Bu araştırma KAKENHI (20800048, 23700543) tarafından desteklenmiştir.

1. gravür Pins (Şekil 2A)
<ol><li>Aseton daldırma tarafından dikdörtgen pimleri ısıtınız.</li>
	<li>Pimleri 4 mL % 10 nitrik asit çeker tarafından passivate, o zaman belgili tanımlık eriyik vasıl 65 ° C fırında 30 dk için ısı.</li>
	<li>İğne deiyonize su kalıntı asit kaldırmak ve bir kağıt havlu ile kurulayın 5 min için solüsyon içeren temizleyicide. Pim kalıp yayın aracı 2 h.Sonicate için 0.5 ml deiyonize su 5 min için iğne batırmak.</li>
	<li>Bir gravür çanak (Şekil 2C) imal.<ol>
<li>Çizmek veya iki paralel çizgiler ile 4 mm farkı bir cetvel kullanarak bir cam slayt üzerinde kazımak.</li>
		<li>Kimyasal dayanıklı ve düşük viskozite yapıştırıcı coverglasses kesilmiş bir yüzey iki dikdörtgen için geçerlidir.</li>
		<li>İki kesim coverglasses, 4 mm boşluk cam slaytta bond. Paralel çizgi bir kılavuz olarak kullanın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Silikon yapıştırıcı gravür çanak üzerinde iki satır dağıtmak ( Şekil 2C konumu ve kontur büyüklüğü için bakınız). Not: (STL modeli dosya tamamlayıcı bir malzeme olarak bulunur) 3D baskılı şablonu kolayca ve doğru bir şekilde çizgiler çizmek yardımcı olacaktır.</li>
	<li>Pimleri gravür çanak üzerinde koymak, böylece onların düz ucundaki 2 mm uzunluğundaki ipuçları yapışkanlı çizgi deseni daldırılır. Tekrar pimleri tamamen kaplı emin olmak için ve bir kontur çizmek için yapıştırıcı dağıtmak. 38 ° C'ye ısıtılmış bir oksijen fermenterler gravür çanak transfer Gecede yapıştırıcı tedavisi için bekleyin.</li>
	<li>5.0 M hidroklorik asit yavaş yavaş bir cam şişe 0.2 ml 0,2 mL 0.5 M nitrik asit ekleyin. Dikkat: Çok aşındırıcı ve potansiyel olarak patlayıcı karışımı, Aqua regia olarak da bilinir. Asit geçirmez lastik eldiven ve koruyucu gözlük ve çok asitler ele alırken dikkatli olun. Asla çözüm saklamayın. Nitrik asit, onun saldırganlık azaltmak için mümkün olduğunca azaltmak.</li>
	<li>65 ° C'ye ısıtılmış bir Pinar gravür çanak koymak Pim ele geçen bölgede 0.4 mL asit karışımı dökün. 10 dakika bekleyin ve asit bir ölçek için transfer.</li>
	<li>5 mL 0, 8 M sodyum bikarbonat çözeltisi ile pim bölge kazınmış deiyonize suyla da dahil olmak üzere tüm kalan asit nötralize.</li>
	<li>Pimleri gravür çanak pimleri boyuna cımbızla çekerek çıkarın. İğne deiyonize su 5 min 5 min için aseton sonication ardından için solüsyon içeren temizleyicide.</li>
	<li>Adım 1.2 olduğu gibi bu pimlerden hiçbirinin kazınmış bölge passivate.</li>
	<li>Bir dürbün ağı Dükkanı mikroskop ile kazınmış pimleri genişliğini kontrol edin. Böylece kazınmış bölgesinin genişliği 0.2 ± 1.7 içinde açıklanan gravür süreyi ayarlamak 0,02 mm.</li>
	<li>Pimleri 5 ml % 70 etanol de içeren bir cam şişe aktarın. Laminer kukuIeta şişeyi getir. İğne şişe dışarı almak ve onları kuru izin.</li>
</ol>2. rezervuar ve Pins bir alan ile silikon levha imalatı.
<ol><li>Pimleri ve sabit bir duvardan bir alan için bir kalıp tipik tekniğinde işlemler tarafından imal.<ol>
<li>Kat degreased cam kaymak ile 1000 devir / dakikada bir spin coater kullanarak negatif epoksi fotorezist 1 mL. 15 dk. tekrar 95 ° C sıcak tabakta fotorezist bu adım bir kez kuru.</li>
		<li>Kat üçüncü tabakası ile kaplı fotorezist cam slayt üzerinde 2.000 devirde fotorezist aynı spin. Fotorezist 30 dk için 95 ° C ocağın üzerinde kuru.</li>
		<li>Fotorezist katman 450 mJ/cm2 365 nm ultraviyole ışık için gelen bir photoplotted film üzerinden bir UV spot ışık kaynağına maruz bırakmayın. Bir el spreyi kullanarak bir çözücü (2-metoksi-1-methylethyl asetat) püskürtülerek fotorezist 15 dk. geliştirme için 95 ° C ocağın üzerinde maruz fotorezist fırında ve azot gazı ile kuruttun.</li>
		<li>Cam slayt desenli fotorezist ile bir plastik tabak altındaki yer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer 3 mm kalınlığında için kalıp üzerine dökün. -800 kPa 10 dk, bir vakum desiccator PDMS prepolymer debubble.</li>
	<li>1 h. Demold için 65 ° c fırında PDMS prepolymer neşter kullanarak kısmen tedavi PDMS döşeme plağını kurut. Tam olarak 1 h için 120 ° c fırında PDMS tedavi.</li>
	<li>Meselenin ana noktaları kalıp aynı neşter ile PDMS levha üzerinden uzak düzensiz kenarları kırpın. Bir kesim, özellikle(bkz: şekil 1)ekleme yuvasının pinleri tanımlar yüzeyi mümkün olduğunca temiz ve kesin olun.</li>
	<li>2 mm çapında delik giriş/çıkış için biyopsi yumruklar kullanarak PDMS levhanın ana kanal uçları sorgulamaktı. Benzer şekilde, 1 mm-dimeter delikleri hava havalandırma kanal ucunda sorgulamaktı. Şekil 1A kanal düzeni ve bu delikler konumunu için bkz.</li>
</ol>3. cihazın yerinde boşluk dolgu ve bariyer imalatı Meclisi.
<ol><li>Microchannel derleme imal.<ol>
