저자 기꺼이 인정으로 국민 건강 연구 학회 (NHRI) 혁신적인 연구 그랜트 (IRG) (EX106-10523EI), 대만 사역의 과학 및 기술에서 대만에서 제공 하는 지원 (가장 104-2218-E-032-004, 104-2221- E-001-015-MY3, 105-2221-E-001-002-MY2, 105-2221-E-032-006, 106-2221-E-032-018-MY2), 그리고 학계 Sinica 경력 개발 상. 저자는 Heng 화 수의 원고를 교정 하는 것을 감사 하 고 싶습니다.

1. 단일 레이어 채널 레이아웃 미세 소자의 제작
참고:이 문서에 소프트 리소 그래피 방법3 채널 다양 한 섹션을 제조 하는 방법을 보여 주는, PDMS 재료의 만든 미세 장치 조작에 대 한 채택 된다.
<ol><li>
PDMS 레이어 설계 토폴로지 기능에 대 한 마스터 금형의 창조
	<ol>
<li>시퀀스에서 단일 프로세스를 에칭 또는 에칭에 대 한 PDMS 레이어에 채널 레이아웃을 디자인 합니다.</li>
		<li>컴퓨터 드로잉 프로그램을 사용 하 여 설계 된 PDMS 층의 거꾸로 토폴로지 기능을 스케치 합니다.</li>
		<li>투명도24에 인쇄 된 채널 레이아웃의 고 정밀도 거꾸로 토폴로지 기능 패턴화 포토 마스크를 포토 리소 그래피 시설 스케치 파일을 제공 합니다.</li>
		<li>사용 이소프로필 알콜 (2-프로 판 올 (IPA), ≥ 99.9%), 아세톤 (Propan-2-1, ≥ 99.5%), 그리고 버퍼링 된 산화물 에칭 (BOE, NH4F:HF (v/v) = 6:1) 오차 또는 어떤 먼지 든 지 제거 하 고 오염 방지 4 인치 실리콘 웨이퍼의 표면에.</li>
		<li>이온된 수의 약 500 mL를 사용 하 여 최종 연마에 대 한 실리콘 웨이퍼를 세척 한 다음 씻어 서 웨이퍼 건조 질소 가스를 적용.</li>
		<li>웨이퍼에 약 20 g의 부정적인 톤 감광 제를 놓습니다. 다음 스핀 코트 15 s 500 rpm 및 30에 대 한 2000 rpm 웨이퍼 두께에서 약 75 µ m의 포토 레지스트 층을 생산 하는 s. 참고: 다른 감광 제 두께 얻을 수 있습니다 다른 제품 번호와 함께 다른 스핀 코팅, 베이킹, 그리고 개발 조건, 부정적인 톤 감광 제를 사용 하 여 사용자 매뉴얼25,26에 따르면.</li>
		<li>그리고 9 분 동안 95 ° C에서 65 ° c 3 분 열판에서가 열 하 여 웨이퍼를 구워 부드러운.</li>
		<li>넣고 웨이퍼 패턴된 투명성 함께 포토 마스크 aligner 기계 단계 1.1.3에서에서 마스크로.</li>
		<li>동기 기 기계에 300 mJ/cm2 투명도 의해 포함 하는 웨이퍼를 노출에서 자외선 (UV)을 적용 합니다.</li>
		<li>UV 빛에 노출, 후 후 노출 빵 (PEB)으로 2 분 동안 65 ° C에서 그리고 7 분 동안 95 ° C에서 열판에 웨이퍼를 놓습니다.</li>
		<li>PEB, 다음 강하게 부정적인 톤 감광 개발자에 웨이퍼를 선동 또는 털된 웨이퍼는 초음파 목욕 (37 kHz, 180 W의 효과적인 힘) 7 분.</li>
		<li>웨이퍼 표면에 남아 있는 어떤 개발자 든 지 제거 하는 이소프로필 알코올을 다시 전체 웨이퍼를 청소.</li>
		<li>방지 하기 위해 결합, silanize 6cm는 desiccator에 페 트리 접시에 100 µ L의 97 %silane (1H1H, 2H, 2H-perfluorooctyl-trichlorosilane)와 웨이퍼를 넣어는 웨이퍼의 표면 바라지 않는.</li>
		<li>진공 펌프는 desiccator 연결 하 고 760 mmHg에서 진공 압력을 설정 합니다.</li>
		<li>그런 다음 설정 펌프 15 분 스위치 떨어져, 그리고 다음 30 분 동안 desiccator 진공에 두고 나머지 웨이퍼에 대 한. 주의: 증발된 silane는 매우 인간; 따라서, 전체 웨이퍼 표면 패 시 베이 션 증기 두건에서 실행 되어야 한다.</li>
		<li>표면 패 시 베이 션을 진행 했다 silanized 웨이퍼를 가져옵니다. 15 cm 추가 사용 하기 위해 페 트리 접시에에서 웨이퍼를 수정. 참고: 패턴화 웨이퍼 사용할 금형으로 설계 된 채널 레이아웃을 복제 하려면 반대로 PDMS 자료 준비가 되어 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
금형에 거꾸로 토폴로지를 복제 하 여 PDMS 채널 레이아웃 제작
	<ol>
<li>깨끗 하 고 일회용 플라스틱 컵으로 볼륨의 비율은 10: 1에서 해당 촉매 (경화제) 함께 기본 PDMS (모노 머)을 넣어.</li>
		<li>전원 교 반기를 사용 하 여 (단계 1.2.1)에서 PDMS 중합체 혼합물을 균질 혼합.</li>
		<li>PDMS 혼합물에서 어떤 덫을 놓은 거품을 제거 하는 60 분 동안 진공 펌프에 연결 된 desiccator에 컵을 넣어.</li>
		<li>(2)에 대 한 20 g 또는 8 g (섹션 3) 디자인된 채널 레이아웃의 거꾸로 토폴로지 기능 마스터 몰드 (단계 1.1에서에서 만든) 위에 PDMS 중합체 혼합물의 붓 다와 t를 사용 하 여 PDMS 자료에 포함 된 모든 가능한 거품 제거 그는 desiccator (60 분)에 대 한.</li>
		<li>오븐 4 h 실리콘 기반의 액체 중합체 물질 치료를 위한 60 ° C에서 PDMS 혼합물 운반 몰드를 넣어.</li>
		<li>냉각 후 약 20 분 동안 실내 온도에 PDMS 함께 웨이퍼, 메스와 핀셋 형에서 치료 PDMS 분리 합니다.</li>
		<li>지역 (약 6 x 6 cm2 섹션 3에 대 한 섹션 2 또는 2 x 7.5 c m2 ) 덮개를 분리 된 PDMS 레이어 메스를 사용 하 여 전체 채널 레이아웃에 맞게.</li>
		<li>직경에서 1.5 m m의 생 검 펀치를 사용 하 여 채널 액세스 포트 (인 레트 및 출구)를 만듭니다. 참고: 숫자 및 인 레트 및 출구의 위치는 설계 특정 미세 채널 날조를 위한 에칭 프로세스에 따라.</li>
		<li>페 트리 접시에 30g의 PDMS 중합체 혼합물을 부 어 하 고은 desiccator (60 분)에 대 한 사용 하 여 PDMS 자료에 포함 된 모든 가능한 거품을 제거 합니다.</li>
		<li>이상 4 h 액체 중합체 물질 치료를 위한 60 ° C에서 오븐에서 PDMS 혼합물 운반 페 트리 접시를 넣어.</li>
		<li>냉각 후 약 20 분 동안 실내 온도에 PDMS와 샬레, 메스와 핀셋 접시에서 치료 PDMS 분리 합니다.</li>
		<li>메스를 사용 하 여 차원 상기 PDMS 층 (약 6 x 6 cm2 섹션 3에 대 한 섹션 2 또는 2 x 7.5 c m2 )의 그 같은 기능 없이 분리 된 PDMS 레이어 재단사.</li>
		<li>활성화 (1.2.7 및 1.2.12 단계에서 만든) 레이어 모두 PDMS의 표면 디자인된 채널 레이아웃 기능 없이 40 90 W에 표면 처리 기계에 산소 플라즈마 톱 PDMS 자료를 노출 하 여 s.</li>
		<li>본드 2 PDMS 레이어 함으로써 산소 플라즈마 표면 활성화 후 바로 치료 그들의 표면 사이 접촉. 그런 다음, 오븐에서 30 분 이상 60 ° C 보 세 PDMS 레이어를 둡니다. 참고: 오븐에 보 세 PDMS 층을 두고 상부 시간 제한이 있다.</li>
		<li>2 보 세 후 PDMS 레이어 냉각, 나중에 실험 설정에 대 한 조작된 장치에서 초과 PDMS 재료를 손질 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 1 단계 접근 방식을 다른 섹션의 PDMS 미세 채널 제조
참고:는 PDMS 하 습식 에칭 속도, 직사각형 모양의 단일 레이어 및 스트레이트 채널 미세 장치는 제안 특정 실험 설정에 해당 하는 특정 에칭 속도 식별 하는 데 악용 될 수 있습니다.
<ol><li>
PDMS의 실험적인 특성 습식 에칭
