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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices at JoVE.com

이 작품 심천 기초 연구 (그랜트 제 자금에 의해 지원 되었다 JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 및 JCYJ20160317152359560)입니다. 저자는 교수부터 Y. 첸 심천 연구소의 고급 기술 지원에 대 한 과학의 중국 아카데미에 감사 하 고 싶습니다.

1. 금형 제작
<ol><li>두 포토 드로잉 소프트웨어를 사용 하 여 디자인 합니다. 아닌 구조의 개요를 설명 마스크 1과 2 같은 드로잉 파일에 대 한 두 개의 별도 레이어를 사용 하 여, 그래서 서로 다른 채널 간의 모든 연결을 확인 하십시오. 1 µ m 해상도와 공급 업체에 의해 유리 플레이트 크롬을 독립적으로 서로 다른 레이어를 인쇄 합니다. 네거티브 극성으로는 포토 어두운 투명 하 게 설계 된 구조 인지 확인 합니다. 참고: 마스크 1 분산된 단계 입구 채널 및 구멍을 포함 한다. 마스크 2 연속 단계 입구 채널, 필터와 콘센트 포함 되어 있습니다.</li>
	<li>지정 된 사진 평판 실험실에서 직경 3 인치 실리콘 웨이퍼를 청소. Spin coater에 웨이퍼를 배치, 스핀 척에 웨이퍼를 부착 하 여 진공에. 스핀-코트 수 8 2025 부정적인 감광 제 10 웨이퍼에의 2-3 mL 1000 rpm, 다음 30 s s 20 µ m의 첫 번째 레이어 두께 제공 하는 3000 rpm에서.</li>
	<li>6 분 동안 95 ° C 열판에 부드러운 빵. 코팅 된 웨이퍼 (RT) 실내 온도에 냉각, 후는 조명을 15 mW/cm2, 365 마스크 1 통해 노출 18 미 후 노출에 대 한 UV의 nm 6 분 동안 95 ° C 열판에 구워 다음 실시간에 냉각 웨이퍼를 허용</li>
	<li>스핀 코팅 과정을 반복 합니다. 2-3 mL 수 8 2100 부정적인 감광 제 10 웨이퍼에 적용 1000 rpm, 다음 30 s s 2000 rpm, 130 µ m의 두 번째 레이어 두께 제공. 35 분 동안 95 ° C 열판에 부드러운 빵, 후 위 마스크 2 30 노출 두 번째 레이어 감광 s, UV aligner에 의해 분산된 단계 채널 계층으로 정렬 되었다. 사후 노출, 7 분 동안 95 ° C 열판에 구워.</li>
	<li>기능, 웨이퍼에 명확 하 게 될 때까지 에틸 알코올로 씻어 프로필 렌 글리콜 메 틸 에테르 아세테이트의 50 mL의 촉발된 욕조에 immersing 하 여 웨이퍼를 개발 합니다. 마지막으로, 2 시간에 대 한 하드 베이킹에 서 모스 탯 플랫폼에 웨이퍼를 놓습니다.</li>
</ol>2. 세미-3D 흐름 초점 미세 칩 제조
<ol><li>믹스 PDMS 단위체와 상단 및 하단 레이어, 일반적으로 상위 계층에 대 한 10:1 및 8:1 아래 계층에 대 한 약간 다른 무게 비에 그것의 경화제 4 분에 대 한 자동 연 교 반기를 사용합니다. 참고: 위쪽 및 아래쪽 PDMS 석판 약간 다른 비율에 준비가 (10:1 및 8:1 각각) 경화제를 PDMS 기지의 접합 강도 향상. 5:1 비율을 아래 계층에 대 한 선택 하면 엄격한 하단 PDMS 슬 래 브 맞춤 어려운 고 유연성의 부족으로 인해 결합 강도 감소 시킨다. 또한, 하단 PDMS 슬 래 브의 두께 현미경의 작동 거리를 적응에 대 한 약 1 m m 이다. 15:1 비율을 선택 하면 칩은 쉽게 높은 압력에서 변형.</li>
	<li>90 mm 페 트리 접시에 완성 된 실리콘 몰드에 혼합물을 부 어 하 고 제공 하는 두께 2 ~ 3 mm. 진공 챔버에 배치 그리고 모든 공기 거품이 사라질 때까지 드. 80 ° C 오븐에서 1 h에서 치료.</li>
	<li>PDMS 장치 기능에서 적어도 3mm 잘라내어 천천히 껍질 실리콘 웨이퍼에서 PDMS 층을 메스 실시간 사용을 허용 합니다. 분산된 단계 입구, 연속 단계 입구 및 0.75 m m 직경 펀치를 사용 하 여 최고 PDMS 층에서 콘센트를 펀치.</li>
