Procedimento litográfico macio para a produção de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes à luz visível e infravermelho
Summary
É descrito um protocolo para a fabricação de dispositivos microfluídicos plástico com vista-portas transparentes para a imagem latente de luz visível e infravermelho.
Abstract
Infravermelho (IR) spectro-microscopia de amostras biológicas vivas é dificultada pela absorção de água na faixa de meados-IR e pela falta de dispositivos microfluídicos apropriado. Aqui, um protocolo para a fabricação de dispositivos microfluídicos plástico é demonstrado, onde técnicas litográficas suaves são usadas para incorporar transparente vista-portas de fluoreto de cálcio (CaF2) no contexto da observação chamber(s). O método baseia-se numa abordagem de fundição de réplica, onde um molde do polydimethylsiloxane (PDMS) é produzido através de procedimentos padrão litográficas e então usado como modelo para produzir um dispositivo de plástico. O dispositivo de plástico apresenta ultravioleta/visível/infravermelho (IR/UV/Vis) – janelas transparentes feitos de CaF2 para permitir a observação direta com visível e luz infra-vermelha. As vantagens do método proposto incluem: uma necessidade reduzida para acessar uma unidade de microfabricação de sala limpa, várias portas-exibição, uma conexão fácil e versátil para um sistema de bombeamento externo através do corpo de plástico, flexibilidade do design, , por exemplo, , aberto/fechado de configuração de canais e a possibilidade de adicionar recursos sofisticados tais como membranas nanoporous.
Introduction
Spectro-microscopia de Fourier Transform infravermelho (FTIR) tem sido extensivamente utilizada como uma técnica de imagem livre de rótulo e não-invasiva para fornecer informações detalhadas de químicas de uma amostra. Isto permite a extração de informações bioquímicas para estudar a química das amostras biológicas, com um mínimo de preparação, desde que o espectro de absorção da amostra carrega as impressões digitais intrínsecas de sua composição química1 , 2. recentemente, FTIR foi cada vez mais aplicado ao estudo de amostras biológicas vivas, por exemplo, células3. No entanto, água, que é o meio para as células vivas na maioria dos casos, mostra uma forte absorção na região de meados-IR. Mesmo sendo uma camada fina, sua presença completamente pode sobrecarregar a informação estrutural importante dos espécimes.
Por muitos anos, a abordagem comum foi fixação ou amostras para excluir completamente o sinal de absorção de água no espectro de secagem. No entanto, essa abordagem não permite medições em tempo real em células vivas, que é essencial para estudar a mudança de sua composição química e processos celulares com o tempo. Uma maneira para obter confiança espectros de absorção de amostras biológicas vivas, é limitar o comprimento do percurso óptico total no meio do raio IR para menos de 10 µm4.
Uma abordagem bem estabelecida em viver experiências pilha tem sido até agora, a reflexão Total atenuada (ATR)-imagem de FTIR, que permite medições independentes da espessura da amostra, permitindo que as células sejam mantidos em uma camada mais espessa de meio aquoso. No entanto, a pequena profundidade de penetração da onda evanescente restringe as medições de amostras para somente os primeiros alguns mícrons da superfície do cristal ATR5.
Como alternativa, a limitação de absorção de água foi contornada com o surgimento de vários sistemas microfluídicos, que geralmente são classificados em dois grandes grupos: abrir o canal (onde uma das superfícies da fluido é exposta à atmosfera) e fechado canal (onde duas janelas transparentes-IR são separadas por um espaçador com espessura definida).
Loutherback et al desenvolveram um dispositivo de abrir canais de membrana que permite que a longo prazo IR medições contínuas de células vivas por até 7 dias6. O método requer alta umidade no ambiente para evitar a evaporação do meio de superfície celular. O sistema funciona melhor com as células que crescem naturalmente nas interfaces ar-líquido, tais como tecidos epiteliais da pele, pulmão e os olhos ou biofilmes microbianos7.
Uma configuração de canal fechado visa criar uma camada fina, uniforme entre duas janelas transparente para IR paralelas, onde as células são mantidas em seus meios aquosos. A espessura desta cavidade é tal que o sinal de absorção de água é abaixo de saturação. Fundo de água pode então ser subtraído para obter os espectros de amostra correta. A maioria dos métodos de canal fechado utiliza um espaçador plástico separando as duas janelas para formar uma câmara líquido desmontáveis3,8,9. Uma vantagem deste método é que não exige microfabrication; no entanto, estruturas mais complexas do que uma câmara de medição com canais de na e out let são extremamente difíceis de perceber no espaçador fino. Há também um problema com a reprodutibilidade do comprimento do caminho entre as medições de IR devido a sua dependência de fixação mecânica. Para alcançar um controle mais preciso do afastamento para a aquisição de espectro mais confiável, foram implementados métodos litografia óptica para fotorresiste padrão no topo do substrato IR para definir o espaçador9,10 , 11 , 12. mesmo que isto torna possível para estruturas mais complexas ser definido no espaçador, o método requer acesso a uma instalação microfabrication para produzir o padrão em cada substrato.
Neste trabalho, apresentamos uma técnica simples de fabricação de um dispositivo de microfluidic IR-compatível, com o objectivo de reduzir o custo da fabricação e a exigência de acessar uma instalação microfabrication. O método apresentado aqui (ver Figura 1) utiliza um processo estabelecido, conhecido como litografia macia. Dois moldes são necessários neste caso. O molde primário é feito de uma bolacha de silicone de 4 polegadas, usando um processo padrão de litografia de UV. O molde secundário é sua réplica feita de PDMS, que tem uma polaridade invertida do padrão no molde silicone primária e serve como o mestre molde para fabricação de dispositivo subsequentes.
O dispositivo tem duas camadas distintas: uma primeira camada com o layout microfluidic (que no caso apresentado consiste no canal microfluídicos, na-/ fora deixa- e uma câmara de observação com uma CaF2 viewport) e uma segunda camada com uma superfície plana ( que consiste em apenas uma CaF2 viewport).
Aqui, um adesivo de óptica UV-curable, Norland óptico adesivo 73 (NOA73, abreviado como NOA daqui em diante), é usado para formar o corpo de plástico principal do dispositivo. Existem várias vantagens de usar este adesivo óptico: fabricação de baixo custo, facilidade de conectividade com sistemas externos, boa transparência óptica, baixa viscosidade e mais importante, biocompatibilidade13. CaF2 é uma escolha apropriada como a viewport devido à sua biocompatibilidade e excelente transparência IR14.
Com esta nova abordagem, acesso a uma instalação microfabrication é estritamente exigido somente para a fabricação do molde principal. Processos de fabricação subsequentes para o dispositivo de plástico microfluidic podem efectuar-se em qualquer laboratório equipado com uma fonte de iluminação UV.
Protocol
Representative Results
Discussion
A fim de avaliar e otimizar o protocolo de fabricação, utilizamos um layout simples para o padrão microfluidic com uma câmara retangular grande (tamanho 5 x 2,5 mm) no centro, duas pequenas câmaras retangulares (tamanho 5,5 x 0,75 mm) separado do circuito principal sobre o os lados superiores e inferiores e 300 µm largamente em-deixe/out-let canais. A câmara central é usada para a propagação e observação das células, enquanto as duas câmaras menores separadas são usadas para medir o fundo do ar durante FTI…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem com gratidão apoio financeiro 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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