저자는 기꺼이 노스 캐롤라이나 주립 대학에 의해 제공 하는 금융 지원을 인정 합니다. 밀라 드 Abolhasani와 로버트 W. Epps 기꺼이 UNC 연구 기회 이니셔티브 (UNC-ROI) 부여 로부터 재정 지원을 인정 한다.

1. 원자로 어셈블리
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig1.jpg"> 그림 1 . 샘플 플랫폼 어셈블리 프로세스의 단계별 그림. 패널 (i) 번역 단계 및 광학 게시물 홀더 장착 빵 광범위 한, (ii) 단계 장착 전조 튜브의 장착에의 초기 배치 적 샘플 플랫폼 어셈블리 프로세스의 단계별 그림 표시와 흐름 세포 광 게시물, (iii)에 사용자 정의 크로스 연결 흐름 경로, (iv) 동시에 첫 번째 샘플링 단위를 배치 하면서 전조 튜브 확보 공개 투명도에서 미세 관의 첨부 파일 (v) 추가 샘플링 단위 각 모듈, (vi)는 반응 기의 배관 통로 확장 단위, (vii) 구조와 광 게시물을 지원 하기 위해 최종 샘플링 장치 확보를 통해 실행 하는 반응 기 튜브의 후속 연결. <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
참고: 가능한 구성의 광범위로 인해 미세 플랫폼의 정확한 어셈블리 프로세스가 다를 수 있습니다; 그러나, 일반적인 메서드는 모든 준비도 마찬가지. 아래 자세한 그림 1 에 14회 샘플링 포트 후 단일 확장 단위를 가진 2-선구자, 다 상 흐름 형식에 대 한 플랫폼 어셈블리 프로세스가입니다.
<ol><li>번역 단계 보안 및 광학 브레드보드에 홀더를 게시. 게시물에 연결 설치 단계와 흐름 셀을 연결 하 고 플랫폼에 고정.</li>
	<li>반응 기 튜브와 전조 라인 사용자 지정 간 접합 피드와 피드 제기 단계에서 채널을 통해 튜브를 연결 합니다. 각 튜브 세그먼트 각각 주사기 펌프 또는 컬렉션 유리병에 편안 하 게 도달할 수 있는 길이를 잘라 확인 하십시오.</li>
	<li>접합 단계를 첫 번째 샘플링 포트 장치를 연결 하 고 모든 관 구성 및 장소에 첫 번째 샘플링 단위 보안 제기 장착 단계로 전조 선 커버를 고정.</li>
	<li>원하는 구성 요소를 통해 반응 기 튜브를 실행 세그먼트 조립 구조의 나머지 부분을 연결 하 여 추가 모듈 반응 기 단위를 추가 합니다. 원하는 길이까지 교차점에서 단위를 구축 하 고 배열을 얻을 수 있다. 참고: 반응 기 튜브 각 단위 내에서 단단히 적합 해야 한다. 튜빙 (스트레칭, 압착, 등)에 변형 광학 신호 강도를 크게 영향을 줍니다.</li>
	<li>마지막 샘플링 세그먼트의 콘센트에 지원 구조를 고정 하 고 브레드보드에 연결 된 광학 게시물에 지원을 확보.</li>
	<li>컴퓨터 제어 주사기 펌프 흐름 시스템의 공급된 라인을 연결 하 고 질소 가스 가압된 (~ 12 공장) 컬렉션 유리병에 반응 기 출구를 피드.</li>
	<li>3 섬유 광섬유 패치 코드 3 흐름 셀 포트에 연결 하 고 각각 반대 끝 분석기, LED, 그리고 중수소-할로겐 (DH) 광원을 연결할. 케이블 ( 그림 2에서 같이) 플랫폼 어셈블리를 완료 하는 데 전체 길이 번역 단계와 흐름 세포와 그들의 연결에 어떤 불필요 한 부담 없이 원활 하 게 이동할 수 있는지 확인 하십시오.</li>
</ol>2. 전조 준비
참고: 시스템을 검사 하는 반응 다양 한 콜 로이드 반도체 나노;의 합성에 적용 될 수 있습니다. 그러나, 플랫폼 개발 및 검증, CsPbBr3 페로 합성 웨이 외 에서 적응을 위해 6 더 나은 흐름 분석에 맞게 사례 연구 반응으로 사용 되었다. 선구자 준비 과정은 아래 상세 하다.
<ol><li>Tetraoctylammonium 브 로마 이드의 109 mg, 올레산의 1 mL 및 밀폐 된 20 mL 유리병에 톨루엔의 14 mL 0.013 M 브 로마 이드 전조의 15 mL를 준비 합니다.</li>
	<li>저 어 혼합 적극적으로 실내 온도에 명확한 해결책을 얻을 때까지.</li>
	<li>처음 여 0.0021 M 세 슘 리드 전조의 48 mL 준비는 심장에 세 슘 수 산화물의 0.6 m m o l, lead(II) 산화의 0.6 m m o l과 밀폐 된 8 mL 유리병에 올레 산의 3 mL을 결합.<ol>
<li>환기를 위한 바늘으로 심장 피어스는 기름 목욕에서 160 ° C에서 솔루션을 열 고 적극적으로 명확한 솔루션 양식 (약 15 분)까지 저 어.</li>
		<li>유리병과 바늘 오븐에 고 1 h, 120 ° C에서 열 다음 배기 바늘 제거 이동한 야외에서 실내 온도에 냉각 솔루션을 허용 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>밀폐 된 50 mL 유리병에 톨루엔의 47.5 mL에 고 농도 세 슘 리드 혼합물의 0.5 mL을 추가 하 고 적극적으로 저 어.</li>
	<li>브 로마 이드 전조를 로드 하 고 그들의 각각 주사기로 세 슘 리드 전조를 희석 (3 단계 참조) 원하는 조건에서 두 선구자를 함께 흐르는 자동된 특성화 과정을 시작. 참고: 대표 결과아래 상세한 실험에 대 한 순수한 액체 가스 캐리어 위상의 1: 1과 세 슘-이어질 브 로마 이드의 6.4:1의 체적 주입 비율 변수 전체 흐름 속도에서 사용 되었다.</li>
</ol>3. 인터페이스 작업
참고: 데이터 수집의 전체 수행 됩니다 자동된 반응 플랫폼을 통해 사용자가 일련의 흐름 조건 테스트를 지정 후. 이 초기 입력 기간 사용자 인터페이스 운영을 위한 일반 절차 아래 자세히 나와 있습니다.
<ol><li>( 그림 3참조) 사용자 인터페이스 전면 패널을 보려면 자동된 작업 소프트웨어를 엽니다.</li>
	<li>분석기 설정 패널을 이동 하 고 모든 입력을 작성을 시작 합니다.<ol>
<li>원하는 데이터를 데이터 파일 루트 상자에서 폴더 저장에 대 한 파일 경로를 붙여 넣습니다.</li>
		<li>분석기 비자, USB 연결 주소는 분석기를 선택 합니다. 분석기 USB 주소를 알 수 없는 경우 데스크톱의 장치 관리자 페이지를 통해 해당 위치를 식별 합니다.</li>
		<li>통합 시간, 샘플 당 평균 스펙트럼의 수및 흡수 (Abs) 및 형광 (독감)에 대 한 조건 당 하기 스펙트럼의 수 를 선택 합니다. 단계에서 상세한 합성의 경우 2, 흡수에 대 한 12 ms의 통합 시간을 설정 하 고 형광 4 ms 평균 10 스펙트럼.</li>
		<li>경우 단일 단계 흐름 특성화, 다중 위상 버튼 두고 다음 단계로 이동. 다 상 흐름 특성화, 다중 위상 버튼을 선택 하 고 약 2 완전 한 가스-액체 진동 샘플링 포인트를 전달할 수 있도록 최소 샘플 길이 설정 합니다. 다음 샘플링 창 내의 샘플의 번호 할당 합니다. 참고: 다중 단계 내에서 샘플링 시간 해상도 흐름 제한 될 수 있습니다 분석기 설정을 사용 하 여 그리고 더 높은 해상도 요구 하는 경우 조정 필요할 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>펌프 구성 패널을 이동 하 고 모든 입력을 작성을 시작 합니다.<ol>
<li>주사기 1 COM, 주사기 2 COM 및 듀얼 펌프 COM 에서 모든 펌프를 USB 통신 주소를 할당 합니다. 3.2.2 주소 확인 과정에 대 한 단계를 참조 하십시오.</li>
		<li>주사기 내부 직경, 펌프 인터페이스 또는 모든 주사기 사용에서에 대 한 주사기 매뉴얼 내 찾을 수 있습니다 설정 합니다. 구성에 대 한 기본 값에 관계 없는 주사기 직경 두고 모든 주사기를 구현 하지.</li>
