Mikrofluidik-Chips mit Elastomer-Mikroventil Arrays Controlled

Summary

Wir zeigen, Protokolle für die Herstellung und Automatisierung von Elastomer-Polydimethylsiloxan (PDMS)-basierte Mikroventil Arrays, die keine zusätzliche Energie benötigt, um in der Nähe und bieten photolithographisch definiert präzise Volumina. Ein parallel subnanoliter-Volumen-Mixer und einem integrierten mikrofluidischen Perfusion System vorgestellt werden.

Abstract

Miniaturisierte mikrofluidischen Systemen ermöglichen eine einfache und effektive Lösungen für Low-Cost-Point-of-care Diagnostik und High-Throughput-biomedizinischen Tests. Robust Flow Control und präzise fluidischen Volumina sind zwei entscheidende Anforderungen für diese Anwendungen. Wir haben Mikrofluidik-Chips mit Elastomer-Polydimethylsiloxan (PDMS) Mikroventil Arrays entwickelt, dass: 1) benötigen keine zusätzliche Energiequelle, um die fluidische Pfad zu schließen, damit die geladenen Gerät ist portabel und 2) für microfabricating tief (bis zu 1 mm) Kanäle ermöglichen mit senkrechten Seitenwänden und führt zu sehr präzisen Funktionen.

Die PDMS Mikroventile-basierte Geräte bestehen aus drei Schichten: einer fluidischen Schicht, die Fluidik Wege und Mikrokammern in verschiedenen Größen, eine Steuerung Schicht, die die Mikrokanäle notwendig, um die fluidische Weg mit Mikroventile zu betätigen, und einen mittleren dünne PDMS-Membran, die das Steuerelement gebunden ist Schicht. Fluidic Schicht und Kontrolle Schichten sind durch Replikat des PDMS von SU-8 Fotolack Meister gemacht, und die dünne PDMS-Membran wird durch das Drehen PDMS in bestimmten Höhen gemacht. Die Steuerung Schicht auf die dünne PDMS-Membran nach Sauerstoff Aktivierung beider verklebt und dann mit der Fluidik-Schicht aufgebaut. Die Mikroventile sind in Ruhe geschlossen und kann durch Anlegen von Unterdruck (zB Haus Vakuum) geöffnet werden. Mikroventil Schließen und Öffnen erfolgt über Magnetventile von Computer-Software gesteuert automatisiert.

Hier zeigen wir zwei Mikroventil-basierten mikrofluidischen Chips für zwei verschiedene Anwendungen. Der erste Chip ermöglicht die Speicherung und das Mischen präzise Sub-Nanoliter von wässrigen Lösungen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen. Der zweite Chip ermöglicht computergesteuerte Perfusion von mikrofluidischen Zellkulturen.

Die Geräte sind einfach herzustellen und einfach zu steuern. Aufgrund der Biokompatibilität von PDMS, könnten diese Mikrochips haben breite Anwendungen in miniaturisierten Diagnostik-Assays sowie grundlegende zellbiologische Studien.

Protocol

Mikrofluidikvorrichtung Design mit CorelDraw oder AutoCAD-Software Das Prinzip der PDMS Mikroventile-basierte Geräte: Die Geräte bestehen aus drei Schichten: einer fluidischen Schicht mit Mikrokammern in verschiedenen Größen, ein "Control Layer" enthält die Mikrokanäle notwendig, um die fluidische Weg mit Mikroventile zu betätigen, und einen mittleren dünne PDMS-Membran, die gebunden ist auf der Steuerungsebene. In Ruhe durch die Einhaltung und Hydrophobie vo…

Discussion

Die wichtigsten Vorteile unserer Mikroventil Design:

1. Keine zusätzlichen Energiequelle benötigt wird, um die fluidische Pfad zu schließen, damit die geladenen Gerät ist portabel und
2. Das Gerät kann von PDMS Repliken von photolithographisch gemusterten SU-8 Formen gebaut werden, so dass für microfabricating tief (bis zu 1 mm) Kanäle mit senkrechten Seitenwänden (dh die Höhe des Features können unabhängig von ihrer Breite angegeben werden) und führt zu sehr präzise Funktionen.

Vorteile der paral…

Materials

Material Name	Type	Company	Catalogue Number	Comment
Clean silicon wafers	Supplies	Silicon Sense Inc.	3P0110TEST	3-inch diameter, P/Boron
“Master” wafers containing SU-8 patterns	Supplies			Fabricated in house using standard photolithography procedures
Desiccators (2)	Equipment	VWR	24987-048	One for silanization, one for PDMS de-bubbling.
Balance	Equipment	OHAUS Corp.	SC6010
Oven	Equipment	Sheldon Mfg. Inc.	1330GM
MiniVortexer	Equipment	VWR	58816-121
Spinner	Equipment	Headway Research Inc.	PWM32
Plasma etcher	Equipment	Plasmatic Systems Inc.	Plasma Preen II-973
Hot Plate	Equipment	Torre Pines Scientific	HP30A
Stereoscope	Microscope	Nikon	TMZ1500
CCD camera	Equipment	Diagnostic Instruments	SPOT RT
Solenoid valves	Equipment	Lee Company	LHDA0511111H
Data acquisition board	Hardware	National Instruments	PCI 6025E, CB-50LP
LabView	Software	National Instruments	Version 8.0
Tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane	Reagent	United Chemical Technologies	T2492	Silanization must be done in a chemical fume hood.
PDMS prepolymer and crosslinker	Reagent	Dow-Corning	Sylgard 184
Hexane	Reagent	EMD	HX0295-6
Color Dyes	Reagent	Spectrum Chemical Mfg. Corp.	FD&C 110, 135, 150	Blue #1, Yellow #5, Red #3.
3 ml disposable transfer pipets	Supplies	Fisher Scientific	13-711-20
Kimwipes	Supplies	Kimberly-Clark	34155
Weighing boats	Supplies	VWR	12577-027
Tongue depressor	Supplies	Fisher Scientific	11-700-555
P100 dishes	Supplies	Fisher Scientific	08-772E
Silicone tubing (1.14 mm inner diameter (I.D.))	Supplies	Cole-Palmer Instrument Co.	07625-30
Tygon tubing (O.D. 1/16 in; I.D. 1/32 in)	Supplies	Cole-Palmer Instrument Co.	06418-02
Duco Cement	Supplies	Devcon	6245
Razor blade	Tools	VWR	55411-050
Needles	Tools	Fisher Scientific	0053482 (25 Gauge)
#5 Forceps	Tools	Fine Science Tools	11251-20
50 ml centrifuge tube	Supplies	Fisher Scientific	05-526B
Seal wrap film	Supplies	AEP Industries Inc.	0153877
1.5 ml microcentrifuge tubes	Supplies	Fisher Scientific	05-406-16
15 ml centrifuge tubes	Supplies	BD Falcon	352097
Purple nitrile power-free gloves	Supplies	VWR	40101-348
1.2 mm Harris biopsy punch	Tools	Ted Pella, Inc.	15074