המחברים אסירי תודה על תמיכתה של הקרן הלאומית למדע תחת גרנט לא. CMMI-00748094 ו- ONR N000141110629.

טקסט הפרוטוקול מחולק לשלושה חלקים עיקריים: 1) ייצור עמודי PDMS (polydimethylsiloxane), 2) הפונקציונליזציה של צמרות העמודים, ו -3) היווצרות ואפיון הגשרים הנימים.
1. ייצור עמודי PDMS
סעיף זה מפרט את הייצור של עמודי PDMS באמצעות יציקת למות עם תבנית סיליקון / SU-8.
<ol><li>
ייצור עובש סיליקון/SU-8
	<ol>
<li>מניחים 4 נקי בופל סיליקון בצלחת פטרי Pyrex.</li>
		<li>הכן 4:1 (לפי נפח) חומצה גופרתית מי חמצן (פיראנה) פתרון ב כיף נפרדת. הערה: יש צורך בזהירות רבה בהכנה ובשימוש בתמיסת הפיראנה. התגובה היא אקסותרמית מאוד וכפפות מבודדות יידרשו לטפל בכפפות. פיראנה מגיבה באלימות עם אורגנים. תן פתרון פיראנה להתקרר לטמפרטורת החדר לפני סילוק. רק להכין פתרון מספיק נדרש כדי להטביע את הוופל בצלחת.</li>
		<li>יוצקים תמיסת פיראנה לאט על רקיק הסיליקון עד שהוא שקוע לחלוטין. בואו נשב 15 דקות.</li>
		<li>מוציאים את הוופל מצלחת פטרי ושוטף תחת זרם של: מים deionized (DI) במשך 2 דקות, אתנול במשך 30 שניות, אצטון במשך 30 שניות, ואז מכה יבשה עם חנקן. הערה: אם שאריות מאצטון הן בעיה, מומלץ לשטוף עם IPA</li>
		<li>יבש את הוופל על צלחת חמה ב 150 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.</li>
		<li>מוציאים מהצלחת החמה ומניחים להתקרר לטמפרטורת החדר.</li>
		<li>מעיל ספין SU-8 2002 על פני השטח של הוופל במשך 40 שניות ב 500 סל"ד.</li>
		<li>מעיל ספין SU-8 2050 על הוופל עם תוכנית מעיל ספין דו-שלבי. שלב 1: 40 שניות ב-500 סל"ד. שלב 2: דקה אחת ב-1,500 סל"ד.</li>
		<li>מוציאים את הוופל ממעיל הספין ומניחים על פלטה חמה מראש (65 מעלות צלזיוס) למשך 10 דקות.</li>
		<li>בואו להתקרר לטמפרטורת החדר, ולאחר מכן למקם מסכה מעל רקיק.</li>
		<li>מניחים תחת מנורה אולטרה סגולה ולחשוף במשך 30 שניות ב 200 וואט.</li>
		<li>מוציאים את המסכה ומניחים את הוופל על פלטה חמה מראש (95 מעלות צלזיוס) למשך 10 דקות.</li>
		<li>הנח בפתרון מפתחי SU-8 והתסיס קלות עד שכל SU-8 שלא נחשף יוסר. ואז לשטוף בזרם של אלכוהול איזופרופיל במשך 30 שניות, מכה יבשה עם חנקן.</li>
		<li>מניחים על פלטה חמה מראש (95 מעלות צלזיוס) במשך 30 דקות עבור hardbake הסופי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
למות הליהוק של עמודי PDMS
	<ol>
<li>ערבבו במרץ יחס מסה של 10:1 בבסיס PDMS sylgard-184 לסוכן ריפוי בעגלה.</li>
		<li>דגה PDMS בתא ואקום עד שכל הבועות נעלמות.</li>
		<li>מניחים את התבנית מפוברק בסעיף 1.1 ב 4 גדול בצלחת שקילה פלסטיק ויוצקים את PDMS.</li>
		<li>מניחים את המנה עם PDMS ועובש בחזרה לתא ואקום. דגה שוב עד שכל הבועות ייעלמו.</li>
		<li>מניחים את כל המנה בתנור (שחומם מראש ל-75 מעלות צלזיוס) למשך שעתיים לפחות. אז תן מגניב לטמפרטורת החדר.</li>
		<li>חותכים את המנה מן PDMS, ואת PDMS מן רקיק סיליקון עם סכין גילוח ישר.</li>
		<li>חותכים את אזור PDMS עם העמודים מהתפזורת ולאחסן בצלחת פטרי נקייה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. פונקציונליזציה של צמרות העמודים
תהליך תלת-שלבי זה כרוך תחילה בהתאדות של סרט זהב על רקיק סיליקון, ואחריו ליטוגרפיה של העברת חותם16 של סרט הזהב על עמודי PDMS (מפוברק בסעיף 1), ולבסוף פונקציונליזציה של סרט הזהב עם מונולאייר בהרכבה עצמית כדי להפוך אותו הידרופילי.
<ol><li>ייצור זהב על ופלים סיליקון עבור ליטוגרפיה העברת חותם 
	<ol>
<li>השתמש חותך זכוכית קוביות 4 בופל סיליקון עגול לתוך 4 חתיכות בגודל שווה. הערה: ניתן לנקות את הוופלים באמצעות שלבים 1.1.2-1.1.4 ולהשתמש בהם שימוש חוזר.</li>
		<li>לאדות 20 ננומטר של זהב ישירות על רקיק הסיליקון.</li>
		<li>השאירו את הוופל בתא האידוי (או במייבש) עד שסעיף 3 להלן יושלם. זה ישמור על הוופל נקי ככל האפשר.</li>
		<li>הכן 8 μl:20 מ"ל, (3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane (MPTS) : פתרון טולואן בקבוקון זכוכית נקי.</li>
		<li>הכן 200 מל של 16 ממ חומצה הידרוכלורית (HCl) ב נקייה.</li>
		<li>שים את הוופל עם סרט זהב בכור הפלזמה.</li>
		<li>לנקות את הוופל באמצעות פלזמת חמצן בלחץ של 300 mTorr, כוח של 50 W במשך 10 דקות. הערה: עבור הליך זה נעשה שימוש בכור פלזמה ביתי.</li>
		<li>שים את הוופל בצלחת Pyrex פטרי מלא 200 אתנול הוכחה לפחות 10 דקות. הערה: שלב זה נעשה כדי להסיר את כל תחמוצות לא יציבות היוצרות על הזהב עקב פלזמת החמצן.</li>
		<li>לשטוף את הוופל עם אתנול, ואז מכה יבשה עם חנקן.</li>
		<li>ספין מעיל פתרון MPTS על הוופל ב 500 סל"ד במשך 30 שניות ואחריו 2,750 סל"ד במשך דקה אחת. הערה: MPTS משמש כשכבה הידבקות בין PDMS לבין שכבת זהב16.</li>
		<li>קח את הוופל של מעיל ספין ולשטוף תחת זרם של אתנול. לאחר מכן, לשטוף עם מים DI ולפוצץ יבש עם חנקן. הערה: יש לשטוף בעדינות כדי למנוע קילוף של שכבת הזהב מוופל הסיליקון.</li>
		<li>מניחים את הוופל לתוך צלחת Pyrex Petri המכילה מספיק פתרון HCl 16 mM כדי להטביע את הוופל באופן מלא. השאירו ב- HCl לפחות 5 דקות. הערה: מכניסים לתמיסה בעדינות כדי למנוע מהזהב להתקלף. הערה: פעולה זו נעשית כדי לשפר את ההידבקות בין PDMS לבין שכבת זהב16.</li>
