अनुक्रमिक गीला नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं द्वारा विभिंन ज्यामितीय वर्गों के Polydimethylsiloxane Microfluidic चैनलों के निर्माण के लिए एक कदम दृष्टिकोण
Summary
कई तरीकों polydimethylsiloxane microfluidic उपकरणों में एंबेडेड गैर आयताकार वर्गों के चैनलों के निर्माण के लिए उपलब्ध हैं । उनमें से ज्यादातर multistep विनिर्माण और व्यापक संरेखण शामिल है । इस पत्र में, एक कदम दृष्टिकोण polydimethylsiloxane अनुक्रमिक गीला नक़्क़ाशी द्वारा विभिंन ज्यामितीय पार वर्गों के microfluidic चैनलों के निर्माण के लिए रिपोर्ट की है ।
Abstract
Polydimethylsiloxane (PDMS) सामग्री काफी नरम लिथोग्राफी प्रतिकृति मोल्डिंग तकनीक का उपयोग करके microfluidic उपकरणों बनाना शोषण कर रहे हैं । अनुकूलित चैनल लेआउट डिजाइन कई जैव चिकित्सा और रासायनिक अनुप्रयोगों (जैसे, सेल संस्कृति, संवेदन, रासायनिक संश्लेषण, और तरल हैंडलिंग) में microfluidic उपकरणों के विशिष्ट कार्यों और एकीकृत प्रदर्शन के लिए आवश्यक हैं । ढलाई photoresist मास्टर मोल्ड के रूप में photolithography द्वारा नमूनों परतों के साथ सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग दृष्टिकोण की प्रकृति के कारण, microfluidic चैनल सामांयतः समान ऊंचाइयों के साथ आयताकार आकार के नियमित रूप से पार वर्गों है । आमतौर पर, कई ऊंचाइयों या विभिन्न ज्यामितीय वर्गों के साथ चैनल विशेष कार्यों के अधिकारी और विभिन्न microfluidic अनुप्रयोगों में प्रदर्शन करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं (जैसे, hydrophoresis कणों छंटाई और के लिए निरंतर प्रवाह में के लिए प्रयोग किया जाता है रक्त कोशिकाओं को अलग6,7,8,9). इसलिए, प्रयास का एक बड़ा सौदा कई photoresist परतों और विभिंन PDMS पतली चादरें के विधानसभा का उपयोग photolithography की तरह कई कदम दृष्टिकोण के माध्यम से विभिंन वर्गों के साथ चैनल के निर्माण में किया गया है । फिर भी, इस तरह के कई कदम दृष्टिकोण आमतौर पर थकाऊ प्रक्रियाओं और व्यापक उपकरण शामिल है । इसके अलावा, गढ़े उपकरणों लगातार प्रदर्शन नहीं कर सकते है और परिणामस्वरूप प्रयोगात्मक डेटा अप्रत्याशित हो सकता है । यहाँ, एक कदम दृष्टिकोण PDMS अनुक्रमिक गीला नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के माध्यम से विभिन्न ज्यामितीय पार वर्गों के साथ microfluidic चैनलों की सीधी निर्माण के लिए विकसित की है, कि नियोजित एकल परत लेआउट के चैनलों में खोदना परिचय PDMS सामग्री में एंबेडेड । विभिंन geometries के साथ PDMS microfluidic चैनल के निर्माण के लिए मौजूदा तरीकों की तुलना में, विकसित एक कदम दृष्टिकोण काफी गैर आयताकार वर्गों या विभिंन ऊंचाइयों के साथ चैनल बनाना करने के लिए प्रक्रिया को सरल कर सकते हैं । नतीजतन, तकनीक जटिल microfluidic चैनल, जो अभिनव microfluidic प्रणालियों की उंनति के लिए एक निर्माण समाधान प्रदान करता है के निर्माण का एक तरीका है ।
Introduction