		<li>흡수 참조 스펙트럼을 수집 하는 경우 허용 되는 빈 솔루션을 식별, 연결 된 주사기로 로드 하 고 각각에 적당 한 유량 (약 300 µ L/min)를 각각 주사기를 설정 Ref 유량 상자.</li>
	</ol>
</li>
	<li>시스템 구성 패널을 이동 하 고 모든 입력을 작성을 시작 합니다.<ol>
<li>단계 위치 최적화 되어 제대로 무대 위치아래에 표시 되는 경우 사용 이전 위치 버튼을 선택 하 고 단계로 이동. 단계 위치는 최적화 되지 무대 위치 창 크기를 할당 하 고.csv 벡터 파일 경로 상자를 사용 하 여 대략적인 단계 위치 (범위 내에 위치)를 연결. 0.5 m m에 단계 증가 상자와 8에 시작 패스 상자를 둡니다.</li>
		<li>마지막 샘플링 포트에 교차점의 중심에서 원자로 세그먼트의 볼륨을 계산 하 고 시스템 볼륨 상자에 해당 값을 입력 합니다. 10 최소 평형 시간 을 두고 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>모든 입력 및 선택 하는 인터페이스의 상단에 있는 실행 버튼 왼쪽의 정확도 다시 확인 합니다. 참고: 전면 패널에 입력 하지 변경할 수 있습니다 일단 소프트웨어의 작업을 시작 했다.</li>
	<li>참조 스펙트럼 저장 창에서 그들은 하지 것입니다 경우 예 참조 스펙트럼 저장 될 경우 또는 아니오 를 선택 합니다.</li>
	<li>유량 조건 설정 창에서 최대 30 원하는 흐름 속도 구성을 테스트 하려면, 모든 사용 되지 않는 주사기 입력을 비워 선택.</li>
	<li>확인 을 선택 하 고 시스템의 모든 원하는 조건 샘플링 되었습니다;까지 실행 허용 시스템 자체에 종료 됩니다. 시스템 어떤 이유로 중단 될 경우, 초기 정지 버튼을 선택 하 고 프로세스 종료를 허용. 주의: 중단 사용 하 여 왼쪽 상단에 버튼 인터페이스의 허용 하지 않습니다 펌프 또는 광원, 잠재적으로 장비를 손상 또는 UV 빛 노출을 통해 중요 한 건강 위험 포즈를 종료 하는 시스템.</li>
</ol>4. Pathlength 수정
<ol><li>각 포트에 대 한 pathlength 보정 상관 관계를 얻으려면, 먼저 perovskites 반응 기 튜브 균일 하 게 채워질 때까지 원자로 세그먼트에 톨루엔에 분산의 안정적인 솔루션 주사.</li>
	<li>실행 흐름의 4 전체 패스에 대 한 유니폼이 솔루션에는 자동된 샘플링 과정 셀 (작업 절차에 대 한 3 단계 참조).</li>
	<li>형광 및 흡수 스펙트럼에 대 한 초기 계획 수정 적용 다음 포트 위치에 의해 패스에 대 한 전반적인 평균. 455에서 파장 농도 관하여 모든 곡선 정상화 및 485 nm 흡수와 형광 각각 ( 그림 4참조).</li>
	<li>각 포트에서 계산 정규화 요소를 사용 하 여 모든 후속 스펙트럼의 곡선을 비례.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Tan, Z. -. K., Moghaddam, R. S., 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=Bright+light-emitting+diodes+based+on+organometal+halide+perovskite.">Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite.</a> Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).</li><li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells.">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li><li>Huang, H., Bodnarchuk, M. I., Kershaw, S. V., Kovalenko, M. V., Rogach, A. 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C., Perteg&#225;s, A., 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=Nontemplate+synthesis+of+CH3NH3PbBr3+perovskite+nanoparticles.">Nontemplate synthesis of CH3NH3PbBr3 perovskite nanoparticles.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (3), 850-853 (2014).</li><li>Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+and+gram-scale+synthesis+of+CsPbX3+(X+=+Cl,+Br,+I)+perovskite+nanocrystals+with+50-85%+photoluminescence+quantum+yields.">Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields.</a> Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).</li><li>Vybornyi, O., Yakunin, S. V., Kovalenko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polar-solvent-free+colloidal+synthesis+of+highly+luminescent+alkylammonium+lead+halide+perovskite+nanocrystals.">Polar-solvent-free colloidal synthesis of highly luminescent alkylammonium lead halide perovskite nanocrystals.</a> Nanoscale. 8 (12), 6278-6283 (2016).</li><li>Sun, S., Yuan, D., Xu, Y., Wang, A., Deng, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ligand-mediated+synthesis+of+shape-controlled+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+via+reprecipitation+process+at+room+temperature.">Ligand-mediated synthesis of shape-controlled cesium lead halide perovskite nanocrystals via reprecipitation process at room temperature.</a> ACS Nano. 10 (3), 3648-3657 (2016).</li><li>Jellicoe, T. C., Richter, J. M., 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=Synthesis+and+optical+properties+of+lead-free+cesium+tin+halide+perovskite+nanocrystals.">Synthesis and optical properties of lead-free cesium tin halide perovskite nanocrystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (9), 2941-2944 (2016).