<li>Bir 10 × 20 mm No 4 coverglass 10 dk 60 ° c ısıtılmış bir temizleme solüsyonu içinde bırakın.</li>
		<li>İki kez coverglasses deiyonize suyla durulayın ve 10 dk 120 ° C'de kuru.</li>
		<li>Plazma-bond PDMS levha bir coverglass için:<ol>
<li>PDMS levha (kanal özelliği tarafı yukarı) ve temizlenmiş 10 × 20 mm No 4 coverglass bir sputter coater Vakum odasında yerleştirin.</li>
			<li>60 PA oluşturmak hava vakum plazma odasına aşağı pompalama başlar (20 mA) 30 s.</li>
			<li>Hemen odaya delik. Bond PDMS kanal özelliği yan coverglass için levha kenarlarına ile uyumlu.</li>
			<li>Bağlı katmanları 10 dk 65 ° C fırında yerleştirin.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bağlı katmanları steril bir kapsayıcı'ı kullanarak Laminer kukuIeta getir. Onları 30 dk için UV ışığıyla sterilize.</li>
		<li>Böylece kendi amaçları microchannel diğer yanak formu Laminer başlık, pimleri yuvaya takın. Bitişik iğne uzunluğu (bkz: şekil 1B) dikey iki ucu temasını engellemek için farklı olmalıdır. Dikey uçları arasındaki büyük boşluğu tercih edilir. Bir alan (N-1) x (PIN genişlik) yeri ne zaman iğne farklı PIN uzunlukları (L Şekil 2A) ile N türlü hazırlanır.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bir üs ( Şekil 2B) imal.<ol>
<li>Yapmak ya da bir bölümü dosyası tabanının okuyup (toolpaths içeren; ek malzeme olarak dahil) iki sayısal denetim (NC) dosya yapmak CAD/CAM yazılımı kullanarak. İlk ek NC dosyanın bir 4 mm çap son fabrikası ve 1 mm çapında değirmen sonunda ikinci kullanır.</li>
		<li>3 mm kalınlığında açık Polimetilmetaakrilat (PMMA) kurulu bir CNC değirmen kelepçe.</li>
		<li>Bilgisayar NC (CNC) değirmen denetleyicisinde ilk NC dosyasını açın. 4 mm sonu değirmen CNC değirmen yükleyin ve PMMA kurulu sonunda değirmene dokunarak Bölümü'nü sıfır bulmak. Tahta kesmek için NC kodu çalıştırın. Not: Zaman zaman sonunda değirmen ipucu soğutma ve yonga kaldırma için sıkıştırılmış hava ile darbe.</li>
		<li>3.2.3 ikinci NC dosya ve bir 1 mm sonu fabrikası kullanarak yineleyin.</li>
		<li>Deterjan ile işlenmiş parçalar Isıtınız ve bir kağıt havlu ile kurulayın. Parçalar % 70 etanol ile sprey ve laminer kukuIeta getir.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bir PIN boşluğu dolgu ve elastomerik bariyer imal: Not: Adımları 3.3.1 - 3.3.7 aseptik Laminer mahallede yapılmalıdır.<ol>
<li>Boşluk dolgu beyaz petrolatum ve politetrafloroetilen toz 2:1 oranında ağırlığa göre karıştırarak hazırlayın. Ultrasonik bir homogenizer kullanarak karışımı lunaparkçı.</li>
		<li>Boşluk dolgu bir dağıtıcı şırınga dökün. Lavabo pompası yerleştirin ve şırınga ucu doldurmak için itin. Bir iğne takın ve iğne ucu doldurulana kadar pistonu tekrar bas. Aynı şekilde, bir dalgıç ve bir iğne ile bir dağıtıcı şırınga hazırlamak ve silikon yapıştırıcı ile doldurun.</li>
		<li>Her şırınga bir pnömatik dağıtıcı bir bağdaştırıcı tüp kullanarak bağlayın. Silikon yapıştırıcı ve dolgu 250 kPa ve 280 kPa için besleme baskısı ayarlayın.</li>
		<li>Silikon yapıştırıcı bir cep tabanının kenarına dağıtmak. Bir 10 × 20 mm No.4 coverglass cebin yerleştirin ve sıkıca bağ için tuşuna basın.</li>
		<li>Silikon yapıştırıcı iki parçalar tabanında iki dış yarık çizmek için yaklaşık 1 mm derinliğe dağıtmak. Diğer yuvası parçalar çizmek için boşluk dolgu derinliğe kadar yaklaşık 1 mm, dağıtmak.</li>
		<li>Silikon yapıştırıcı başka bir cep kenarına dağıtmak. Cebin microchannel derleme (3.1) yerleştirin ve sıkıca bağ için tuşuna basın.</li>
		<li>3.3.5 boşluğu dolgu ve silikon yapıştırıcı tamamen pimleri katıştırmak ve hiçbir açılış Yuvaları olduğunu emin olmak için yineleyin.</li>
		<li>Paslanmaz çelik kutusu kapaklı gibi steril bir kap içinde cihazı yerleştirdim. Oksijen fermenterler kapsayıcıya ısıtmalı transferi ile 38 ° c Laminer başlık, elastomerik bariyer için bir gün tedavi.</li>
		<li>Her pin 1 mm bitişik süzgeçte pimleri tedavi elastomerik bariyer üzerinden yayın için boyunca taşıyın.</li>
		<li>UV ışığıyla aygıt için 30 dk sterilize.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. mikrosıvısal aygıt değerlendirilmesi
<ol><li>Floresans kullanarak sızıntısı tespit<ol>
<li>İyi bir araç veya bir masaüstü robot kullanarak microchannel açın. Kanal genişliği olarak mümkün olduğunca kanal boyunca tutarlı olun.</li>
		<li>Yeşil flüoresan boya Floresans çözüm yapmak için 10 µM, deiyonize suyla seyreltik.</li>
		<li>Floresans çözüm microchannel bir micropipettor ile bitiş noktalarından birini ekleyin. Bu adımı kanal çözüm ile doldurur.</li>
		<li>Mikrosıvısal aygıt ve büyük bir plastik tabak deiyonize su ile ıslak emici kağıt iki adet koyun. Çanak 37 ° C ve % 5 CO2 en az 24 saat için kuluçkaya.</li>
