आकार-नियंत्रित पाली की पीढ़ी (ईथीलीन ग्लाइकोल) अर्द्ध 3 आयामी प्रवाह Microfluidic उपकरणों ध्यान केंद्रित के माध्यम से Diacrylate बूंदों
Summary
यहां, हम एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करने के लिए निर्माण प्रक्रियाओं को वर्णन और एक अर्द्ध तीन आयामी (अर्द्ध 3 डी) प्रवाह-छोटी बूंद गठन के लिए microfluidic चिप ध्यान केंद्रित करने के प्रयोगों की पुष्टि ।
Abstract
वर्दी और आकार-नियंत्रणीय पाली (ईथीलीन ग्लाइकोल) diacrylate (PEGDA) बूंदों एक microfluidic डिवाइस में प्रवाह केंद्रित प्रक्रिया के माध्यम से उत्पादन किया जा सकता है । इस पत्र का प्रस्ताव एक अर्द्ध तीन आयामी (अर्द्ध 3 डी) प्रवाह-छोटी बूंद गठन के लिए microfluidic चिप ध्यान केंद्रित । polydimethylsiloxane (PDMS) चिप बहु परत नरम लिथोग्राफी विधि का उपयोग कर गढ़े थे । Hexadecane युक्त surfactant का प्रयोग सतत चरण के रूप में किया जाता था, और पराबैंगनी (यूवी) फोटो-सर्जक के साथ PEGDA का फैलाव चरण था. सर्फेक्टेंट स्थानीय सतह तनाव ड्रॉप करने के लिए और एक अधिक cusped टिप जो छोटे माइक्रो-बूंदों में तोड़ने पदोंनत गठन की अनुमति दी । बिखरे हुए चरण के दबाव के रूप में लगातार था, बूंदों के आकार फैलाने चरण प्रवाह से पहले टूट गया निरंतर चरण दबाव बढ़ाने के साथ छोटे हो गया । एक परिणाम के रूप में, 1 µm से ८० µm व्यास में आकार भिन्नता के साथ बूंदें चुनिंदा दो प्रवेश चैनलों में दबाव अनुपात को बदलने के द्वारा हासिल किया जा सकता है, और भिन्नता का औसत गुणांक 7% से नीचे होने का अनुमान था. इसके अलावा, बूंदों माइक्रो-मोतियों में यूवी जोखिम द्वारा फोटो-बहुलकीकरण के लिए बदल सकता है । ऐसे सूक्ष्म मोतियों की सतह पर Conjugating जैव अणुओं जीव विज्ञान और रसायन विज्ञान के क्षेत्र में कई संभावित आवेदन किया है ।
Introduction
छोटी बूंद-आधारित microfluidic प्रणालियों माइक्रोमीटर व्यास रेंज1 के लिए नैनोमीटर से अत्यधिक monodisperse बूंदों का उत्पादन करने की क्षमता है और उच्च प्रवाह दवा डिस्कवरी2, 3 अणुओं के संश्लेषण में महान क्षमता पकड़ ,4, और नैदानिक परीक्षण5. छोटे बूंदों के अनूठे फायदों के कारण, जैसे कि अधिक मात्रा में सतह वाला क्षेत्र और बड़े पैमाने पर होने वाले आवेदनों में कुछ microliters का नमूना, प्रौद्योगिकी ने व्यापक क्षेत्रों में व्यापक रुचि को आकर्षित किया है । दो immiscible तरल पदार्थ की emulsification छोटी बूंद पैदा करने के लिए सबसे विशिष्ट तरीकों में से एक है । क्षेत्र में पिछले रिपोर्टों में, शोधकर्ताओं ने टी जंक्शन, प्रवाह केंद्रित और सह बहने geometries सहित अलग छोटी बूंद गठन geometries की एक किस्म विकसित की है । टी जंक्शन ज्यामिति में, फैलाया चरण मुख्य चैनल है, जिसमें निरंतर चरण6,7बहती में एक सीधा चैनल के माध्यम से दिया जाता है । ठेठ दो आयामी (2d) प्रवाह-8,9 ज्यामिति ध्यान केंद्रित में, फैलाया चरण प्रवाह पार्श्व से कतरनी है; और सह के लिए-प्रवाहित ज्यामिति10,11, दूसरी ओर, एक केशिका फैलाने चरण प्रवाह शुरू सह-अक्षीय रूप से सह के लिए एक बड़ी केशिका के अंदर रखा गया है, ताकि फैलाया चरण प्रवाह से कतरनी है सभी दिशाओं ।
छोटी बूंद का आकार चैनल आकार और प्रवाह दर अनुपात का समायोजन करके नियंत्रित किया जाता है, और सह-बह या टी जंक्शन द्वारा उत्पादित न्यूनतम आकार micrometers के दर्जनों तक ही सीमित है । प्रवाह केंद्रित छोटी बूंद गठन प्रणाली के लिए, दो चरण और टपकाव का शासन, jetting शासन सहित surfactant एकाग्रता, के दबाव अनुपात का समायोजन करके छोटी बूंद गोलमाल फार्म के तीन मोड, और टिप-स्ट्रीमिंग15। टिप-स्ट्रीमिंग मोड भी धागा गठन कहा जाता है, और एक पतली फैलाया चरण प्रवाह शंकु की नोक से बाहर ड्राइंग धागा की उपस्थिति मनाया जाएगा । पिछले अध्ययनों से कम कुछ micrometers बूंदों का प्रदर्शन किया है, हालांकि 2 डी या अर्द्ध 3d प्रवाह केंद्रित उपकरण8,12में टिप-स्ट्रीमिंग प्रक्रिया उत्पंन हो सकता है । हालांकि, एक जलीय समाधान PEGDA के एक बहुत कम एकाग्रता युक्त