</li><li>Tong, Y., Bladt, E., 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=Highly+luminescent+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+with+tunable+composition+and+thickness+by+ultrasonication.">Highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals with tunable composition and thickness by ultrasonication.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (44), 13887-13892 (2016).</li><li>Zhang, D., Eaton, S. W., Yu, Y., Dou, L., Yang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution-phase+synthesis+of+cesium+lead+halide+perovskite+nanowires.">Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9230-9233 (2015).</li><li>Lignos, I., Stavrakis, S., Nedelcu, G., Protesescu, L., deMello, A. J., Kovalenko, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+in+a+droplet-based+microfluidic+platform:+fast+parametric+space+mapping.">Synthesis of cesium lead halide perovskite nanocrystals in a droplet-based microfluidic platform: fast parametric space mapping.</a> Nano Letters. 16 (3), 1869-1877 (2016).</li><li>Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+and+gram-scale+synthesis+of+CsPbX3+(X+=+Cl,+Br,+I)+perovskite+nanocrystals+with+50-85%+photoluminescence+quantum+yields.">Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields.</a> Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).</li><li>Protesescu, L., Yakunin, S., 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=Nanocrystals+of+cesium+lead+halide+perovskites+(CsPbX+3+,+X+=+Cl,+Br,+and+I):+novel+optoelectronic+materials+showing+bright+emission+with+wide+color+gamut.">Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX 3 , X = Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut.</a> Nano Letters. 15 (6), 3692-3696 (2015).</li><li>Epps, R. W., Felton, K. C., Coley, C. W., Abolhasani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+microfluidic+platform+for+systematic+studies+of+colloidal+perovskite+nanocrystals:+towards+continuous+nano-manufacturing.">Automated microfluidic platform for systematic studies of colloidal perovskite nanocrystals: towards continuous nano-manufacturing.</a> Lab Chip. 23 (17), 4040-4047 (2017).</li><li>Lignos, I., Protesescu, 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=Facile+droplet-based+microfluidic+synthesis+of+monodisperse+IV-VI+semiconductor+nanocrystals+with+coupled+in-line+NIR+fluorescence+detection.">Facile droplet-based microfluidic synthesis of monodisperse IV-VI semiconductor nanocrystals with coupled in-line NIR fluorescence detection.</a> Chemistry of Materials. 26 (9), 2975-2982 (2014).</li><li>Park, J., Saffari, A., Kumar, S., G&#252;nther, A., Kumacheva, E. <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+polymer+and+inorganic+particulate+materials.">Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials.</a> Annual Review of Materials Research. 40 (1), 415-443 (2010).</li><li>Phillips, T. 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F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillatory+microprocessor+for+growth+and+in+situ.+characterization+of+semiconductor+nanocrystals.">Oscillatory microprocessor for growth and in situ. characterization of semiconductor nanocrystals.</a> Chemistry of Materials. 27 (17), 6131-6138 (2015).</li><li>Chen, D. L., Gerdts, C. J., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+microfluidics+to+observe+the+effect+of+mixing+on+nucleation+of+protein+crystals.">Using microfluidics to observe the effect of mixing on nucleation of protein crystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (27), 9672-9673 (2005).</li></ol>

