气动驱动的微流控平台用于微粒浓缩

本方案介绍了我们用于制备和操作气动驱动微流控平台的方法，该平台可实现多颗粒浓缩，克服了颗粒堵塞和结构复杂等缺点。该方法能够处理无限数量的颗粒，实现大量微小颗粒的浓缩，避免细胞的非预期损伤，并提高熵效率。由于生物分析的重要性，微流控技术与生物医学微机电系统技术被用于开发和研究用于微材料纯化与收集的装置。

首先，使用预先制备的气动阀通道SU8模具复制用于气动控制阀门的PDMS层。将10毫升液态PDMS和1毫升固化剂倒入已准备好的气动阀通道模具中，在90摄氏度下加热活化30分钟。PDMS结构固化后，将其从SU8模具上分离。

使用1.5毫米打孔器在气动阀通道上打三个1.5毫米的气动端口。将10毫升液态PDMS和1毫升固化剂倒入洁净的SU8模具中。使用旋涂仪以每分钟1500转的速度旋涂15秒，然后在90摄氏度下加热活化30分钟。

在PDMS结构固化后，分离SU8模具。用大气压等离子体处理PDMS结构20秒。使用显微镜，根据通道结构对经等离子体处理的PDMS结构进行对准。

将对齐的PDMS结构在90摄氏度下加热30分钟以实现键合。使用1.5毫米穿孔器，在与薄隔膜层键合的气动通道部分的流体通道入口和出口处打一个直径为1.5毫米的孔。利用两个SU8模具复制PDMS层的两侧，以制备微流控通道。

在正面使用弯曲和矩形的微流控通道模具，在背面使用微流控互连通道模具。将10毫升液态PDMS和1毫升固化剂倒入弯曲和矩形的微流控通道模具中，以1200转/分钟旋涂15秒，然后在90摄氏度下加热活化30分钟，制备出弯曲流体腔室和流体通道的模具。分离出形成微流控通道的PDMS层。

然后用大气压等离子体处理20秒，通过与玻璃晶圆键合，在密封的通气孔壁上形成一种热激活的模具。将3毫升液态PDMS倒入SU8模具的互连通道中。将利用互连通道模具制备的结构置于微流控互连通道模具的液态PDMS中。

然后将叠加结构在130摄氏度下干燥30分钟。固化后，从微流控通道网络层上移除前方的SU8模具，并小心剥离后方的PDMS模具。将10毫升液态PDMS和1毫升固化剂倒入一个洁净的SU8模具中，在90摄氏度下加热活化30分钟。

PDMS 结构固化后，分离 SU8 模具。将 PDMS 微流控互连通道模具用大气等离子体处理 20 秒。使用显微镜，根据通道结构对齐经等离子体处理的 PDMS 结构。

将对齐的PDMS结构在90摄氏度下加热30分钟以进行键合。根据通道结构对齐本过程中制备的PDMS结构，并通过大气压等离子体处理20秒进行键合。使用10毫升注射器，将无气泡的去离子水注入微流控通道中。

为了控制工作流体的压力以及控制微珠流动的三个气动阀，将具有四个或更多出口通道的精密压力控制器连接至微流控平台，用于控制工作流体。用蒸馏水配制不同尺寸的羧基聚苯乙烯测试颗粒。为控制工作流体的流速，将玻璃瓶一半体积装入水，并将玻璃瓶盖连接至控制器输出通道和微阀。

使用倒置显微镜观察所有平台操作，并通过液体流量计测量出口处随时间变化的操作流速。通过粒子阀在入口处加压注入粒子或流体混合物。对CIV阀施加15千帕的压力，对粒子阀施加18千帕的压力以驱动阀门。

当颗粒浓缩时，仅对流体阀施加压力。流体的流速分为四阶段平台操作。第一阶段为加载状态。

工作流体和颗粒几乎完全相同，因为微流控通道网络具有结构对称性。第二阶段为阻塞状态。流道变窄，出口端口处测得的流速因水力阻力而降低。

第三阶段为浓缩状态。测得的QP接近于零，QF约为阻断状态下的1.42倍。最后阶段为释放状态。

最终的流速和浓度变化结果表明，由于流动状态的改变，通过气动阀编程的顺序驱动能够良好运行。当CIV阀和颗粒阀关闭时，颗粒在收集区域被浓缩并积聚；而当仅关闭流体阀时，所有收集到的浓缩颗粒可在四秒内被完全释放。该过程中的一个关键步骤是对后部结构进行固化，即通过空气层施加更大的压力，使PDMS层完成植入。

而变形的薄膜层被突然激活。该平台可用于对浓度极高、呈直线运动且悬浮的生物颗粒进行自动预处理，因为操作过程不受物理颗粒性质的影响。