La sonda Microfluidic: funzionamento e utilizzo per l'elaborazione delle superfici localizzate

Riepilogo

In questo video vi presentiamo la sonda microfluidica ¹ (MFP). Vi spieghiamo in dettaglio come assemblare il MFP, montarlo in cima a un microscopio invertito, e allinearlo rispetto alla superficie del substrato e, infine, mostrano come usarlo per elaborare una superficie substrato immerso in una soluzione tampone.

Abstract

Dispositivi microfluidici permettono test deve essere eseguito utilizzando piccole quantità di campione e sono stati recentemente utilizzati per controllare il microambiente delle cellule. Microfluidica è comunemente associato con microcanali chiuse che limitano il loro uso per campioni che possono essere introdotte, e colto nel caso delle cellule, all'interno di un volume confinato. D'altra parte, micropipetting sistema sono stati utilizzati per perfusione a livello locale le cellule e le superfici, in particolare con push-pull configurazioni in cui si agisce pipetta come sorgente e l'altra come affondare, ma il confinamento del flusso è difficile in tre dimensioni. Inoltre, pipette sono fragili e difficili da posizione e, quindi, sono utilizzati in configurazione statica solo.

La microfluidica sonda (MFP) elude i vincoli imposti dalla costruzione di chiuse e canali microfluidica invece che racchiude il campione nel sistema microfluidica, il flusso microfluidica può essere consegnato direttamente sul campione, e la scansione attraverso il campione, usando la MFP. . L'iniezione e aperture di aspirazione si trovano a poche decine di micrometri l'uno dall'altro in modo che un microjet iniettato il divario è confinato dalle forze idrodinamiche del liquido circostante e interamente aspirato nuovamente dentro l'altra apertura. La microjet può essere lavato tutta la superficie del substrato e fornisce uno strumento preciso per la deposizione localizzata / fornitura di reagenti che possono essere utilizzate su vaste aree mediante la scansione di sonda su tutta la superficie. In questo video vi presentiamo la microfluidica sonda ¹ (MFP). Vi spieghiamo in dettaglio come assemblare il MFP, montarlo in cima a un microscopio invertito, e allinearlo rispetto alla superficie del substrato e, infine, mostrano come usarlo per elaborare una superficie substrato immerso in un buffer.

Protocollo

1. Microfabbricazione della testa della sonda (processo non mostrato nel video)

1. A Si ² wafer, quattro pollici di diametro, 525 micron di spessore, con uno strato di 1 micron di spessore SiO2 termico è spincoated con photoresist (PR) per 45 s a 4000 giri.
2. Il wafer è precotti a 110C per 50 s, ed esposta attraverso una maschera con tutti gli elementi (porte e microcanali) per 5 s, sviluppato e sciacquato con DI.
3. La scoperta è inciso SiO2 via in una tamponata 01:07 acido fluoridrico (BHF) una soluzione ≈ 15 min (dewetting del substrato in cui SiO2 è stato inciso indica il completamento della etch). Un plasma O2 o acetone viene utilizzato in cenere o nastri il restante PR.
4. Un secondo strato PR è spin-rivestito a 1500 rpm per 45 s, ottenendo un overlayer spessore di ≈ 10 micron [31]. Il modello SiO2 sotto questo strato di PR è ancora visibile e viene utilizzato per allineare il wafer con una seconda maschera con le uniche porte.
5. Dopo l'esposizione e lo sviluppo del PR, il wafer viene sciacquato, asciugato e postbaked a 95C per 20 min.
6. Il wafer di silicio è fissato su un wafer di supporto con fuso cera bianca per proteggere il mandrino.
7. Un plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) DRIE è utilizzato per trasferire il PR ed embedded SiO2 modelli in topografia wafer in un processo in tre fasi:
   1. DRIE fare ≈ 500μmdeep porte in Si (modello definita dalla spessa PR).
   2. Senza scaricare il wafer dalla macchina DRIE, il PR è incenerito con un plasma.
   3. Il modello esposto SiO2 agisce come maschera per un secondo processo a secco etch, la creazione di 50 canali micron profondo, e aprendo il ripieno e le porte di ventilazione attraverso il wafer. Dopo lo scarico, il wafer supporto è staccata sotto un getto di acqua calda. Il wafer microlavorati viene pulito con acetone, etanolo e DI.
8. Singoli chip MFP sono a dadini.
9. Un blocco di interfaccia PDMS è fabbricata la fusione in uno micromould composto da due strutturato poli (metilmetacrilato) (PMMA) elementi, una piastra in acciaio lucido che formano la parte inferiore, e due capillari (ciascuno inserito in una delle due vias accesso buchi nel lamiera di acciaio) che serve come segnaposto per i fori di collegamento fluidica. Il PDMS è curato in forno a 60 ° C per almeno 1 h.
10. Il blocco PDMS è legato ad un dadini chip di silicio MFP, attivando entrambe le parti in aria plasma a 1 mbar per 24 s a 230W, e unendo le due cose insieme con un home-made aiuto per l'allineamento meccanico.
11. L'assemblea è lasciato al bond in un forno a 60 ° C per un minimo di 1 ora

