Name: generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices
Uploaded: 2018-07-03T12:30:00
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Ce travail a été soutenu par la recherche fondamentale de Shenzhen financement (Grant No. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 et JCYJ20160317152359560). Les auteurs tiennent à remercier le professeur Y. Chen au Shenzhen instituts of Advanced Technology, Académie chinoise des Sciences pour la prise en charge.

1. Fabrication de moule
<ol><li>Conception de deux masques de photo à l’aide d’un logiciel de dessin. Décrire les grandes lignes de la structure de microcanaux et utiliser deux couches distinctes pour masque 1 et 2 dans le même fichier de dessin, afin d’assurer toutes les connexions entre les différents canaux. Imprimer les différentes couches indépendamment pour chrome plaque sur le verre par un vendeur avec résolution de 1 µm. Veiller à ce que les masques sont foncées avec des structures conçues tran...

<ol>
	<li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+microfluidics.">Droplet microfluidics.</a> Lab on a chip. 8, 198-220 (2008).</li><li>Xiao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+multifunctional+NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA+hybrid+microspheres:+NIR-light-activated+photopolymerization+and+drug+delivery.">Novel multifunctional NaYF4:Er3+,Yb3+/PEGDA hybrid microspheres: NIR-light-activated photopolymerization and drug delivery.</a> Chemical communications. 49, 1527-1529 (2013).</li><li>Pan, M., Kim, M., Blauch, L., Tang, S. K. 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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+tipstreaming+in+a+microfluidic+flow+focusing+device.">Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device.</a> Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).</li><li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+QD-encoded+PEGDA+microspheres+for+suspension+assay.">Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay.</a> J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).</li><li>Richardson, W. 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N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microchannel+deformations+due+to+solvent-induced+PDMS+swelling.">Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling.</a> Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).</li><li>Chiu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universally+applicable+three-dimensional+hydrodynamic+microfluidic+flow+focusing.">Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing.</a> Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).</li><li>Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+pressure-driven+microfluidic+networks+using+electric+circuit+analogy.">Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy.</a> Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).</li></ol>

La génération des gouttelettes dans le mode de flux de mise au point en utilisant le 2D et dispositif microfluidique semi-3D a déjà été développée dans une variété de rapports8,9,15,19,20, 21. Dans ces systèmes, le liquide aqueux qui ne pourrait pas être solidifié a été choisi comme la phase dispersée, tels q...