	<li>먼지 입자를 제거 하는 접착 테이프를 가진 PDMS를 청소. 플라즈마 청소기 300 W 플라즈마에 2 분 동안 동시에 위쪽 및 아래쪽 PDMS 레이어 취급. 상위 레이어 아래쪽 레이어 표면에 배치를 서피스 상대적으로 기능 스테레오 현미경을 통해 보기 정렬 됩니다.</li>
	<li>치료 강도 강화 하 고 결합을 완료 한 날에 대 한 120 ° C에서 오븐에 장치.</li>
</ol>3. 시 약 준비
<ol><li>연속 위상의 솔루션을 준비: 18 vol % 실리콘 기반 비 계면 활성 제를 용 해 하 여 Hexadecane.</li>
	<li>분산 단계의 솔루션 준비: 친수성 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 (PEGDA, MW 255) 사진-창시자, 및 rhodamine B (5 mg/mL의 농도에서 포함 된 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%, MW 224) 95%, MW 479.01) 형광 염료로 1 mmol/L의 농도에서.</li>
	<li>공 압 압력 컨트롤러의 1 mL 저수지를 연속 단계에 채워 넣어 라. 분산된 단계와 200 µ L 젤 로드 팁을 작성.</li>
</ol>4. 시스템 준비
<ol><li>고속 카메라 보기는 거꾸로 광학 현미경의 스테이지 준결승 3 차원 미세 장치를 놓습니다.</li>
	<li>짧은 스테인레스 스틸 튜브를 연결 하 여 연속 위상의 천공된 구멍에 플 루 오 르 에틸렌 프로필 렌 (FEP) 튜브를 연결 다음 분산 단계의 천공된 구멍에 젤 로드 팁의 끝을 삽입 합니다. FEP 튜브의 20 cm 길이 장치에서 콘센트에 삽입 하 고 15 mL 원심 분리기 튜브에서 끝을 배치. 참고: 시스템의 구성은 그림 1에 나와 있습니다.</li>
</ol>5. 방울 형성
<ol><li>거꾸로 현미경의 워크 벤치에 장치를 놓고 서로 다른 채널의 현미경의 광원의 위치에 대략 위치 하는지 확인 합니다. 2 단계 교차점을 포함 하는 영역이, 구멍 지역 및 다운스트림 채널에 거꾸로 한 현미경의 초점을 맞춥니다.</li>
	<li>공 압 압력 컨트롤러를 사용 하 여 분산 단계 15 mbar와 30 mbar 연속 단계에 대 한 교차 영역에 천천히 액체를 제공 하는 두 단계의 압력을 설정 합니다. 안정화와 안정적인 유체 흐름 거품 및 PDMS 잔류물 없이 운반까지 평형에 대 일 분을 기다립니다.</li>
	<li>제어 소프트웨어의 사용자 인터페이스에 매개 변수를 입력 합니다. 예를 들어 상수 시스템의 베이스 레벨 압력으로 분산 단계의 압력을 설정, 45 mbar에서 그것을 유지. 유제가 별 모드 jetting 팁 스트리밍 모드에서 변경 될 때까지 지속적인 단계의 압력을 증가 후 안정화를 위한 5 분 기다립니다.</li>
	<li>FEP 튜브 끝 방울 수집 하 원심 분리기 튜브에 연결 하는 콘센트 구멍을 배치 합니다.</li>
</ol>6. PEGDA 입자 수집 및 특성화
<ol><li>정착 물에 aslant 원심 분리기 튜브를 수정. 때 튜브를 액체 단계 흐름 UV 노출에 의해 급속 한 응고를 통해 PEGDA 입자를 얻을.</li>
	<li>수집 프로세스를 완료 하는 경우 샘플 하 고 각각 20 X 60 X 개체와 형광 현미경을 통해 PEGDA 입자를 관찰 합니다. 참고. 카메라에 의해 촬영 된 디지털 형광 이미지 맞춤 소프트웨어 루틴에 의해 분석 된다. 이미지는 첫 번째 deconvolution 밖으로의 초점 빛과 이미지에서 개체 캐니에 지 검출 방법;에 따라 추출 영역의 흐림 효과 제거 하는 R-L 알고리즘17 에 따라 마지막으로, 각 영역 개체의 직경 Hough 변환18를 사용 하 여 계산할 수 있습니다. 그 결과, 평균 및 표준 편차 각 이미지에 구체 개체의 직경의 추정 될 수 있습니다.</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>

저자는 공개 없다.

