Weichen lithografischen Verfahren zur Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräte mit Ansicht-Ports für sichtbaren und infraroten Licht durchlässig
Summary
Ein Protokoll für die Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräten mit transparenten Blick-Ports für die sichtbaren und infraroten Licht Bildgebung wird beschrieben.
Abstract
Infrarot (IR) Spectro-Mikroskopie von lebenden biologischen Proben wird durch die Absorption von Wasser in die Mitte der IR-Bereich und durch den Mangel an geeigneten mikrofluidischen Geräten behindert. Hier, ein Protokoll für die Herstellung von Kunststoff mikrofluidischen Geräten gezeigt hat, wo weiche lithographische Techniken werden verwendet, um transparente Calciumfluorid (CaF2) Ansicht-Häfen im Zusammenhang mit Beobachtung Kammer(n) einbetten. Die Methode basiert auf einem Replikat Casting Ansatz, wo ein Polydimethylsiloxan (PDMS) Schimmel durch lithographische Standardverfahren hergestellt und dann als Vorlage verwendet, um ein Kunststoff-Gerät zu produzieren. Das Kunststoff-Gerät verfügt über Ultraviolett/sichtbar/Infrarot (UV/Vis/IR) – transparente Fenster von CaF2 ermöglicht die direkte Beobachtung mit sichtbar gemacht und IR-Licht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Methode: eine geringere Notwendigkeit, den Zugriff auf einen Reinraum Mikro-Fertigungsanlage, mehrere Anzeigen-Ports, eine einfache und vielseitige Verbindung zu einem externen Pumpen System durch die Kunststoff-Körper, Flexibilität des Designs, z.B. , offene/geschlossene Kanäle Konfiguration und die Möglichkeit, anspruchsvolle Features wie z. B. nanoporöse Membranen.
Introduction
Fourier transformieren Infrarot-Spectro-Mikroskopie (FTIR) wurde als Label-frei und nicht-invasive bildgebende Technik, detaillierte chemische Informationen einer Probe ausgiebig genutzt. Dies ermöglicht die Gewinnung von biochemischen Informationen zum Studium der Chemie von biologischen Proben, mit einem Minimum an Vorbereitung, da das Absorptionsspektrum der Probe die intrinsische Fingerabdrücke von seiner chemischen Zusammensetzung1 trägt , 2. vor kurzem FTIR zunehmend auf die Studie von live biologischen Proben, z.B., Zellen3angewendet wurde. Wasser, das das Medium für lebende Zellen in den meisten Fällen ist, zeigt jedoch eine starke Absorption in der mid-IR-Region. Sogar als eine dünne Schicht kann seine Präsenz wichtige strukturellen Informationen der Proben völlig überfordern.
Seit vielen Jahren war das gemeinsame Vorgehen Befestigung oder Trocknung von Proben um die Wasser-Absorption-Signal im Spektrum vollständig auszuschließen. Jedoch erlaubt dieser Ansatz nicht für Echtzeit-Messungen an lebenden Zellen, die ist wichtig, die Veränderung der chemischen Zusammensetzung und zelluläre Prozesse mit der Zeit zu studieren. Eine Möglichkeit, zuverlässige Absorptionsspektren von live biologischen Proben zu erhalten ist, die insgesamt optische Weglänge im Medium von den IR-Strahl auf weniger als 10 µm4zu begrenzen.
Ein etablierter Ansatz in lebenden Zelle Experimente wurde so weit abgeschwächt totale Reflexion (ATR)-FTIR Bildgebung ermöglicht Messungen unabhängig von der Probendicke, so dass Zellen in einer dickeren Schicht der wässrigen Medium aufrechterhalten werden. Allerdings schränkt die geringe Tiefe des Durchgriffes der evaneszenten Welle Messungen von Proben, nur die ersten paar Mikrometer von der Oberfläche des ATR-Kristall-5.
Alternativ hat Wasser Absorption Einschränkung umgangen wurde, mit dem Aufkommen von verschiedenen mikrofluidischen Systemen, die in der Regel in zwei große Gruppen eingeteilt werden: Kanal (wo eine der flüssigen Oberflächen ausgesetzt ist die Atmosphäre) offen und geschlossen Kanal (wo zwei IR-transparenten Fenster durch einen Abstandhalter mit definierter Dicke getrennt sind).
Loutherback Et Al. entwickelt eine Gerinneabfluss Membran-Gerät, die lange Begriff IR Dauermessungen von lebenden Zellen für bis zu 7 Tage6ermöglicht. Diese Methode erfordert hohen Luftfeuchtigkeit in der Umgebung um Verdunstung des Mediums von der Zelloberfläche zu verhindern. Das System funktioniert am besten mit Zellen, die natürlich an Luft-Flüssigkeit Schnittstellen, wie z. B. epithelialen Geweben der Haut, Lunge und Augen oder mikrobielle Biofilme7wachsen.
