Procedura litografica morbido per la produzione di dispositivi microfluidici plastica con vista-porte trasparente alla luce visibile e infrarossa
Summary
Un protocollo per la fabbricazione di dispositivi microfluidici plastica con trasparente vista-porte per l’imaging di luce visibile e dell’infrarosso è descritto.
Abstract
Infrarossi (IR) spectro-microscopia di campioni biologici viventi è ostacolata dall’assorbimento di acqua nella gamma metà-IR e dalla mancanza di dispositivi microfluidici adatto. Qui, un protocollo per la fabbricazione di dispositivi microfluidici plastica è dimostrato, dove tecniche litografiche morbidi sono utilizzati per incorporare trasparente fluoruro di calcio (CaF2) vista-Port in relazione camera di osservazione. Il metodo si basa su un approccio di colata di replica, dove uno stampo di polidimetilsilossano (PDMS) è prodotta attraverso procedure standard litografiche e quindi utilizzato come modello per la produzione di un dispositivo di plastica. Il dispositivo di plastica dispone di ultravioletto/visibile/infrarosso (UV/Vis/IR) – finestre trasparenti composta CaF2 per consentire l’osservazione diretta con visibile e IR luce. I vantaggi del metodo proposto sono: una minore necessità di accedere a una struttura di micro-fabbricazione di camera pulita, vista-porte multiple, una connessione facile e versatile per un sistema di pompaggio esterno attraverso il corpo di plastica, flessibilità del design, es. , aperto/chiuso la configurazione di canali e la possibilità di aggiungere funzionalità sofisticate come membrane nanoporose.
Introduction
Fourier Transform Infrared Spectro-microscopia (FTIR) è stata ampiamente utilizzata come una tecnica di imaging non invasivo e privo di etichetta di fornire informazioni dettagliate chimiche di un campione. Ciò consente l’estrazione di informazioni biochimiche per lo studio della chimica dei campioni biologici, con un importo minimo di preparazione poiché lo spettro di assorbimento del campione trasporta le impronte intrinseche della sua composizione chimica1 , 2. recentemente, FTIR è stata sempre più applicata allo studio di campioni biologici dal vivo, per esempio, cellule3. Tuttavia, acqua, che è il mezzo per le cellule viventi nella maggior parte dei casi, Mostra una forte capacità di assorbimento nella regione mid-IR. Anche come strato sottile, la sua presenza può sopraffare completamente l’informazione strutturale importante degli esemplari.
Per molti anni, l’approccio comune era di fissaggio o essiccazione campioni per escludere completamente il segnale di assorbimento di acqua nello spettro. Tuttavia, questo approccio non consente per misurazioni in tempo reale su cellule viventi, che è essenziale per studiare il cambiamento della loro composizione chimica e processi cellulari con il tempo. Un modo per ottenere spettri di assorbimento affidabili da campioni biologici dal vivo, è quello di limitare la lunghezza totale del percorso ottico nel mezzo del fascio IR a meno di 10 µm4.
Un approccio ben consolidato nella vita esperimenti cellulari è stato finora, riflessione totale attenuata (ATR)-imaging FTIR, che permette di eseguire misure indipendenti dello spessore del campione, consentendo alle cellule di essere sostenuta in uno strato più spesso di mezzo acquoso. Tuttavia, la piccola profondità di penetrazione dell’onda evanescente limita misurazioni di campioni a solo il primo pochi micron dalla superficie del cristallo ATR5.
In alternativa, il limite di assorbimento di acqua è stato aggirato con l’emergere di vari sistemi microfluidici, che generalmente sono classificati in due grandi gruppi: aprire il canale (dove una delle superfici fluide è esposto all’atmosfera) e chiuso canale (dove due finestre IR-trasparenti sono separati da un distanziatore con uno spessore definito).