	<ol>
<li>1-메 틸-2-pyrrolidinone (NMP): v의 속도로 tetra-n-butylammonium 불 소 (TBAF, tetrahydrofuran (THF)에서 1 M 솔루션)를 혼합 하 여 현상 솔루션 준비 = 1시 10분. 참고: NMP는 효율적으로 녹이는 화학 오차는 etchants에 의해 유도 된 수 있습니다. 일반적으로 PDMS 자료는 NMP에 의해 간신히 부 고 PDMS 미세 소자 들은 여전히 그들의 모양, 볼륨, 보존 하 고 밀봉 조건에 수 있습니다.</li>
		<li>스테인리스 무딘 바늘 (16 G)에 연결 된 10 mL 주사기에 혼합된 TBAF/NMP etchants를 그립니다.</li>
		<li>채널에 압력 기반 체액의 컨트롤러로 주사기 펌프를 설정 합니다.</li>
		<li>상술 간단한 장치의 채널 포트에 현상 솔루션으로 채워진 주사기의 무딘 바늘을 연결 하 고 그림 1에서 보듯이 폐기물 컨테이너 튜빙 콘센트에서 각각 포트를 안내 합니다.</li>
		<li>주사기 펌프는 PDMS 대상이 150 µ L/min 흐름 속도로 혼합된 TBAF/NMP 현상 솔루션을 포함 하는 주사기를 들고 습식 에칭을 실행 합니다.</li>
		<li>밝은 분야 현미경 조회를 사용 하 고 흐름 방향 따라 에칭된 채널은 균일 한 폭, 결과적으로 그는 etchants의 비율을 혼합 하는 볼륨을 확인 하 고 현상 유량은 적절 한 있는지 확인 합니다.</li>
		<li>채널의 시간 시리즈 이미지 캡처 프로세스를 에칭 PDMS 동안 4 배 확대와 거꾸로 현미경 횡단면.</li>
		<li>습식 에칭 PDMS 자료의 과정 동안 채널 폭에 대 한 숫자의 시간 순서를 수집을 영상 처리 프로그램의 2D 분석의 기본 측정 기능을 적용 하 여 저장 된 이미지를 분석 합니다.</li>
		<li>그림 2는 채널 폭 변경의 50%를 나누는 방정식을 통해 시계열 에칭 속도 평가 (ΔW / 2) PDMS 에칭 (t)의 기간에 의해.</li>
		<li>전반적인 예측에 수집 된 데이터 포인트의 선형 회귀를 수행할 특정 볼륨 그림 2와 같이 PDMS 재료 1시 10분의 비율을 혼합 혼합된 TBAF/NMP etchants의 에칭 속도.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
PDMS 순차적 젖은 다른 기하학적 섹션의 미세 채널 날조를 위한 에칭
	<ol>
<li>해당 순서로 프로세스를 에칭 특정 채널 유형의 그림 3 에서 같이 다른 횡단면 모양 날조 될 수 있다 그래야 제공 단일 레이어 PDMS 채널 레이아웃에 대 한 현상 후미의 배열을 디자인.</li>
		<li>2.1.7 PDMS 습식 에칭 방법에 대 한 2.1.1-단계에 설명 된 절차를 따릅니다. 참고: 유량 50 μ/분으로 설정 됩니다.</li>
		<li>TBAF/NMP etchants는 흐르는 동안 검사 etchants, etchants, 누설에 의해 유도 된 여러 화학 오차의 남아 있는 거품의 눈에 띄는 금액 등 중요 한 문제 존재 하는 경우 볼 수 현미경 에칭된 채널 또는 경사진 평면에 etchants의 흐름.</li>
		<li>거꾸로 현미경으로 미세 채널 벽 두께 변화를 관찰 하 고 적절 한 채널 형상 달성 되도록 프로세스를 에칭 젖은 시간.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 미세 믹서의 디자인
참고: 효율적으로 2 다른 체액을 혼합 수 있는 미세 믹서의 디자인 다른 섹션 미세 채널의 유리한 응용 프로그램을 보여 여기 증명 됩니다.
<ol><li>
다른 채널 섹션 미세 믹서의 제조
	<ol>
<li>소프트 리소 그래피 복제 기술 (제 2) 성형으로 그림 4 에 표시 하는 디자인의 단일 레이어 미세 채널 PDMS 장치를 확인 합니다.</li>
		<li>단일 레이어 미세 채널 레이아웃에서 단계 포트에서 2.1.1 그림 4에서 20 µ L/min 흐름 속도로 "콘센트"으로 표시에서 설명 하는 절차에 따라 준비 TBAF/NMP 현상 솔루션을 소개 합니다.</li>
		<li>현미경, 미세 채널 벽 두께 변화를 관찰 하 고 적절 한 채널 형상 그림 5 에 표시 되는 달성을 보장 하기 위해 프로세스를 에칭 젖은 시간.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
미세 믹서의 실험적인 특성
	<ol>
<li>섹션 다른 모양 대체 패턴에서의 미세 채널을 실현 후 펌프 2 비슷하지 체액 fluorescein 나트륨의 솔루션을 포함 하 여 50 µ g/mL 농도 데 소금과 20 µ L/분 2 별도 채널에 증류수 흐름 속도입니다.</li>
		<li>형광 현미경 이미지 채널의에서 A로 표시 된 위치에 평면도, B, C 및 D는 거꾸로 현미경 (4 배 확대) (에칭) 전에 유니폼과 다른 2 믹서에 대 한 기하학적 섹션 (SWEP의 2 시간) 후 각각 ( 그림 6)입니다. 참고: 형광 현미경 이미지 믹서 채널을 통해 혼합의 처음 순간부터 계산 하는 5 분의 시간 지점에서 안정적인 흐름이 발생 하는 동안 찍힌다.</li>
		<li>혼합 혼합 잔여에 의해 정의 되는 효율성 숫자 해당 추정 영상 처리 프로그램을 사용 하 여 캡처된 형광 이미지 분석 (미스터, 0.5 = 순수한, 0 = 완전 혼합) 다음 방정식27, 28: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57868/57868eq1v2.jpg"> 여기, t 는 에칭 시간 L 는 관심의 특정 위치에 채널 폭 위치에서 채널을 통해 선 세그먼트는 고 내가 t S 에 형광 광도 분포입니다.</li>
		<li>채널을 통해 S 에 형광 광도 분포를 플롯 A로 표시 된 위치에서 B, C 및 D (에칭) 전에 유니폼과 다른 2 믹서에 대 한 기하학적 섹션 (SWEP의 2 시간) 후, 각각. 그림 6에서 같이 해당 미스터를 견적 한다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Tung, Y. -. 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=Optofluidic+Detection+for+Cellular+Phenotyping.">Optofluidic Detection for Cellular Phenotyping.</a> Lab on a Chip. 12, 3552-3565 (2012).</li><li>Lu, Y., Yang, L., Wei, W., Shi, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microchip-based+Single-cell+Functional+Proteomics+for+Biomedical+Applications.">Microchip-based Single-cell Functional Proteomics for Biomedical Applications.</a> Lab on a Chip. 17, 1250-1263 (2017).</li><li>Jensen, K. F., Reizman, B. J., Newman, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tools+for+Chemical+Synthesis+in+Microsystems.">Tools for Chemical Synthesis in Microsystems.</a> Lab on a Chip. 14, 3206-3212 (2014).</li><li>Chang, C. -. W., 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=A+Polydimethylsiloxane-polycarbonate+Hybrid+Microfluidic+Device+Capable+of+Generating+Perpendicular+Chemical+and+Oxygen+Gradients+for+Cell+Culture+Studies.">A Polydimethylsiloxane-polycarbonate Hybrid Microfluidic Device Capable of Generating Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients for Cell Culture Studies.