Microfluidic तकनीक क्योंकि जैव चिकित्सा और रासायनिक अनुसंधान और अनुप्रयोगों की एक किस्म के लिए अपने आंतरिक लाभ के पिछले दशकों से अधिक ध्यान खींचा है । microfluidic चिप्स के निर्माण के लिए कई सामग्री उपयोग विकल्प आजकल उपलब्ध हैं, ऐसे पॉलिमर, चीनी मिट्टी की चीज़ें, और सिलिकॉन सामग्री के रूप में । हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, microfluidic सामग्री के बीच, PDMS अपने ऑप्टिकल और कणों के साथ जैविक compatibilities सहित विभिन्न microfluidics अनुसंधान और अनुप्रयोगों के लिए अपने उपयुक्त सामग्री गुणों के कारण सबसे आम एक है, तरल पदार्थ, और अत्यंत छोटे रहने वाले जीवों1,2,3,4,5. इसके अलावा, सतह रासायनिक और PDMS सामग्री की संरचना यांत्रिक गुणों को इस तरह के बहुलक आधारित microfluidic उपकरणों10लागू करके microelectromechanical और mechanobiological अध्ययन की सुविधा के लिए समायोजित किया जा सकता, 11,12. डिजाइन चैनल पैटर्न के साथ microfluidic उपकरणों के निर्माण के विषय में, नरम लिथोग्राफी प्रतिकृति मोल्डिंग तरीकों आमतौर पर उनके इसी मास्टर molds जो से बना रहे है का उपयोग करके microfluidic चैनल बनाने के लिए लागू कर रहे है photolithography-नमूनों photoresist परतों और सिलिकॉन वेफर सब्सट्रेट12. ढलाई नमूनों photoresist परतों के साथ सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग कर दृष्टिकोण की प्रकृति के कारण, microfluidic चैनल सामांयतः समान ऊंचाइयों के साथ आयताकार आकार के नियमित रूप से पार वर्गों है ।
हाल ही में, शोधकर्ताओं ने जैव चिकित्सा के अध्ययन में उल्लेखनीय प्रगति की है जो के साथ सौदा, उदाहरण के लिए, hydrophoresis का उपयोग कणों और कोशिकाओं छंटाई, रक्त प्लाज्मा को अलग करने, और के चैनलों के साथ microfluidic चिप्स लागू करने से सफेद रक्त कोशिकाओं को समृद्ध अलग ऊंचाइयों या ज्यामितीय वर्गों6,7,8,9। इस तरह के microfluidics के लिए जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के छंटाई और अलग कार्य विभिंन ज्यामितीय वर्गों के साथ चैनलों को अनुकूलित द्वारा महसूस कर रहे हैं । कई अध्ययनों से विभिंन ऊंचाइयों या गैर आयताकार पार वर्गों के विशिष्ट सतह पैटर्न के साथ मास्टर molds बनाना द्वारा विभिंन ज्यामिति सुविधाओं के पार वर्गों के साथ microfluidic चैनलों के निर्माण के लिए समर्पित किया गया है । मोल्ड निर्माण पर इन अध्ययनों बहु कदम photolithography, photoresist reflow, और ग्रे पैमाने लिथोग्राफी13,14,15के रूप में ऐसी तकनीक शामिल हैं । अनिवार्य रूप से, मौजूदा तकनीक बारीकी से तैयार की जाती photomasks या बहु में एक सटीक संरेखण-कदम निर्माण प्रक्रियाओं, जो काफी हद तक microfluidic चैनलों के इसी निर्माण की जटिलता के स्तर में वृद्धि हो सकती है शामिल हैं । अब तक, विभिंन वर्गों के microfluidic चैनलों के लिए एकल कदम निर्माण प्रक्रियाओं पर कई प्रयास किए गए हैं, लेकिन संबंधित तकनीकों अत्यधिक16चैनलों की विशिष्ट पार अनुभागीय आकृतियों के लिए प्रतिबंधित कर रहे हैं ।