		<li>Microchannel ters bir floresan mikroskobu ile görüntülerini yeşil floresan mikroskop fotoğraf makinesi ile kaydedin.</li>
		<li>Bir uygun görüntü analiz yazılımı ile floresan görüntüleri açın ve hiçbir sızıntı (yeşil floresan) boşluğu dolgu ve pimleri arayüzü olduğunu onaylayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Microchannel tohum hücrelere.<ol>
<li>% 70-80 Konfluent hücreleri (bağlı olarak hücre tipleri) içeren bir hücre kültür gemi hazırlamak. Bağlantısını kesin ve büyüme orta hücrelerde askıya alma.</li>
		<li>Hücreler (hücre türleri üzerinde hız ve zaman bağlıdır) santrifüj kapasitesi ve orta Aspire edin.</li>
		<li>Orta az miktarda hücrelerle resuspend. Bir hücre sayaç içeren hücreleri saymak ve 1,5 × 106 hücre yoğunluğu 1,5 × 107 hücre/ml ayarlayın.</li>
		<li>Microchannel düz 400 µm genelinde kanal yapmak için iyi bir araç ya da masaüstü robot (şekil 1B) kullanarak açın. Duvardan mümkün olduğunca kanal boyunca düz olarak yapmak için PIN pozisyonları ayarlamak. Hücre süspansiyon microchannel bitiş noktasının birine ekleyin ve kanal doldurun.</li>
		<li>Yanak bölgesinin kültür başlatmak için tanımlar iğnelerden biri bulun. Ters bir mikroskop altında hücre hücre kültür bölgede içine iki bitişik iğneli kapatın.</li>
		<li>Kanaldan tüm hücreleri sınırdışı kaliteden iç dış tüm pins kapatın. Yavaşça süspansiyon bitiş noktalarını Aspire edin ve orta eklemelisiniz.</li>
		<li>Cihazın 4.1.4 içinde açıklandığı gibi kuluçkaya. Ne zaman yaklaşık % 70-80 hücrelerdir Konfluent, yavaş yavaş kültür alanı genişletmek için bir PIN açın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Nge, P. N., Rogers, C. I., Woolley, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+microfluidic+materials,+functions,+integration,+and+applications.">Advances in microfluidic materials, functions, integration, and applications.</a> Chem Rev. 113 (4), 2550-2583 (2013).</li><li>Araci, I. E., Brisk, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+microfluidic+large+scale+integration.">Recent developments in microfluidic large scale integration.</a> Curr Opin Biotechnol. 25, 60-68 (2014).</li><li>Gu, W., Chen, H., Tung, Y. -. C., Meiners, J. -. C., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplexed+hydraulic+valve+actuation+using+ionic+liquid+filled+soft+channels+and+Braille+displays.">Multiplexed hydraulic valve actuation using ionic liquid filled soft channels and Braille displays.</a> Appl Phys Lett. 90 (3), 033505 (2007).</li><li>Konda, A., Taylor, J. M., Stoller, M. A., Morin, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconfigurable+microfluidic+systems+with+reversible+seals+compatible+with+2D+and+3D+surfaces+of+arbitrary+chemical+composition.">Reconfigurable microfluidic systems with reversible seals compatible with 2D and 3D surfaces of arbitrary chemical composition.</a> Lab Chip. 15 (9), 2009-2017 (2015).</li><li>Hahn, Y., Hong, D., Kang, J., Choi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Reconfigurable+microfluidics+platform+for+microparticle+separation+and+fluid+mixing.">A Reconfigurable microfluidics platform for microparticle separation and fluid mixing.</a> Micromachines. 7 (8), 139 (2016).</li><li>Kintses, B., van Vliet, L. D., Devenish, S. R. A., Hollfelder, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+droplets:+new+integrated+workflows+for+biological+experiments.">Microfluidic droplets: new integrated workflows for biological experiments.</a> Curr Opin Chem Biol. 14 (5), 548-555 (2010).</li><li>Jebrail, M. J., Bartsch, M. S., Patel, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+microfluidics:+a+versatile+tool+for+applications+in+chemistry,+biology+and+medicine.">Digital microfluidics: a versatile tool for applications in chemistry, biology and medicine.</a> Lab Chip. 12 (14), 2452-2463 (2012).</li><li>Frey, O., Misun, P. M., Fluri, D. A., Hengstler, J. G., Hierlemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconfigurable+microfluidic+hanging+drop+network+for+multi-tissue+interaction+and+analysis.">Reconfigurable microfluidic hanging drop network for multi-tissue interaction and analysis.</a> Nat Commun. 5, 4250 (2014).</li><li>Futai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconfigurable+microchannels+with+discretized+moving+sidewalls.">Reconfigurable microchannels with discretized moving sidewalls.</a> Chem Micro-Nano Syst. 10 (1), 24-25 (2011).</li><li>Oono, 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=Reconfigurable+microfluidic+device+with+discretized+sidewall.">Reconfigurable microfluidic device with discretized sidewall.</a> Biomicrofluidics. 11 (3), 034103 (2017).</li></ol>