노스 캐롤라이나 주립 대학 논의 미세 플랫폼에 임시 특허 (#62/558,155)을 제기 했다.

자동 샘플링 시스템: 심사 플랫폼의 자치 운영은 중앙 제어 유한 상태 기계와 함께 수행 됩니다. 이러한 상태 간의 운동 다양 한 샘플링 조건에 걸쳐 작업에 대 한 있도록 여러 재귀 세그먼트와 순차적으로 발생 합니다. 일반적인 시스템 컨트롤 3 핵심 단계로 나눌 수 있습니다. 첫째, 시스템 시작 초기화 단계는 각 USB 제어 구성 요소를 통해 통신을 설정, 자동으로 경로 저장 하는 파일을 정의 하 고 초기 사용자 입력 메시지를 표시 합니다. 다음 프로그램까지 모두 원하는 데이터를 수집한 모든 입력된 반응 조건에 대 한 샘플링 과정을 통해 실행 합니다. 마지막으로, 종료 프로세스를 반환 합니다 모든 하드웨어 시작 위치로 스크립트 작업을 종료 하기 전에. 이 소프트웨어는 일반적인 움직임은 그림 6에 상세 하다.
포트 검색: 주요 자동화 프레임 워크 내에서 효과적이 고 효율적인 반응 characterizations을 사용할 수 있는 몇 가지 중요 한 subfunctions 있습니다. 첫째, 그림 7 샘플링 포트 위치 변환 단계에 대 한 정의 "초기화" 세그먼트의 부분을 보여 줍니다. 포트 탐지 기능 먼저 8 전체 패스에 대 한 반응에 따라 흐름 셀 움직임을 흉내 낸에 의해 원자로 세그먼트를 안정화. 다음 예상된 위치 주변 1 m m 창에서 형광 강도 샘플링 하 고 최대 강도의 위치를 선택 하 여 최적의 포트 위치를 검색 합니다. 이 위치는 각 포트에 대 한 저장 하 고 후속 샘플링 절차 동안 무대 위치로 사용.
광원 전환: 효율적인 흡 광도 및 형광 스펙트럼 3 포트 흐름 셀 내에서 샘플링 시스템 전환 자동된 빛 소스와 함께 수행 됩니다. 오프 토글은 샘플 위치, DH 램프와 LED 사이 이동 하는 경우 샘플링 포트에 도달, 15 ms 통합 시간에 모두 흡 광도 및 형광 4 ms 통합 당시 10 스펙트럼 조금 400 양에 수집 수 있습니다. 원하는 샘플링 포트에 도달, DH 램프에, 실행 하 고 흡 광도 샘플링 조건 분석기, 샘플 컬렉션 뒤에 설정 됩니다. DH 램프는 LED에 전환 하는 동안, 다음 전환 됩니다. 형광 조건에 대 한 샘플링 과정을 반복 하 고 두 조명 다음 해제 됩니다.
총알 검색: 다 상 흐름 시스템, 효율적인 샘플 수집 움직이는 탄환의 속도에 따라 달라 지는 샘플링 기술 조합을 합니다. 임계값 슬러그 속도 감지 알고리즘은 간단한 평균 보다 덜 효과적 약 11 mm/s에서 발생 하는 것 발견 되었다. 낮은 속도 시스템의 경우 단일 스펙트럼 샘플링 2 유체 굼 벵이 (대략 1 cm)의 예상된 길이 걸쳐 균일 한 간격 밖으로 수행 됩니다. 이 샘플링 과정을 통해 얻은 스펙트럼 내에서 총알의 대량 액체 센터에 10 최적의 스펙트럼은 시간-400에 특정된 파장의 5-포인트 지역 분산을 사용 하 여 격리 된 형광 및 380 nm nm 흡 광도- 와 같이 대 한 그림 8. 그러나 더 높은 유체 속도 시스템 내에서, 단일 이동 민 달팽이의 사용할 수 있는 샘플링 창은 분석기의 효과적인 샘플링 속도를 능가 한다. 이러한 경우, 균일 한 간격 동안 수집 된 10 스펙트럼 함께 평균 충분 한 것 발견 되었다.
시스템 사양: 여러 87 cm 확장 단위 응용 프로그램을 통해 샘플링 포트 3-196 cm 다양 한 반응 기 튜브 길이에 배치 수 있습니다. 다양 한 흐름 속도 및 흐름-세포 운동까지 100 ms-하루 30000 스펙트럼 높은 샘플링 속도 함께 17 분 시간에 스펙트럼 특성을 제자리에 있습니다. 또한, 각 흡수 또는 형광 스펙트럼은 스펙트럼 (셧다운 시작)에서 전반적인 당 샘플링 및 20 µ L의 시간에 스펙트럼 당 단 2 µ L를 필요로 특히 낮은 화학 소비와 얻은 했다. 이 높은 샘플링 속도 효율성 최대 40 독특한 스펙트럼 시스템 내에 단일 equilibrated 번역 흐름 셀의 컬렉션에 지정할 수 있습니다. 원자로 안정화, 포트 맞춤 및 pathlength 보정 프로세스를 적용 한 후 플랫폼 흐름 셀 (그림 9)의 30 전체 패스에 대 한 정확 하 게 표시 했다. 톨루엔 참조에 각각 광원 신호 강렬의 특성에서 각 포트에 대 한 특정된 파장의 계산에서 오류 흡수와 형광 신호에서 모든 30 패스에서 1% 이내 유지 발견 했다. 이 안정성 원자로 측정 시스템에 광범위 한 소재 발견, 심사, 및 최적화 연구 선구자의 동일한 배치에서 더 일관 된 데이터 수집에서 결과 최소한의 수동 간섭이 실시를 사용할 수 있습니다.
확장 샘플링 공간: 유체 속도 및 체류 시간 간의 관계는 종종 기존 합성 연구 심사에 혼동 되었습니다. Characterizations 고정 흐름 셀을 구현, 대 한 예를 들어 변수 거주 시간 얻을 수 있습니다 net 유체 속도 조정 하 여. 그러나, 상세한 nanocrystal 성장 운동 tunability의 앞에서 설명한 평가 의해,이 반응 특성의 방법은 가능성이 빠른 nucleation와 콜 로이드 반도체 종합의 광범위의 연구에 대 한 부족 및 성장 속도 론입니다. 이전 탐험 되지 않은 방식으로 샘플링 공간을 확장 휴대용 샘플링 시스템을 적용 하 여 유체 속도에서 체류 시간을 분리 합니다. 따라서, 검색 및 크게 향상 된 정밀도와 합성 조건 제어 콜 로이드 나노의 다음 세대의 탐색적 연구 모듈 기술 개발된 수 있습니다.