पिछले दो दशकों में, विभिंन वर्गों के साथ PDMS microfluidic चैनलों के निर्माण के लिए मोल्डिंग दृष्टिकोण के अलावा, ज्यामितीय सुविधाओं के साथ PDMS चैनल पैटर्न के लिए नक़्क़ाशी तकनीक की एक किस्म में पसंद का निर्माण हो गए है microfluidic अनुप्रयोगों । उदाहरण के लिए, PDMS गीला नक़्क़ाशी बहु परत PDMS के साथ microfluidics के एक वायवीय हाथ सेल संस्कृति उपकरण के निर्माण के लिए संबंध के साथ शोषण किया है अंग स्तर फेफड़ों के17कार्य । PDMS गीला नक़्क़ाशी तकनीक PDMS कास्टिंग के साथ एक साथ कार्यरत है बेलनाकार microwells 3 डी PDMS microneedle arrays18के निर्माण के लिए कंप्यूटर सहायता प्राप्त नियंत्रण प्रणाली द्वारा machined । PDMS शुष्क नक़्क़ाशी सूक्ष्म विद्युत के भागों के रूप में PDMS microstructures बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है19,20। डिजाइन ताकना लेआउट के साथ छिद्रित PDMS झिल्ली भी सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के माध्यम से गढ़े है21। दोनों गीला और सूखी नक़्क़ाशी तकनीक नामित ज्यामितीय आकार22के साथ PDMS फिल्मों patterning में एकीकृत किया जा सकता है ।
हालांकि, जटिल अनुभाग आकार के साथ PDMS चैनल संरचनाओं के गठन के लिए नक़्क़ाशी तकनीक सामांयतः microfluidic निर्माण पर अपने आंतरिक सीमाओं की वजह से लागू नहीं किया गया है । सबसे पहले, जबकि विभिंन वर्गों के microfluidic चैनल बनाने के लिए रसायनों की PDMS गीला नक़्क़ाशी का उपयोग लामिना प्रवाह की तकनीक स्थापित किया गया है, बाद में चैनल अनुभाग गठन अभी भी मूल विशेषताओं की वजह से प्रतिबंधित है आइसोट्रोपिक रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के23। इसके अलावा, यहां तक कि वहां एक microfluidics निर्माण में चैनल धारा geometries को नियंत्रित करने के लिए उचित जगह है PDMS सूखी नक़्क़ाशी तकनीक का प्रयोग लगता है20, आवश्यक नक़्क़ाशी समय आम तौर पर बहुत लंबा है (घंटे के संदर्भ में) के लिए microfluidic चिप्स विनिर्माण के लिए व्यावहारिक । इसके अलावा, PDMS सामग्री और इसी मास्किंग photoresist परतों के बीच नक़्क़ाशी selectivity सामांय में कम हो सकता है, और परिणाम चैनलों के लिए धंसा गहराई रहे हैं, इस प्रकार, स्वीकार्य नहीं20।
इस पत्र में, हम PDMS अनुक्रमिक गीला नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं द्वारा अलग ज्यामितीय पार वर्गों के microfluidic चैनल बनाने के लिए एक कदम दृष्टिकोण विकसित (इसके बाद SWEP के रूप में संदर्भित) । SWEP एक PDMS microfluidic डिवाइस के साथ एक परत चैनलों के साथ शुरू करते हैं । चैनलों के मिश्रित लेआउट डिजाइन के साथ, विभिंन प्रकार के विभिंन ज्यामितीय वर्गों के साथ microfluidic चैनल गढ़े अनुक्रमिक नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है । अनुक्रमिक नक़्क़ाशी ही एक खोदना की जरूरत की योजना बनाई एकल परत PDMS सामग्री में एंबेडेड लेआउट के विशिष्ट चैनलों में पेश किया जाएगा । पारंपरिक PDMS निर्माण प्रक्रियाओं की तुलना में, SWEP सिर्फ एक और कदम के लिए गैर आयताकार वर्गों या विभिंन ऊंचाइयों के microfluidic चैनल बनाना आवश्यक है । प्रस्तावित SWEP प्रवाह दिशा है, जो काफी aforementioned तरीकों में प्रक्रियाओं को सरल कर सकते है साथ विभिंन वर्गों के साथ microfluidic चैनलों के निर्माण का एक सीधा और सरल तरीका प्रदान करते हैं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
