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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Este trabalho foi apoiado pela pesquisa fundamental Shenzhen financiamento (Grant no. JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 e JCYJ20160317152359560). Os autores que gostaria de agradecer a Prof Y. Chen no Shenzhen institutos de avançada tecnologia, da Academia Chinesa de ciências para suporta.

1. fabricação do molde
<ol><li>Duas máscaras usando um software de desenho de projeto. Descrever o contorno da estrutura microchannel e use duas camadas separadas para máscara 1 e 2 no mesmo arquivo de desenho, por isso, verifique todas as conexões entre os diferentes canais. Imprima diferentes camadas independentemente para placa no vidro por um vendedor com resolução de 1 µm de cromo. Certifique-se de que as máscaras são escuras com estruturas projetadas transparentes, como uma polaridade negativa. <stro...

<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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H., Kim, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+formation+of+double-emulsion+drops+in+sudden+expansion+channels.">Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels.</a> Journal of colloid and interface science. 415, 26-31 (2014).</li><li>Jeong, W. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+generation+of+submicron+emulsion+droplets+via+highly+stable+tip-streaming+mode+in+microfluidic+devices.">Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices.</a> Lab on a chip. 12, 1446-1453 (2012).</li><li>Peng, L., Yang, M., Guo, S. S., Liu, W., Zhao, X. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+interfacial+tension+on+droplet+formation+in+flow-focusing+microfluidic+device.">The effect of interfacial tension on droplet formation in flow-focusing microfluidic device.</a> Biomedical microdevices. 13, 559-564 (2011).</li><li>Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dripping+and+jetting+in+microfluidic+multiphase+flows+applied+to+particle+and+fiber+synthesis.">Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis.</a> J Phys D Appl Phys. , 46 (2013).</li><li>Anna, S. L., Mayer, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+tipstreaming+in+a+microfluidic+flow+focusing+device.">Microscale tipstreaming in a microfluidic flow focusing device.</a> Physics of Fluids. 18, 121512 (2006).</li><li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+QD-encoded+PEGDA+microspheres+for+suspension+assay.">Microfluidic synthesis of QD-encoded PEGDA microspheres for suspension assay.</a> J. Mater. Chem. B. 4, 482-488 (2016).</li><li>Richardson, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bayesian-based+iterative+method+of+image+restoration.">Bayesian-based iterative method of image restoration.</a> Journal of the Optical Society of America. 62, 55-59 (1972).</li><li>Mukhopadhyay, P., Chaudhuri, B. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+survey+of+Hough+Transform.">A survey of Hough Transform.</a> Pattern Recognition. 48, 993-1010 (2015).</li><li>Ward, T., Faivre, M., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+production+and+tip-streaming+phenomenon+in+a+microfluidic+flow-focusing+device+via+an+interfacial+chemical+reaction.">Drop production and tip-streaming phenomenon in a microfluidic flow-focusing device via an interfacial chemical reaction.</a> Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 9233-9239 (2010).</li><li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+dispersions+using+"flow+focusing"+in+microchannels.">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Applied Physics Letters. 82, 364 (2003).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+production+of+emulsion+drops+using+an+electric+field+in+a+flow-focusing+microfluidic+device.">Controlled production of emulsion drops using an electric field in a flow-focusing microfluidic device.</a> Applied Physics Letters. 91, 133106 (2007).</li><li>Dangla, R., Gallaire, F., Baroud, C. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microchannel+deformations+due+to+solvent-induced+PDMS+swelling.">Microchannel deformations due to solvent-induced PDMS swelling.</a> Lab on a chip. 10, 2972-2978 (2010).</li><li>Chiu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universally+applicable+three-dimensional+hydrodynamic+microfluidic+flow+focusing.">Universally applicable three-dimensional hydrodynamic microfluidic flow focusing.</a> Lab on a chip. 13, 1803-1809 (2013).</li><li>Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+pressure-driven+microfluidic+networks+using+electric+circuit+analogy.">Design of pressure-driven microfluidic networks using electric circuit analogy.</a> Lab on a chip. 12, 515-545 (2012).</li></ol>

A geração de gotículas no modo de focagem fluxo usando 2D e semi-3D microfluidic dispositivo anteriormente foi desenvolvida em uma variedade de relatórios8,9,15,19,20, 21. Nestes sistemas, o líquido aquoso que não poderia ser solidificado foi escolhido como a fase dispersa, tais como água desionizada...