</a> Lab on a Chip. 14, 3762-3772 (2014).</li><li>Mosadegh, B., 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=Integrated+Elastomeric+Components+for+Autonomous+Regulation+of+Sequential+and+Oscillatory+Flow+Switching+in+Microfluidic+Devices.">Integrated Elastomeric Components for Autonomous Regulation of Sequential and Oscillatory Flow Switching in Microfluidic Devices.</a> Nature Physics. 6, 433-437 (2010).</li><li>Choi, S., Park, J. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuneable+Hydrophoretic+Separation+Using+Elastic+Deformation+of+Poly(Dimethylsiloxane).">Tuneable Hydrophoretic Separation Using Elastic Deformation of Poly(Dimethylsiloxane).</a> Lab on a Chip. 9, 1962-1965 (2009).</li><li>Choi, S., Song, S., Choi, C., Park, J. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Self-Sorting+of+Mammalian+Cells+to+Achieve+Cell+Cycle+Synchrony+by+Hydrophoresis.">Microfluidic Self-Sorting of Mammalian Cells to Achieve Cell Cycle Synchrony by Hydrophoresis.</a> Analytical Chemistry. 81, 1964-1968 (2009).</li><li>VanDelinder, V., Groisman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+Plasma+from+Whole+Human+Blood+in+a+Continuous+Cross-Flow+in+a+Molded+Microfluidic+Device.">Separation of Plasma from Whole Human Blood in a Continuous Cross-Flow in a Molded Microfluidic Device.</a> Analytical Chemistry. 78, 3765-3771 (2006).</li><li>VanDelinder, V., Groisman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perfusion+in+Microfluidic+Cross-Flow:+Separation+of+White+Blood+Cells+from+Whole+Blood+and+Exchange+of+Medium+in+a+Continuous+Flow.">Perfusion in Microfluidic Cross-Flow: Separation of White Blood Cells from Whole Blood and Exchange of Medium in a Continuous Flow.</a> Analytical Chemistry. 79, 2023-2030 (2007).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+Microfluidic+Systems+in+Poly(dimethylsiloxane).">Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane).</a> Analytical Chemistry. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Annual Review of Material Science. 28, 153-184 (1998).</li><li>Mello, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plastic+Fantastic?.">Plastic Fantastic?.</a> Lab on a Chip. 2, 31N-36N (2002).</li><li>Choi, S., Park, J. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-step+Photolithography+to+Fabricate+Multilevel+Microchannels.">Two-step Photolithography to Fabricate Multilevel Microchannels.</a> Biomicrofluidics. 4, 046503 (2010).</li><li>Zhong, K., Gao, Y., Li, F., Zhang, Z., Luo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+PDMS+Microlens+Array+by+Digital+Maskless+Grayscale+Lithography+and+Replica+Molding+Technique.">Fabrication of PDMS Microlens Array by Digital Maskless Grayscale Lithography and Replica Molding Technique.</a> Optik. 125, 2413-2416 (2013).</li><li>Brower, K., White, A. K., Fordyce, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-step+Variable+Height+Photolithography+for+Valved+Multilayer+Microfluidic+Devices.">Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices.</a> Journal of Visualized Experiments. (119), e55276 (2017).</li><li>Lai, D., 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=Simple+Multi-level+Microchannel+Fabrication+by+Pseudo-grayscale+Backside+Diffused+Light+Lithography.">Simple Multi-level Microchannel Fabrication by Pseudo-grayscale Backside Diffused Light Lithography.</a> RSC Advances. 3, 19467-19473 (2013).</li><li>Huh, D., 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=Reconstituting+Organ-Level+Lung+Functions+on+a+Chip.">Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip.</a> Science. 328, 1662-1668 (2010).</li><li>Deng, Y. -. L., Juang, Y. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polydimethyl+Siloxane+Wet+Etching+for+Three-Dimensional+Fabrication+of+Microneedle+Array+and+High-Aspect-Ratio+Micropillars.">Polydimethyl Siloxane Wet Etching for Three-Dimensional Fabrication of Microneedle Array and High-Aspect-Ratio Micropillars.</a> Biomicrofluidics. 8, 026502 (2014).</li><li>Tung, Y. -. C., Kurabayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoimprinted+Strain-controlled+Elastomeric+Gratings+for+Optical+Wavelength+Tuning.">Nanoimprinted Strain-controlled Elastomeric Gratings for Optical Wavelength Tuning.</a> Applied Physics Letters. 86, 161113 (2005).</li><li>Tung, Y. -. C., Kurabayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Single-Layer+PDMS-On-Silicon+Hybrid+Microactuator+with+Multi-Axis+Out-Of-Plane+Motion+Capabilities-Part+II:+Fabrication+and+Characterization.">A Single-Layer PDMS-On-Silicon Hybrid Microactuator with Multi-Axis Out-Of-Plane Motion Capabilities-Part II: Fabrication and Characterization.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 14, 558-566 (2005).</li><li>Chen, W., Lam, R. H. W., Fu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photolithographic+Surface+Micromachining+of+Polydimethylsiloxane+(PDMS).">Photolithographic Surface Micromachining of Polydimethylsiloxane (PDMS).</a> Lab on a Chip. 12, 391-395 (2012).</li><li>Balakrisnan, B., Patil, S., Smela, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterning+PDMS+Using+a+Combination+of+Wet+and+Dry+Etching.">Patterning PDMS Using a Combination of Wet and Dry Etching.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 19, 047002 (2009).</li><li>Takayama, 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=Topographical+Micropatterning+of+Poly(dimethylsiloxane)+Using+Laminar+Flows+of+Liquids+in+Capillaries.">Topographical Micropatterning of Poly(dimethylsiloxane) Using Laminar Flows of Liquids in Capillaries.</a> Advanced Materials. 13, 570-574 (2001).</li><li>Friend, J., Yeo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Microfluidic+Devices+Using+Polydimethylsiloxane.">Fabrication of Microfluidic Devices Using Polydimethylsiloxane.</a> Biomicrofluidics. 4, 026502 (2010).</li><li>. NANO SU-8 2000 Negative Tone Photoresist formulations 2002-2025 Available from: <a target="_blank" href="https://www.seas.upenn.edu/~nanosop/documents/SU8_2002-2025.pdf">https://www.seas.upenn.edu/~nanosop/documents/SU8_2002-2025.pdf</a> (2000)</li><li>. NANO SU-8 2000 Negative Tone Photoresist formulations 2035-2100 Available from: <a target="_blank" href="https://www.seas.upenn.edu/~nanosop/documents/SU8_2035-2100.pdf">https://www.seas.upenn.edu/~nanosop/documents/SU8_2035-2100.pdf</a> (2000)</li><li>Hardt, S., Sch&#246;nfeld, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+Mixing+in+Different+Interdigital+Micromixers:+II.+Numerical+Simulations.">Laminar Mixing in Different Interdigital Micromixers: II. Numerical Simulations.</a> AIChE Journal. 49, 578-584 (2003).</li><li>Hessel, V., L&#246;we, H., Sch&#246;nfeld, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromixers-A+Review+on+Passive+and+Active+Mixing+Principles.">Micromixers-A Review on Passive and Active Mixing Principles.</a> Chemical Engineering Science. 60, 2479-2501 (2005).</li><li>Damiati, S., Kompella, U., Damiati, S., Kodzius, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Devices+for+Drug+Delivery+Systems+and+Drug+Screening.">Microfluidic Devices for Drug Delivery Systems and Drug Screening.</a> Genes. 9, 103 (2018).</li><li>Wang, C. -. K., 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=Single+Step+Sequential+Polydimethylsiloxane+Wet+Etching+to+Fabricate+a+Microfluidic+Channel+with+Various+Cross-Sectional+Geometries.">Single Step Sequential Polydimethylsiloxane Wet Etching to Fabricate a Microfluidic Channel with Various Cross-Sectional Geometries.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 27, 115003 (2017).</li></ol>