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

PIN discretized microchannel bir tam özellikli mikrosıvısal kanalıdır ve biz bu kanal şekli varolan herhangi bir mikrosıvısal kanalları ile karşılaştırıldığında açıkça yüksek reconfigurability olduğuna inanıyorum. Biz burada sağlanan iletişim kuralı yavaş yavaş kültürler confluency altında uzun süre tutmak için hücre kültürü yüzey alanı genişletilmesi ile hücre kültürünün edebilen bir mikrosıvısal aygıt sağlayacaktır. Aygıt-ecek da sağlamak in-kanal desenlendirme hücre proteinleri substrat önceden veya herhangi bir diğer dikkate zaman tasarım veya imalat biçimlenme olmadan. Buna ek olarak, bu reconfigurable mikrosıvısal aygıt kolayca bu akışı zor materyallerin aygıtları başa çıkabilirim çok az varolan mikrosıvısal işleme uygulamak yardımcı olacak güçlü Kanal içinde yer değiştirme akışı oluşturur. Bu hücreleri ve diğer mikroorganizmalar, gazlar ve diğer sıvıları arasındaki etkileşimi büyük değişiklik yapmadan bu aygıtın kullandığı aygıt tasarımında değerlendirilebilecek anlamına gelir.
Laplace basınç veya hidrostatik basınç kanal bir koya dış akış kontrol yöntemleri uygulama düşündünüz mü. Akış hava havalandırma kanalı aracılığıyla pimleri ve tavan/kat kanal arasındaki boşluklar oluşturur çünkü sıvı ölü sonunda iterek önermiyoruz. Birçok sıvı işlemleri bu PIN işlemler gerektirmez. Örneğin, karıştırma (tek bir PIN birkaç kez ileri geri hareketYani ) bir PIN tarafından sıvı ezme tarafından gerçekleştirilebilir.
En kritik cihaz pimleri parçalarıdır. Onlar bir microchannel oluşturması gerekir, ahenkli olmalı ve bitişik pim hareketi rehberlik gerekir hassas uzunluğu, parallelism en büyük ölçüde, düşeylik ve yüzey kalitesi pins için gereklidir. Bu nedenle, pimleri bir çizim Şekil 2içinAbenzer göndererek hassas işleme konusunda uzmanlaşmış bir şirketten sipariş verilmesi önerilir. Bu ek geometrik boyutlandırma gerektiren şirketler ve açık yüzey pürüzlülüğü yön olabilir. Ancak, eğer dikkatli ve zaman zaman nitrik asitle düzgünleştirilecek pimleri yeniden kullanılabilir.
Bir diğer önemli özelliği elastomerik engeldir ve oluşumu cihazın üretim süreçlerinde en kritik bir adımdır. Tam olarak işlenmiş bir üs tekrarlanabilir ve güvenilir sonuçlar elde etmek için gerekli olacaktır. Pimleri iyileşmemiş bariyer yerleştirerek de kritik bir adımdır. Pimleri iyi hizalanmış ve katıştırılmış boşluk dolgu ve bariyer hava kabarcığı olmadan tutulmalıdır. Aşağıdaki adımları hangi mikrosıvısal cihazla yaygın bir sorundur iğneler aracılığıyla kaçağı önlemek.
Bu aygıt kullanarak diğer ortak bir) frictionally ölçülü pimleri ve b) hücre ölümü, konulardır ve düşük büyüme oranı. Olası neden için bu bir) düzensiz (konik veya dalgalı) gravür kazınmış yüzey ve boyutlu uyumsuz toplu iğne ucu yüksekliği ile silikon döşeme için bir kalıp fotorezist katmanda yüksekliğini arasındaki pin orta, zavallı kalite içerir. Uyum etchant formülasyonu, sıcaklık ve ajitasyon PIN hareket artırmanıza yardımcı olabilir. Buna ek olarak, balmumu veya yapışkan kullanmadan uygun deneme sorunu çözmek için ipuçları sağlar. Olası faktörler b) yetersiz pasivasyon pim, elastomerik bariyerler için yapıştırıcılar yelpazesi ve eksik yapıştırıcılar kür hatalar vardır. Bazı hücreler kaplama fibronektin veya diğer proteinler veya hücre adezyon teşvik polimerler microchannel içinde gerektirebilir. Buna ek olarak, optimizasyon trypsinization ve Santrifüjü gibi hücre kültür pratikte microchannel ölü hücreleri azalacak.
Sunulan imalat Protokolü sınırlamaları, yanağında bir tane discretized biridir. Her iki yanağında PIN dizileri tarafından yerleşik olan, kanal reconfigurability daha da artıracaktır. İki katına pimleri ve daha uzun üretim adımları gerektirir, ancak teknik olarak uygun bir seçenek budur.

Mikrosıvısal cihazlar - az miktarda sıvı ve onların akımları denetleyen, mikro ölçekli cihazlar - Biyomedikal yordamlar minyatür "çip" biçimine artan taşınabilirlik ve çoğu zaman, uygun maliyet ile sunuyoruz. Bir son bir daha gözden geçirme1' de açıklandığı gibi alanlarda ve olumlu özellikleri oluşan çeşitli mikrosıvısal bileşenleri karıştırma, ayrılık, parçacık yakalama veya tepkiler gibi temel ve anahtar sıvı işlevleri gerçekleştirmek için geliştirilmiştir.
Davranış birçok mikrosıvısal cihazların tasarım aşamasında belirlenir iken, birtakım mikrosıvısal cihazlar yapısı veya davranış sonrası imalat değişikliklerine izin ver. Burada "reconfigurability" Bu özellik için bakın. Reconfigurability mikrosıvısal sistemleri genellikle bir aygıt tasarlamak için gereken maliyet ve zamanı azaltır ve/veya zamanla mikrosıvısal düzeni veya işlevlerini özelleştirme sağlar.
Daha önce açıklanan reconfigurable mikrosıvısal aygıtları aşağıdaki üç kategoride toplanır. İlk olarak, akış hızı ve kullanım sırasında değiştirilecek yön deformasyon elastomerik kanal sağlar. Reconfigurability kazanmak için elastomerik kanalları pnömatik basınç kaynakları2, Braille aktüatörler3veya4mühürleme sıkıştırma gibi çeşitli kontrol edilebilir ve dış güçler tarafından deforme. Çok katmanlı sıvı devreleri, manyetik ile modüler kanalları arasında bağlantı yapan operatördür gibi ikinci, reconfigurable cihazları modüler tasarımları üzerinde itimat ve havacilik boru tabanlı5. Üçüncü, cihazın kendisi reconfigurable değil ama microdroplet ulaşım elektrot dizilerin (genellikle dijital havacilik anılacaktır)6,7 ve asılı damla tabanlı mikrosıvısal aygıtları8 etkinleştirmek istendiğinde akış veya sıvı rota değiştirme.
Yine de, bu kurulmaksızın birçoğu topolojik ve makroskopik düzeyde sınırlıdır. Örneğin, birçok entegre mikrosıvısal aygıtları akışını durdurmak veya önceden tanımlanmış bölgelerde mikro daraltarak akış yönünü değiştirmek. Ancak, pozisyon ve bölgeler daraltılmış sayısı reconfigurable değildir. Dijital havacilik akışkan yeteneklerini çeşitli olmasına rağmen mümkün akışı büyük ölçüde her damlacık hacimce sınırlı. Buna ek olarak, hücre hücre kültür medya böyle damlacıkları kültürlü zaman fazladan çaba buharlaşma ve gaz dağıtımı damlacıkları gelen önlemek ve osmolalite şok ve ani pH değişikliği önlemek için gereklidir.
Kanal özelliği düzeyi reconfigurability gerçekleştirmek için dinamik olarak onları kullanım9ne zaman yeniden yapılandırmak için makine elemanları bir dizi oluşan hareketli yanağında bir mikrosıvısal cihazla önerdi. Böylece her iki ucuna pimleri kenarındaki bir parçasını tanımlanan bir deforme kenarındaki oluşturmak için küçük dikdörtgen pimleri dizilmişti. Pimleri sürgülü taşıma izin duvardan deformasyon veya hücreleri, kabarcıklar ve kanal partikülleri desenlendirme izin. Ölü cilt en aza indirmek ve reconfigurability en üst düzeye çıkarmak için olmak en aza indirgemek bitişik iğne arasındaki mesafe vardı. Ancak, güçlü kılcal eylem üzerinde küçük hareket iç bağlama pinleri arasında boşluklar ve dışında microchannel PIN boşluk girme, medya buharlaşma, bakteriyel veya sitotoksik kirlenme ve sonunda hücre neden herhangi bir sıvı kaçağı neden olur. ölüm. Bu nedenle, döngüsel PIN eylemler ve uzun vadeli hücre kültür10dayanacak sızıntısı Alerjik discretized kenarındaki tipi reconfigurable mikrosıvısal kanalları geliştirdik.
Bu makalede, biz mikrosıvısal hücre kültür aygıtı hücre kültür alanında dereceli artışı takip yeniden discretized bir yanak ile oluşturmak için bir protokol sağlar. Ayrı kanal yanağında airtightness floresan Imaging'i kullanma mercek altına alındı. Hücre kültürü uyumluluk ve hücre desenlendirme yeteneği üstünde-küçük parça hücre kültürü kullanarak değerlendirilir.
Ne zaman uygun kanal tasarım önceden belirlenmiş değil ve isteğe bağlı olarak değiştirilmesi gerekir bu mikrosıvısal sistem uygundur. Örneğin, bu sistem çeşitli ham örnekleri veya bioproducts kabul etmek için veya hücre büyümesini veya akış veya yakalama etkin nematodlar veya beklenmedik bir şekilde davranan kanal, küçük nesneler için geçiş bağlı kanal genişliği ve akış hızını ayarlamak için kullanılan olabilir bu Henüz tasarım zamanda gebe değil.