		<li>הסר את הוופל מתמיסת HCl ולפוצץ יבש עם חנקן. הערה: יש להשתמש בופלים לא יותר מ- 15-20 דקות לאחר השלמת שלב זה.</li>
	</ol></li>
	<li>ליטוגרפיה של העברת הטבעה של הזהב מוופל לעמודי PDMS
	<ol>
<li>הכינו מגלשת זכוכית אחת בגודל 25 מ"מ x 75 מ"מ לכל דגימת PDMS על ידי שטיפתה באתנול, מי DI, וייבשו עם חנקן.</li>
		<li>מניחים עמודי PDMS לתוך תא פלזמה ולבצע פלזמת חמצן בלחץ של 300 mTorr וכוח של 50 W במשך 30 שניות. הערה: חשיפת יתר של ה-PDMS לפלזמת החמצן תגרום לפיצוח. להתאים את תנאי הפלזמה בהתאם.</li>
		<li>קשרו את החלק האחורי של מצעי PDMS לשקופיות הזכוכית הנקייה על-ידי הפעלת לחץ קל עליהם. שקופית הזכוכית מקלה על המניפולציות של עמודי PDMS וההרכבה במכשיר המתואר בשלב 3.</li>
		<li>הפוך את מצעי PDMS מגובים זכוכית ולחץ על העמודים כלפי מטה על סרטי זהב MPTS פונקציונלי (שלב 2.1). החל לחץ מתון בתחילה, ולאחר מכן לשים משקל (כ 100 גרם) על שקופית הזכוכית כדי להבטיח מגע קונפורמי.</li>
		<li>השאירו את המצע במגע עם רקיק הסיליקון לפחות 12 שעות.</li>
		<li>הפרד את מצע PDMS מהוופל. אם מצע PDMS תקוע, השתמש בסכין גילוח ישר כדי לחטט בזהירות בקצה ה- PDMS מהוופל.</li>
		<li>בשלב זה סרט זהב אחיד צריך להיות נוכח בחלק העליון של עמודי PDMS. השתמש במיקרוסקופ אופטי כדי לוודא שסרט הזהב אינו סדוק או שאין חלקים חסרים לאורך העמוד.</li>
	</ol></li>
	<li>פונקציונליזציה של הזהב בחלק העליון של עמודי PDMS
	<ol>
<li>הכינו מספיק חומצה מרקפטוקסדקאנואית (MHA) בדימתיל סולפוקסיד (DMSO) כדי להטביע את הזהב במלואו על עמודי ה-PDMS. הערה: DMSO משמש עבור גורם הנפיחות הנמוך שלה PDMS17.</li>
		<li>הנח את מצעי PDMS בפתרון MHA והשאיר אותם שם לפחות 24 שעות.</li>
		<li>הסר את המצע מתמיסת MHA ולשטוף עם מים DI, ולאחר מכן לפוצץ יבש עם חנקן.</li>
		<li>מניחים בתא ואקום (לחץ < 100 mTorr ב 25 מעלות צלזיוס) לפחות 12 שעות.</li>
	</ol></li>
</ol>הערה: כדי לוודא שתהליך הפונקציונליזציה הצליח, ניתן לבצע את שלב 2 על פיסת PDMS בתפזורת (ללא עמודים) וזווית ההרטבה יכולה להיבדק בגוניומטר. סרטי הזהב של MHA צריכים להיות מתקדמים ונסוגים זוויות מגע מים של <15 ° ו ~ 0 °, בהתאמה. 18 ,18
3. היווצרות ואפיון הגשרים הנימים
סעיף זה מפרט כיצד ניתן להציג גשר נוזלי בין שני מצעים ולאחר מכן את האפיון שלו באמצעות הדמיה בגבהים שונים ובנפחי נוזלים שונים.
<ol><li>באמצעות שני מצעים עמוד (עשה בשלבים 1-2), למקם אחד בחלק העליון ואחד במחזיקים התחתונים. אבטחו את המצעים באמצעות ברגים צדדיים. הערה: ראה איור 1 ותוצאות מייצגות לפרטי המכשיר.</li>
	<li>להרכיב את המכשיר על ידי הצמדת שלב המצע העליון ללוח הלחם כך המצע העליון הוא בערך מעל המצע התחתון. הקטן את הגובה בין שני העמודים הפונים לכ-1 מ"מ.</li>
	<li>יישור גס: באמצעות כפתורי x, y וסיבוב על שלב המצע התחתון ליישר (בעין) את רצועות הזהב עבור שני מצעים, כך שהם מקבילים (מסתכל למעלה למטה דרך המצע העליון).</li>
	<li>יישור עדין: מקם את המצלמה כדי להביט לאורך עמוד ה- PDMS. באמצעות הזנת המצלמה החיה על מסך המחשב, כוונן עוד יותר את מיקום המצע התחתון כך שהעמודים מקבילים.</li>
	<li>הזז את המצלמה לצד הנגדי של ההתקן וחזור על שלב 3.4.</li>
	<li>הקטן את ההפרדה בין שני העמודים עד שהעמוד העליון יוצר קשר עם העמוד התחתון (באמצעות הזנת מצלמה חיה). אפס שלב מיקרו דיגיטלי. זה יוגדר כגובה נקבובית של אפס.</li>
	<li>להגדיל את גובה הנקבוביות לכ 200 מיקרומטר.</li>
	<li>מכינים מזרק עם 1-5 מיקרול של גליצרול 80%, 20% פתרון מים. חבר מחט 30 G לסוף המזרק, לוודא שאין בועות אוויר להילכד בתוך המחט. הערה: תערובת המים/גליצרול משמשת להפחתת האידוי במהלך הניסוי. ניתן גם להעסיק מים.</li>
	<li>הר את המזרק לשלב תרגום xyz מזרק עם מהדק מכני.</li>
	<li>כוונן את המיקרומטרים על שלב מיקום המזרק כך שהמחט תתאים לנקבובית החריף (במקביל לאורך העמודים).</li>
	<li>להקטין את גובה הנקבובית חריץ כך המשטחים העליונים והתחתונים בעדינות ליצור קשר עם המחט. זה יוודא שהנוזל ייגע בשני המשטחים וייצור גשר נימי באופן ספונטני.</li>
	<li>מחלקים את הנוזל מהמזרק לנקבובית החריף באיטיות.</li>
	<li>השתמש micrometers על שלב מיקום המזרק כדי להסיר את המחט מן הנקבובית חריץ. הערה: בשלב זה, ניתן לגוון את גובה הנקבובית החתוך ואת הגשר הנוזלי. הערה: ניתן לנתח את התמונות באמצעות חבילת התוכנה בקוד פתוח ImageJ.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Broesch, D. J., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+Concave+to+Convex:+Capillary+Bridges+in+Slit+Pore+Geometry.">From Concave to Convex: Capillary Bridges in Slit Pore Geometry.</a> Langmuir. 28, 15548-15554 (2012).</li><li>Orr, F. M., Scriven, L. E., Rivas, 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=Pendular+rings+between+solids+-+meniscus+properties+and+capillary+force.">Pendular rings between solids - meniscus properties and capillary force.</a> J. Fluid Mech. 67, 723-742 (1975).