Name: generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices
Uploaded: 2018-07-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
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この作品は、深セン研究グラント号の資金によって支えられました。JCYJ 20150630170146829、JCYJ20160531195439665、JCYJ20160317152359560)。著者は、深川機関の高度な技術で、サポートのための科学の中国アカデミー教授義陳を感謝したいです。

1. 金型製作
<ol><li>図面のソフトウェアを使用して 2 つのフォトマスクを設計します。マイクロ構造の概要を説明してマスク同じ図面ファイルの 1 と 2 の 2 つの層を使用して、ように異なるチャネル間のすべての接続。1 μ m の分解能でベンダーによるガラスのプレートをクロームに独立して異なるレイヤーを印刷します。フォトマスクは、負の極性、設計構造の透明な暗いことを確認します。 注:マスク 1 には、オリフィスには分散相の入口チャネルが含まれています。マスク 2 は、連続相の入口チャネル、フィルター、およびコンセントに含まれます。</li>
	<li>指定された写真平版ラボで直径 3 インチのシリコンウェハーをクリーンアップします。スピン コーターにウェハを配置、スピン チャックにウェーハを押さなければならない真空をオンにします。スピン コート 2-3 mL 10 のウエハー上に SU 8 2025年ネガ型フォトレジストの 1,000 rpm, 30、s 3,000 rpm、20 μ m の最初の層の厚さを提供することで s。</li>
	<li>6 分の 95 ° C 鉄板ソフト焼く。コーティングされたウェーハ冷却部屋の温度 (RT) 後、それ平行 15 mW/cm2, 365 下マスク 1 を経由して公開 nm UV 18 s. 後の露出のための 6 分、95 ° C 鉄板焼くに冷却したウエハをできるようにして</li>
	<li>スピン コーティング プロセスを繰り返します。10 のウエハー上に SU 8 2100 ネガ型フォトレジストの 2-3 ml 30 その後、1,000 rpm で s 2,000 rpm、130 μ m の 2 番目の層の厚さを提供することで s。30 の公開する第 2 層レジスト 35 分 95 ° C 鉄板ソフト焼く後配置マスク 2 s、UV 露光装置による分散相チャネル層と提携していた。暴露後、7 分間 95 ° C のホット プレートで焼く。</li>
	<li>機能ウェハに明確になるし、エチル ・ アルコールで洗うまでのプロピレング リコール エーテル酢酸メチルの 50 mL 強攪拌浴における浸漬してウエハーを開発します。最後に、2 h のハード焼成用サーモスタットのプラットフォームにウェハを配置します。</li>
</ol>2 半 3 D フロー焦点マイクロ流体チップの作製
<ol><li>ミックス PDMS モノマーおよびその硬化剤上部および下の層、通常最上位のレイヤーの 10:1 と底層の 8:1 のわずかに異なる重量比で 4 分の自動軟膏アジテーターを使用します。 注:上部と下部の PDMS スラブがわずかに異なる比率で作成 (10:1、8:1 それぞれ)、硬化剤に PDMS ベースの接着強度を向上させます。最下の層に 5:1 の比率を選択すると、硬めの底 PDMS スラブは配置が困難し、柔軟性の不足による接合強度を低減します。さらに、下部 PDMS スラブの厚さは、顕微鏡の作動距離を適応するため約 1 mm です。チップは、15:1 の比率を選択した場合、高圧下で簡単に変形します。</li>
	<li>90 mm のシャーレで完成したシリコン型に混合物を注ぐし、厚さ 2 〜 3 mm。 真空チャンバー内に配置し、ドガのすべての空気の泡が消えるまで。オーブンで 1 時間 80 ° C で治します。</li>
	<li>RT。 使用するデバイス機能から 3 mm 以上をカットし、シリコンウェハ PDMS 層にむけてゆっくりとメスを冷却する PDMS を許可します。分散相入口、連続相の入口と 0.75 mm 径パンチを使用して最上位の PDMS レイヤーで出口をパンチします。</li>
	<li>ダスト粒子を除去する粘着テープと PDMS をクリーンアップします。プラズマは、クリーナー 300 W プラズマで 2 分間同時に PDMS レイヤーを上部と下部の両方を扱います。底層表面の一番上の層、ステレオ顕微鏡を通して表示機能が合うまで比較的表面をスライドさせます。</li>
	<li>強度を高めるし、接合を完了する 1 日 120 ° C のオーブンでデバイスを治します。</li>
</ol>3. 試薬の調製
<ol><li>連続相のソリューションの準備: ヘキサデカン 18 巻 % シリコーン系界面活性剤を溶解することにより。</li>
	<li>分散相のソリューションの準備: 親水性ポリ (エチレング リコール) レート (PEGDA、MW 255) 光開始剤およびローダミン B (5 mg/mL の濃度で含まれている 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (MW 224、98%)95%、MW 479.01) 蛍光染料として 1 モル/L の濃度で。</li>
	<li>連続相と空気圧コント ローラーの 1 つの mL 貯水池を埋めます。分散相で 200 μ L のゲルの読み込みヒントを入力します。</li>
</ol>4. システムの準備
<ol><li>ハイスピード カメラを表示する逆にされた顕微鏡のステージ上半 3 D マイクロ流体デバイスを設置します。</li>
	<li>短いステンレス鋼チューブを接続することによって連続相のパンチ穴にフッ素化エチレンのプロピレン (FEP) チューブを接続し、ゲルの読み込みヒントの最後を分散相のパンチ穴に挿入します。デバイスのプラグをコンセントに FEP 管の全長 20 cm を挿入し、15 mL 遠心管中の端に置きます。 注:システムの構成を図 1に示します。</li>
</ol>5. 液滴形成
<ol><li>倒立顕微鏡のワークベンチにデバイスを置き、別のチャネルのジャンクションが約顕微鏡の光源の位置にあることを確認します。二相交差点を含む領域、オリフィスの地域、および下流チャネルの倒立顕微鏡の焦点を当てます。</li>
	<li>圧力 15 mbar の分散相および連続相の 30 mbar との交差する地域にゆっくりと液を提供する空気圧コント ローラーを使用して 2 つのフェーズを設定します。安定化と泡と PDMS 残渣を伝送していない安定した流体までの 3 分を待ちます。</li>
	<li>制御ソフトウェアのユーザー インターフェイスでパラメーターを入力します。たとえば定数システムの圧力はベースレベルの分散相の圧力を設定、45 mbar でそれを維持します。ヒント ストリーミング モードに噴射からエマルジョン破壊モードが変更されるまでの連続相の圧力を増やすし、安定化のための 5 分を待ちます。</li>
	<li>滴を収集する遠心管にコンセントの穴を接続する FEP 管端を置きます。</li>
</ol>6. PEGDA 粒子のコレクションと評価
<ol><li>治具で効率よく研げる遠心管を修正します。チューブに液相が流れるとき、紫外光照射による急冷凝固による PEGDA 粒子を取得します。</li>