<table><tbody><tr><td>Oven</td><td>Yonezawa</td><td>MI-100</td><td></td></tr><tr><td>10% Nitric Acid</td><td>Wako Chemicals</td><td>149-06845</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel pins</td><td>Micro Giken</td><td>N/A</td><td>0.3 mm crosssection, Grade 316L stainless steel, wire-cut EDM</td></tr><tr><td>Mold release agent</td><td>Fluoro Technology</td><td>FG-5093SH</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Shin-Etsu Chemicals</td><td>KE-106</td><td></td></tr><tr><td>Negative epoxy photoresist</td><td>Nippon Kayaku</td><td>SU-8 3050</td><td></td></tr><tr><td>Coverglasses (Rectangular)</td><td>Matsunami Glass</td><td>26 x 60mm No.4</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Kanto Chemicals</td><td>01060-79</td><td></td></tr><tr><td>Glass slides (Large)</td><td>Matsunami Glass</td><td>76 x 52mm No.1</td><td></td></tr><tr><td>Silicone adhesive</td><td>Shin-Etsu Chemicals</td><td>KE-41</td><td></td></tr><tr><td>White petrolatum</td><td>Nikko Rica</td><td>Sun White P-1</td><td></td></tr><tr><td>Polytetrafluoroethylene (PTFE) powder</td><td>Power House Accele</td><td>Microfluon II</td><td></td></tr><tr><td>Clear acrylic plate (3 mm-thick)</td><td>Various</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Pneumatic dispenser</td><td>Musashi Engineering</td><td>ML-5000XII</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>Kanto Chemicals</td><td>180768-00</td><td></td></tr><tr><td>Computer numerical control (CNC) mill</td><td>Pro Spec Tools</td><td>PSF240-CNC</td><td></td></tr><tr><td>End mill (4 mm diameter)</td><td>Mitsubishi Materials</td><td>MS2MSD0400</td><td></td></tr><tr><td>End mill (1 mm diameter)</td><td>Mitsubishi Materials</td><td>MS2MSD0100</td><td></td></tr><tr><td>Adhesive (chemical-resistant and low viscosity )</td><td>Cotronics</td><td>Duralco 4460</td><td></td></tr><tr><td>Borisilicate glass vials</td><td>Various</td><td></td><td>To prepare HNO3+HCl solution (Aqua regia). Always select borosilicate glass.</td></tr><tr><td>Sodium bicarbonate</td><td>Kanto Chemicals</td><td>37116-00</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>AS ONE</td><td>AS12GTU</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic drill</td><td>Shinoda Tools</td><td>SOM-121</td><td>Used as a ultrasonic homogenizer.</td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Active</td><td>ACT-220DII</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>AS ONE</td><td>ND-1</td><td></td></tr><tr><td>Photoplotted film (12,700 dpi)</td><td>Unno Giken</td><td>N/A</td><td>Negative image of the recess at the bottom of a PDMS slab are plotted.</td></tr><tr><td>2-methoxy-1-methylethyl acetate</td><td>Wako Chemicals</td><td>130-10505</td><td></td></tr><tr><td>UV spot light source</td><td>Hamamatsu</td><td>L8327</td><td>Ultraviolet source</td></tr><tr><td>Nitrogen</td><td>Various</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum desiccator and pump</td><td>AS ONE</td><td>MVD-100, GM-20S</td><td></td></tr><tr><td>Scalpels</td><td>Various</td><td>No.11</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy punches (1.0mm and 2.0mm)</td><td>Kai Medical</td><td>BP-10F(1.0m), BP-20F(2.0mm)</td><td></td></tr><tr><td>Glass engraving pen</td><td>Various</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Cleaning solution</td><td>Tama Chemicals</td><td>TMSC</td><td>Dilute 1:100 with deionized water</td></tr><tr><td>Sputter coater</td><td>San-yu Electron</td><td>SC-708</td><td>For plasma bonding.</td></tr><tr><td>Dispenser syringe (5 ml)</td><td>Musashi Engineering</td><td>PSY-5E</td><td></td></tr><tr><td>Plunger</td><td>Musashi Engineering</td><td>FLP-5E</td><td></td></tr><tr><td>Blunt needle (21G)</td><td>Musashi Engineering</td><td>PN-21G-B</td><td></td></tr><tr><td>Adapter tube</td><td>Musashi Engineering</td><td>AT-5E</td><td></td></tr><tr><td>Fermenter</td><td>Japan Kneader</td><td>PF100</td><td></td></tr><tr><td>Green fluorescent dye (Alexa Fluor 488 carboxylic acid)</td><td>Thermo Fisher</td><td>A33077</td><td></td></tr><tr><td>Large plastic dish</td><td>Greiner bio-one</td><td>688161</td><td></td></tr><tr><td>Absorbent paper</td><td>Asahi Kasei</td><td>BEMCOT M-1</td><td></td></tr><tr><td>Inverted microscope</td><td>Leica</td><td>DMi8</td><td></td></tr><tr><td>Microscope camera</td><td>Qimaging</td><td>Retiga 2000R</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco modified Eagle medium (DMEM)</td><td>GE Health Care</td><td>SH30021.01</td><td></td></tr><tr><td>Antibiotic-antimycotic solution</td><td>Thermo Fisher</td><td>15240-062</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin/EDTA solution</td><td>Thermo Fisher</td><td>25200-056</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate buffered saline (PBS)</td><td>GE Health Care</td><td>SH30256.01</td><td></td></tr><tr><td>Fetal bovine serum (FBS)</td><td>Biowest</td><td>S1820</td><td></td></tr><tr><td>Cell counter</td><td>FPI</td><td>OC-C-S02</td><td></td></tr><tr><td>Cell culture vessel</td><td>VIOLAMO</td><td>VTC-D100</td><td></td></tr><tr><td>15 ml conical tube</td><td>Corning</td><td>352095</td><td></td></tr><tr><td>Shop microscope</td><td>PEAK</td><td>2034-20</td><td></td></tr><tr><td>Hand sprayer</td><td>FURUPLA</td><td>No.3530</td><td></td></tr><tr><td>Coverglasses (Rectangular)</td><td>Matsunami Glass</td><td>10 x 20mm No.4</td><td></td></tr><tr><td>CAD/CAM software</td><td>Autodesk</td><td>Inventor HSM</td><td></td></tr><tr><td>Nitrogen gas pressure regulator</td><td>AS ONE</td><td>GF1-2506-RN-V</td><td>Set to 0.1 MPa</td></tr></tbody></table>