</li><li>Rose, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumes+and+surface+areas+of+pendular+rings.">Volumes and surface areas of pendular rings.</a> J. Appl. Phys. 29, 687-691 (1958).</li><li>Erle, M. A., Dyson, D. C., Morrow, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+bridges+between+cylinders,+in+a+torus,+and+between+spheres.">Liquid bridges between cylinders, in a torus, and between spheres.</a> Aiche J. 17, 115-121 (1971).</li><li>Lambert, P., Chau, A., Delchambre, A., Regnier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+two+capillary+forces+models.">Comparison between two capillary forces models.</a> Langmuir. 24, 3157-3163 (2008).</li><li>Mason, G., Clark, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Liquid Bridges Between Spheres. Chem. Eng. Sci. 20, 859-866 (1965).</li><li>De Souza, E. J., Brinkmann, M., Mohrdieck, C., Arzt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+capillary+forces+by+multiple+liquid+bridges.">Enhancement of capillary forces by multiple liquid bridges.</a> Langmuir. 24, 8813-8820 (2008).</li><li>Hornbaker, D. J., Albert, R., Albert, I., Barabasi, A. L., Schiffer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+keeps+sandcastles+standing.">What keeps sandcastles standing.</a> Nature. 387, 765-765 (1997).</li><li>Scheel, M., 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=Morphological+clues+to+wet+granular+pile+stability.">Morphological clues to wet granular pile stability.</a> Nat. Mater. 7, 189-193 (2008).</li><li>Mastrangeli, M., Ruythooren, W., Celis, J. -. P., Van Hoof, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+for+Capillary+Self-Assembly+of+Microsystems.">Challenges for Capillary Self-Assembly of Microsystems.</a> IEEE T. Compon. Pack. 1, 133-149 (2011).</li><li>Josell, D., Wallace, W. E., Warren, J. A., Wheeler, D., Powell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Misaligned+flip-chip+solder+joints:+Prediction+and+experimental+determination+of+force-displacement+curves.">Misaligned flip-chip solder joints: Prediction and experimental determination of force-displacement curves.</a> J. Electron. Pack. 124, 227-233 (2002).</li><li>Lin, W., Patra, S. K., Lee, Y. C. <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+Solder+Joints+for+Self-Aligned+Optoelectronic+Assemblies.">Design of Solder Joints for Self-Aligned Optoelectronic Assemblies.</a> IEEE T. Compon. Pack. B. 18, 543-551 (1995).</li><li>Berthier, 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=Capillary+self-alignment+of+polygonal+chips:+a+generalization+for+the+shift-restoring+force.">Capillary self-alignment of polygonal chips: a generalization for the shift-restoring force.</a> Microfluid. Nanofluid. 14, 845-858 (2013).</li><li>Lambert, P., Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Degrez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+analysis+and+experimental+study+of+lateral+capillary+dynamics+for+flip-chip+applications.">Spectral analysis and experimental study of lateral capillary dynamics for flip-chip applications.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 797-807 (2010).</li><li>Mastrangeli, M., Valsamis, J. B., Van Hoof, C., Celis, J. P., Lambert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lateral+capillary+forces+of+cylindrical+fluid+menisci:+a+comprehensive+quasi-static+study.">Lateral capillary forces of cylindrical fluid menisci: a comprehensive quasi-static study.</a> J. Micromech. Microeng. 20, 10-1088 (2010).</li><li>Childs, W. R., Nuzzo, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+patterning+of+coinage-metal+thin+films+using+decal+transfer+lithography.">Large-area patterning of coinage-metal thin films using decal transfer lithography.</a> Langmuir. 21, 195-202 (2005).</li><li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+compatibility+of+poly(dimethylsiloxane)-based+microfluidic+devices.">Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices.</a> Anal. Chem. 75, 6544-6554 (2003).</li><li>Olivier, G. K., Shin, D., Gilbert, J. B., Monzon, L. A. A., Frechette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Supramolecular Ion-Pair Interactions To Control Monolayer Assembly. Langmuir. 25, 2159-2165 (2009).</li><li>Ferraro, D., 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=Morphological+Transitions+of+Droplets+Wetting+Rectangular+Domains.">Morphological Transitions of Droplets Wetting Rectangular Domains.</a> Langmuir. 28, 13919-13923 (1021).</li></ol>