	<li>収集プロセスを仕上げ、サンプルし、PEGDA 粒子をそれぞれ 20 X 60 X オブジェクトと蛍光顕微鏡を使って観察。 注意してください。カメラで撮影したデジタル蛍光画像は、カスタムメイドのソフトウェア ルーチンによって分析されます。画像がアウトの中心光と気の利いたエッジ検出メソッドに基づく画像内のオブジェクトを抽出する球のぼかし効果を排除するために R L アルゴリズム17に基づく最初のデコンボリューション最後に、それぞれの球体の直径は、ハフ変換18を使用して計算できます。その結果、平均と各イメージで球オブジェクトの直径の標準偏差を推定できます。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+microfluidics.">Droplet microfluidics.</a> Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).</li><li>Xiao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+multifunctional+NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA+hybrid+microspheres:+NIR-light-activated+photopolymerization+and+drug+delivery.">Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery.</a> Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).</li><li>Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-functionalizable+amphiphilic+nanoparticles+for+pickering+emulsions+with+designer+fluid-fluid+interfaces.">Surface-functionalizable amphiphilic nanoparticles for pickering emulsions with designer fluid-fluid interfaces.</a> RSC Adv. 6, 39926-39932 (2016).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+rigid+nanovesicles+for+hydrophilic+reagents+delivery.">Microfluidic synthesis of rigid nanovesicles for hydrophilic reagents delivery.</a> Angewandte Chemie. 54, 3952-3956 (2015).</li><li>Shembekar, N., Chaipan, C., Utharala, R., Merten, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet-based+microfluidics+in+drug+discovery,+transcriptomics+and+high-throughput+molecular+genetics.">Droplet-based microfluidics in drug discovery, transcriptomics and high-throughput molecular genetics.</a> Lab on a chip. 16, 1314-1331 (2016).</li><li>Soh, G. Y., Yeoh, G. H., Timchenko, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+on+the+velocity+fields+during+droplet+formation+in+a+microfluidic+T-junction.">Numerical investigation on the velocity fields during droplet formation in a microfluidic T-junction.</a> Chemical Engineering Science. 139, 99-108 (2016).</li><li>Chiarello, E., Derzsi, L., Pierno, M., Mistura, G., Piccin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+Oil+Droplets+in+a+Non-Newtonian+Liquid+Using+a+Microfluidic+T-Junction.">Generation of Oil Droplets in a Non-Newtonian Liquid Using a Microfluidic T-Junction.</a> Micromachines. 6, 1825-1835 (2015).</li><li>Moyle, T. M., Walker, L. M., Anna, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+thread+formation+during+tipstreaming+through+an+active+feedback+control+loop.">Controlling thread formation during tipstreaming through an active feedback control loop.</a> Lab on a chip. 13, 4534-4541 (2013).</li><li>Moon, B. U., Abbasi, N., Jones, S. G., Hwang, D. K., Tsai, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water-in-Water+Droplets+by+Passive+Microfluidic+Flow+Focusing.">Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing.</a> Analytical chemistry. 88, 3982-3989 (2016).</li><li>Zhu, P., Tang, X., Wang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+generation+in+co-flow+microfluidic+channels+with+vibration.">Droplet generation in co-flow microfluidic channels with vibration.</a> Microfluidics and Nanofluidics. , 20 (2016).