के रूप में फैलाया चरण के रूप में इस्तेमाल किया गया था, PEGDA कणों का सिकुड़ता अनुपात फोटो बहुलकीकरण के बाद व्यास में मूल बूंदों के बारे में ६०% था, जबकि PEGDA के रूप में कमजोर पड़ने के बिना अस्थिर टिप-स्ट्रीमिंग मोड12के नेतृत्व में फैलाया चरण । चेहरे तनाव पायस प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है और यह सतत चरण तरल में surfactant के अलावा के कारण कम हो जाएगा, छोटी बूंद आकार में कमी करने के लिए अग्रणी, उच्च पीढ़ी आवृत्ति13, उच्च घुमावदार टिप, और 14अस्थिरता को रोकने के. इसके अलावा, जब थोक surfactant एकाग्रता महत्वपूर्ण micelle एकाग्रता की तुलना में बहुत अधिक है, चेहरे की तनाव संतृप्त राज्य13 में लगभग चर रहा है और टिप-स्ट्रीमिंग मोड15हो सकता है ।
उपर्युक्त टिप्पणियों के आधार पर, इस पत्र में, हम PEGDA बूंदों के लिए एक सतही दृष्टिकोण विकसित एक अर्द्ध 3 डी फ्लो-फोकस microfluidic डिवाइस का उपयोग कर, बहु परत नरम लिथोग्राफी विधि द्वारा गढ़े । ठेठ 2 डी प्रवाह से अलग-उपकरण ध्यान केंद्रित, अर्द्ध 3 डी प्रवाह केंद्रित डिवाइस एक उथले फैलाया चरण चैनल और एक गहरी निरंतर चरण चैनल है, ताकि फैलाया चरण पार्श्व के बगल में ऊपर से और नीचे से कतरनी जा सकता है । इस ऊर्जा और छोटी बूंद गोलमाल के लिए आवश्यक दबाव को कम करने के द्वारा प्रवाह ध्यान केंद्रित मोड के लिए बड़ा समायोजन सीमा प्रदान करता है । पिछली रिपोर्ट12से भिंन, फैलाया गया चरण शुद्ध PEGDAcontaining फ़ोटो-प्रारंभकर्ता है, यह सुनिश्चित करना कि PEGDA कणों का सिकुड़न अनुपात 10%16से कम हो; और सतत चरण सिलिकॉन आधारित ईओण surfactant के एक उच्च थोक एकाग्रता के साथ भंग hexadecane का मिश्रण है । दो चरणों के दबाव अनुपात को समायोजित करके आकार-नियंत्रणीय और समान बूंदों का उत्पादन किया गया । बूंदों का व्यास ८० µm से 1 µm के लिए परिवर्तन के रूप में छोटी बूंद गोलमाल jetting मोड से टिप-स्ट्रीमिंग मोड में परिवर्तन की प्रक्रिया । इसके अलावा, PEGDA कण यूवी एक्सपोजर के तहत फोटो बहुलकीकरण प्रक्रिया के माध्यम से संश्लेषित किया गया था । निर्माण की आसानी के साथ छोटी बूंद पीढ़ी microfluidic प्रणाली जैविक अनुप्रयोगों के लिए और अधिक संभावनाएं प्रदान करेगा ।
Protocol
Representative Results
Discussion
2,9,15,19,20, 3 डी और अर्द्ध 3d microfluidic डिवाइस का उपयोग कर प्रवाह ध्यान केंद्रित मोड में बूंदों की पीढ़ी पहले कई रिपोर्टों की एक किस्म में विकसित किया गय…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को शेन्ज़ेन फंडामेंटल रिसर्च फंडिंग (ग्रांट नो के द्वारा सपोर्ट किया गया । JCYJ २०१५०६३०१७०१४६८२९, JCYJ20160531195439665 और JCYJ20160317152359560) । लेखक उंनत प्रौद्योगिकी, चीनी विज्ञान अकादमी के समर्थन के लिए शेन्ज़ेन संस्थानों में प्रो. Y. चेन शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।
Materials
| Silicon wafer | Huashi Co., Ltd | ||
| SU-8 2025, 2100 | Microchem Co. | Y111069 | |
| SU-8 developer | Microchem Co. | Y020100 | |
| Chromium mask | Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd | ||
| polydimethylsiloxane(PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) | Sigma | 26570-48-9 | |
| 2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone | TCI | H1361-5G | photoinitiator |
| Hexadecane | Sigma | 544-76- 3 | |
| ABIL EM 90 | CHT | 144243-53-8 | surfactants |
| Rhodamine B | Aladdin | 81-88-9 | fluorescent dye |
| Spin Coater | |||
| Lithography machine | |||
| Automatic ointment agitator | Thinky | ARV-310 | |
| Oven | BluePard | ||
| Optical microscope | OLYMPUS | IX71 | |
| High-speed camera | Hamamatsu, Japan | ORCA-flash | |
| MAESFLO Microfluidic Fluid Control System | FLUIGENT | MFCS-EZ | |
| UV lamp | FUTANSI | 365 nm UV light, 8000 MW/CM2 |
References
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