저자는 선언할 수 없다.

지난 수 십년 동안 마이크로 유망한 의미는 화학 및 생물 의학 연구를 위한 실험 플랫폼 수 건설1,2,,34, 체계적으로 제공 하고있다 5. 플랫폼도 체 외에서 세포 연구6,7, 를 통해 생리 적 microenvironment 조건에서 여러 가...

미세 기술 다양 한 생물 의학 및 화학 연구 및 응용 프로그램에 대 한 그들의 고유한 이점 때문에 지난 수 십년 동안 관심을 모으고 있다. 미세 칩을 생성 하기 위한 여러 가지 소재 사용 옵션 요즘, 고분자, 세라믹, 및 실리콘 재료 등 사용할 수 있습니다. 우리의 지식, 미세 재료 중의 최고를 PDMS 다양 한 마이크로 연구와 입자, 그것의 광학 및 생물학 호환성을 포함 한 응용 프로그램에 대 한 적절 한 소재 속성 때문에 가장 일반적인 것은 체액, 그리고 매우 작은 생물1,2,3,,45. 또한, PDMS 재료의 표면 화학 및 구조 기계적 특성 같은 고분자 기반 미세 장치10, 를 적용 하 여 microelectromechanical 및 mechanobiological 연구를 촉진 하기 위하여 조정 될 수 있다 11,12. 설계 된 채널 패턴 미세 소자의 제조에 관한 소프트 리소 그래피 복제 성형 방법 일반적으로의 구성 되는 그들의 해당 마스터 금형을 이용 하 여 미세 채널을 만드는 데 적용 됩니다. 포토 리소 그래피 패턴 감광 레이어 및 실리콘 웨이퍼 기판12 성형 포토 레지스트 패턴화 층으로 실리콘 웨이퍼를 사용 하 여 접근의 특성으로 인하여 미세 채널 일반적으로 직사각형 모양 동일한 높이 일반 크로스 단면도 있다.
최근에, 연구는 상당한 진전이 거래, 예를 들어 생물 의학 연구, 정렬 입자 및 hydrophoresis를 사용 하 여, 혈액 플라스마 분리 및 채널 미세 칩을 적용 하 여 백혈구 세포를 풍부 하 게 셀 서로 다른 높이 또는 기하학적 섹션6,7,,89. 이러한 정렬 및 마이크로 생물 의학 응용 프로그램의 기능을 분리 채널 다른 기하학적 섹션을 사용자 지정 하 여 실현 됩니다. 여러 연구 다양 한 높이 또는 비 직사각형 횡단면의 특정 표면 패턴 마스터 금형을 날조 하 여 다른 기하학 특징의 횡단면으로 미세 채널 제조에 헌신 했습니다. 금형 제조에 이러한 연구 다단계 포토 리소 그래피, 포토 레지스트 리플로우, 그리고 그레이 스케일 리소 그래피13,,1415같은 기술을 포함합니다. 필연적으로, 기존 기술이 포함 가늘게 만들어진된 포토 또는 실질적으로 미세 채널의 해당 제조의 복잡성 수준을 향상 시킬 수 있는 여러 단계의 제조 공정에서 정확 하 게 정렬. 지금까지 미세 채널 다양 한 섹션에 대 한 단일 단계 제조 프로세스에 대 한 여러 번 시도 하지만 해당 기술 채널16의 특정 횡단면 모양에 매우 제한 됩니다.
지난 2 년간 PDMS 날조를 위한 성형 방법 이외에 다양 한 섹션, 기하학적 특징을 가진 PDMS 채널 패턴 기법 에칭 미세 채널 되고있다의 다양 한 선택의 제조 미세 응용 프로그램입니다. 예를 들어, PDMS 습식된 에칭은 다층 PDMS 마이크로 재구성된 기관 수준 폐 기능17의 공기 작동 식 개폐 셀 문화 장치를 건설 하기 위한 결합 함께 악용 됩니다. PDMS 습식 에칭 기술은 PDMS 캐스팅 3D PDMS 미세 바늘 어레이18날조를 위한 컴퓨터 제어 시스템에 의해 가공 하는 원통형 microwells에 함께 적용 됩니다. PDMS 드라이 에칭은 마이크로 전기 기계 액추에이터19,20의 부분으로 PDMS 마이크로 구조를 확인 하는 데 사용 됩니다. 다공성 PDMS 막 설계 공 레이아웃은 또한 드라이 에칭 프로세스21를 통해 조작 됩니다. 습식 및 건식 에칭 기술을 지정 된 기 하 도형22PDMS 영화 패턴에 통합 될 수 있습니다.
그러나, PDMS 위한 에칭 기술 채널 구조 모양 적용 되지 않은 일반적으로 미세 제조에 그들의 본질적인 제한 때문에 복잡 한 섹션. 첫째, 다양 한 섹션의 미세 채널을 만들기 위한 화학 물질의 층 류 흐름을 활용 하 여 PDMS 습식된 에칭의 기술을 설립 되어, 이후 채널 섹션 형성은 여전히 제한 기본 특성 때문에 등방성 화학 에칭의23를 처리합니다. 또한, PDMS 드라이 에칭 기법20를 사용 하 여 마이크로 제조에 채널 섹션 형상 제어 하기 위한 합리적인 공간을 것 같다, 비록 필요한 에칭 시간 일반적으로 너무 깁니다 조건 (시간) 수 미세 칩 제조를 위한 실용입니다. 또한, PDMS 자료와 해당 마스크 에칭 선택도 포토 레지스트 층은 일반적으로 낮은 수 있습니다 및 채널에 대 한 결과 에칭된 깊이 없습니다, 따라서, 허용20.
이 문서에서 우리는 PDMS 순차적 습식된 에칭 프로세스 (SWEP 라 함)에 의해 다른 형상 횡단면의 미세 채널을 조작 하는 1 단계 접근 방식을 개발 한다. SWEP 단일 레이어 채널 PDMS 미세 장치로 시작 합니다. 채널의 여러 레이아웃 디자인, 다양 한 종류의 다른 기하학적 섹션 미세 채널 제조는 순차적 에칭 프로세스를 통해 얻을 수 있습니다. 순차 에칭만 PDMS 자료에 포함 된 계획된 단일 레이어 레이아웃의 특정 채널에 도입 되는 현상을 필요 합니다. 기존의 PDMS 제조 프로세스에 비해는 SWEP 그냥 사각형이 아닌 섹션의 미세 채널 조작 하 한 추가 단계 또는 다양 한 높이 필요 합니다. 제안 된 SWEP 크게 앞서 언급 한 방법에 있는 프로세스를 단순화할 수 있는 흐름 방향에 따라 다양 한 섹션으로 미세 채널 날조의 간단 하 고 간단한 방법을 제공 합니다.