</li><li>Kim, S. H., Kim, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+formation+of+double-emulsion+drops+in+sudden+expansion+channels.">Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels.</a> Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).</li><li>Jeong, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+generation+of+submicron+emulsion+droplets+via+highly+stable+tip-streaming+mode+in+microfluidic+devices.">Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices.</a> Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).</li><li>Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+interfacial+tension+on+droplet+formation+in+flow-focusing+microfluidic+device.">The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device.</a> Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).</li><li>Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dripping+and+jetting+in+microfluidic+multiphase+flows+applied+to+particle+and+fiber+synthesis.">Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis.</a> J Phys D Appl Phys. , 46 (2013).</li><li>Anna, S. L., Mayer, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+tipstreaming+in+a+microfluidic+flow+focusing+device.">Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device.</a> Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).</li><li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+QD-encoded+PEGDA+microspheres+for+suspension+assay.">Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay.</a> J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).</li><li>Richardson, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bayesian-based+iterative+method+of+image+restoration.">Bayesian-based iterative method of image restoration.</a> Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).</li><li>Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+survey+of+Hough+Transform.">A survey of Hough Transform.</a> Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).</li><li>Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+production+and+tip-streaming+phenomenon+in+a+microfluidic+flow-focusing+device+via+an+interfacial+chemical+reaction.">Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction.</a> Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).</li><li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+dispersions+using+"flow+focusing"+in+microchannels.">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+production+of+emulsion+drops+using+an+electric+field+in+a+flow-focusing+microfluidic+device.">Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device.</a> Applied Physics Letters. 91, 133106 (2007).</li><li>Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microchannel+deformations+due+to+solvent-induced+PDMS+swelling.">Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling.</a> Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).</li><li>Chiu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universally+applicable+three-dimensional+hydrodynamic+microfluidic+flow+focusing.">Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing.</a> Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).</li><li>Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+pressure-driven+microfluidic+networks+using+electric+circuit+analogy.">Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy.</a> Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