특히 양자 점 반도체 나노의 출현 전자 재료 연구 및 제조에 상당한 발전을 주도 했다. 예를 들어 양자 점1 이미 상용 "QLED"에서 구현 된 Led 표시 됩니다. 최근 반도체의이 클래스, 중 perovskites 상당한 관심과 높은 효율과 낮은 비용 태양광 발전 기술 쪽으로 연구 촉발 했습니다. 2009 년에 페로 기반 태양광 발전의 첫 번째 데모, 이후2 페로 기반 태양 전지의 실험실 규모 전력 변환 효율 모든 PV 기술 역사에 의해 유례 없는 속도로 증가 했다. 3 , 4 운전 관심이 페로 기반 증후군 이외에 페로 나노의 손쉬운 콜 로이드 합성 기술 최근 방법의 다양 한 만든 낮은-비용, 솔루션 단계 처리에 페로 QDs의 기회 상업적인 전자입니다. 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14
콜 로이드 페로 QDs의 대규모 nanomanufacturing 향해 노력, nanocrystal 성장 경로의 근본적인 이해 및 반응 조건의 효과적인 제어 해야 합니다 먼저 개발 될. 그러나, 이러한 프로세스의 기존 연구는 전통적으로 플라스 크-기반 접근에 의존 했습니다. 일괄 합성 전략 소재 특성 및 생산, 한계의 다양 한 제시 하지만 가장 크게, 플라스 크 기반 고효율 상영 시간 및 선구자 소비에는 기술과 입증 합성 일관성을 억제 하는 플라스 크 크기 종속 대량 전송 속성. 15 큰 다양 한 보고 종합 절차 및 광범위 한 관련 샘플 공간 내에서 콜 로이드 반도체 나노의 성장 경로 효과적으로 공부 하는 더 효율적인 심사 기술이 필요 합니다. 지난 2 년간 다양 한 미세 전략의 실질적으로 낮은 화학 소비, 높은 처리량 검열 방법의 접근성 및 대 한 잠재력을 활용 하 여 콜 로이드 나노 연구 개발 되었습니다는 연속 합성 시스템에 프로세스 제어 구현입니다. 12 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
이 작품에서는, 우리는 설계 및 개발의 콜 로이드 반도체 나노 연구 현장에서 높은 처리량에 대 한 자동화 된 미세 플랫폼의 보고합니다. 흐름 세포, 매우 모듈형 디자인 및 관 상용 원자로 및 유체 연결의 통합 번역 소설 형성 발견, 심사, 및의 최적화에 직접 응용 프로그램을 고유 하 고 적응력이 재구성 가능한 플랫폼 콜 로이드 나노입니다. 우리는 샘플링을 동시에 개선 하는 동안 혼합 및 반응 계획의 체계적인 분리 보여 처음으로 우리의 탐지 기술 (즉, 3-포트 흐름 셀)의 변환 기능을 이용, 전통적인 고정 흐름 효율성 및 수집 속도 접근 세포. 이 플랫폼의 활용 연속 nanomanufacturing 전략으로 콜 로이드 nanocrystal 종합의 높은 처리량 및 정밀 밴드 갭 엔지니어링을 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Toluene</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC364410010</td><td>99.85% extra over molecular sieves</td></tr><tr><td>Oleic acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525&amp;nbsp;ALDRICH</td><td>technical grade 90%</td></tr><tr><td>Cesium hydroxide (50 wt% in water)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>232041 ALDRICH</td><td>50 wt% in water &gt; 99.9% trace metals</td></tr><tr><td>Lead(II) oxide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>211907 SIGMA-ALDRICH</td><td>&gt; 99.9% trace metals basis</td></tr><tr><td>Tetraoctylammonium bromide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>294136 ALDRICH</td><td>98%</td></tr><tr><td>1/16&quot; OD, 0.04&quot; ID FEP tubing</td><td>MicroSolv</td><td>48410-40</td><td></td></tr><tr><td>1/16&quot; OD, 0.02&quot; ID ETFE tubing</td><td>MicroSolv</td><td>48510-20</td><td></td></tr><tr><td>0.02&quot; thru hole PEEK Tee</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>P-712</td><td></td></tr><tr><td>1/4-28 ETFE flangeless ferrule for 1/16&quot;</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>P-200N</td><td></td></tr><tr><td>1/4-28 PEEK flangeless nut for 1/16&quot;</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>P-230</td><td></td></tr><tr><td>4-way PEEK L-valve</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>V-100L</td><td></td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-3007</td><td></td></tr><tr><td>8 mL stainless steel syringe</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-2267</td><td></td></tr><tr><td>25 mL glass syringe</td><td>Scientific Glass Engineering</td><td>25MDF-LL-GT</td><td></td></tr><tr><td>Optical breadboard</td><td>ThorLabs</td><td>MB1224</td><td></td></tr><tr><td>300 mm translation stage</td><td>ThorLabs</td><td>LTS300</td><td></td></tr><tr><td>Optical post</td><td>ThorLabs</td><td>TR2-4</td><td>TR2, TR3, or TR4</td></tr><tr><td>Optical post holder</td><td>ThorLabs</td><td>PH4-6</td><td>PH4 or PH6</td></tr><tr><td>365 nm LED</td><td>ThorLabs</td><td>M365LP1</td><td></td></tr><tr><td>LED driver</td><td>ThorLabs</td><td>LEDD1B</td><td></td></tr><tr><td>600 micron patch cord</td><td>Ocean Optics</td><td>QP600-1-SR</td><td></td></tr><tr><td>Deuterium-halogen light source</td><td>Ocean Optics</td><td>DH-2000-BAL</td><td></td></tr><tr><td>Miniature spectrometer</td><td>Ocean Optics</td><td>FLAME-S-XR1-ES</td><td></td></tr><tr><td>Multifuction I/O device (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td>USB-6001</td><td></td></tr><tr><td>Virtual Instrument Software</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2015 SP1</td><td></td></tr></tbody></table>

