Los chips de microfluidos controlado con matrices elastoméricas microválvula

La microfluídica ofrece a los biólogos celulares la tecnología para realizar experimentos de alto rendimiento donde se requiere un manejo preciso de fluidos. Hola, soy Nin Chen Lee del Laboratorio Folk del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Washington. Hoy les mostraré cómo fabricar puntas microfluídicas controladas por una matriz de válvulas microfluídicas de PDMS.

El dispositivo consta de tres capas. La primera capa es la capa fluidica que contiene microcámaras de diferentes tamaños, y la segunda capa es la capa de control que contiene canales entre las dos capas. Existe una membrana delgada de PMS debido a la hidrofobicidad y conformidad del PMS.

La membrana sella contra su cavidad, aislando así las cámaras de fluido entre sí. Si aplicamos vacío a través de los canales de control, la membrana de PDMS puede desviarse y conectar las cámaras de fluido previamente aisladas. Hoy les voy a mostrar un mezclador en paralelo que permite mezclar volúmenes subnanolitros de soluciones acuosas en diferentes proporciones de mezcla.

Luego, el siguiente paso novedoso de nuestro laboratorio les mostrará un sistema microfluídico integrado que permite perfundir múltiples soluciones en cultivos celulares. Comencemos. Aquí les muestro un molde maestro con características de canales de una SUH en la parte superior de una oblea de silicio.

El molde se fabricó a partir de procedimientos fotográficos SUH estándar a partir de estos moldes. Podemos hacer réplicas de PDMS una y otra vez. Para facilitar la liberación del PDMS de los moldes, primero necesitamos silanizar el molde.

Normalmente realizamos la preparación del molde maestro utilizando sustratos F porque estamos trabajando con la isla de Florencia. Primero coloco la oblea en el atador y agrego gotas del bosque, luego cierro la cámara del skater de escritorio, enciendo el vacío, mantengo el vacío durante 1, 2, 3 minutos y luego cierro el vacío. Dejo que se evapore durante media hora y después retiro la gota de oblea. Antes de replicar el PDMS, necesitamos primero premezclar el prepolímero de PDMS y los agentes de curado en una proporción de 10 a 1.

Entonces, peso un prepolímero de 31 gramos y luego peso los agentes de curado de 3,1 gramos y los mezclo bien durante cinco minutos. El producto terminado tiene este aspecto. Después, coloco la mezcla en un horno de densidad para desgasificar el PS durante cinco a diez minutos hasta que se vuelva transparente.

Mientras espero a que el PMS se desgasifique, puedo pegar tubos de silicona en la región de la capa de control. Elegimos tubo de silicona porque es del mismo material que el PMS, por lo que más adelante podrá integrarse en el dispositivo y crear un sello hermético y resistente a fluidos. Ahora añado un poco de cemento D en la punta del pequeño trozo de tubo de silicona y lo presiono sobre la zona de entrada del molde maestro.

Por lo tanto, para que los tubos no sobresalgan demasiado, los amperios de esos tubos de silicona deben ser muy planos cuando se cortan, y no debe colocarse demasiado pegamento encima. Explique exactamente cómo está presionando el pegamento. Veamos. Se crean regiones en ambos extremos y se retira la tapa.

Ahora que se ha desarrollado el PS, verteré el PS sobre el molde maestro. Tenga cuidado al retirar los PGAs que rodean los tubos.

Ahora estoy vertiendo sobre el otro molde que presenta las características de la capa fluida. Después de verter el PS sobre los moldes, es necesario desgasificarlos nuevamente en el eliminador de polvo durante cinco a diez minutos. Tras la eliminación de burbujas, curamos el PMS en horno a 65-70 °C durante una hora hasta 24 horas.

Vale, muy bien. Después de dos horas, el PMS ha sido curado. Ahora cortamos el dispositivo PMS del molde maestro SU y el período de la capa de control.

Con el modo de tubos activado, eliminamos el pegamento de las zonas de entrada. En nuestros dispositivos, las regiones de entrada se crean en las tres capas y en las capas de control, pero solo insertamos el tubo de silicona en una capa.

Por ejemplo, aquí solo en la capa de control. Para crear acceso a la capa de fluido, podemos perforar la membrana debajo de los tubos de silicona para generar acceso. De este modo, podemos acceder a todos esos dispositivos desde la parte superior, lo que facilita realizar microscopía en estereoscopio y en el microscopio invertido tradicional.

Ahora vamos a entrar en la sala C. Para preparar las membranas CTM S, les mostraré cómo centrifugar la membrana PDF utilizando el centrífugo Headway. Antes de colocar la oblea en la parte superior del verificador de obleas, cubro la bola con una cubierta de plástico y coloco una toalla de papel debajo para facilitar la limpieza posterior en caso de desorden.

Entonces, si ya se ha finalizado, al igual que lo hicimos con las matrices anteriores, después de limpiar bajo vacío, dispensaré aproximadamente dos mililitros de PMS taxi encima de la oblea de silicio, ya que deseamos obtener una membrana de entre 11 y 12 micrones de espesor. La oblea girará a 7.000 RPM durante 20 segundos. Comienza ahora. Ahora diría algo como: aquí pueden ver la oblea girando. La haremos girar durante el tiempo necesario. Después de la centrifugación, colocamos la oblea en la placa calefactora a 85 grados durante cuatro minutos. Ahora la membrana de PDMS ya ha sido curada.