2 D と半 3 D マイクロ流体デバイスを用いたフロー フォーカス モードにおける液滴の生成は以前様々 なレポート8,9,15,19,20で開発されています 21。これらのシステムで固まってないことができる水性の液体として選ばれた分散相に脱イオン水<sup c...

ナノメートルからマイクロ メートル直径範囲1に単分散液滴を高度生成し、高スループット薬物探索23 の生体分子の合成に大きな可能性を保持することは液滴を用いたマイクロ流体システム ,の4、および5をテスト診断。サンプルの数マイクロリットルの処理と大規模なアプリケーション ・体積比表面積などの小さな液滴のユニークな利点のため技術は幅広い分野での広範な関心を集めています。2 液体の乳化は、液滴を生成する最も一般的な方法の 1 つです。T 字合流管内の流れを中心との共同のジオメトリを流れるを含む異なる液滴形成ジオメトリのさまざまな分野で過去に報告、開発しました。T 字路のジオメトリで分散相は連続相が6、7を流れる、メイン チャンネルに垂直チャネルを介して配信されます。典型的な二次元 (2 D) 流れ中心8,9ジオメトリの分散相流れ、外側; から剪断します。され共同流れるジオメトリ10,11, 一方で毛細血管の分散相の流れをご紹介は co 軸共同流れるジオメトリは、大きく毛細血管内から分散相流れ、剪断、すべての方向。
液滴サイズはチャネルのサイズとフローの率の比を調整することによって制御され、流または t 字路で生成される最小のサイズは数十 μ m に限定。液滴形成システムの流れ中心、液滴の 3 つのモードを形成する二相の圧力比を調整することによって、界面活性剤濃度、輸液を含む政権、ジェッティング政権、ヒント ストリーミング15。ヒント ストリーミング モードはスレッドの形成と分散相流量の円錐形の先端から引き出しスレッドを観察する薄い外観とも呼ばれます。ヒント ストリーミングが数マイクロ メートルを生成可能性があります未満の以前の研究は、液滴を実証している 2D または半 3 D フロー集束デバイス8,12のプロセス。しかし、PEGDA の非常に低濃度水溶液は、分散相として使用された、PEGDA 粒子の収縮率だった元液滴直径の約 60% として希釈せず PEGDA しながら重合後、不安定なヒント ストリーミング モード12に分散相を導いた。エマルジョン プロセスの重要なパラメーターであり、粒径、高世代周波数13、非常に湾曲した先端の減少につながる連続相液体に界面活性剤の添加により減少して界面張力と14の不安定性を防止します。さらに、バルク界面活性剤濃度は臨界ミセル濃度よりはるかに高い、界面張力が約13飽和状態で変数とヒント ストリーミング モードは15を発生することが。
この論文では、上記の観測に基づく半 3 D フロー中心のマイクロ流体デバイス、多層ソフト ・ リソグラフィー法により作製したを使用した PEGDA 液滴生成の安易なアプローチを行った。典型的な 2次元流れ集束デバイスとは異なり、半 3 D フロー フォーカシング デバイスが浅い分散相チャネルおよび深い連続相チャネル分散相は横横、上下からせん断されるように。これはエネルギーと液滴分裂に必要な圧力を減らすことによってフロー フォーカス モードのより大きい調整範囲を提供します。前のレポート12とは異なり、分散相は純粋な PEGDAcontaining 写真-イニシエーター、PEGDA 粒子の収縮率が 1016; よりも低いことを確かめる連続相、シリコーン系非イオン性界面活性剤の高いバルク濃度で溶解ヘキサデカンの混合物です。サイズ制御と均一液滴は、2 段階の圧力比を調整することによって生産されました。液滴の径は、噴射モードからヒント ストリーミング モードへの変更が処理される液滴分裂、80 μ m から 1 μ m に変わります。さらに、PEGDA 粒子は、紫外光照射下での光重合プロセスを通じて合成されました。製作が容易で液滴生成マイクロ流体システムは、生物学的応用のためのより多くの可能性を提供いたします。