a modular microfluidic technology for systematic studies of colloidal semiconductor nanocrystals

콜 로이드 반도체 나노 양자 점 (QDs)로 알려진은 빛 같은 상업적인 전자 재료의 급성장 클래스 발광 다이오드 (Led), 태양광 (PVs). 이 소재 그룹 중 무기/유기 perovskites 중요 한 개선 및 잠재력 높은 효율, 낮은-비용 PV 제조 그들의 높은 충전 캐리어 mobilities 및 수명 때문으로 설명 했다. 페로 QDs 대규모 태양광 및 LED 응용 프로그램에 대 한 기회에도 불구 하 고 그들의 성장 경로 대 한 근본적이 고 종합적인 이해의 부족 연속 nanomanufacturing 전략 내에서 그들의 적응을 저해 했다. 전통적인 플라스 크 기반 심사 접근은 일반적으로, 노동 집약, 비싸고 효과적으로 광범위 한 매개 변수 공간 및 합성 다양 한 콜 로이드 qd는 반응에 관련 특성화에 대 한 부정 확 한. 이 작품에서 완전히 자치 미세 플랫폼 관련 연속 흐름 형태로 나노 콜 로이드 합성 된 큰 매개 변수 공간을 체계적으로 공부를 개발 된다. 3 포트 흐름 세포와 모듈형 원자로 확장 단위 번역 소설의 응용 프로그램을 통해 시스템 수집할 수 있습니다 빠르게 흡수 스펙트럼과 형광 반응 기 길이 3-196 cm까지에 걸쳐. 조정 가능한 반응 기 길이 뿐만 아니라 속도 종속 대량 전송에서 체류 시간을 분리, 그것은 또한 실질적으로 샘플링 속도 단일 내에서 40 독특한 스펙트럼의 특성으로 인해 화학 소비 개선 equilibrated 시스템입니다. 샘플 속도, 하루 최대 30000 독특한 스펙트럼을 도달할 수 하 고 조건을 커버 100 ms-17 분까지 시간 레 지 던스 4 배나. 속도 정밀 소재 발견과 연구를 미래에 심사에 실질적으로이 시스템의 추가 응용 프로그램 향상 것. 이 보고서에서 자세한 시스템 자료와 자동된 샘플링 소프트웨어와 오프 라인 데이터 처리에 대 한 일반적인 설명 함께 어셈블리 프로토콜 있습니다.

스펙트럼 샘플: 논의 미세 플랫폼을 활용, 합성 온도에 콜 로이드 반도체 나노의 nucleation 성장 단계 공부 될 수 있다 직접의 흡수 및 형광 스펙트럼의 시간 진화를 모니터링 하 여는 균일 혼합 조건 아래 형성된 된 나노입니다. 그림 5 A 3 포트 흐름 셀의 단일 패스 내에서 얻은 스펙트럼의 한 예제 집합을 보여 줍니다. 높은-품질 LED 제조, 피팅 실험적으로 검증 된 효과적인 대량 근사 모델 내에서 흡수 및 방출 밴드 갭 에너지 응용 프로그램으로 귀중 한 통찰력을 제공 하는 혼자 방출 파장 분포 것는 종합을 통해 나노 입자 크기 배포판의 지속적인 모니터링을 사용 합니다. 14 스펙트럼의 동일한 세트는 다양 한 흐름 속도 및 반응 기 길이, 100 ms-17 분에 걸친 시간 거주에서 데이터 컬렉션에 대 한 허용에서 얻은 했다.
네 가락 나노: 다 상 흐름의 액체 세그먼트 내의 형성 axisymmetric 재순환 패턴 속도 종속 대량 전송 컨트롤 가능. 21 체류 시간을 속도 종속 혼합 날짜 표시줄의 연구는 페로 QDs (참조 그림 5B)에 대 한 nanocrystal 성장 경로에 키네틱 tunability를 시연 했다. 우리의 개발 된 모듈형 플랫폼 수 있습니다 처음으로 형성된 된 나노의 최종 광학 속성에 초기 단계 혼합 시간 효과의 체계적인 연구를. 다른 모든 매개 변수 상수, 피크 방출 파장 25로 큰 차이 유지 하면서 반응 총알 속도에 변화를 통해 nm는 해당 체류 시간에서 관찰 되었다. 콜 로이드 시스템의 추가 평가 그림 방출 파장에서 관찰 된 차이 긴 거주 시간, 안정, 운동 조정 가능한 나노 결과에서 유지 되었다. 15
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig2.jpg"> 그림 2 . 완벽 하 게 조립 플랫폼을 검사 하는 자동된 반응. 이 그림과 완벽 하 게 조립된 자동된 반응 14일 및 15일 사이의 단일 반응 기 확장 장치 플랫폼 심사 샘플링 포트. <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig3.jpg"> 그림 3 . 자동화 된 플랫폼 작업에 대 한 사용자 인터페이스입니다. 이 패널 컨트롤 및 주사기 흐름 율, 분석기 측정 조건 등의 튜닝 및 위치, 콜 로이드 반도체의 광범위 한 범위에 걸쳐 특성 분석을 위한 샘플링 수 있는 사용자 인터페이스 표시 nanocrystal 종합입니다. <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig4.jpg"> 그림 4 . Pathlength 교정 과정. 이 패널은 A를 사용 하 여 포트에 의해 pathlength 보정에 대 한 프로세스를 보여줍니다. 흡수 스펙트럼 B샘플링 포트 20 개 이상의 수집. 455에서 흡 광도 관하여 스펙트럼 정규화 톨루엔 및 C분산 된 콜 로이드 CsPbBr3 perovskites의 솔루션에 nm. 각각 photoluminescence (PL) 스펙트럼 D 485 nm 신호 강도 정규화. 엡 스 외. 에서 적응 화학의 왕 사회의 허가 15 . <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig5.jpg"> 그림 5. 샘플 스펙트럼 및 키네틱 tunability의 데모. 이 패널은 A를 표시합니다. 흡수 (A)와 (I) 형광 스펙트럼 약 0.2 c m/s와 B의 평균 슬러그 속도로 이동 다중 위상, 반응 CsPbBr3 페로 시스템 흐름 셀의 단일 패스 내에서 수집. 체류 시간의 함수로 피크 형광 파장 (λP) 0.6에서 130 m m에 이르는 11 다른 평균 총알 속도 대 한 플롯/s 샘플 형광 스펙트럼에 표시 된 시간 및 200의 속도 굼 벵이 s와 1.0 m m/s (맨 위) 0.9 s 75 m m/s (중간), 그리고 0.9 s와 130 m m/s (아래). 엡 스 외. 에서 적응 화학의 왕 사회의 허가 15 . <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig6.jpg"> 그림 6 . 전반적인 소프트웨어 제어 데이터 수집 프로세스에 대 한 프로세스 플로우 차트. 이 프로세스 하드웨어, 재귀 샘플링 progressions 및 플랫폼의 최종 종료의 초기화를 포함합니다. 엡 스 외. 에서 적응 화학의 왕 사회의 허가 15 . <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig7.jpg"> 그림 7 . 포트 위치 지정 방법에 대 한 자동화 소프트웨어 프로세스 플로우 차트. 알고리즘은 먼저 뒤에 LED 신호 강도 분석기 독서를 통해 최적의 포트 검색 흐름 셀의 패스를 안정화의 지정된 된 실행 됩니다. <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig8.jpg"> 그림 8 . 다중 위상 스펙트럼 격리 샘플. 이러한 패널 표시 A에 대 한 샘플 다중 위상 스펙트럼 절연. 500 nm와 B에서 형광 흡 광도에 380 nm perovskites의 솔루션에 대 한 시간이 지남에 톨루엔에 분산. 녹색 지역 이상적인 샘플링 시간 범위를 나타냅니다. C패널입니다. 총알 속도에 관한 다단계 샘플링 방법을 비교 하 여 흡수 스펙트럼 (fluorescein 솔루션)를 표시 합니다. "Det" 플러그 감지 알고리즘 적용 된 "평균" 나타냅니다 샘플 했다도 시간 간격을 점령 하 고 평균을 나타냅니다. Note 플러그 감지 방법 더 높은 속도 시스템의 단순 평균으로 느리게 움직이는 굼 벵이 생산 동일한 스펙트럼에 적용. 엡 스 외. 에서 적응 화학의 왕 사회의 허가 15 . <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig9.jpg"> 그림 9 . 단계에 걸쳐 측정 안정성의 전달. 이것은 A를 사용 하 여 단계 패스에 걸쳐 측정 안정성의 데모 이다. 500 nm와 B흡수 신호 강도. 380에서 형광 강도 톨루엔 참조에 포트 위치에 따라 정규화 및 30 전체 패스 흐름 셀의 평균. 오차 막대는 95% 신뢰 구간, 나타내고 값 평균 읽기의 ± 1% 넘어 이탈 합니다. 엡 스 외. 에서 적응 화학의 왕 사회의 허가 15 . <a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

여기 상세한 콜 로이드 반도체 nanocrystal 종합의 체계적인 특성에 대 한 모듈형 미세 심사 플랫폼의 운영 및 어셈블리 프로토콜이 있습니다. 완벽 하 게 조절 시스템 협정을 통해 매우 효율적인 스펙트럼 컬렉션 대량 전송 제어 샘플링 공간 내에서 4 배나 반응 시간의 척도 걸쳐 실시 수 있습니다.

콜 로이드 반도체 나노의 체계적인 연구를 위한 모듈형 미세 기술

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K 조회수.  North Carolina State University. 여기 상세한 콜 로이드 반도체 nanocrystal 종합의 체계적인 특성에 대 한 모듈형 미세 심사 플랫폼의 운영 및 어셈블리 프로토콜이 있습니다. 완벽 하 게 조절 시스템 협정을 통해 매우 효율적인 스펙트럼 컬렉션 대량 전송 제어 샘플링 공간 내에서 4 배나 반응 시간의 척도 걸쳐 실시 수 있습니다.

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Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

연구

생체공학

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

Microfluidic 칩은 탄성 Microvalve의 배열을 제어

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

생물학

Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. Herein, we introduce a microfluidic-based technology, employing a double-layer microfluidic device, which can trap and localize in situ and ex situ synthesized structures on microfluidic channel surfaces. Crucially, we show how such a device can be used to conduct controlled chemical reactions onto on-chip trapped structures and we demonstrate how the synthetic pathway of a crystalline molecular material and its positioning inside a microfluidic channel can be precisely modified with this technology. This approach provides new opportunities for the controlled assembly of structures on surface and for their subsequent treatment.