Sistemas baseados em gotículas microfluidic têm a capacidade de produzir altamente monodisperso gotículas de nanômetros de micrômetro de diâmetro faixa1 e mantenha o grande potencial no elevado-throughput droga descoberta2, síntese de biomoléculas3 ,4e o diagnóstico teste5. Devido as vantagens únicas de gotículas menores, tais como a maior área de superfície a relação entre o volume e as aplicações em grande escala com consumo de alguns microlitros de amostra, a tecnologia tem atraído interesse extensa em uma ampla gama de campos. A emulsificação de dois líquidos imiscíveis é um dos métodos mais comuns para gerar gotículas. Em relatórios anteriores no campo, os pesquisadores desenvolveram uma variedade de geometrias de formação diferente da gota, incluindo entroncamento, fluxo de focagem e co fluindo geometrias. A geometria do entroncamento, a fase dispersa é entregue através de um canal perpendicular para o canal principal, na qual a fase contínua flui6,7. A típica bidimensional (2D) fluxo de focagem8,9 , na geometria do fluxo de fase dispersa é cortado de lateral; e para o co fluindo geometria10,11, por outro lado, um capilar introduzindo o fluxo da fase dispersa é colocado co-axial dentro de um capilar maior para a geometria co fluindo, para que o fluxo da fase dispersa é cortado de todas as direções.
O tamanho da gota é controlado ajustando a relação de taxa de tamanho e fluxo de canal, e o tamanho mínimo produzido por co fluindo ou entroncamento é limitado a dezenas de micrômetros. Para o sistema de formação de gotículas fluxo de focagem, três modos de separação da gota formam ajustando a relação de pressão de duas fases e a concentração de surfactante, incluindo o gotejamento regime, o regime de jorrando e streaming de ponta15. Dica-fluxo contínuo modo também é chamado de formação do segmento e a aparência de uma fina será observado o segmento de desenho da ponta do cone de fluxo da fase dispersa. Estudos anteriores demonstraram gotículas menor que alguns micrômetros poderiam ser gerados que ponta-fluxo contínuo processo em 2D ou 3D semi fluxo-foco dispositivo8,12. No entanto, como uma solução aquosa contendo uma concentração muito baixa de PEGDA foi usada como a fase dispersa, a taxa de encolhimento de partículas PEGDA era cerca de 60% de gotas de diâmetro originais após foto-polimerização, enquanto PEGDA sem diluição como o fase dispersa levou ao modo instável streaming de ponta12. Tensão interfacial é um parâmetro importante do processo de emulsão e diminuirá devido à adição de tensoativo para o líquido da fase contínua, levando à diminuição do tamanho das gotas, maior frequência de geração13, ponta altamente curvada, e prevenção de instabilidade14. Além disso, quando a concentração de surfactante em massa é muito maior do que a concentração crítica micelle, a tensão interfacial é aproximadamente invariável no estado saturado13 e o modo streaming de ponta pode ocorrer15.
Baseia as observações acima, neste trabalho, desenvolvemos uma abordagem superficial para geração de gotículas PEGDA usando um semi-3D fluxo de focagem microfluidic dispositivo, fabricado pelo método de litografia macia multi-camada. Diferentes do dispositivo de fluxo de focagem 2D típico, o dispositivo de fluxo de focagem semi-3D tem um canal raso fase dispersa e um canal de fase profunda contínua, para que a fase dispersa pode ser cortada de cima e para baixo ao lado lateral. Isso fornece maior gama de ajuste para o modo de fluxo-foco, reduzindo a energia e a pressão necessária para a separação da gota. Diferente do anterior relatório12, a fase dispersa é puro PEGDAcontaining foto-iniciador, certificando-se que a taxa de encolhimento de partículas PEGDA é inferior a 10%,16; e a fase contínua é a mistura de hexadecano dissolvendo-se com uma concentração alta em massa de tensoativo não iônico à base de silicone. Gotículas de tamanho controlável e uniformes foram produzidas, ajustando a relação de pressão de duas fases. O diâmetro de gotas muda de 80 µm a 1 µm, como a separação da gota processa alterações do modo jorrando para o modo streaming de ponta. Além disso, a partícula PEGDA foi sintetizada através do processo de foto-polimerização sob exposição aos raios UV. O sistema de microfluidic de geração de gotículas com facilidade de fabricação irá fornecer mais possibilidades para aplicações biológicas.

<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

Gotículas de diacrylate (PEGDA.) uniforme e tamanho-controláveis poli (etileno glicol) poderiam ser produzidas através do fluxo focando o processo em um dispositivo microfluidic. Este trabalho propõe um semi-three-dimensional (semi-3D) fluxo de focagem microfluidic chip para formação de gotículas. O chip do polydimethylsiloxane (PDMS) foi fabricado usando o método de litografia macia multi-camada. Hexadecano contendo surfactante foi usado como a fase contínua e PEGDA com iniciador-foto do ultravioleta (UV) foi a fase dispersa. Surfactantes permitiu a tensão de superfície local soltar e formaram uma dica mais cúspides que promoveu quebrando em microgotículas. Como a pressão da fase dispersa era constante, o tamanho das gotas de tornou-se menor com o aumento da pressão da fase contínua antes de fase dispersa fluxo foi interrompido. Como resultado, as gotas com variação de tamanho de 1 µm a 80 µm de diâmetro poderiam ser alcançadas seletivamente, alterando a relação de pressão em dois canais de entrada, e o coeficiente médio de variação foi estimado para ser abaixo de 7%. Além disso, as gotas se transformava em microgrânulos pela exposição aos raios UV para foto-polimerização. Conjugação de biomoléculas superfície tão microgrânulos têm muitas aplicações potenciais nas áreas de biologia e química.

O chip de microfluidic fluxo de focagem semi-3D foi fabricado usando técnicas de litografia macia multi-camada conforme descrito acima. O processo de fabricação e os resultados para o molde mestre no protocolare mostrado na Figura 2. A primeira camada, que proporciona um canal de 65 µm de largura por introduzir a fase dispersa e uma 50 µm Largura do orifício (Figura 2um), é de 20 µm de espessura. Uma cama...

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

Aqui, apresentamos um protocolo para ilustrar os processos de fabricação e verificando as experiências de um semi-three-dimensional (semi-3D) fluxo de focagem microfluidic chip para formação de gotículas.

Geração de tamanho controlado poli (etileno glicol) Diacrylate gotículas através de Semi-3-Dimensional Flow focando Microfluidic dispositivos

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

Determinar campos de fluxo 3D via multi-câmera de luz do campo de imagem

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

Engenharia

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Técnicas de Medição térmicos em analíticos microfluídicos

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Fabricação e operação de Acoustofluidic dispositivos que suportam a granel ondas acústicas pe para Sheathless Focando de Partículas

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

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

Criação de Sub-50 nm nanofluidic Junções em PDMS Microfluidic Chip via processo de automontagem de coloidal Particles

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

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Bonding solvente para Fabricação de PMMA e COP microfluídicos

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

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