<table><tbody><tr><td>Silicon wafer</td><td>Huashi Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2025, 2100</td><td>Microchem Co.</td><td>Y111069</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 developer</td><td>Microchem Co.</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>Chromium mask</td><td>Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>polydimethylsiloxane(PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)</td><td>Sigma</td><td>26570-48-9</td><td></td></tr><tr><td>2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td><td>TCI</td><td>H1361-5G</td><td>photoinitiator</td></tr><tr><td>Hexadecane</td><td>Sigma</td><td>544-76- 3</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>CHT</td><td>144243-53-8</td><td>surfactants</td></tr><tr><td>Rhodamine B</td><td>Aladdin</td><td>81-88-9</td><td>fluorescent dye</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lithography machine</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatic ointment agitator</td><td>Thinky</td><td>ARV-310</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>BluePard</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optical microscope</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Hamamatsu, Japan</td><td>ORCA-flash</td><td></td></tr><tr><td>MAESFLO Microfluidic Fluid Control System</td><td>FLUIGENT</td><td>MFCS-EZ</td><td></td></tr><tr><td>UV lamp</td><td>FUTANSI</td><td></td><td>365 nm UV light, 8000 MW/CM&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td></tr></tbody></table>

generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices

中心にマイクロ流体デバイス プロセス フローを介して均一でサイズ制御ポリ (エチレング リコール) レート (PEGDA) 液滴を作り出すことができます。液滴形成のため semi-three-dimensional (半 3 D) 流れ焦点マイクロ流体チップを提案する.多層ソフト ・ リソグラフィー法を用いたポリジメチルシロキサン (PDMS) チップを試作しました。界面活性剤を含むヘキサデカンが連続相として使用され、紫外線 (UV) 光開始剤と PEGDA は分散相。界面活性剤を削除するローカルの表面張力と小さなマイクロ液滴に分割を促進したよりカスプの先端を形成します。分散相の圧力は一定、液滴のサイズは、分散相流量が打ち切られた前に連続相の圧力の増加とともに小さくなった。その結果、直径 80 μ m 1 μ m からサイズ バリエーションと液滴を選択的に 2 つの入口チャネルの圧力比を変更することによって達成される可能性し、変動係数の平均は 7% 以下と推定されました。さらに、液滴は、光重合のための紫外光照射によるマイクロ ビーズになるかもしれない。このようなマイクロ ビーズ表面に抱合生体分子生物学と化学の分野で多くの潜在的なアプリケーションがあります。

前述のように多層ソフト ・ リソグラフィー技術を使用して半 3 D フロー焦点マイクロ流体チップを試作しました。作製及び図 2に示すように protocolare でマスター型の結果。65 μ m ワイド チャンネルを分散相と、50 μ m 幅のオリフィス (図 2、) を導入するため、第 1 の層は、厚さ 20 μ m です。また 130 μ m 厚層を?...