2. Assemblea della MFP

1. Tenuta di gas siringhe di vetro sono riempiti con i reagenti appropriati con siringhe e aghi di plastica per garantire che non siano presenti bolle d'aria. Tipicamente, si usa una siringa da 1 -10 microlitro per iniezione, e una siringa con un volume di 5-10 volte più grande per l'aspirazione.
2. Le siringhe sono collegati a tubi capillari utilizzando raccordi Nanotight a basso volume morto.
3. Capillari sono riempiti e controllati per bolle sotto il microscopio.
4. Il chip MFP è pre-riempite con soluzione tampone per evitare cattura di bolla quando si collegano i capillari.
5. I capillari sono collegati al raccordo PDMS nella testa della sonda

3. Set-up della MFP

1. La testa della sonda è bloccato nel supporto sonda e montato sulla sonda stazione in cima ad un microscopio invertito
2. Le siringhe sono posti in alta precisione pompe siringa.
3. Il substrato, come ad esempio un vetrino, viene inserito in una porta fatta in casa che viene apposta sul palco microscopio.
4. Il parallelismo della mesa del MFP e il substrato è regolato con un paio di goniometri osservando gli anelli di Newton (frange di interferenza) che appaiono quando la stampante MFP è portato a contatto con il substrato. Il punto di contatto e la frequenza degli anelli servono come indicazione del tilt. Quando la stampante MFP è allineato con la superficie, un anello di interferenza singolo si estende su tutta la superficie. Questa misura serve anche per calibrare la separazione tra MFP e substrato.
5. Il divario tra il MFP e il substrato è un fattore critico per i processi di patterning superficie. Perché il substrato è elaborato dalla scansione al di sotto del MFP, l'allineamento orizzontale deve essere regolato con precisione micrometrica ed è realizzato utilizzando un supporto a tre punti formato da tre viti micrometriche.

4. Funzionamento del MFP

1. Erogazione è controllata via software LabView. Funzionamento del dispositivo viene visualizzato ad occhio e utilizzando una telecamera CCD. L'iniezione: rapporto aspirazione varia 1:03-1:10, a seconda della diffusività del reagente con il tampone circostante e il modello desiderato flusso geometrico.
2. Per controllare il corretto funzionamento della siringa di aspirazione e la presenza di bolle, prima iniettare liquido con la siringa di aspirazione prima di iniziare l'aspirazione corretta.
3. Inizio iniezione di liquido e il flusso di monitorare e confinamento di perline o di colorante tracciante fluorescente.
4. Utilizzare la sonda per la particolare applicazione, cioè la scansione attraverso la superficie per la lavorazione per la deposizione, di attacco o macchie di superficie o di cellule.

Discussione

La sonda microfluidica (MFP) è versatile perché è (i) mobili, (ii) adattabile per essere utilizzato con diversi tipi di reagenti e di substrato e può (iii) essere utilizzato su grandi aree.

Bolle indesiderate può portare alla interruzione del flusso per evitare bolle, tutti i componenti devono essere pieni di liquidi prima del montaggio. Il divario tra la sonda e la superficie è solo di pochi micrometri, ma il mesa è diverse centinaia di micron di larghezza, e distanze nel range di ce...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
microfluidic connectors	Upchurch Scientific	Micro- and Nano-tight fittings and sleeves
2-component manual dispenser	Conprotec Inc.	DM400	To dispense and mix PDMS mixture
LabVIEW	National Instruments	Version 8.0
Mechanical Convection Oven	VWR international	1330FM
Glass syringes	Hamilton Co
Capillary tubing	Polymicro Technologies
Plasma Chamber	Tegal Corporation	Plasmaline 415
Inverted Microscope	Nikon Instruments	TE2000-E
Syringe pumps	Cetoni	neMESYS
Sylgard 184	Ellsworth Adhesives	184 Sil Elast Kit
Camera	Photometrics	QuantEM 512SC
Microscope stage
Microfluidic probe holder goniometers	Melles Griot	07GON504
Linear stage	Applied Scientific Instrumentation	LS-50	For z-control of the MFP
Manual linear stage	Newport Corp.	443-4 Series	For x- and y- axis control of the MFP
Microscope stage	Applied Scientific Instrumentation	PZ-2000	With x-, y- and z- control