ビュー ポートの可視光と赤外線を透明なプラスチックのマイクロ流体デバイスを製造するためソフト平版のプロシージャ
Summary
可視・赤外光イメージングのための透明なビュー ポートを持つプラスチック製マイクロ流体デバイス作製のためのプロトコルを説明します。
Abstract
中赤外範囲で水の吸収によって、適切なマイクロ流体デバイスの欠如によって、生きている生物試料の赤外線 (IR) 分光顕微鏡は妨げられます。ここでは、プラスチック製マイクロ流体デバイス作製のためのプロトコルは、示されて柔らかい線描画法は観測 chamber(s) に関連して透明なフッ化カルシウム (CaF2) ビュー ポートを埋め込むため。メソッドは、ポリジメチルシロキサン (PDMS) 金型は平版の標準の手順で生成されるプラスチック製のデバイスを生成するテンプレートとして使用し、レプリカ鋳造アプローチに基づいています。プラスチックの特長は、紫外・可視・赤外 (UV、IR、Vi) – 表示 CaF2直接観察を可能にするのには、透明な窓と IR 光。提案手法の利点があります: プラスチック製のボディは、設計の柔軟性を介してクリーン ルーム微細加工施設、複数のビュー ポート、外部ポンプ システムに簡単かつ汎用性の高い接続にアクセスする必要性の減少など、オープン/クローズ チャンネル構成、およびナノポーラス膜など高度な機能を追加する可能性。
Introduction
フーリエ変換赤外分光顕微鏡 (FTIR) は、サンプルの詳細な化学物質情報を提供する無料のラベル、非侵襲的イメージング手法として広く利用されています。これにより、試料の吸収スペクトルはその化学組成1の固有の指紋を運ぶので準備の最小量の試料の化学を勉強する生化学的情報の抽出,2。 近年、FTIR はますますライブの生体試料、例えば、セル3の研究に応用されています。ただし、ほとんどの場合生きている細胞用培地である水は、中赤外領域で強力な吸光度を示しています。薄層としてもその存在は完全に標本の重要な構造情報を圧倒できます。
長年にわたって共通のアプローチは修正またはスペクトルの水吸収信号を完全に除外するサンプルを乾燥します。ただし、このアプローチはできません生きている細胞をリアルタイムに測定するための化学組成と時間細胞プロセスの変化を研究する必要が。ライブの生体試料から信頼性の吸収スペクトルを取得する 1 つの方法は、未満 10 μ m4赤外線ビームの中で光パスの長さを制限することです。
リビングで確立されたアプローチ細胞実験はこれまで、全反射の減衰 (ATR) をされている-FTIR イメージングは、独立した水溶液の厚い層で維持されるべき細胞をできるように、試料の厚さ測定が可能します。しかし、小さなエバネッ セント波の侵入深さは ATR 結晶5の表面からわずか最初の数ミクロンにサンプルの測定を制限します。
また、水吸収制限は各種のマイクロ流体システムを 2 つの大きなグループに一般に分類されるの出現と回避されています: (流体の表面の 1 つがさらされている雰囲気に) チャネルのオープンし、クローズチャネル (場所 2 つの IR 透明窓で区切らスペーサー定義された厚さ)。
Loutherbackらは、長い用語連続 IR 測定可能最大 7 日6の生きているセルのオープン チャネル膜デバイスを開発しました。メソッドには、細胞表面から中の蒸発を防ぐために環境の高湿度が必要です。システムは、当然のことながら皮膚、肺、目、または微生物バイオ フィルム7の上皮組織などの気液界面の成長細胞に最適です。
閉じたチャネル構成は、水溶液中での細胞の保管場所、2 つの並列 IR 透明ウィンドウ間の均一で薄いレイヤーを作成を目指しています。この空洞の厚さは、水吸収信号が飽和ようです。正しいサンプル スペクトルを取得する水の背景を減算してすることができます。閉じたチャネル メソッドのほとんどは、脱着液室3,8,9を形成する 2 つのウィンドウを分離するプラスチック製スペーサーを利用します。この方法の利点は、微細加工には不要ただし、チャンネルで- とアウト-let の測定チャンバーよりも複雑な構造は薄いスペーサーで実現するために非常に困難です。機械的クランプへの依存のための IR 測定間のパス長の再現性のある問題もあります。スペーサー9,10を定義する IR 基板上にフォトレジストをパターンに実装された光リソグラフィのメソッドより信頼性の高い周波数獲得への間隔のより正確な制御を達成するために,11,12します。 メソッドがすべての基板上のパターンを生成する微細加工施設へのアクセスを必要とするにもかかわらず、これにより、スペーサーで定義される複雑な構造。
製造コストを削減することを目的と微細加工施設にアクセスする要件、IR 互換マイクロ流体デバイスの作製を提案する.メソッド紹介 (図 1参照) を使用してソフト ・ リソグラフィーと呼ばれる確立されたプロセス。この場合、2 つの金型が必要です。主な金型は、標準的な UV リソグラフィ プロセスを使用して 4 インチ シリコンウェーハから作られます。二次型はプライマリ シリコンモールドのパターンの逆極性があり、次回デバイス作製用マスター型として機能する PDMS 製のレプリカであります。
デバイスに 2 つの層がある: (提示の場合とで構成されるマイクロ流路で聞かせて/アウト ・ レット、CaF2ビューポートと観測室) マイクロ レイアウトを持つ最初の層および平らな表面 (2 番目の層成っている CaF2ビューポートのみ)。
ここでデバイスの主なプラスチック製のボディを形成する UV 硬化型光学接着剤、ノーランド光学接着剤 73 (NOA73、今後 NOA と略す) が使用されます。この光学接着剤を使用していくつかの利点がある: 低コスト、外部システム、良い光の透過性、低粘度、および最も重要なは、生体適合性13への接続の容易さ。CaF2は性生体適合性に優れた IR 透明14ビューポートとしては適切な選択です。
この新しいアプローチでは、微細加工施設へのアクセスは、主な金型の作製のみ厳密に必須です。プラスチック製マイクロ流体デバイスの後の製造プロセスは、UV 光源を装備、研究室で実施ことができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
主回路から分離センター、2 つの小さい長方形部屋 (5.5 mm × 0.75 mm サイズ) で大きい長方形室 (5 × 2.5 mm サイズ) をマイクロ パターンの単純なレイアウトを用いて評価、製造プロトコルを最適化するために、上部と下部の側面と 300 μ m 幅で-聞かせて/アウト-let チャンネル。中央の部屋はシーディングに使用され、前文書13で説明したように、FTIR の中に空気のバック グラウン?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者はありがたく MBI 金融サポートを認めます。
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).