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Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

ここでは、製造プロセスと semi-three-dimensional (半 3 D) 流れ焦点マイクロ流体チップ液滴形成のための検証実験を説明するためにプロトコルを提案します。

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

generation-size-controlled-poly-ethylene-glycol-diacrylate-droplets

Research

JoVE Journal

Engineering

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

7.7K ビュー.  Tsinghua University. ここでは、製造プロセスと semi-three-dimensional (半 3 D) 流れ焦点マイクロ流体チップ液滴形成のための検証実験を説明するためにプロトコルを提案します。

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Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

工学

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

化学

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

液晶エラストマーのアクチュエータのマイクロの準備

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper presents a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device capable of generating water/oil/water double emulsions using a coaxial flow focusing geometry that can be fabricated entirely using soft lithography. Similar to emulsion devices using glass capillaries, double emulsions can be formed in channels with uniform wettability and with dimensions much smaller than the channel sizes. Three dimensional flow focusing geometry is achieved by casting a pair of PDMS slabs using two layer soft lithography, then mating the slabs together in a clamshell configuration. Complementary locking features molded into the PDMS slabs enable the accurate registration of features on each of the slab surfaces. Device testing demonstrates formation of double emulsions from 14 &#181;m to 50 &#181;m in diameter while using large channels that are robust against fouling and clogging.

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

Microfluidic double emulsions generation typically involves devices with patterned wettability or custom-fabricated glass components. Here we describe the fabrication and testing of an all polydimethylsiloxane (PDMS) double emulsion generator that does not require surface treatment or complicated fabrication processes, and is capable of producing double emulsions down to 14 &#181;m.

ポリジメチルシロキサン（PDMS）同軸フローフォーカス・デバイスを使用したダブルエマルションの生成

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

生物工学

A Femtoliter Droplet Array for Massively Parallel Protein Synthesis from Single DNA Molecules

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and chemical research. To meet the demand for high-performance microreactors, we developed a femtoliter droplet array (FemDA) device and exemplified its application in massively parallel cell-free protein synthesis (CFPS) reactions. Over one million uniform droplets were readily generated within a finger-sized area using a two-step oil-sealing protocol. Every droplet was anchored in a femtoliter microchamber composed of a hydrophilic bottom and a hydrophobic sidewall. The hybrid hydrophilic-in-hydrophobic structure and the dedicated sealing oils and surfactants are crucial for stably retaining the femtoliter aqueous solution in the femtoliter space without evaporation loss. The femtoliter configuration and the simple structure of the FemDA device allowed minimal reagent consumption. The uniform dimension of the droplet reactors made large-scale quantitative and time-course measurements convincing and reliable. The FemDA technology correlated the protein yield of the CFPS reaction with the number of DNA molecules in each droplet. We streamlined the procedures about the microfabrication of the device, the formation of the femtoliter droplets, and the acquisition and analysis of the microscopic image data. The detailed protocol with the optimized low running cost makes the FemDA technology accessible to everyone who has standard cleanroom facilities and a conventional fluorescence microscope in their own place.

The overall goal of the protocol is to prepare over one million ordered, uniform, stable, and biocompatible femtoliter droplets on a 1 cm2 planar substrate that can be used for cell-free protein synthesis.

単一DNA分子からの超並列タンパク質合成のためのフェムトリットルドロップレットアレイ

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and ...

