미세입자 농도를 위한 공압 구동 미세유체 플랫폼

요약

본 프로토콜은 효율적인 미세입자 농축을 위해 사용될 수 있는 공압 미세유체 플랫폼을 기술한다.

초록

본 기사는 미세유체 플랫폼을 사용하여 입자 농도를 제어하기 위해 공압 밸브를 제조 및 조작하는 방법을 소개한다. 이 플랫폼에는 곡선 유체 채널과 3개의 공압 밸브가 있는 3차원(3D) 네트워크가 있으며, 이 네트워크는 폴리디메틸실록산(PDMS)과의 이중 복제를 통해 네트워크, 채널 및 공간을 생성합니다. 이 장치는 공압 밸브에 의해 제어되는 유체 유량의 과도 반응을 기반으로 (1) 샘플 로딩, (2) 샘플 차단, (3) 샘플 농도 및 (4) 샘플 방출의 순서로 작동합니다. 입자는 체 밸브 (Vs) 플레이트의 얇은 다이어프램 층 변형에 의해 차단되고 곡선 미세 유체 채널에 축적됩니다. 작동 유체는 두 개의 온/오프 밸브의 작동에 의해 배출됩니다. 조작의 결과로, 다양한 배율의 모든 입자가 성공적으로 차단되고 분리되었습니다. 이 기술이 적용될 때, 작동 압력, 농도에 필요한 시간, 및 농도 속도는 장치 치수 및 입자 크기 배율에 따라 달라질 수 있다.

서문

생물학적 분석의 중요성으로 인해, 미세유체 및 생물의학 미세전자기계 시스템(BioMEMS) 기술^1,2는 미세^{물질 2,3,4}의 정제 및 수집을 위한 장치를 개발 및 연구하는 데 사용된다. 파티클 포획은 활성 또는 수동으로 분류됩니다. 활성 트랩은 외부 유전체⁵, 자기 영동⁶, 청각⁷, 시각⁸ 또는 열⁹ 힘에 사용되어 독립 입자에 작용하여 움직임을 정확하게 제어 할 수 있습니다. 그러나 입자와 외부 힘 사이의 상호 작용이 필요합니다. 따라서 처리량이 낮습니다. 미세유체 시스템에서, 유량을 제어하는 것은 외부 힘이 표적 입자로 전달되기 때문에 매우 중요하다.

일반적으로, 수동 미세유체 장치는 마이크로채널(^10,11

프로토콜

1. 입자 농도를위한 미세 유체 플랫폼 설계

1. 3D 흐름 네트워크에서 유체 흐름을 위한 공압 밸브 1개와 체(Vs), 유체(Vf) 및 입자(Vp) 밸브 작동을 위한 3개의 공압 밸브로 구성된 공압 미세유체 플랫폼을 설계합니다(그림 1).
   참고: Vs는 액체로부터 입자를 농축시키는 것을 차단하고, Vf 및 Vp는 농축 후 유체 및 입자 방출을 허용한다. 세 개의 공압 포트는 유체/공압 공급 층(일반적으로 개방됨)과 밸브를 작동시키기 위한 공압 밸브 광 배출구에서 압축 공기를 제공합니다. 마이크로유체 채널 네트워크는 CAD 프로그램^18,19로 설계되었습니다.
2. 채널을 공압 공급 계층과 3D 채널 네트워크 계층으로 설계합니다(그림 2).
   참고: 유체 네트워크는 전방 부분의 곡선 채널 및 후부 영역의 직사각형 챔버와 상호 연결됩니다. Vs 유입을 차단하고, 입자는 곡선형 유체 채널의 수집 영역에 축적된다. 입자가 없는 유체(입자가 없는 액체)는 Qf 출구를 통해 배출되고 농축된 입자는 Qp 배출구를 통해 배출됩니다(<....

결과

도 8은 표 2에 언급된 바와 같이 4단계 플랫폼 작동을 위한 유체 속도의 유량을 나타낸다. 첫 번째 단계는 로딩 상태(상태)입니다. 플랫폼에는 모든 밸브가 개방된 유체가 공급되었고, 작동 유체(Qf) 및 입자(Qp)는 미세유체 채널 네트워크와 거의 동일하여 구조적 대칭을 나타낸다. 두 번째 단계 (b 상태)에서는 압축 공기를 Vs로 이송하여 입자를 차단하고 Vs 다이어프.......

토론

이 플랫폼은 다양한 크기의 입자를 정화하고 농축하는 간단한 방법을 제공합니다. 입자는 공압 밸브 제어를 통해 축적되고 방출되며 수동 구조가 없기 때문에 막힘도 관찰되지 않습니다. 이 장치를 사용하여 세 가지 크기의 입자 농도가 표시됩니다. 그러나, 작동 압력, 농축에 필요한 시간, 및 속도는 Vs^18,20,21에서의 장치 치수, 입자 크기 배율^, ?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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