पिछले दशकों में, microfluidics ने आशाजनक अर्थों की पेशकश की है जिसके द्वारा रासायनिक और बायोमेडिकल अनुसंधान के लिए प्रायोगिक प्लेटफार्मों का निर्माण किया जा सकता है व्यवस्थित1,2,<sup class="…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक कृतज्ञता अभिनव अनुसंधान अनुदान (IRG) (EX106-10523EI), ताइवान विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (सबसे 104-2218-E-032-004, 104-2221 के तहत ताइवान में राष्ट्रीय स्वास्थ्य अनुसंधान संस्थानों (NHRI) द्वारा उपलब्ध कराए गए समर्थन स्वीकार करते हैं- ई-001-015-MY3, 105-2221-ए-001-002-MY2, 105-2221-ए-032-006, 106-2221-ए-032-018-MY2), और जगत् Sinica कैरियर विकास पुरस्कार । लेखक पांडुलिपि को ठीक करने के लिए Heng-Hua सू का शुक्रिया अदा करना चाहेंगे ।
Materials
| 1-Methyl-2-Pyrrolidinone | Tedia, Fairfield, OH | ME-1962 | NMP |
| 10 ml Syringe | Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ | 302151 | |
| 150 mm Petri dish | Dogger Science | DP-43151 | |
| 1H,1H,2H,2H- Perfluorooctyltrichlorosilane | Alfa Aesar, Ward Hill, MA | L16606 | 97 % silane |
| 4'' Silicon Dummy Wafer | Wollemi Technical, Taoyuan, Taiwan | – | |
| Acetone | ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan | AH3102-000000-72EC | |
| AG Double Expose Mask Aligner | M&R Nano Technology, Taoyuan, Taiwan | AG500-4D-D-V-S-H | |
| Biopsy Punch | Miltex, Plainsboro, NJ | 33-31 | |
| Blunt Needle | Jensen Global, Santa Barbara, CA | Gauge 16 | |
| Buffered Oxide Etch | ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan | PH3101-000000-72EC | |
| Desicattor | A-VAC Industries, Anaheim, CA | 35.10001.01 | |
| Fluorescein Sodium Salt Water | Sigma-Aldrich Co., St Louis, MO | F6300 | |
| ImageJ | National Institutes of Health, Bethesda, MD | Ver. 1.51 | Imaging Processing Program |
| Inverted Fluorescence Microscope | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | DMI 6000 B | |
| Isopropyl Alcohol (IPA) | ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan | CMOS112-00000-72EC | |
| Leica Application Suite | Leica Microsystems GmbH | LAS X | |
| MATLAB | MathWorks, Natick, MA | R2015b | Programming for MR evaluation |
| Mechanical Convention Oven | ThermoFisher Scientific,Waltham, MA | Lindberg Blue M MO1450C | |
| Plasma Tretment System | Nordson MARCH, Concord CA | PX-250 | Oxygen plasma surface treatment |
| Polydimehtylsiloxane (PDMS) | Dow Corning, Midland, MI | SYLGARD 184 | |
| Polyethylene Tubing | Becton-Dickinson and Company, Sparks, MD | 427446 | PE 205, 10' |
| Spin Coater | ELS Technology, Hsinchu, Taiwan | ELS 306MA | |
| Negative Tone Photoresist | MicroChem, Westborough, MA | SU-8 2050 | |
| Negative Tone Photoresist Developer | MicroChem, Westborough, MA | Y020100 | SU-8 Developer |
| Surgical Blade | Feather, Osaka, Japan | 5005093 | PDMS cutting |
| Syringe Pump | Chemyx, Houston, TX | Fusion 400 | |
| Tetra-n-butylammonium Fluoride (TBAF) | Alfa Aesar, Ward Hill, MA | A10588 |
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