לסופרים אין מה לחשוף.

השיטה המוצגת כאן מספקת דרך ליצור גשרים נימיים בגיאומטריית נקבוביות חתוכה, וגם שיטה להדמיית גשרים אלה כך שניתן יהיה לנתח את המורפולוגיה שלהם ולהשוות אותם לסימולציה ולתיאוריה.
שיטה זו משלבת הקלה פיזית, כמו גם דפוס כימי סלקטיבי כדי ליצור תכונות הרטבה אסימטרית. אם קיימת רק הטרוגניות כימית, טיפה נוזלית תישאר מוצמדת להטרוגניות עד שזווית המגע תעלה על זו של האזור הפחות רטוב (אנרגיית פני השטח התחתונה). כאשר PDMS הוא האזור של אנרגיית פני השטח הנמוכה יותר, זוויות המגע המקסימליות ברות השגה בגבול ההידרופילי/הידרופובי הן בסביבות 100°. הוספת הטרוגניות פיזית בצורת עמוד מאפשרת זוויות מגע מים גדולות משמעותית בקצה העמודים (>140°), כפי שניתן לראות באיור 2 (שיטה חלופית ליצירת מצעים דומים מוצגת על ידי פררו ואח '). 19). זוויות מגע גבוהות יותר מרמזות על כך טיפות נוזליות או גשרים יכולים להיות מוגבלים לאזורים ספציפיים ולקיים לחצים גבוהים יותר מאשר יהיה אפשרי עבור הטרוגניות כימית גרידא.
מאז הזהב על גבי עמודי PDMS הוא פונקציונלי עם monolayer הרכבה עצמית, פונקציונליזציות שונות אפשריות באמצעות מבשרי thiol שונים. כמו כן, בנוסף ליכולת להתאים את גובה הנקבובית החתוך, השילוב של microstages מאפשר התאמה בזמן אמת של קיזוזים לרוחב וסיבוביים כאחד. פונקציונליות זו תהפוך התקן כזה לאידיאלי להדמיית מערכות גשרים נימיים דינמיות, כגון אלה הרלוונטיות להדפסת סילון דיו או gravure.
שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול
כדי להשיג מורפולוגיות גשר נימי לשחזור יש לנקוט אמצעי זהירות בהכנת ההטרוגניות הכימיות והפיזיות. לדוגמה, עמודים בעלי מעבר צבע בעובי מובילים לגשרים הממוקמים בקצה הנקבובית שבהם PDMS עבה יותר. שיפוע עובי יכול להתעורר אם צלחת שקילה פלסטיק מחזיק את PDMS נוזלי במהלך שלב דפוס אינו שוכב שטוח לחלוטין. השינוי בגובה לאורך הנקבובית יכול גם להוביל לשינוי בעקמומיות של הנוזל, להטות את נתוני התמונה. ניתן להעריך את היקף וריאציית עובי זו כאשר נקודת האפס מוגדרת בשלב 3.6. ניתן להפחית את ההטיה של מחזיק המצע העליון על ידי הצבת מרווח רך בין מחזיק המצע העליון לבין חתיכת מחבר שלב מחזיק המצע z (כמה שכבות של מיסוך או סרט קצף עובד טוב בשביל זה). על ידי שינוי המתח על הברגים המחברים את חתיכת המחבר למחזיק המצע, ניתן לבטל את ההטיה מהמערכת.
חשוב גם לוודא שלא נשאר DMSO עודף על המצעים לאחר השריית DMSO/MHA 24 שעות ביממה. זה אפשרי כי כמות קטנה של DMSO שיורית יכול להיות נוכח על המצע גם לאחר שטיפה קפדנית עם מים DI. אם נעשה שימוש במצעים בשלב זה, ה- DMSO העודף יכול לחלחל לתוך הגשר נימי. עודף DMSO ניתן לאדות מן המדגם על ידי הצבת אותו בתא ואקום (לחץ <100 mTorr, 25 °C (69 °F) לפחות 12 שעות.
מגבלות הטכניקה
מגבלה ראשית של שימוש בעמודים מוגבהים כדי ליצור גשרים נימיים ביחס גובה-רוחב גבוה מתגלה במהלך ההדמיה. כאשר גובה הנקבובית משתנה בנפח קבוע, הנוזל נסוג מהקצוות לכיוון מרכז הנקבובית1. כתוצאה מכך, הגשר יכול להיות מחוץ לפוקוס בעת הדמיה נורמלית לרוחב הרצועה. אובדן מיקוד זה מתרחש כאשר המרחק בין קצה הנקבובית החתוך לגשר הנוזלי עולה על עומק שדה המצלמה. לכן חשוב להשתמש באורך הנקבוביות הקצר ביותר האפשרי הנדרש לניסוי נתון. ניתן להרחיב את עומק השדה על ידי שינוי אופטיקה, או על ידי הפחתת ההגדלה, אך לאלה יש עלות לרזולוציה.
החלק העליון של עמודי PDMS מתפקדים כך שתהיה להם אנרגיית פני שטח גבוהה (זווית מגע נמוכה במים). כתוצאה מכך הם רגישים לזיהום, מגיע גם מסביבת הסביבה או הנוזל. הניסויים שלנו בוצעו בחדר נקי (מחלקה 1000) שאיפשר לנו לבדוק את הדגימות 5 - 10 פעמים לפני שכל השפלה של פני השטח הייתה מורגשת. זיהום מוביל להצמדת זווית ההרטבה לקו המגע במקביל לרוחב העמודים.