A continuación, oxidamos la membrana P DM S y la capa de control en un horno de plasma. Establecemos la potencia de platino al 75 % y utilizamos una presión de oxígeno de 30 PSI y un flujo de cinco. Esos parámetros siempre pueden ajustarse según diferentes aplicaciones.

Encienda el tine, encienda el plasma durante 30 segundos. Ahora coloque la capa de control encima de la membrana. Después de unos minutos de contacto, la capa de control se unirá a la membrana.

Después de unos minutos, retire la capa de control junto con la membrana. Bien, ahora estamos listos para alinear la capa de control con la capa completamente transparente. Dado que ya no estamos en la sala limpia, utilizamos la punta de cinta adhesiva para eliminar el polvo de la capa completamente transparente.

También necesitamos eliminar la membrana de la zona de entrada de las capas de control. Esto permite el acceso a la capa de fluido inferior. Por lo tanto, coloque la capa de control con la membrana encima de la capa de fluido.

Revise todos los compartimentos de fluido de la cámara y las válvulas. Asegúrese de que todos estén alineados de izquierda a derecha. Si no están alineados, puede retirar la capa de control y repetir el procedimiento.

Aquí puede observarse que la capa de fluido y la capa de control están alineadas. Ahora insertaré unos tubos más delgados en estas entradas para conectarlas a las fuentes de fluido y a las fuentes de presión. A continuación, conectaré las válvulas a la fuente de presión y las entradas de fluido a la fuente de fluido.

Aquí tenemos dos tintes diferentes, uno azul y uno amarillo, para abrir y cerrar las microválvulas de PDMS. Utilizamos válvulas solenoides conectadas a una fuente de vacío y presión de aire, y las válvulas son controladas mediante un software de visión por luz. Ahora estoy abriendo el conjunto de válvulas número uno.

Puede observarse que las membranas de PDMS se desvían y que las válvulas están abiertas. Ahora estoy cerrando el primer conjunto de válvulas y abriendo el segundo conjunto. Ahora todas las microválvulas están funcionando.

Voy a llenar las cámaras microfluídicas con dos dados diferentes. Abriré el conjunto de válvulas número uno y también utilizaré un vacío para atraer los dos dados hacia las cámaras. Una vez que las cámaras estén llenas con los dados, cerraré el conjunto de válvulas número uno para aislar cada cámara y luego encenderé el conjunto de válvulas.

Número dos, mezclar los pares en los dos arreglos. La apertura de la válvula y la mezcla generalmente toman entre uno y dos minutos. Dado que diseñamos cámaras de tamaño en 10 tamaños diferentes.

Entonces, tenemos una relación de mezcla de 11 proporciones diferentes. Una vez finalizada la mezcla, cierro la válvula y así pueden observarse cada una de las cámaras individuales. Existen diferentes relaciones de mezcla.

El color cambió del azul al verde y luego al amarillo. Una vez fabricados, esos dispositivos podrían utilizarse potencialmente en ensayos biomédicos, como la selección de fármacos o estudios de biología celular, tales como quimiotaxis o la respuesta celular a diferentes concentraciones de productos químicos y factores de crecimiento o fármacos. Soy Chris Sip y voy a demostrar un dispositivo que es un sistema de perfusión microfluídico integrado y que es muy similar al dispositivo visto previamente en la fabricación.

La única y principal diferencia es que, en lugar de tener cámaras separadas por una válvula que se mezclan mediante difusión, contamos con múltiples entradas que convergen y están controladas por válvulas, mediante un esquema de valvulación multiplex. Y lo que voy a demostrar es la activación selectiva de las válvulas, que controlarán el encendido o apagado de diferentes entradas. Además, mostraré el funcionamiento de un canal de mezcla integrado y la dirección de gradientes.

En la parte superior de la pantalla se observan 16 entradas que convergen, y el flujo entrará desde arriba hacia abajo a través de este canal vertical y hacia la red de bifurcación, que es la cámara de cultivo celular. Ahora estamos viendo cómo las entradas cambian a un colorante de color azul, que fluye y permite observar el perfil de flujo laminar a medida que atraviesa la cámara. Ahora combinamos azul y amarillo, y luego podemos alternar para crear la combinación opuesta.

Podemos dirigir nuestro gradiente hacia el lado derecho. Podemos crear otros tipos de gradientes. Ahora se muestra el cambio rápido de las válvulas, lo que nos permite alternar bastante rápido entre diferentes soluciones.

Ahora estamos introduciendo azul y amarillo en este homogeneizador y la solución sale verde en la cámara, y también podemos cambiar cualquier número de entradas diferentes. En este caso, estamos introduciendo una entrada roja, que está reemplazando toda la solución verde. Hoy les he mostrado cómo fabricar dispositivos basados en válvulas microperforadas y he demostrado la mezcla de dos colorantes en diferentes proporciones en volúmenes sublitros con precisión.

Chris de nuestro laboratorio también demostró un sistema microfluídico integrado para la perfusión de diferentes soluciones. Gracias por ver este video y mucha suerte con su propio experimento.