Geschlossen-Kanalkonfiguration zielt auf eine gleichmäßige, dünne Schicht zwischen zwei parallele IR-transparenten Fenstern, wo Zellen in ihrer wässrigen Medien verwaltet werden. Die Dicke dieser Hohlraum ist derart, dass das Wasser Absorption Signal unter Sättigung. Wasser-Hintergrund kann dann abgezogen werden, um die richtige Probe Spektren zu erhalten. Die meisten Methoden, geschlossen-Kanal nutzen ein Kunststoff Distanzstück trennt die beiden Fenster um einen abnehmbaren Flüssigkeitskammer3,8,9zu bilden. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass es keine Microfabrication erfordert; Strukturen, die komplexer als eine Messkammer mit bei und out – let Kanäle sind jedoch äußerst schwierig, in den dünnen Abstandhalter zu realisieren. Es gibt auch ein Problem mit der Reproduzierbarkeit der Weglänge zwischen IR-Messungen wegen seiner Abhängigkeit von mechanische Klemmung. Um eine präzisere Steuerung der Abstand für eine zuverlässigere Spektrum Erwerb zu erreichen, wurden optische Lithografie Methoden zu Muster Photoresist auf das IR-Substrat zu definieren, die Abstandhalter9,10 umgesetzt , 11 , 12. obwohl dies es möglich für komplexere Strukturen in der Abstandhalter definiert werden macht, die Methode erfordert Zugang zu einem Microfabrication Einrichtung, das Muster auf jedem Untergrund zu produzieren.
In diesem Beitrag präsentieren wir eine einfache Herstellung Technik, ein IR-kompatiblen mikrofluidischen Gerät, mit dem Ziel, die Herstellung, die Kosten zu reduzieren und die Anforderung für den Zugriff auf eine Microfabrication Anlage. Die Methode hier vorgestellt (siehe Abbildung 1) nutzt einen etablierteren Prozess bekannt als weiche Lithographie. Zwei Formen sind in diesem Fall erforderlich. Die primäre Form besteht aus einem 4-Zoll-Silizium-Wafer mit einer standard UV-Lithographie-Prozess. Die sekundäre Form ist seine Replik des PDMS, die hat eine umgekehrten Polarität des Musters in der primären Form von Silizium und dient als der master-Form für die nachfolgenden Geräte Fertigung.
Das Gerät verfügt über zwei separate Ebenen: eine erste Schicht mit dem mikrofluidische Layout (was im vorliegenden Fall besteht aus der Mikrofluidik-Kanal, in-lassen/Out-lassen und eine Beobachtung Kammer mit einem CaF2 Ansichtsfenster) und eine zweite Schicht mit einer flachen Oberfläche ( bestehend aus nur einem CaF2 Ansichtsfenster).
Hier wird optische UV-härtender Klebstoff, Norland optische Klebstoff 73 (NOA73, fortan als “NOA” abgekürzt), verwendet, um die wichtigsten Kunststoff-Körper des Geräts zu bilden. Es gibt mehrere Vorteile bei der Verwendung dieser optischen Kleber: niedrige Herstellung Kosten, einfache Anbindung an Fremdsysteme, gute optische Transparenz, niedrige Viskosität, und vor allem Biokompatibilität13. CaF2 ist eine geeignete Wahl als das Ansichtsfenster aufgrund seiner Biokompatibilität und hervorragende IR-Transparenz-14.
Mit diesem neuen Konzept ist Zugang zu einem Microfabrication Einrichtung nur für die Herstellung der primären Form unbedingt erforderlich. Nachfolgende Fertigungsprozesse für Kunststoff mikrofluidischen Gerät können in jedem Labor ausgestattet mit einer UV-Lichtquelle erfolgen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Um bewerten und optimieren die Fertigung Protokoll, wir verwendet ein einfaches Layout für das mikrofluidischen Muster mit einer großen rechteckigen Kammer (5 x 2,5 mm Größe) in der Mitte, zwei kleine rechteckige Kammern (5,5 x 0,75 mm Größe) von den Hauptstromkreis getrennt auf der Ober-und Unterseite und 300 µm Breite in-lassen/out-let Kanäle. Die zentrale Kammer dient für die Aussaat und Beobachtung der Zellen, während die zwei getrennten kleineren Kammern verwendet werden, um die Luft Hintergrund während F…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen dankbar MBI finanziellen Unterstützung.
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
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