Herein, we describe the fabrication and operation of a double-layer microfluidic system made of polydimethylsiloxane (PDMS). We demonstrate the potential of this device for trapping, directing the coordination pathway of a crystalline molecular material and controlling chemical reactions onto on-chip trapped structures.

미세 유체 압축 공기를 넣은 케이지 : A의 칩 크리스탈 트래핑, 조작에 대한 새로운 접근 방식 및 제어 화학 처리

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. ...

화학

Creating Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions in PDMS Microfluidic Chip via Self-Assembly Process of Colloidal Particles

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

콜로이드 입자의 자기 조립 과정을 통해 PDMS 미세 유체 칩의 하위 50 Nm의 나노 유체 접합 만들기

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its ...

공학

Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the first, synthesis of ultra-small copper nanoclusters is described. The second example provides their utility for investigating time resolved kinetics of chemical reactions by analyzing gold nanoparticle formation using in situ X-ray absorption spectroscopy. The final example demonstrates continuous flow catalysis of reactions inside millifluidic channel coated with nanostructured catalyst.

Millifluidic devices are utilized for controlled synthesis of nanomaterials, time-resolved analysis of reaction mechanisms and continuous flow catalysis.

화학 합성 및 시간 - 해결 기계론의 연구 Millifluidics

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the ...

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The devices are patterned from epoxy glue using soft lithography and are suitable for in situ X-ray diffraction experiments at room temperature. The sample wells are lidded on both sides with polymeric polyimide foil windows that allow diffraction data collection with low X-ray background. This fabrication method is undemanding and inexpensive. After the sourcing of a SU-8 master wafer, all fabrication can be completed outside of a cleanroom in a typical research lab environment. The chip design and fabrication protocol utilize capillary valving to microfluidically split an aqueous reaction into defined nanoliter sized droplets. This loading mechanism avoids the sample loss from channel dead-volume and can easily be performed manually without using pumps or other equipment for fluid actuation. We describe how isolated nanoliter sized drops of protein solution can be monitored in situ by dynamic light scattering to control protein crystal nucleation and growth. After suitable crystals are grown, complete X-ray diffraction datasets can be collected using goniometer based in situ fixed target serial X-ray crystallography at room temperature. The protocol provides custom scripts to process diffraction datasets using a suite of software tools to solve and refine the protein crystal structure. This approach avoids the artefacts possibly induced during cryo-preservation or manual crystal handling in conventional crystallography experiments. We present and compare three protein structures that were solved using small crystals with dimensions of approximately 10-20 &#181;m grown in chip. By crystallizing and diffracting in situ, handling and hence mechanical disturbances of fragile crystals is minimized. The protocol details how to fabricate a custom X-ray transparent microfluidic chip suitable for in situ serial crystallography. As almost every crystal can be used for diffraction data collection, these microfluidic chips are a very efficient crystal delivery method.

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

This protocol describes in detail how to fabricate and operate microfluidic devices for X-ray diffraction data collection at room temperature. Additionally, it describes how to monitor protein crystallization by dynamic light scattering and how to process and analyze obtained diffraction data.

현장에서 크리스탈 x-선 회절 및 현장에서 직렬 결정학에 대 한 동적 빛 산란에 대 한 미세 칩

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or complicated equipment, making fabrication costly and incompatible with mass production, which is one of the most important preconditions for point-of-care tests (POCT) to be adopted in low-resource settings. This work describes the fabrication process of an acrylic (polymethylmethacrylate, PMMA) device for nanoparticle-conjugated enzymatic immunoassay testing using the computer numerical control (CNC) micromilling technique. The functioning of the microfluidic device is shown by performing an immunoassay to detect a commercial antibody using lysozyme as a model antigen conjugated to 100 nm magnetic nanoparticles. This device integrates a physical staggered restriction of only 5 &#181;m in height, used to capture magnetic microparticles that make up a magnetic trap by placing an external magnet. In this way, the magnetic force on the immunosupport of conjugated nanoparticles is enough to capture them and resist flow drag. This microfluidic device is particularly suitable for low-cost mass production without the loss of precision for immunoassay performance.

Microfluidics is a powerful tool for the development of diagnostic tests. However, expensive equipment and materials, as well as laborious fabrication and handling techniques, are often required. Here, we detail the fabrication protocol of an acrylic microfluidic device for magnetic micro- and nanoparticle-based immunoassays in a low-cost and simple-to-use setting.

컴퓨터 수치 제어 자기 나노 입자 기반 면역 분석에 대한 엇갈린 제한이있는 미세 유체 아크릴 장치의 마이크로 밀링

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or ...

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 ...

조합 플러그 생산을 위한 미세유체 장치 설정

Bilayer Microfluidic Device for Combinatorial Plug Production

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such systems have been used to encapsulate a variety of biochemical reactions - from incubation of single cells to implementation of PCR reactions, from genomics to chemical synthesis. Coupling the microfluidic channels with regulatory valves allows control over their opening and closing, thereby enabling the rapid production of large-scale combinatorial libraries consisting of a population of droplets with unique compositions. In this paper, protocols for the fabrication and operation of a pressure-driven, PDMS-based bilayer microfluidic device that can be utilized to generate combinatorial libraries of water-in-oil emulsions called plugs are presented. By incorporating software programs and microfluidic hardware, the flow of desired fluids in the device can be controlled and manipulated to generate combinatorial plug libraries and to control the composition and quantity of constituent plug populations. These protocols will expedite the process of generating combinatorial screens, particularly to study drug response in cells from cancer patient biopsies.

저자 스포트라이트: Integrating Computational and Experimental Approaches in Precision Oncology

The fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS)-based bilayer device for the production of combinatorial libraries in water-in-oil emulsions (plugs) is presented here. The necessary hardware and software required to automate plug production are detailed in the protocol, and the production of a quantitative library of fluorescent plugs is also demonstrated.

조합 플러그 생산을 위한 이중층 미세유체 장치

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such ...