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), their ultimate clinical use has been hampered by the lack of biologically-relevant degradation observed for most smart materials. This is particularly true for temperature-responsive hydrogels, which are almost uniformly based on polymers that are functionally non-degradable (e.g., poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) or poly(oligoethylene glycol methacrylate) (POEGMA)). As such, to effectively translate the potential of thermoresponsive hydrogels to the challenges of remote-controlled or metabolism-regulated drug delivery, cell scaffolds with tunable cell-material interactions, theranostic materials with the potential for both imaging and drug delivery, and other such applications, a method is required to render the hydrogels (if not fully degradable) at least capable of renal clearance following the required lifetime of the material. To that end, this protocol describes the preparation of hydrolytically-degradable hydrazone-crosslinked hydrogels on multiple length scales based on the reaction between hydrazide and aldehyde-functionalized PNIPAM or POEGMA oligomers with molecular weights below the renal filtration limit. Specifically, methods to fabricate degradable thermoresponsive bulk hydrogels (using a double barrel syringe technique), hydrogel particles (on both the microscale through the use of a microfluidics platform facilitating simultaneous mixing and emulsification of the precursor polymers and the nanoscale through the use of a thermally-driven self-assembly and cross-linking method), and hydrogel nanofibers (using a reactive electrospinning strategy) are described. In each case, hydrogels with temperature-responsive properties similar to those achieved via conventional free radical cross-linking processes can be achieved, but the hydrazone cross-linked network can be degraded over time to re-form the oligomeric precursor polymers and enable clearance. As such, we anticipate these methods (which may be generically applied to any synthetic water-soluble polymer, not just smart materials) will enable easier translation of synthetic smart materials to clinical applications.

Protocols are described for the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels based on hydrazone cross-linking of polymeric oligomers on the bulk scale, microscale, and nanoscale, the latter for preparation of both gel nanoparticles and nanofibers.

自己組織化反応押出、マイクロフルイディクス, 経由で複数の長さスケールでの分解性感温ハイドロゲルを加工・ エレクトロスピニング

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. The first device is built for the generation of simple drops driven by gravity. The second device is designed to generate emulsion drops in a coflowing scheme. The third device is an extension of the coflowing device with the addition of a third liquid that acts as an electric ground, allowing the formation of electrified drops that subsequently discharge. In this setup, two of the three liquids have an appreciable electrical conductivity. The third liquid mediates between these two and is a dielectric. A&#160;voltage difference applied between the two conducting liquids creates an electric field that couples with hydrodynamic stresses of the coflowing liquids, affecting the jet and drop formation process. The addition of the electric field provides a path to generate smaller drops than in simple coflow devices and for generating particles and fibers with a wide range of sizes.

Here, a protocol to manufacture glass-based microfluidic devices used for generating highly monodisperse emulsions with controlled drop size is presented.

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. ...

A Droplet-Based Microfluidic Approach and Microsphere-PCR Amplification for Single-Stranded DNA Amplicons

Droplet-based microfluidics enable the reliable production of homogeneous microspheres in the microfluidic channel, providing controlled size and morphology of the obtained microsphere. A microsphere copolymerized with an acrydite-DNA probe was successfully fabricated. Different methods such as asymmetric PCR, exonuclease digestion, and isolation on streptavidin-coated magnetic beads can be used to synthesize single-stranded DNA (ssDNA). However, these methods cannot efficiently use large amounts of highly purified ssDNA. Here, we describe a microsphere-PCR protocol detailing how ssDNA can be efficiently amplified and separated from dsDNA simply by pipetting from a PCR reaction tube. The amplification of ssDNA can be applied as potential reagents for the DNA microarray and DNA-SELEX (Systematic evolution of ligands by exponential enrichment) processes.

This work provides a method for the fabrication of droplet-based microfluidic platforms and the application of polyacrylamide microspheres for microsphere-PCR amplification. The microsphere-PCR method makes it possible to obtain single-stranded DNA amplicons without separating double-stranded DNA.

マイクロ液滴手法と一本鎖 DNA 産物の微粒子に PCR 増幅

Droplet-based microfluidics enable the reliable production of homogeneous microspheres in the microfluidic channel, providing controlled size and ...

Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and organs are either highly expensive, like robotics, or lack nanoliter volume and millisecond time accuracy in liquid manipulation. We herein present the design and fabrication of a microfluidic system, which consists of 1,500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. To demonstrate the capacities of the microfluidic device, neural stem cell (NSC) spheres are maintained in the proposed system. We observed that when the NSC sphere is exposed to CXCL in day 1 and EGF in day 2, the round-shaped conformation is well maintained. Variation in the input order of 6 drugs causes morphological changes to the NSC sphere and the expression level representative marker for NSC stemness (i.e., Hes5 and Dcx). These results indicate that dynamic and complex environmental conditions have great effects on NSC differentiation and self-renewal, and the proposed microfluidic device is a suitable platform for high throughput studies on the complex life machinery.