<table><tbody><tr><td>1-Methyl-2-Pyrrolidinone</td><td>Tedia, Fairfield, OH</td><td>ME-1962</td><td>NMP</td></tr><tr><td>10 ml Syringe</td><td>Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ</td><td>302151</td><td></td></tr><tr><td>150 mm Petri dish</td><td>Dogger Science</td><td>DP-43151</td><td></td></tr><tr><td>1H,1H,2H,2H- Perfluorooctyltrichlorosilane</td><td>Alfa Aesar, Ward Hill, MA</td><td>L16606</td><td>97 % silane&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>4&#039;&#039; Silicon Dummy Wafer</td><td>Wollemi Technical, Taoyuan, Taiwan</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td><td>AH3102-000000-72EC</td><td></td></tr><tr><td>AG Double Expose Mask Aligner</td><td>M&amp;amp;R Nano Technology, Taoyuan, Taiwan</td><td>AG500-4D-D-V-S-H</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy Punch</td><td>Miltex, Plainsboro, NJ</td><td>33-31</td><td></td></tr><tr><td>Blunt Needle</td><td>Jensen Global, Santa Barbara, CA</td><td>Gauge 16</td><td></td></tr><tr><td>Buffered Oxide Etch</td><td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td><td>PH3101-000000-72EC</td><td></td></tr><tr><td>Desicattor</td><td>A-VAC Industries, Anaheim, CA</td><td>35.10001.01</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescein Sodium Salt Water</td><td>Sigma-Aldrich Co., St Louis, MO</td><td>F6300</td><td></td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>National Institutes of Health, Bethesda, MD</td><td>Ver. 1.51</td><td>Imaging Processing Program&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Inverted Fluorescence Microscope&amp;nbsp;</td><td>Leica Microsystems, Wetzlar, Germany</td><td>DMI 6000 B</td><td></td></tr><tr><td>Isopropyl Alcohol (IPA)</td><td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td><td>CMOS112-00000-72EC</td><td></td></tr><tr><td>Leica Application Suite&amp;nbsp;</td><td>Leica Microsystems GmbH</td><td>LAS X</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks, Natick, MA</td><td>R2015b</td><td>Programming for MR evaluation</td></tr><tr><td>Mechanical Convention Oven</td><td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td><td>Lindberg Blue M MO1450C</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Tretment System</td><td>Nordson MARCH, Concord CA</td><td>PX-250</td><td>Oxygen plasma surface treatment</td></tr><tr><td>Polydimehtylsiloxane (PDMS)&amp;nbsp;</td><td>Dow Corning, Midland, MI</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>Polyethylene Tubing</td><td>Becton-Dickinson and Company, Sparks, MD</td><td>427446</td><td>PE 205, 10&#039;</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>ELS Technology, Hsinchu, Taiwan</td><td>ELS 306MA</td><td></td></tr><tr><td>Negative Tone Photoresist&amp;nbsp;</td><td>MicroChem, Westborough, MA</td><td>SU-8 2050</td><td></td></tr><tr><td>Negative Tone Photoresist Developer</td><td>MicroChem, Westborough, MA</td><td>Y020100</td><td>SU-8 Developer</td></tr><tr><td>Surgical Blade</td><td>Feather, Osaka, Japan</td><td>5005093</td><td>PDMS cutting</td></tr><tr><td>Syringe Pump</td><td>Chemyx, Houston, TX</td><td>Fusion 400</td><td></td></tr><tr><td>Tetra-n-butylammonium Fluoride (TBAF)</td><td>Alfa Aesar, Ward Hill, MA</td><td>A10588</td><td></td></tr></tbody></table>

one-step approach to fabricating polydimethylsiloxane microfluidic channels of different geometric sections by sequential wet etching processes