reconfigurable microfluidic channel with pin-discretized sidewalls

Mikrosıvısal bileşenleri karıştırma, ayrılık, parçacık yakalama veya tepkiler gibi farklı anahtar mikrosıvısal işlevleri gerçekleştirmek için çeşitli şekiller olması gerekir. Sonra bile imalat Kanal şekli korurken deforms bir mikrosıvısal kanal yüksek kronolojik zamanmekansal reconfigurability sağlar. Bu reconfigurability varolan "reconfigurable" veya "entegre" mikrosıvısal sistemlerinde başarmak zor tür anahtar mikrosıvısal işlevleri gereklidir. Dikdörtgen iğne ucunun yanal hizalanmış bir dizi oluşan bir deforme yanak ile bir mikrosıvısal kanal imalatı için bir yöntem açıklanmaktadır. İğne kendi boyuna yönde aktüatör pimleri bitiş konumlarını ve böylece, discretized kanal yanağında şeklini değiştirir. PIN boşluklar istenmeyen kaçağı veya yapışma bitişik pimleri Menisküs güçleri tarafından neden olduğu için neden olabilir. PIN boşlukları kapatmak için hidrokarbon floropolimer süspansiyon tabanlı boşluğu dolgu elastomerik bir bariyer tarafından eşlik girmiştik. Bu reconfigurable mikrosıvısal aygıt güçlü geçici zaman in-kanal değişim akışı oluşturabilir veya herhangi bir bölgesinde kanalın akışını durdurabilir. Bile onların varlığı ya da davranış imalat sırasında bilinmeyen olan bu özellik, isteğe bağlı olarak, hücre, viskoz sıvı, gaz kabarcıkları ve sigara-sıvıların, taşıma kolaylaştıracaktır.