המחקר של הצורה ואת הכוחות וכתוצאה מכך הנגרמת על ידי גשרים נימי כבר הנושא של מחקרים נרחבים2-7. בתחילה התמקדו רוב המאמצים, בשל פשטותם, בגשרים נימיים ציריים. גשרים נימיים המתרחשים לעתים קרובות במערכות טבעיות, כגון אלה הנמצאים במדיה פרטנית ונקבובית8,9 וגשרים המועסקים ביישומים טכנולוגיים, כגון הרכבה עצמית נימי בטכנולוגיות שבב פליפ10-15 הם אסימטריים עם תכונות הרטבה לא יוניפורמיות על משטחי האינטראקציה. השילוב של טכניקות ליתוגרפיה משופרות יחד עם הנגישות של כלים מספריים פשוטים למודל ממשקי נוזלים מאפשר יצירה ומידול של גשרים נימיים עם מורכבות גוברת.
גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות מציעים פשרה מעניינת: תכונות ההרטבה הכיווניות מובילות לגשרים לא ציריים השומרים על כמה מישורי סימטריה (מה שמפשט את הניתוח). הם נחקרו באופן תיאורטי ומספרי כמקרה מבחן למדיה נקבובית. עם זאת, מחקרים ניסיוניים שיטתיים של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות היו מוגבלים. כאן אנו מציגים שיטה ליצור ולאפיין גשרים נימיים בגיאומטריה נקבובית חתוכה. בקצרה, השיטה מורכבת 1) ייצור של עמודים כדי ליצור הטרוגניות כימית ופיזית, 2) העיצוב של microstage ליישר ולתפעל את הגשרים, ו 3) הדמיה של הגשרים נימי או מלפנים או הצדדים לאפיין את המורפולוגיה שלהם. האפיון של מורפולוגיה הגשר, יחד עם השוואות סימולציות מתפתח פני השטח מסופקים בפרסום נפרד1.

<table><tbody><tr><td>99.999% Gold wire</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EVMAU40040</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Pharmco-AAPER</td><td>C1107283</td><td></td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td>Fisher</td><td>D128-500</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol (200 proof)</td><td>Pharmco-AAPER</td><td>111000200</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>EMD</td><td>HX0603-4</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogen peroxide (30%)</td><td>EMD</td><td>HX0635-3</td><td></td></tr><tr><td>Isopropyl alcohol</td><td>Fisher</td><td>L-13597</td><td></td></tr><tr><td>Mercapto hexadecanoic acid (90%)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448303-1G</td><td></td></tr><tr><td>Mercapto-propyl-trimethoxy-silane (MPTS)</td><td>Gelest</td><td>Sim6476-O-100GM</td><td></td></tr><tr><td>Milli-Q DI water</td><td>Millipore</td><td>Milli-Q</td><td></td></tr><tr><td>Nitrogen (gas)</td><td>Airgas</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>Oxygen (gas)</td><td>Airgas</td><td>UN1072</td><td></td></tr><tr><td>Silicon wafers (4 in)</td><td>WRS Materials</td><td>CC8506</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2002 (negative photo resist)</td><td>MicroChem</td><td>SU82002</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2050 (negative photoresist)</td><td>MicroChem</td><td>SU82050</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Developer solution</td><td>MicroChem</td><td>Y020100 4000L1PE</td><td></td></tr><tr><td>Sulfuric acid</td><td>J.T. Baker</td><td>9681-03</td><td></td></tr><tr><td>Poly dimethy sulfoxide (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard -184</td><td></td></tr><tr><td>Toluene</td><td>Omnisolv</td><td>TX0737-1</td><td> &lt;p&gt;&lt;/p&gt; </td></tr></tbody></table>