Loutherback et al ha sviluppato un dispositivo di aprire-canale di membrana che consente a lungo termine IR misurazioni continue di cellule vive per fino a 7 giorni6. Il metodo richiede elevata umidità nell’ambiente per evitare l’evaporazione del fluido dalla superficie delle cellule. Il sistema funziona meglio con le cellule che crescono naturalmente alle interfacce aria-liquido, come ad esempio tessuti epiteliali della pelle, del polmone e gli occhi o biofilm microbici7.
Una configurazione del canale chiuso mira a creare uno strato uniforme e sottile tra due finestre IR-trasparente paralleli, dove le cellule sono mantenute nella loro mezzi acquosi. Lo spessore di questa cavità è tale che il segnale di assorbimento di acqua è inferiore a saturazione. Priorità bassa dell’acqua possa poi essere sottratti per ottenere gli spettri del campione corretto. La maggior parte dei metodi canale chiuso utilizzano un distanziale in plastica che separa le due finestre per formare un alloggiamento liquido smontabile3,8,9. Un vantaggio di questo metodo è che non necessita di microfabbricazione; Tuttavia, le strutture che sono più complesse di una camera di misura con canali nel e out let sono estremamente difficili da realizzare nel distanziale sottile. C’è anche un problema con la riproducibilità della lunghezza percorso tra misure IR a causa della sua dipendenza dal bloccaggio meccanico. Al fine di ottenere un controllo più preciso della spaziatura per un’acquisizione di spettro più affidabile, metodi di litografia ottica sono state implementate per modello photoresist sopra il substrato di IR per definire il distanziatore9,10 , 11 , 12. anche se questo rende possibile per strutture più complesse da definire il distanziale, il metodo richiede l’accesso ad un impianto di microfabbricazione per produrre il modello su ogni substrato.
In questa carta, presentiamo una tecnica di semplice montaggio di un dispositivo microfluidico IR-compatibile, con l’obiettivo di ridurre il costo di fabbricazione e la richiesta di accesso a una struttura di microfabbricazione. Il metodo presentato qui (Vedi Figura 1) usi un processo consolidato, noto come litografia soft. In questo caso sono necessari due stampi. La muffa primaria è fatta da un wafer di silicio da 4 pollici utilizzando un processo di litografia UV standard. Lo stampo secondario è la replica di PDMS, che ha una polarità invertita del modello nello stampo silicio primario e serve come lo stampo master per la fabbricazione di dispositivi successivi.
Il dispositivo ha due strati separati: un primo strato con il layout di microfluidica (che nel caso presentato è costituito il canale di microfluidica, in-let/out-let e una camera di osservazione con una finestra di2 CaF) e un secondo strato con una superficie piana ( che consiste di soltanto una finestra di2 CaF).
Qui un adesivo ottico UV-curable, Norland ottico adesivo 73 (NOA73, abbreviato come NOA, d’ora in poi), viene utilizzato per formare il corpo di plastica principale del dispositivo. Esistono numerosi vantaggi dell’utilizzo di questo adesivo ottico: fabbricazione di basso costo, facilità di connessione a sistemi esterni, buona trasparenza ottica, bassa viscosità e la cosa più importante, biocompatibilità13. CaF2 è una scelta adatta come il riquadro di visualizzazione grazie alla sua biocompatibilità ed eccellente trasparenza IR14.
Con questo nuovo approccio, l’accesso ad un impianto di microfabbricazione è strettamente necessaria solo per la fabbricazione dello stampo primario. Processi di lavorazione successivi per il dispositivo microfluidico plastica possono essere effettuati in qualsiasi laboratorio attrezzato con una fonte di illuminazione UV.
Protocol
Representative Results
Discussion
Al fine di valutare e ottimizzare il protocollo di fabbricazione, abbiamo usato un layout semplice per il modello di microfluidica con una grande camera rettangolare (dimensioni 5 x 2,5 mm) al centro, due piccole camere rettangolari (dimensioni 5,5 x 0,75 mm) separato dal circuito principale sulla i lati superiori e inferiore e 300 µm ampia in-let/out-let canali. La camera centrale è utilizzata per la semina e osservazione delle cellule, mentre le due camere più piccole separate sono utilizzate per misurare lo sfondo …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno finanziario di MBI.
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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