Reconfigurable microchannel inşaatı şekil 1' de gösterilen. Birden fazla dikdörtgen pim cam alt katman üzerinde yerleştirildi ve böylece bu pimlerden hiçbirinin uzun kenar temas halinde dizilmiş. İle PDMS levha delik yumruk ve PIN yükseklik olarak aynı derinliği, bir ara Kanal giriş/çıkış rezervuarlar, kanal tavan ve iğne oluşuyordu kanal duvarın karşısında başka bir duvardan oluşturmak için iğne ucunun kaplı. İğne, bir duvar (PDMS sayfası yüzleri bir) ve cam alt katman tarafından çevrili bölge bir mikrosıvısal kanal oluştururlar.
Daha önce açıklandığı gibi önerilen mikrosıvısal sistem reconfigurability birçok küçük iğneler çok küçük ama sıfır olmayan boşluklar ile paralel olarak yerleştirilen tarafından sağlanır. Önceki raporlarda sorun kılcal etkisiyle boşluklar oluşturulan güçlü akış oldu. Bu sorunu çözmek için boşlukları ilk boşluğu filler ile doluydu. Bu protokol için yapışkan hidrokarbon ve floropolimer toz dağılın karışımı bir boşluk dolgu kullanıldı. Ancak, boşluğu dolgu kendisi de tabi kapiller etkisidir. Bu nedenle, şekil 1' de gösterildiği gibi elde edilen reconfigurable microchannel hidrokarbon/floropolimer boşluğu dolgu hem boşluğu filler dış çevresinde oluşan bir elastomerik bariyer vardır. Pimleri ortasına inceltme boşluğu dolgu kalınlığı sağlamak için yeterli miktarda ve iki iğneli arasında elastomerik bariyer gücünü karşılamak için gereklidir.
Resim 2 A bir duvardan kesimi oluşturur bir PIN çizimi gösterir. Paslanmaz çelik sınıf 316L paslanmaz ve düşük özellikler leaching nedeniyle malzeme olarak seçildi. Ancak, bir ilave pasivasyon süreci iğneler hücre kültürü uyumlu hale getirmek için gerekli oldu. Bir PIN başarıyla kenarındaki kesimini oluşturmak üzere kenar pürüzleri olmadan tam olarak dikdörtgen bir ipucu olmalı. Buna ek olarak, bir PIN "kolu" olmalıdır böylece PIN kolayca kolu iterek hareket edebilir. Her PIN dar orta olduğundan, elastomer pinleri arasında kalınlığı PIN hareket tarafından neden kesme dayanmak için yeterliydi. Cihazın oluşan diğer parçalar, fabrikasyon dışında orta incelmesi, Pins, elektrik deşarj küçük işleme en hassas ve düşük maliyetli yöntemlerinden biridir çünkü (EDM) işleme konusunda uzmanlaşmış bir şirketten sipariş verilmesi parçalar sert metallerden yapılmış. Orta kendine oyma tarafından inceltme performans işleme maliyetini ve bükme veya işleme sırasında kırılma riskini azaltır.
Boşluk dolgu, elastomerik bariyer ve sonunda reconfigurable microchannel watertightness düzgün onaylamak için sızıntı algılaması Floresans tarafından kullanıldı. Şekil 3 elastomerik bariyer kenarına yakın çevrenin bir floresan görüntü 3 gün sonra microchannel floresan izleyici boya içeren su ile dolu gösterir. Sıvı dolum elastomerik bariyer görünür kenarından yaklaşık 200 µm derinliğe kanal programları floresan görüntü. Ancak, sıvı boşluğu dolgu ulaşmadı. Ayrıca, boşluk dolgu elastomerik bariyer ile hiçbir sızıntı gözlendi. Bu gözlem sıkı uygun dar orta pimleri ve elastomerik bariyer arasında boşluklar sayesinde sıvı geçişini engelledi gösterir.
Son olarak, yavaş yavaş şekil 4Agösterildiği gibi reconfigurable mikrosıvısal cihazın yan genişleterek adapte Kültür alanı ile uzun vadeli hücre kültürü yapılır. 0 d hücreleri az sayıda pin-genişlik ve diğer hücreleri Aspire birine eşit bir alan içinde sınırlı. 2 d, hücreler alt yüzeyine bağlanmıştır ve Proliferasyona başladı. Böylece confluency hala düşük olmasına rağmen tüm hücreleri açıkça görülebilir, iki iğneli çekildi. 5 d, hücrelerin prolifere devam etti ve confluency arttı. 6 ve 9 d, iki iğneli hücreleri underconfluent tutmak için geri çektiği. Şekil 4' teBkademeli genişleme kültür çevrenin etkisi gösterilmiştir. Pin(s) çekildi günde hücre dansitesi ani değişiklikler vardı. Ancak, normal hücre kültüründe görülen üstel ise hücre sayısı büyüme hızının sabit tutuldu.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57230/57230fig1.jpg"> Resim 1 : Reconfigurable mikrosıvısal bir PIN discretized kenarındaki aygıtla. (A) parçalar ve reconfigurable mikrosıvısal aygıt inşası. Cihaz ile bir duvardan PDMS/cam microchannel özellikleri eklenen 10 paslanmaz çelik pim ucunun oluşturduğu bir düz kanal vardır. Boşluk dolgu ve elastomerik bir bariyer engeller sıvı PIN boşluklar sızıntı. Coverglasses, boşluk dolgu ve elastomer bariyer bir Polimetilmetaakrilat için (PMMA) temel sabittir. (B) otomatik PIN manipülatör. Metal bir sacdan yapılmış bir bitiş efektör 3 eksenli masaüstü robot sabittir. Bir PIN taşımak için dikey sonuna sonu efektör iter. İğne farklı uzunlukları ile üç kez PIN genişliği bir aralıkta yerleştirilir. Aralığın bitiş efektör arkadaşları bir PIN bir kez yeterli izni ile emin olmayı sağlar. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57230/57230fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57230/57230fig2.jpg"> Resim 2 : Mekanik çizim protokolünde kullanılan işlenmiş parçaların. Milimetre birimlerdir; R bir RADIUS boyut gösterir; kare simgesi (□) kare özellikleri belirtir; t kalınlığı gösterir. (A) 316 L paslanmaz çelik PIN kenarındaki bir parçası olarak. Pins ve sipariş açıklandığı gibi işlenmiş. Bu işleme bir parçası olarak sipariş değil ama protokolünün parçası olarak yapılmadı çünkü köpek kemik gibi şekiller oluşturmak için PIN ortasına inceltme bu çizimde yansıtılmaz. (B) coverglasses, boşluk dolgu ve elastomerik bariyer PIN harekete karşı yerinde tutan Polimetilmetaakrilat (PMMA) Bankası. (C) orta Pins etch için kullanılan bir gravür yemek. Bir gravür yemek oluşturmak için dört adet cam silikon yapıştırıcı kullanarak bağlı bulunmaktadır. Bir kontur deseni silikon yapıştırıcı pimleri yerleşimini tarafından çizimde gösterildiği gibi yemeğin ardından çanak üzerinde çizilir. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57230/57230fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57230/57230fig3.jpg"> Şekil 3 : Reconfigurable microchannel PIN boşluklar aracılığıyla gelen sızıntı tespiti Floresans. Yeşil flüoresan boya reconfigurable microchannel doldurma floresan görüntü bir boşluk dolgu (opak) oluşur seal yapısı faz kontrast görüntü üzerinde overlaid ve elastomerik bariyer (yarı saydam). Bir kenar elastomer bariyer Menisküs benzeri özellikleri görünür ve bir üst noktalı çizgiyle gösterilir; elastomer bariyer ve boşluk dolgu arasında arayüz siyah alan iletişim Menisküs benzeri özellikleri gösterilir ve daha düşük noktalı çizgiyle gösterilir. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57230/57230fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57230/57230fig4.jpg"> Şekil 4 : İlerici ve sürekli hücre büyümesini değişken hücre kültür alanında reconfigurable microchannel ile. (A) COS-7 hücre büyümesini yanağında taşıyarak sınırlı bir hücre kültür alanında. (B) büyüme eğrisi zaman evrim ve A gösterilen reconfigurable microchannel değişken boyutlu kültür bölgelerinde sınırlı COS-7 hücre yoğunluğu). Üç dikey ok sırasıyla 2, 5 ve 6 d, hücre kültürü alan genişleme göstermek. Hücre sayısı ek olarak, hücre yoğunluğu aynı kültür alanları tek tek her üstel büyüme eğrisi ile donatılmış ve karelerde gösterilen yerel katlama zaman (td [h]) tahmin etmek için kullanılan için gösterilir. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57230/57230fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Reconfigurable Microfluidic Channel with Pin-discretized Sidewalls at JoVE.com