fabrication and visualization of capillary bridges in slit pore geometry

מוצג הליך ליצירה והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. עמודים הידרופוביים יחס גובה-רוחב גבוה מפוברקים ותפקודיים כדי להפוך את המשטחים העליונים שלהם הידרופיליים. השילוב של תכונה פיזית (העמוד) עם גבול כימי (הסרט ההידרופילי בחלק העליון של העמוד) מספק הן הטרוגניות פיזית והן הטרוגניות כימית המצמידה את קו המגע המשולש, תכונה הכרחית ליצירת גשרים נימיים ארוכים אך צרים ויציבים. המצעים עם העמודים מחוברים למגלשות זכוכית ומאובטחים למחזיקים מותאמים אישית. לאחר מכן, המחזיקים מותקנים על ארבעה מיקרו-tages צירים וממוקמים כך שהעמודים מקבילים זה לזה. הגשרים הנימים נוצרים על ידי החדרת נוזל בפער בין שני המצעים לאחר שההפרדה בין העמודים הפונים צומצמה לכמה מאות מיקרומטרים. לאחר מכן, המיקרו-במה המותאמת אישית משמשת לשינוי גובה הגשר הנימי. מצלמת CCD ממוקמת כדי לדמות את האורך או את רוחב הגשר נימי כדי לאפיין את המורפולוגיה של ממשק הנוזל. עמודים ברוחב של עד 250 מיקרומטר ואורכים של עד 70 מ"מ היו מפוברקים בשיטה זו, מה שהוביל לגשרים נימיים עם יחסי גובה-רוחב (אורך/רוחב) של מעל 1001.

תיאור ההתקן הניסיוני
ניתן לחלק את המכשיר הניסיוני לארבעה חלקים עיקריים: 1) שלב המצע העליון, 2) שלב המצע התחתון, 3) שלב המזרק/ מזרק xyz-translation ו-4) המצלמה/אופטיקה ומחזיק המצלמה. הפרטים של כל אחד מהתווים הבאים:
<ol><li>
שלב המצע העליון. שלב תרגום דיגיטלי מצורף למהדק הרכבה מסדרת P באמצעות פיסת מחבר במכונה מותאמת אישית. מהדק ההרכבה מחובר ל- P-post בגובה משתנה, המעוגן ללוח לחם באמצעות מזלג הידוק מסדרת P. פיסת חיבור מותאמת אישית מתחברת למחזיק שקופית זכוכית במכונה מותאמת אישית לשלב התרגום, ומספקת רזולוציית תזוזה של μm אחד בכיוון z.</li>
	<li>
שלב המצע התחתון. תרגום ליניארי xy עם שלב סיבוב ציר θ מחובר ללוח הלחם באמצעות 8 חתיכות הרחבה פוסט. מחזיק מצע במכונה מותאם אישית מצורף לחלק העליון של התרגום הליניארי xy עם שלב סיבוב ציר θ, המאפשר את המצע התחתון להיות ממוקם עם רזולוציה תרגום μm 10 μm ומסובב ברזולוציה של 1°.</li>
	<li>
שלב תרגום מזרק/מזרק xyz. עבור מיקום xyz של המזרק המשמש למילוי הפער בין העמודים, מזרק 5 μl עם מחט 30 גרם מחובר לשלב תרגום xy. שלב ה- xy מחובר לאחר מכן לשלב תרגום z באמצעות קטע מחבר של 90°.</li>
	<li>
מצלמה / אופטיקה ומחזיק מצלמה. להדמיה של הגשרים הנוזליים, מצלמת CCD מחוברת לפיסת אופטיקת זום משתנה. בזום מרבי, זה נותן רזולוציה של 3.3 מיקרומטר / פיקסל. המצלמה מחוברת לשקע מספריים במעבדה, אשר ניתן למקם כדי לדמיין את הגשר הנוזלי מזוויות שונות.</li>
</ol>העברת רדיד Au לעמודי PDMS
בהעברת הזהב למצע PDMS, חשוב להפריד את התקן ה- PDMS מוופל הסיליקון בצורה חלקה וזהירה (ראה שלב 2.2.6). איור 3a מציג תמונת מיקרוסקופ של עמוד PDMS עם זהב לאחר העברה מוצלחת. איור 3b מציג עודפי רדיד זהב מהוופל שהועבר לעמוד עקב העברה לקויה. כדי להקל על העברת סרט הזהב סכין גילוח בטיחות חד יכול לשמש בעדינות לחטט קצה אחד של עמוד PDMS מן רקיק הסיליקון. בנוסף, יש למשוך את מצע ה- PDMS בכיוון נורמלי לפני השטח של הוופל (הימנע מתנועה לרוחב) כדי למנוע מנייר זהב נוסף להידבק לקצה המצע. איור 3c מראה כיצד סדקים יכולים להיווצר בשכבת הזהב לאחר ההעברה אם מצע PDMS עובר גזירה או כיפוף משמעותיים.
אפיון המונולאייר של MHA
לאחר סיום תהליך הייצור (שלב 2), חשוב לאמת את איכות המונולאייר MHA על ידי בדיקת זווית מגע המים שלו. איור 2 מראה טיפת מים נוזלית על מצע Au/PDMS לאחר שעבר פונקציונליזציה עם MHA. זווית המגע הנמוכה ב- PDMS מציינת שהתהליך הצליח. תחילת איור 2 מציגה טיפת מים נוזלית שהונחה על אחד העמודים המוגבהים לאחר השלמת ההליך. זווית המגע של 140° מוכיחה כי השילוב של הטרוגניות פיזיקלית וכימית מאפשר להצמיד את הטיפה בצידי העמודים.
הדמיה של גשרים נימיים
לאחר המצעים כבר מפוברק מותקן לתוך מחזיקי microstage, הערוצים ניתן למלא באמצעות שלב תרגום מזרק / מזרק xyz. איור 4a מציג נקבובית חתוכה מלאה עם פרספקטיבה בניצב לרוחב העמוד (מבט "במורד החבית" של הערוץ). איור 4b מציג נקודת מבט אורתוגונלית לאיור 4a, כלומר, בניצב לאורך הנקבובית החתוך. איור 4c מציג את תהליך מילוי הערוץ מאותה פרספקטיבה כמו איור 4b. זה קריטי בשלב המילוי לוותר על הנוזל מהמזרק לאט. הכוח מקצבי זרימה גדולים פתאומיים יכול לרוקן את הנוזל מראש העמוד, ולגרום לו להתפשט לאזורי PDMS הידרופוביים. במקרה כזה, יש לנקות ולייבש את המצעים ולעבד המילוי חוזר על עצמו.
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51143/51143fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51143/51143fig1.jpg" width="500px"> איור 1. תמונה של התקנה ניסיונית מלאה. מצעי PDMS מוחזקים במרחק משתנה זה מזה, אם כי שילוב של שלבי x, y, z וסיבוב. קבוצה נפרדת של מיקרו-במה (ימין קיצוני) מחזיקה את המזרק כדי להכניס את הנוזל לפער צר כדי ליצור את הגשר הנימי בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. מצלמת CCD (משמאל בתמונה) משמשת לדימוי הגשרים הנימיים המתקבלים עם שינוי הפרדת הנקבוביות. לאחר מכן ניתן לנתח את התמונות המתקבלות בתוכנת ניתוח התמונה בקוד פתוח ImageJ. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51143/51143fig1highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר</a>.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51143/51143fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51143/51143fig2.jpg" width="500px"> איור 2. מצע PDMS עם שכבת Au של 20 ננומטר המתפקדת על ידי מונולייר בהרכבה עצמית של MHA. זווית המגע הנמוכה במים מראה שההליך הצליח. הכניסה מציגה ירידה בעמוד PDMS/Au מוגבה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51143/51143fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר</a>.
<img alt="Figure 3" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51143/51143fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51143/51143fig3.jpg" width="500px"> איור 3. עמוד PDMS מורם לאחר העברה של שכבת Au של 20 ננומטר. א) העברהמוצלחת. ב)קריעה עקב תנועה רוחבית של מצע PDMS במהלך תהליך ההעברה. ג) פיצוח שנגרם על ידי כיפוף של מצע PDMS במהלך תהליך ההעברה. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51143/51143fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר</a>.
<img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51143/51143fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51143/51143fig4.jpg" width="500px"> איור 4. תמונות של גשרים נימיים על עמודים במכשיר הניסוי. a) שדה תצוגה מקביל לאורך העמוד. ב)שדה הראייה ניצב לאורך העמוד. ג) מציג את תהליך המילוי של הנקבובית החתוך (אותה פרספקטיבה כמו b). סיום הלימודים הקטן של הסרגל ב- b) ו- c) הוא 500 מיקרומטר. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51143/51143fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר</a>.