2D 및 3D 세미 미세 장치를 사용 하 여 흐름 초점 모드에서 작은 물방울의 생성 이전 보고서8,,915,19,20, 다양 한 개발 되었습니다. 21. 이러한 시스템에서 수성 액체 고형화 하지 수는으로 선정 되었다 이온된 수8,<sup class="xref"...

미세 물방울 기반 시스템은 높은 마이크로미터 직경 범위1 나노미터에서 단 분산 방울을 생산 하 고 높은 처리량 약물 발견2, 생체3의 합성에에서 큰 잠재력을 보유 하는 능력 ,4및5를 테스트 하는 진단. 볼륨 비율 및 샘플의 약간 microliters 소비와 함께 대규모 응용 프로그램에 더 큰 표면 영역 같은 작은 물방울의 독특한 장점으로 인해 기술 분야의 광범위 한 범위에 광범위 한 관심을 모으고 있다. 유화 2 개의 혼합할 수 없는 액체의 작은 물방울을 생성 하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 필드에서 이전 보고서, 연구원은 다른 방울 형성 형상, t-교차점, 흐름 초점과 공동 흐르는 형상 등의 다양 한을 개발 했습니다. T-교차점 기하학에서 분산된 단계는 지속적인 단계6,7흐르는 메인 채널에 수직 채널을 통해 배달 됩니다. 일반적인 2 차원 (2D) 흐름 초점8,9 형상에, 분산된 단계 흐름 측면;에서 전단은 공동 흐르는 형상10,11, 다른 한편으로, 분산된 단계 흐름을 소개 하는 모 세관 배치 됩니다 공동 축방향 공동 흐르는 형상에 대 한 더 큰 모 세관 내부 분산된 단계 흐름에서 전단 모든 방향입니다.
작은 물방울 크기 채널 크기와 흐름 속도 비율을 조정 하 여 제어 되 고 공동 흐르는 또는 t-교차점에 의해 생산 하는 최소 크기는 수십 마이크로미터로 제한. 흐름 초점 작은 물방울 대형 시스템에 대 한 작은 물방울이 별의 세 가지 모드의 2 단계 압력 비율을 조정 하 여 양식 및 계면 활성 제 농도 떨어지는 등 정권, jetting 정권, 및 팁 스트리밍15. 팁 스트리밍 모드 스레드 형성, 그리고 얇은 스레드 분산된 단계 흐름 콘의 끝에서 밖으로 그리기 관찰 될 것 입의 모양이 라고도 합니다. 팁 스트리밍 비록 몇 마이크로미터 생성할 수 보다는 작은 방울을 증명 하는 이전 연구 프로세스 2D 또는 세미-3D 흐름 초점 장치8,12. 그러나, PEGDA의 매우 낮은 농도 포함 하는 용액 분산된 상으로 사용 되었다, PEGDA 입자의 수축 비율 했다 원래 방울 직경에서의 약 60%로 희석 하지 않고 PEGDA 동안 사진 합 후는 분산된 단계 불안정 팁 스트리밍 모드12이끌어 냈다. 계면 장력 에멀젼 과정의 중요 한 매개 변수 이며 그것은 지속적인 위상 액체, 작은 물방울 크기, 더 높은 세대 주파수13, 높은 곡선된 팁, 감소에 지도에 계면 활성 제의 추가 때문 줄어 고 14불안정성 방지합니다. 또한, 대량 계면 활성 제 농도 임계 micelle 농도 보다 훨씬 높은 경우 계면 장력은 약13 포화 상태 가변 그리고 팁 스트리밍 모드15를 발생할 수 있습니다.
이 논문에서는, 위의 관찰에 따라 우리 PEGDA 방울 생성 장치를 사용 하는 세미-3D 흐름 초점 미세, 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 방법으로 조작에 대 한 손쉬운 접근 개발. 다른 일반적인 2D 흐름 집중 장치, 세미-3D 흐름 집중 장치는 얕은 분산된 단계 채널 및 깊은 연속 위상 채널 있으므로 분산된 단계 수 수 전단에서 위쪽 및 아래쪽 옆에 옆에. 이 흐름 초점 모드에 대 한 에너지와 물방울이 별에 필요한 압력을 감소 시켜 더 큰 조정 범위를 제공 합니다. 다른 이전 보고서12, 분산된 단계는 순수한 PEGDAcontaining 사진-초기자, PEGDA 입자의 수축 비율 1016; 보다 낮은 그리고 지속적인 단계 높은 대량 실리콘 기반 비 계면 활성 제의 농도와 용 해 hexadecane의 혼합물 이다. 크기 제어 및 균일 한 방울 두 단계의 압력 비율을 조정 하 여 제작 했다. 물방울이 별 팁 스트리밍 모드 처리 모드에서 변경 내용을 처리 하는으로 방울의 직경 1 µ m 80 µ m에서 변경 됩니다. 또한, PEGDA 입자는 자외선 노출 사진 중 합 과정을 통해 합성 했다. 제조의 용이성과 물방울 생성 미세 시스템 생물학 응용 프로그램에 대 한 더 많은 가능성을 제공할 것입니다.

