Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt eine pneumatische mikrofluidische Plattform, die für eine effiziente Mikropartikelkonzentration verwendet werden kann.
Abstract
Der vorliegende Artikel stellt ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines pneumatischen Ventils zur Steuerung der Partikelkonzentration unter Verwendung einer mikrofluidischen Plattform vor. Diese Plattform verfügt über ein dreidimensionales (3D) Netzwerk mit gekrümmten Fluidkanälen und drei pneumatischen Ventilen, die Netzwerke, Kanäle und Räume durch Duplexreplikation mit Polydimethylsiloxan (PDMS) erzeugen. Das Gerät arbeitet auf der Grundlage des Einschwingverhaltens einer Flüssigkeitsdurchflussrate, die von einem pneumatischen Ventil in der folgenden Reihenfolge gesteuert wird: (1) Probenbeladung, (2) Probenblockierung, (3) Probenkonzentration und (4) Probenfreigabe. Die Partikel werden durch dünne Membranschichtverformung der Siebventilplatte (Vs) blockiert und reichern sich im gekrümmten mikrofluidischen Kanal an. Das Arbeitsfluid wird durch die Betätigung von zwei Ein-/Aus-Ventilen ausgetragen. Als Ergebnis der Operation wurden alle Partikel verschiedener Vergrößerungen erfolgreich abgefangen und ausgebremst. Wenn diese Technologie angewendet wird, können der Betriebsdruck, die für die Konzentration erforderliche Zeit und die Konzentrationsrate je nach Geräteabmessungen und Partikelgrößenvergrößerung variieren.
Introduction
Aufgrund der Bedeutung der biologischen Analyse werden mikrofluidische und biomedizinische mikroelektromechanische Systeme (BioMEMS)1,2 verwendet, um Geräte für die Reinigung und Sammlung von Mikromaterialien zu entwickeln und zu untersuchen2,3,4. Die Partikelabscheidung wird als aktiv oder passiv kategorisiert. Aktive Fallen wurden für externe dielektrische5, magnetophorische6, auditive7, visuelle8 oder thermische9-Kräfte verwendet, die auf unabhängige Partikel wirken und eine präzise Steuerung ihrer Bewegungen ermöglichen. Es ist jedoch eine Wechselwirkung zwischen dem Teilchen und der äußeren Kraft erforderlich; Somit ist der Durchsatz gering. In mikrofluidischen Systemen ist die Kontrolle der Durchflussrate sehr wichtig, da die äußeren Kräfte auf die Zielpartikel übertragen werden.
Im Allgemeinen haben passive mikrofluidische Bauelemente Mikrosäulen in Mikrokanälen10,11. Partikel werden durch Wechselwirkung mit einer strömenden Flüssigkeit gefiltert, und diese Geräte sind einfach zu entwerfen und kostengünstig herzustellen. Sie verursachen jedoch Partikelverstopfungen in Mikrosäulen, so dass komplexere Geräte entwickelt wurden, um eine Verstopfung von Partikelnzu verhindern 12. Mikrofluidische Bauelemente mit komplexen Strukturen eignen sich im Allgemeinen für die Verwaltung einer begrenzten Anzahl von Partikeln 13,14,15,16,17,18.
Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb einer pneumatisch angetriebenen mikrofluidischen Plattform für große Partikelkonzentrationen, die die oben genannten Mängel18 überwindet. Diese Plattform kann Partikel durch Verformung und Betätigung der dünnen Membranschicht der Siebventilplatte (Vs), die sich in gekrümmten mikrofluidischen Kanälen ansammelt, blockieren und konzentrieren. Partikel sammeln sich in gekrümmten mikrofluidischen Kanälen an, und die konzentrierten Partikel können sich trennen, indem sie das Arbeitsfluid über die Betätigung von zwei Ein- / Aus-Ventilen der PDMS-Dichtungenablassen 18. Diese Methode ermöglicht es, eine begrenzte Anzahl von Partikeln zu verarbeiten oder eine große Anzahl kleiner Partikel zu konzentrieren. Betriebsbedingungen wie die Größe der Durchflussrate und des Druckluftdrucks können unerwünschte Zellschäden verhindern und die Effizienz des Zellfangs erhöhen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Plattform bietet eine einfache Möglichkeit, Partikel unterschiedlicher Größe zu reinigen und zu konzentrieren. Partikel werden durch pneumatische Ventilsteuerung angesammelt und freigesetzt, und es wird kein Verstopfen beobachtet, da es keine passive Struktur gibt. Mit diesem Gerät wird die Konzentration von Partikeln dreier Größen dargestellt. Der Betriebsdruck, die für die Konzentration erforderliche Zeit und die Rate können jedoch je nach Geräteabmessungen, Partikelgrößenvergrößerung und Druck bei V…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch den Zuschuss der National Research Foundation of Korea (NRF) unterstützt, der von der koreanischen Regierung (Ministerium für Wissenschaft und IKT) finanziert wurde. (Nr. NRF-2021R1A2C1011380).
Materials
| 1.5 mm puncture | Self procduction | Self procduction | This puncture was made by requesting a mold maker based on the Miltex® Biopsy Punch with Plunger (15110-15) product. |
| 4 inch Silicon Wafer/SU-8 mold | 4science | 29-03573-01 | 4 inch (100) Ptype silicon wafer/SU-8 mold |
| Carboxyl Polystyrene Crosslinked Particle(24.9 μm) | Spherotech | CPX-200-10 | Concentrated bead sample1 |
| Flow meter | Sensirion | SLI-1000 | Flow measurement |
| High-speed camera | Photron | FASTCAM Mini | Observation of concentration |
| Hot plate | As one | HI-1000 | heating plate for curing of liquid PDMS |
| KOVAX-SYRINGE 10 mL/Syringe | Koreavaccine | 22G-10ML | Fill the microfluidic channel with bubble-free demineralized water. |
| Laboratory Conona treater/Atmospheric plasma | Electro-Technic | BD-20AC | Chip bonding/atmospheric plasma |
| Liquid polydimethylsiloxane, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | Components of chip |
| Microscope | Olympus | IX-81 | Observation of concentration |
| PEEK Tubes | SAINT-GOBAIN PPL CORP. | AAD04103 | Inject or collect particles |
| Polystyrene Particle(4.16 μm) | Spherotech | PP-40-10 | Concentrated bead sample3 |
| Polystyrene Particle(8.49 μm) | Spherotech | PP-100-10 | Concentrated bead sample2 |
| Pressure controller/μflucon | AMED | μflucon | Control of air pressure |
| Spin coater | iNexus | ACE-200 | spread the liquid PDMS on SU-8 mold |
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