입니다 (PDMS) 자료는 실질적으로 소프트 리소 그래피 복제 성형 기술을 사용 하 여 미세 장치 조작에 악용 됩니다. 사용자 지정된 채널 레이아웃 디자인은 특정 기능과 수많은 생물 및 화학 응용 프로그램 (예를 들어, 세포 배양, 바이오 센 싱, 화학 종합, 및 액체 처리)에서 미세 장치 통합된 성능 필요 합니다. 감광 레이어 마스터 금형으로 사진 평판에 의해 꽃무늬 실리콘 웨이퍼를 사용 하 여 접근을 성형의 자연 때문 미세 채널 일반적으로 사각형 모양 동일한 높이 일반 크로스 단면도 있다. 일반적으로 채널 여러 높이 또는 다른 기하학적 섹션을 특정 기능을 보유 하 고 다양 한 미세 응용 프로그램에서 수행할 수 설계 되었습니다 (예를 들어, hydrophoresis은 입자를 정렬 및 사용에 대 한 지속적인 흐름에 분리 혈6,7,,89). 따라서, 많은 노력 사진 평판 여러 감광 레이어 및 다른 PDMS 사용 하 여 얇은 시트 처럼 채널 다중 단계 접근법을 통해 다양 한 섹션을 생성 했다. 그럼에도 불구 하 고, 이러한 여러 단계 접근 일반적으로 지루한 절차 및 광범위 한 계측을 포함 한다. 또한, 조작된 장치를 지속적으로 수행 하지 않을 수 있습니다 및 결과 실험 데이터를 예측할 수 있습니다. 여기, 한 단계 접근 계획된 단일 레이어 레이아웃의 채널로 현상 소개 PDMS 순차적 습식된 에칭 프로세스를 통해 다른 기하학적 횡단면 미세 채널의 간단 제작 개발 PDMS 자료에 포함 된. 다른 형상의 PDMS 미세 채널 제조를 위한 기존의 방법에 비해, 개발된 단계 접근 채널 비 직사각형 섹션 또는 다양 한 높이 조작 하는 프로세스를 크게 단순화할 수 있습니다. 따라서, 기술 혁신적인 미세 시스템의 발전을 위한 제작 솔루션을 제공 하는 복잡 한 미세 채널 구축의 방법입니다.

최근, 연구의 많은 만들어진 다른 섹션의 채널 미세 소자의 제조에 리소 그래피 복제 성형13,,1415 및 PDMS 에칭 기술17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 그러나 22., 여전히 ...

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One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작

여러 가지 방법입니다 미세 장치에 포함 된 비 직사각형 섹션의 채널의 제조에 사용할 수 있습니다. 그들의 대부분을 다단계 제조 하 고 광범위 한 맞춤 포함. 이 문서에서 한 단계 접근입니다 순차적 습식된 에칭에 의해 다른 기하학적 횡단면의 미세 채널 제조에 대 한 보고 됩니다.

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...

one-step-approach-to-fabricating-polydimethylsiloxane-microfluidic

Research

JoVE Journal

Engineering

9.7K 조회수.  Academia Sinica. 여러 가지 방법입니다 미세 장치에 포함 된 비 직사각형 섹션의 채널의 제조에 사용할 수 있습니다. 그들의 대부분을 다단계 제조 하 고 광범위 한 맞춤 포함. 이 문서에서 한 단계 접근입니다 순차적 습식된 에칭에 의해 다른 기하학적 횡단면의 미세 채널 제조에 대 한 보고 됩니다.

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Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

단백질 접기 유학을위한 Microfluidic 믹서

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

연구

생체공학

Fabrication of the Thermoplastic Microfluidic Channels

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using polymer/nanoparticle composite microscale lysis and solid phase extraction columns. The recovered samples are concentrated, small volume samples that are PCRable, without any additional cleanup. Here, we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then, we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns. We demonstrate grafting and polymerization of a carbon nanotube/polymer composite column for bacterial cell lysis. We then show the lysis process followed by solid phase extraction of nucleic acids from the sample on chip using a silica/polymer composite column. The attached protocols contain detailed instructions on how to make both lysis and solid phase extraction columns.

Here we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns.

열가 소성 Microfluidic 채널 제작

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using ...

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

Procedure for the Development of Multi-depth Circular Cross-sectional Endothelialized Microchannels-on-a-chip

Efforts have been focused on developing in vitro assays for the study of microvessels because in vivo animal studies are more time-consuming, expensive, and observation and quantification are very challenging. However, conventional in vitro microvessel assays have limitations when representing in vivo microvessels with respect to three-dimensional (3D) geometry and providing continuous fluid flow. Using a combination of photolithographic reflowable photoresist technique, soft lithography, and microfluidics, we have developed a multi-depth circular cross-sectional endothelialized microchannels-on-a-chip, which mimics the 3D geometry of in vivo microvessels and runs under controlled continuous perfusion flow. A positive reflowable photoresist was used to fabricate a master mold with a semicircular cross-sectional microchannel network. By the alignment and bonding of the two polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels replicated from the master mold, a cylindrical microchannel network was created. The diameters of the microchannels can be well controlled. In addition, primary human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) seeded inside the chip showed that the cells lined the inner surface of the microchannels under controlled perfusion lasting for a time period between 4 days to 2 weeks.