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry at JoVE.com

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

מוצג הליך ליצירה והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. יצירת גשרים נימיים מסתמכת על היווצרות עמודים כדי לספק הטרוגניות פיזית וכימית כיוונית להצמיד את הנוזל. גשרים נימיים נוצרים ומתומרנים באמצעות מיקרו-במה ומדמיינים באמצעות מצלמת CCD.

ייצור והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריית חריץ נקבוביות

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

fabrication-visualization-capillary-bridges-slit-pore

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

6.4K Views.  Johns Hopkins University. מוצג הליך ליצירה והדמיה של גשרים נימיים בגיאומטריה של חריץ-נקבוביות. יצירת גשרים נימיים מסתמכת על היווצרות עמודים כדי לספק הטרוגניות פיזית וכימית כיוונית להצמיד את הנוזל. גשרים נימיים נוצרים ומתומרנים באמצעות מיקרו-במה ומדמיינים באמצעות מצלמת CCD.

Video: Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

This paper discusses fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic analysis setup. These structures are based on the formation of a fluorescent quantum-dot (QD) coating on the channel surface of a conventional microcapillary. Silicon QDs are especially attractive for this application, owing in part to their negligible toxicity compared to the II-VI and II-VI compound QDs, which are legislatively controlled substances in many countries. While the ensemble emission spectrum is broad and featureless, an Si-QD film on the channel wall of a capillary features a set of sharp, narrow peaks in the fluorescence spectrum, corresponding to the electromagnetic resonances for light trapped within the film. The peak wavelength of these resonances is sensitive to the external medium, thus permitting the device to function as a refractometric sensor in which the QDs never come into physical contact with the analyte. The experimental methods associated with the fabrication of the fluorescent-core microcapillaries are discussed in detail, as well as the analysis methods. Finally, a comparison is made between these structures and the more widely investigated liquid-core optical ring resonators, in terms of microfluidic sensing capabilities.

Fluorescent-core microcavity sensors employ a high-index quantum-dot coating in the channel of silica microcapillaries. Changes in the refractive index of fluids pumped into the capillary channel cause shifts in the microcavity fluorescence spectrum that can be used to analyze the channel medium.

סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת Refractometric

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Procedure for the Development of Multi-depth Circular Cross-sectional Endothelialized Microchannels-on-a-chip

Efforts have been focused on developing in vitro assays for the study of microvessels because in vivo animal studies are more time-consuming, expensive, and observation and quantification are very challenging. However, conventional in vitro microvessel assays have limitations when representing in vivo microvessels with respect to three-dimensional (3D) geometry and providing continuous fluid flow. Using a combination of photolithographic reflowable photoresist technique, soft lithography, and microfluidics, we have developed a multi-depth circular cross-sectional endothelialized microchannels-on-a-chip, which mimics the 3D geometry of in vivo microvessels and runs under controlled continuous perfusion flow. A positive reflowable photoresist was used to fabricate a master mold with a semicircular cross-sectional microchannel network. By the alignment and bonding of the two polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels replicated from the master mold, a cylindrical microchannel network was created. The diameters of the microchannels can be well controlled. In addition, primary human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) seeded inside the chip showed that the cells lined the inner surface of the microchannels under controlled perfusion lasting for a time period between 4 days to 2 weeks.