Les systèmes microfluidiques axée sur les gouttelettes ont la capacité de produire très monodispersés gouttelettes du nanomètre au micromètre de diamètre rang1 et ont un grand potentiel dans le haut-débit drogue découverte2, synthèse de biomolécules3 ,4et les tests de diagnostic tests5. Grâce à deux avantages uniques de gouttelettes plus petites, telles que la plus grande surface au rapport de volume et les applications à grande échelle avec la consommation de quelques microlitres d’échantillon, la technologie a suscité un vaste intérêt dans un large éventail de domaines. L’émulsification des deux liquides non miscibles est une des méthodes plus typiques pour générer des gouttelettes. Dans les rapports précédents sur le terrain, les chercheurs ont développé une variété de géométries de formation différentes gouttelettes, dont Carrefour, flux de mise au point et co s’écoulant des géométries. Dans la géométrie de la jonction en t, la phase dispersée est assurée par un canal perpendiculaire dans le chenal principal, dans lequel la phase continue s’écoule6,7. Dans la typique à deux dimensions (2D) flux de mise au point8,9 géométrie, le débit de la phase dispersée est obtenue par le latéral ; et pour le co fluide géométrie10,11, en revanche, un capillaire présentant le débit de la phase dispersée est placé coaxialement à l’intérieur d’un plus grand capillaire pour la géométrie des fluide, afin que le débit de la phase dispersée est obtenue par toutes les directions.
La taille des gouttelettes est contrôlée en ajustant le rapport de taux de taille et débit de canal, et la taille minimale produite par co qui coule ou carrefour est limitée à des dizaines de micromètres. Pour système flux de mise au point de formation de gouttelettes, trois modes de rupture des gouttelettes se forment en ajustant le taux de compression de deux phases et concentration de l’agent tensio-actif, y compris le dripping régime, le régime de jet et Astuce-streaming15. Astuce-streaming mode est également appelé thread formation et l’apparition d’un mince, on remarquera le fil faisant ressortir de la pointe du cône de débit de phase dispersée. Des études antérieures ont démontré les gouttelettes de moins de quelques micromètres pourraient être générés si pointe-streaming process en 2D ou en semi-3D se concentrant les flux périphérique8,12. Cependant, comme une solution aqueuse contenant de très faibles concentrations de PEGDA a été utilisée comme la phase dispersée, le rapport de rétrécissement de particules PEGDA a environ 60 % des gouttelettes de diamètre originales après photo-polymérisation, tout en PEGDA sans dilution comme le phase dispersée conduit à instable pointe-streaming mode12. Tension interfaciale est un paramètre important du processus de l’émulsion et il diminuera en raison de l’ajout du surfactant dans le liquide de la phase continue, conduisant à la diminution de la taille des gouttelettes, de fréquence plus élevée génération13, pointe fortement courbée, et prévenir l’instabilité14. En outre, lorsque la concentration en agent de surface en vrac est beaucoup plus élevée que la concentration micellaire critique, la tension interfaciale est environ invariable dans l' état saturé13 et le mode flux pointe peut survenir15.
Basé sur les observations qui précèdent, dans cet article, nous avons développé une approche facile pour génération de gouttelettes PEGDA à l’aide d’un semi-3D se concentrant les flux dispositif microfluidique, fabriqué par méthode de lithographie souple multicouche. Différent de l’appareil de convergence flux 2D typique, le dispositif de focalisation flux semi-3D a un canal de phase dispersée peu profond et un canal de phase profonde continue, afin que la phase dispersée peut être cisaillée de haut en bas à côté latéral. Ceci prévoit plus grande plage de réglage mode débit de focalisation en réduisant l’énergie et la pression nécessaire pour rupture de gouttelettes. Différent du précédent rapport12, la phase dispersée est pure PEGDAcontaining photo-initiateur, en vous assurant que le rapport de rétrécissement de particules PEGDA est inférieur à 10 %,16; et la phase continue est le mélange d’hexadécane se dissolvent et une concentration élevée en vrac du surfactant non ionique à base de silicone. Des gouttelettes de taille-contrôlable et uniformes ont été produites en ajustant le taux de compression de deux phases. Le diamètre des gouttelettes varie de 80 µm à 1 µm comme l’éclatement de la gouttelette traite les modifications du mode jet mode Astuce-streaming. En outre, la particule PEGDA a été synthétisée par l’intermédiaire de processus de photo-polymérisation sous exposition aux UV. Le système de microfluidique de génération gouttelette avec facilité de fabrication offrira plus de possibilités pour des applications biologiques.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:572px;" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">Silicon wafer</td>
			<td style="width:71px;">Huashi Co., Ltd</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">SU-8 2025, 2100</td>
			<td style="width:71px;">Microchem Co.</td>
			<td style="width:119px;">Y111069</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">SU-8 developer</td>
			<td style="width:71px;">Microchem Co.</td>
			<td style="width:119px;">Y020100</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="91">
			<td height="91" style="height:91px;width:216px;">Chromium mask</td>
			<td style="width:71px;">Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">polydimethylsiloxane(PDMS)</td>
			<td style="width:71px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:119px;">Sylgard 184</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">26570-48-9</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td>
			<td style="width:71px;">TCI</td>
			<td style="width:119px;">H1361-5G</td>
			<td style="width:167px;">photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hexadecane</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">544-76- 3</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ABIL EM 90</td>
			<td style="width:71px;">CHT</td>
			<td style="width:119px;">144243-53-8</td>
			<td style="width:167px;">surfactants</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rhodamine B</td>
			<td style="width:71px;">Aladdin</td>
			<td style="width:119px;">81-88-9</td>
			<td style="width:167px;">fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lithography machine</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Automatic ointment agitator</td>
			<td style="width:71px;">Thinky</td>
			<td style="width:119px;">ARV-310</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Oven</td>
			<td style="width:71px;">BluePard</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical microscope</td>
			<td style="width:71px;">OLYMPUS</td>
			<td style="width:119px;">IX71</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">High-speed camera</td>
			<td style="width:71px;">Hamamatsu, Japan</td>
			<td style="width:119px;">ORCA-flash</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="37" style="height:37px;width:216px;">MAESFLO Microfluidic Fluid Control System</td>
			<td style="width:71px;">FLUIGENT</td>
			<td style="width:119px;">MFCS-EZ</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">UV lamp</td>
			<td style="width:71px;">FUTANSI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">365 nm UV light, 8000 MW/CM2</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices

Gouttelettes de diacrylate (PEGDA) uniforme et contrôlable par taille poly (éthylène glycol) pourraient être produits par l’intermédiaire de la circulation, mise au point de processus dans un dispositif microfluidique. Cet article propose une puce de microfluidique (semi-3D) flux de mise au point semi-three-dimensional pour la formation de gouttelettes. La puce de polydiméthylsiloxane (PDMS) a été fabriquée en utilisant la méthode de lithographie souple multicouche. Hexadécane contenant l’agent tensio-actif a été utilisé comme la phase continue, et PEGDA avec le rayonnement ultraviolet (UV) photo-initiateur a été la phase dispersée. Agents tensio-actifs a permis à la tension de surface de locale à baisser et forment une pointe plus cusped qui a favorisé la rupture en micro-gouttelettes minuscules. Comme la pression de la phase dispersée est constante, la taille des gouttelettes est devenu plus petite en augmentant la pression de la phase continue avant la phase dispersée flux s’était rompu. En conséquence, les gouttelettes avec variation de la taille de 1 µm à 80 µm de diamètre pourraient être atteint de façon sélective en changeant le rapport de la pression dans les deux canaux d’entrée, et le coefficient moyen de variation a été estimé à moins de 7 %. En outre, gouttelettes pourraient se transformer en micro-billes par exposition aux rayons UV pour la polymérisation de la photo. Conjugaison de biomolécules sur cette surface de micro-billes ont de nombreuses applications potentielles dans les domaines de la biologie et de chimie.

La puce de microfluidique de flux de mise au point semi-3D a été fabriquée en utilisant des techniques de lithographie souple multicouche comme décrit ci-dessus. Le processus de fabrication et les résultats pour moule maître dans le protocolare illustré à la Figure 2. La première couche, qui fournit un canal large de 65 µm pour introduire la phase dispersée et un 50 µm large orifice (Figure 2a), est d...

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

Nous présentons ici un protocole afin d’illustrer les procédés de fabrication et les expériences de vérification d’une puce du microfluidique d’écoulement de mise au point du semi-three-dimensional (semi-3D) pour la formation de gouttelettes.

Génération de taille-contrôlée Poly (éthylène Glycol) Diacrylate gouttelettes via Semi-3-Dimensional Flow mise au point des dispositifs microfluidiques

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

La détermination des champs d&#39;écoulement 3D via plusieurs caméras Light Field Imaging

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Recherche

Ingénierie

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Étude expérimentale de la Structure d’écoulement sur une aile Delta Via les méthodes de visualisation de flux

It is well known that the flow field over a delta wing is dominated by a pair of counter rotating leading edge vortices (LEV). However, their mechanism is ...

Safe Experimentation in Optical Levitation of Charged Droplets Using Remote Labs

Expérimentation sécuritaire en lévitation optique de gouttelettes chargées à l’aide de Remote Labs

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion ...