פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

פרוטוקול זה מתאר את השיטה שלנו לייצר ולפעול על פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית עבור ריכוזים מרובי חלקיקים המתגברת על חסרונות כגון סתימת חלקיקים ומבנים מורכבים. שיטה זו מאפשרת לעבד מספר בלתי מוגבל של חלקיקים, להתרכז במספר רב של חלקיקים קטנים ולמנוע נזק לא רצוי לתאים, ומגבירה את יעילות האנטרופיה. בשל חשיבות האנליזה הביולוגית, טכנולוגיות מערכות מכניות מיקרופלואידיות וביו-רפואיות של מיקרו-אלקטרו משמשות לפיתוח וחקר התקנים לטיהור ואיסוף של מיקרו-חומרים.

כדי להתחיל, השתמש בתבנית SU8 של תעלת שסתום פנאומטית שהוכנה מראש כדי לשכפל את שכבת ה- PDMS לשליטה פנאומטית בשסתום. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר מרפא לתבנית תעלת שסתום פנאומטית מוכנה, והחום מופעל ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. לאחר ריפוי מבני PDMS, הפרד את תבנית SU8.

אגרוף שלוש יציאות פנאומטיות של 1.5 מילימטר לתעלת המסתם הפנאומטית באמצעות נקב של 1.5 מילימטר. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר ריפוי לתבנית SU8 נקייה. סובבו את המעיל במשך 15 שניות ב-1500 סיבובים לדקה באמצעות מעיל ספין, ואז הפעילו את החום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.

הפרד את תבנית SU8 לאחר ריפוי מבני PDMS. טפל במבנה PDMS עם פלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות. באמצעות מיקרוסקופ, יישרו את מבני ה-PDMS שטופלו בפלזמה בהתאם למבנה התעלה.

קשרו את מבני ה-PDMS המיושרים על ידי חימום שלהם ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. באמצעות נקב של 1.5 מילימטר, צור חור בקוטר 1.5 מילימטר בפתח תעלת הנוזלים ושקעים בתוך חלק התעלה הפנאומטית המחוברים לשכבת הסרעפת הדקה. שכפל את שני הצדדים של שכבת PDMS באמצעות שתי תבניות SU8 כדי ליצור תעלה מיקרופלואידית.

השתמש בתבנית תעלה מיקרופלואידית מעוקלת ומלבנית בחזית, ובתבנית תעלת חיבור מיקרופלואידית מאחור. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר מרפא לתבנית התעלה המיקרופלואידית המעוקלת והמלבנית, ומצפים אותה ב-1200 סיבובים לדקה למשך 15 שניות, ואז יוצרים תבניות לתא הנוזל המעוקל ולתעלות הנוזל על ידי הפעלת חום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. הפרד את שכבת ה- PDMS שעליה נוצרת הערוץ המיקרופלואידי.

לאחר מכן טפלו בו עם פלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות כדי ליצור תבנית המופעלת על ידי חום המכסה את דופן האוורור האטומה על ידי היצמדות לוופל הזכוכית. יוצקים שלושה מיליליטרים של PDMS נוזלי לערוץ הקישוריות של תבנית SU8. סדר את המבנה, המיוצר עם תבנית תעלת החיבור, ב- PDMS נוזלי בתבנית ערוץ החיבור המיקרופלואידית.

לאחר מכן יבשו את המבנה העל-קרקעי ב-130 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. לאחר הריפוי, הסר את תבנית ה- SU8 הקדמית משכבת הרשת של התעלה המיקרופלואידית וקלף בזהירות את תבנית ה- PDMS האחורית. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר מרפא לתבנית SU8 נקייה וחום מפעילים אותו ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.

הפרד את תבנית SU8 לאחר ריפוי מבני PDMS. טפלו בתבניות תעלות החיבור המיקרופלואידיות של PDMS באמצעות פלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות. באמצעות מיקרוסקופ, יישרו את מבני ה-PDMS שטופלו בפלזמה בהתאם למבנה התעלה.

קשרו את מבני ה-PDMS המיושרים על ידי חימום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. יישרו את מבני ה-PDMS שהוכנו בתהליך זה בהתאם למבנה התעלה וקשרו אותם על ידי טיפול בפלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות. באמצעות מזרק 10 מיליליטר, מלאו את התעלה המיקרופלואידית במים נטולי בועות שעברו דה-מינרליזציה.

כדי לשלוט בלחץ של נוזל העבודה ובשלושת השסתומים הפנאומטיים השולטים בזרימת המיקרובד, הכנס בקר לחץ מדויק עם ארבע תעלות מוצא או יותר לנוזל העבודה לתוך הפלטפורמה המיקרופלואידית. הכן חלקיקי בדיקה של קרבוקסיל פוליסטירן בגדלים שונים במים מזוקקים. כדי לשלוט בקצב הזרימה של נוזל העבודה, מלאו חצי בקבוק זכוכית במים וחברו את פקק בקבוק הזכוכית לתעלת היציאה של הבקר ולמיקרו-וואלה.

באמצעות מיקרוסקופ הפוך, צפו בכל פעולות הפלטפורמה ומדדו את קצב זרימת ההפעלה לאורך זמן בשקע על ידי מד זרימה נוזלי. להזריק את תערובת החלקיקים או הנוזלים בלחץ בכניסה עם שסתום החלקיקים. הפעילו לחץ על שסתום CIV ב-15 קילופסקלים, ושסתום חלקיקים ב-18 קילופסקלים כדי להפעיל את השסתום.

כאשר החלקיקים מרוכזים, הפעילו לחץ רק על שסתום הנוזל. קצב הזרימה של הנוזלים חולק לפעולת פלטפורמה בת ארבעה שלבים. השלב הראשון היה מצב הטעינה.

נוזל העבודה והחלקיקים היו כמעט זהים מכיוון שרשת התעלות המיקרופלואידיות הפגינה סימטריה מבנית. השלב השני היה מצב החסימה. נתיב הזרימה הצטמצם, וקצב הזרימה שנמדד ביציאת היציאה הופחת על ידי התנגדות הידראולית.

השלב השלישי היה מצב הריכוז. ה-QP שנמדד היה קרוב לאפס, וה-QF היה בערך פי 1.42 מזה של מצב החסימה. השלב האחרון היה מצב השחרור.

קצבי הזרימה והריכוז שהתקבלו הוכיחו כי ההפעלה הרציפה המתוכנתת עם השסתום הפנאומטי פועלת היטב עקב שינויי זרימה. החלקיקים רוכזו והצטברו באזור האיסוף כאשר שסתום CIV ושסתום החלקיקים נסגרו, וכל החלקיקים שנאספו, המרוכזים, שוחררו תוך ארבע שניות כאשר רק שסתום הנוזלים היה סגור. חלק חיוני בהליך זה הוא ריפוי המבנה האחורי שבו מושתלת שכבת ה-PDMS על ידי הלחץ הרב יותר של שכבת האוויר.

ושכבת הסרט המעוותת מופעלת לפתע. פלטפורמה זו יכולה לשמש לטיפול מקדים אוטומטי של ביו-חלקיקים מרוכזים מאוד וישרים ותלויים, מכיוון שהפעולה אינה מושפעת מתכונות החלקיקים הפיזיקליים.