A microchannels-on-a-chip platform was developed by the combination of photolithographic reflowable photoresist technique, soft lithography, and microfluidics. The endothelialized microchannels platform mimics the three-dimensional (3D) geometry of in vivo microvessels, runs under controlled continuous perfusion flow, allows for high-quality and real-time imaging&#160;and can be applied for microvascular research.

멀티 깊이 원형 단면 Endothelialized 마이크로 채널 - 온 - 칩의 개발을위한 절차

Efforts have been focused on developing in vitro assays for the study of microvessels because in vivo animal studies are more time-consuming, expensive, ...

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

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

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

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

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. ...

공학

A Microfluidic Platform to Study Bioclogging in Porous Media

Bacterial biofilms are found in several environmental and industrial porous media, including soils and filtration membranes. Biofilms grow under certain flow conditions and can clog pores, thereby redirecting the local fluid flow. The ability of biofilms to clog pores, the so-called bioclogging, can have a tremendous effect on the local permeability of the porous medium, creating a pressure buildup in the system, and impacting the mass flow through it. To understand the interplay between biofilm growth and fluid flow under different physical conditions (e.g., at different flow velocities and pore sizes), in the present study, a microfluidic platform is developed to visualize biofilm development using a microscope under externally-imposed, controlled physical conditions. The biofilm-induced pressure buildup in the porous medium can be measured simultaneously using pressure sensors and, later, correlated with the surface coverage of the biofilm. The presented platform provides a baseline for a systematic approach to investigate bioclogging caused by biofilms in porous media under flow conditions and can be adapted to studying environmental isolates or multispecies biofilms.

The present protocol describes a microfluidic platform to study biofilm development in quasi-2D porous media by combining high-resolution microscopy imaging with simultaneous pressure difference measurements. The platform quantifies the influence of pore size and fluid flow rates in porous media on bioclogging.

다공성 매체의 생물 막힘을 연구하기 위한 미세유체 플랫폼

Bacterial biofilms are found in several environmental and industrial porous media, including soils and filtration membranes. Biofilms grow under certain ...

환경과학

Patterning of Microorganisms and Microparticles through Sequential Capillarity-assisted Assembly

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, including studies of microbial physiology and interactions. At the simplest level, accurate spatial patterning of microorganisms would enable reliable, long-term imaging of large numbers of individual cells and transform the ability to quantitatively study distance-dependent microbe-microbe interactions. More uniquely, coupling accurate spatial patterning and full control over environmental conditions, as offered by microfluidic technology, would provide a powerful and versatile platform for single-cell studies in microbial ecology. 
This paper presents a microfluidic platform to produce versatile and user-defined patterns of microorganisms within a microfluidic channel, allowing complete optical access for long-term, high-throughput monitoring. This new microfluidic technology is based on capillarity-assisted particle assembly and exploits the capillary forces arising from the controlled motion of an evaporating suspension inside a microfluidic channel to deposit individual microsized objects in an array of traps microfabricated onto a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. Sequential depositions generate the desired spatial layout of single or multiple types of micro-sized objects, dictated solely by the geometry of the traps and the filling sequence. 
The platform has been calibrated using colloidal particles of different dimensions and materials: it has proven to be a powerful tool to generate diverse colloidal patterns and perform surface functionalization of trapped particles. Furthermore, the platform was tested on microbial cells, using Escherichia coli cells as a model bacterium. Thousands of individual cells were patterned on the surface, and their growth was monitored over time. In this platform, the coupling of single-cell deposition and microfluidic technology allows both geometric patterning of microorganisms and precise control of environmental conditions. It thus opens a window into the physiology of single microbes and the ecology of microbe-microbe interactions, as shown by preliminary experiments.

We present a technology that uses capillarity-assisted assembly in a microfluidic platform to pattern micro-sized objects suspended in a liquid, such as bacteria and colloids, into prescribed arrays on a polydimethylsiloxane substrate.

순차모세혈관 보조 어셈블리를 통한 미생물 및 미생물 입자의 패터닝

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

판막 다층 미세 유체 장치에 대한 여러 단계의 변수 높이 포토 리소그래피

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under combinations of chemical and oxygen gradients. Both chemical and oxygen gradients can greatly affect cell migration in vivo; however, due to technical limitations, very little research has been performed to investigate their effects in vitro. The device developed in this research takes advantage of a series of serpentine-shaped channels to generate the desired chemical gradients and exploits a spatially confined chemical reaction method for oxygen gradient generation. The directions of the chemical and oxygen gradients are perpendicular to each other to enable straightforward migration result interpretation. In order to efficiently generate the oxygen gradients with minimal chemical consumption, the embedded PC thin film is utilized as a gas diffusion barrier. The developed microfluidic device can be actuated by syringe pumps and placed into a conventional cell incubator during cell migration experiments to allow for setup simplification and optimized cell culture conditions. In cell experiments, we used the device to study migrations of adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells, A549, under combinations of chemokine (stromal cell-derived factor, SDF-1&#945;) and oxygen gradients. The experimental results show that the device can stably generate perpendicular chemokine and oxygen gradients and is compatible with cells. The migration study results indicate that oxygen gradients may play an essential role in guiding cell migration, and cellular behavior under combinations of gradients cannot be predicted from those under single gradients. The device provides a powerful and practical tool for researchers to study interactions between chemical and oxygen gradients in cell culture, which can promote better cell migration studies in more in vivo-like microenvironments.

The control of chemical and oxygen gradients is essential for cell cultures. This paper reports a polydimethylsiloxane-polycarbonate (PDMS-PC) microfluidic device capable of reliably generating combinations of chemical and oxygen gradients for cell migration studies, which can be practically utilized in biological labs without sophisticated instrumentation.

셀 마이그레이션 연구에서 수직 화학 산소 그라디언트에 대한 폴리 디메틸 실록산 - 폴리 카보네이트 미세 유체 장치

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under ...

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 ...