We present a microfluidic system for high throughput studies on complex life machinery, which consists of 1500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. The microfluidic chip allows for the analysis of the highly complex and dynamic micro-environmental conditions in vivo.

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and ...

Reconstitution of Basic Mitotic Spindles in Spherical Emulsion Droplets

Mitotic spindle assembly, positioning and orientation depend on the combined forces generated by microtubule dynamics, microtubule motor proteins and cross-linkers. Growing microtubules can generate pushing forces, while depolymerizing microtubules can convert the energy from microtubule shrinkage into pulling forces, when attached, for example, to cortical dynein or chromosomes. In addition, motor proteins and diffusible cross-linkers within the spindle contribute to spindle architecture by connecting and sliding anti-parallel microtubules. In vivo, it has proven difficult to unravel the relative contribution of individual players to the overall balance of forces. Here we present the methods that we recently developed in our efforts to reconstitute basic mitotic spindles bottom-up in vitro. Using microfluidic techniques, centrosomes and tubulin are encapsulated in water-in-oil emulsion droplets, leading to the formation of geometrically confined (double) microtubule asters. By additionally introducing cortically anchored dynein, plus-end directed microtubule motors and diffusible cross-linkers, this system is used to reconstitute spindle-like structures. The methods presented here provide a starting point for reconstitution of more complete mitotic spindles, allowing for a detailed study of the contribution of each individual component, and for obtaining an integrated quantitative view of the force-balance within the mitotic spindle.

The assembly and positioning of the mitotic spindle depend on the combined forces generated by microtubule dynamics, motor proteins and cross-linkers. Here we present our recently developed methods in which the geometrical confinement of spherical emulsion droplets is used for the bottom-up reconstitution of basic mitotic spindles.

球状​​エマルジョン液滴での基本的な紡錘体の再構成

Mitotic spindle assembly, positioning and orientation depend on the combined forces generated by microtubule dynamics, microtubule motor proteins and ...

サイズ制御されたポリ (エチレングリコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

要約

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単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

液晶エラストマーのアクチュエータのマイクロの準備

ポリジメチルシロキサン（PDMS）同軸フローフォーカス・デバイスを使用したダブルエマルションの生成

単一DNA分子からの超並列タンパク質合成のためのフェムトリットルドロップレットアレイ

自己組織化反応押出、マイクロフルイディクス, 経由で複数の長さスケールでの分解性感温ハイドロゲルを加工・エレクトロスピニング

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

マイクロ液滴手法と一本鎖 DNA 産物の微粒子に PCR 増幅

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

球状エマルジョン液滴での基本的な紡錘体の再構成

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

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単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

液晶エラストマーのアクチュエータのマイクロの準備

ポリジメチルシロキサン（PDMS）同軸フローフォーカス・デバイスを使用したダブルエマルションの生成

単一DNA分子からの超並列タンパク質合成のためのフェムトリットルドロップレットアレイ

自己組織化反応押出、マイクロフルイディクス, 経由で複数の長さスケールでの分解性感温ハイドロゲルを加工・ エレクトロスピニング

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マイクロ液滴手法と一本鎖 DNA 産物の微粒子に PCR 増幅

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

球状​​エマルジョン液滴での基本的な紡錘体の再構成

サイズ制御されたポリ (エチレングリコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

自己組織化反応押出、マイクロフルイディクス, 経由で複数の長さスケールでの分解性感温ハイドロゲルを加工・エレクトロスピニング

球状エマルジョン液滴での基本的な紡錘体の再構成