي للجهاز. وهناك العديد من المزايا لاستخدام هذا اللاصق الضوئية: تلفيق منخفضة التكلفة، وسهولة الاتصال بالأنظمة الخارجية وشفافية بصرية جيدة، اللزوجة منخفضة، والأهم من ذلك، توافق مع الحياة13. الكاف2 خيار مناسب كمنفذ العرض نظراً لتوافق مع الحياة و الأشعة تحت الحمراء-الشفافية الممتازة14.
مع هذا النهج الجديد، الوصول إلى مرفق ميكروفابريكيشن دقة مطلوبة فقط من أجل تصنيع القالب الأساسي. يمكن أن تنفذ عمليات التصنيع اللاحقة للجهاز موائع جزيئية البلاستيك في أي مختبر مزودة بمصدر للأشعة فوق البنفسجية-إضاءة.
Protocol
Representative Results
Discussion
من أجل تقييم وتحسين البروتوكول تلفيق، قمنا باستخدام تخطيط بسيط لنمط موائع جزيئية مع غرفة مستطيلة كبيرة (حجم 5 × 2.5 مم) مركز، ودائرتي مستطيلة صغيرة (حجم 5.5 مم x 0.75 مم) تفصل الدائرة الرئيسية في الطرفين العلوي والسفلي، و 300 ميكرون واسعة في–واسمحوا/الخروج-ليت القنوات. تستخدم الدائرة المركزية للبذ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب الاعتراف بامتنان MBI الدعم المالي.
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).