<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

균일 하 고 크기를 제어할 수 있는 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 (PEGDA) 방울 초점 미세 장치에서 프로세스 흐름을 통해 생성 될 수 있습니다. 이 종이 물방울 형성에 대 한 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩을 제안합니다. 입니다 (PDMS) 칩 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 방법을 사용 하 여 날조 되었다. Hexadecane 계면 활성 제를 포함 하는 연속 위상으로 사용 되었다 고 자외선 (UV) 사진-초기자와 PEGDA는 분산 된 단계. 계면 활성 제 드롭 지역 표면 장력을 허용 하 고 작은 마이크로-물방울으로 승진 더 cusped 팁을 형성 했다. 분산 단계의 압력은 일정, 방울의 크기 분산된 단계 흐름은 그만 두어 전에 연속 단계 압력 증가 함께 작은 되었다. 그 결과, 1 µ m에서 80 µ m 직경에서에 크기 변형 된 방울 두 입구 채널에 압력 비율을 변경 하 여 선택적으로 달성 될 수 있었다 그리고 변이의 평균 계수 7% 이기 위하여 견적 되었다. 또한, 물방울 사진 중 합에 대 한 자외선 노출에 의해 마이크로 비즈로 돌 수 있었다. 같은 마이크로 구슬 표면에 생체 변화는 생물학과 화학의 분야에서 많은 잠재적인 응용 프로그램을 있다.

세미-3D 흐름 초점 미세 칩 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 기술을 사용 하 여 위에서 설명한 대로 조작 했다. 제조 프로세스와 결과 그림 2에 표시 된 protocolare에 있는 마스터 형 이다. 65 µ m 넓은 채널 분산된 단계와는 50 µ m 넓은 개 구 부 (그림 2를) 도입을 제공 하는 첫 번째 계층은 두께에서 20 µ m. 또한 130 µ m 두?...

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

여기, 선물이 제조 프로세스와 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩 물방울 형성에 대 한 확인 실험을 설명 하는 프로토콜.

크기 제어 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 방울 장치를 통해 세미 3 차원 흐름 초점 미세의 세대

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 조회수.  Tsinghua University. 여기, 선물이 제조 프로세스와 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩 물방울 형성에 대 한 확인 실험을 설명 하는 프로토콜.

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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.

단 분산 미세 방울의 크기가 제어 형성을위한 모세관 기반 원심 미세 유체 장치

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

연구

공학

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.

위상 반전 공동 흐름 구조와 미세 모 세관 장치를 사용 하 여 조작 높은 점도 방울

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

화학

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.

액체 결정 탄성 액츄에이터의 미세 준비

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.

폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 공동 축류 초점 장치를 사용하여 이중 에멀젼 생성

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 ...

생체공학

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.

단일 DNA 분자에서 대규모 병렬 단백질 합성을 위한 펨토리터 물방울 배열

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.

자기 조립, 분해 Thermoresponsive Hydrogels 반응 압출, 마이크로, 통해 여러 길이 가늠 자에를 조작 하 고 전기

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.

방울과 에멀젼을 생성하는 유리 기반 장치

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.

드롭릿 기반 미세 접근 및 단일 가닥 DNA Amplicons 위한 스피어 PCR 증폭

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.

고처리량 미세 유체 장치를 사용하여 동적 환경 조건의 생성

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.

구형 에멀젼 방울의 기본 유사 분열 스핀들의 재구성

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