Reconfigurable Microfluidic Channel with Pin-discretized Sidewalls

Bir mikrosıvısal sahip kanalı deforme yanağında akış denetimi, parçacık işleme, kanal boyut özelleştirme ve diğer kurulmaksızın kullanımda iken sunuyor. Biz onların şekil değiştirmek izin veren bir dizi Pins yapılan yanağında ile bir mikrosıvısal kanal imalatı için bir yöntem açıklanmaktadır.

Reconfigurable mikrosıvısal kanal Pin discretized yanağında ile

Microfluidic components need to have various shapes to realize different key microfluidic functions such as mixing, separation, particle trapping, or ...

reconfigurable-microfluidic-channel-with-pin-discretized-sidewalls

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.4K Görüntüleme.  Shibaura Institute of Technology. Bir mikrosıvısal sahip kanalı deforme yanağında akış denetimi, parçacık işleme, kanal boyut özelleştirme ve diğer kurulmaksızın kullanımda iken sunuyor. Biz onların şekil değiştirmek izin veren bir dizi Pins yapılan yanağında ile bir mikrosıvısal kanal imalatı için bir yöntem açıklanmaktadır.

Video: Reconfigurable Microfluidic Channel with Pin-discretized Sidewalls

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.

Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

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

Biyoloji

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.

Mikroakışkan Pnömatik Kafesler: Bir In-yonga Kristal Bindirme, Manipülasyon için Yeni Yaklaşım ve Kontrollü Kimyasal Arıtma

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

Kimya

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.

Kolloidal Parçacıkların Öz-Montaj Süreci yoluyla PDMS mikroakışkan Chip Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions oluşturma

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

Mühendislik

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.

Çok derinlemesine Dairesel kesit Endothelialized mikro kanallar-on-a-chip Geliştirme Prosedürü

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

Biyomühendislik

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

Önceden Tasarlanmış Boyut ve Şekle Sahip Polimerik ve Biyohidred Elyafların Mikroakışkan İmalatı

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

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

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. Customized channel layout designs are necessary for specific functions and integrated performance of microfluidic devices in numerous biomedical and chemical applications (e.g., cell culture, biosensing, chemical synthesis, and liquid handling). Owing to the nature of molding approaches using silicon wafers with photoresist layers patterned by photolithography as master molds, the microfluidic channels commonly have regular cross sections of rectangular shapes with identical heights. Typically, channels with multiple heights or different geometric sections are designed to possess particular functions and to perform in various microfluidic applications (e.g., hydrophoresis is used for sorting particles and in continuous flows for separating blood cells6,7,8,9). Therefore, a great deal of effort has been made in constructing channels with various sections through multiple-step approaches like photolithography using several photoresist layers and assembly of different PDMS thin sheets. Nevertheless, such multiple-step approaches usually involve tedious procedures and extensive instrumentation. Furthermore, the fabricated devices may not perform consistently and the resulted experimental data may be unpredictable. Here, a one-step approach is developed for the straightforward fabrication of microfluidic channels with different geometric cross sections through PDMS sequential wet etching processes, that introduces etchant into channels of planned single-layer layouts embedded in PDMS materials. Compared to the existing methods for manufacturing PDMS microfluidic channels with different geometries, the developed one-step approach can significantly simplify the process to fabricate channels with non-rectangular sections or various heights. Consequently, the technique is a way of constructing complex microfluidic channels, which provides a fabrication solution for the advancement of innovative microfluidic systems.

Several methods are available for the fabrication of channels of non-rectangular sections embedded in polydimethylsiloxane microfluidic devices. Most of them involve multistep manufacturing and extensive alignment. In this paper, a one-step approach is reported for fabricating microfluidic channels of different geometric cross sections by polydimethylsiloxane sequential wet etching.

Polydimethylsiloxane mikrosıvısal kanalları sıralı ıslak gravür işlemler tarafından farklı geometrik bölümlerin imalatı tek adımlı yaklaşım

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

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.

Ventilli Katmanlı mikroakışkan Cihazlar için çok adımlı Değişken Yükseklik Fotolitografi

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

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable microfluidic devices. Here, a protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices is demonstrated, where soft lithographic techniques are used to embed transparent Calcium Fluoride (CaF2) view-ports in connection with observation chamber(s). The method is based on a replica casting approach, where a polydimethylsiloxane (PDMS) mold is produced through standard lithographic procedures and then used as the template to produce a plastic device. The plastic device features ultraviolet/visible/infrared (UV/Vis/IR) -transparent windows made of CaF2 to allow for direct observation with visible and IR light. The advantages of the proposed method include: a reduced need for accessing a clean room micro-fabrication facility, multiple view-ports, an easy and versatile connection to an external pumping system through the plastic body, flexibility of the design, e.g., open/closed channels configuration, and the possibility to add sophisticated features such as nanoporous membranes.

A protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices with transparent view-ports for visible and infrared light imaging is described.

Görünüm-bağlantı noktaları görünür ve kızılötesi ışık şeffaf plastik mikrosıvısal cihazlar üretmek için yumuşak tekniğinde yordamı

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...

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.

Yüksek Verimli Mikroakışkan Cihaz Kullanarak Dinamik ÇevreSel Koşulların Üretilmesi

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

Kombinatoryal Plug Üretimi için Mikroakışkan Bir Cihazın Kurulumu

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.

Yazar Spotlight: Hesaplamalı ve Deneysel Yaklaşımları Hassas Onkolojiye Entegre Etme

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.

Kombinatoryal Fiş Üretimi için İki Katmanlı Mikroakışkan Cihaz

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