A microchannels-on-a-chip platform was developed by the combination of photolithographic reflowable photoresist technique, soft lithography, and microfluidics. The endothelialized microchannels platform mimics the three-dimensional (3D) geometry of in vivo microvessels, runs under controlled continuous perfusion flow, allows for high-quality and real-time imaging&#160;and can be applied for microvascular research.

הליך הפיתוח של Multi-עגול עומק חתך Endothelialized microchannels-on-a-chip

Efforts have been focused on developing in vitro assays for the study of microvessels because in vivo animal studies are more time-consuming, expensive, ...

Bioengineering

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Generation of Shear Adhesion Map Using SynVivo Synthetic Microvascular Networks

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important applications in the quest for the development of novel therapeutics. Assays using static conditions fail to capture the dependence of adhesion on shear, limiting their correlation with in vivo environment. Parallel plate flow chambers that quantify adhesion under physiological fluid flow need multiple experiments for the generation of a shear adhesion map. In addition, they do not represent the in vivo scale and morphology and require large volumes (~ml) of reagents for experiments. In this study, we demonstrate the generation of shear adhesion map from a single experiment using a microvascular network based microfluidic device, SynVivo-SMN. This device recreates the complex in vivo vasculature including geometric scale, morphological elements, flow features and cellular interactions in an in vitro format, thereby providing a biologically realistic environment for basic and applied research in cellular behavior, drug delivery, and drug discovery. The assay was demonstrated by studying the interaction of the 2 &#181;m biotin-coated particles with avidin-coated surfaces of the microchip. The entire range of shear observed in the microvasculature is obtained in a single assay enabling adhesion vs. shear map for the particles under physiological conditions.

Flow chambers used in adhesion experiments typically consist of linear flow paths and require multiple experiments at different flow rates to generate a shear adhesion map. SynVivo-SMN enables the generation of shear adhesion map using a single experiment utilizing microliter volumes resulting in significant savings in time and consumables.

דור של שאר הידבקות מפה באמצעות רשתות כלי הדם סינטטיים SynVivo

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

תמונה מונחה, ייצור מבוסס-לייזר של רשתות Microfluidic הנגזרות דם

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Microtensiometer for Confocal Microscopy Visualization of Dynamic Interfaces

Adsorption of surface-active molecules to fluid-fluid interfaces is ubiquitous in nature. Characterizing these interfaces requires measuring surfactant adsorption rates, evaluating equilibrium surface tensions as a function of bulk surfactant concentration, and relating how surface tension changes with changes in the interfacial area following equilibration. Simultaneous visualization of the interface using fluorescence imaging with a high-speed confocal microscope allows the direct evaluation of structure-function relationships. In the capillary pressure microtensiometer (CPM), a hemispherical air bubble is pinned at the end of the capillary in a 1 mL volume liquid reservoir. The capillary pressure across the bubble interface is controlled via a commercial microfluidic flow controller that allows for model-based pressure, bubble curvature, or bubble area control based on the Laplace equation. Compared to previous techniques such as the Langmuir trough and pendant drop, the measurement and control precision and response time are greatly enhanced; capillary pressure variations can be applied and controlled in milliseconds. The dynamic response of the bubble interface is visualized via a second optical lens as the bubble expands and contracts. The bubble contour is fit to a circular profile to determine the bubble curvature radius, R, as well as any deviations from circularity that would invalidate the results. The Laplace equation is used to determine the dynamic surface tension of the interface. Following equilibration, small pressure oscillations can be imposed by the computer-controlled microfluidic pump to oscillate the bubble radius (frequencies of 0.001-100 cycles/min) to determine the dilatational modulus The overall dimensions of the system are sufficiently small that the microtensiometer fits under the lens of a high-speed confocal microscope allowing fluorescently tagged chemical species to be quantitatively tracked with submicron lateral resolution.

This manuscript describes the design and operation of a microtensiometer/confocal microscope to do simultaneous measurements of interfacial tension and surface dilatational rheology while visualizing the interfacial morphology. This provides the real-time construction of structure-property relationships of interfaces important in technology and physiology.

מיקרוטנסיומטר למיקרוסקופיה קונפוקלית הדמיה של ממשקים דינמיים

Adsorption of surface-active molecules to fluid-fluid interfaces is ubiquitous in nature. Characterizing these interfaces requires measuring surfactant ...

Perfusable Vascular Network with a Tissue Model in a Microfluidic Device

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the spheroid cultures, a perfusable vascular network in the spheroids remains a critical challenge for long-term culture required to maintain and develop their functions, such as protein expressions and morphogenesis. The protocol presents a novel method to integrate a perfusable vascular network within the spheroid in a microfluidic device. To induce a perfusable vascular network in the spheroid, angiogenic sprouts connected to microchannels were guided to the spheroid by utilizing angiogenic factors from human lung fibroblasts cultured in the spheroid. The angiogenic sprouts reached the spheroid, merged with the endothelial cells co-cultured in the spheroid, and formed a continuous vascular network. The vascular network could perfuse the interior of the spheroid without any leakage. The constructed vascular network may be further used as a route for supply of nutrients and removal of waste products, mimicking blood circulation in vivo. The method provides a new platform in spheroid culture toward better recapitulation of living tissues.

The protocol describes how to engineer a perfusable vascular network in a spheroid. The spheroid's surrounding microenvironment is devised to induce angiogenesis and connect the spheroid to the microchannels in a microfluidic device. The method allows the perfusion of the spheroid, which is a long-awaited technique in three-dimensional cultures.

רשת כלי הדם perfusable עם דגם רקמה במכשיר Microfluidic

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the ...

A Microphysiological System to Study Leukocyte-Endothelial Cell Interaction during Inflammation

Leukocyte-endothelial cell interactions play an important role in inflammatory diseases such as sepsis. During inflammation, excessive migration of activated leukocytes across the vascular endothelium into key organs can lead to organ failure. A physiologically relevant biomimetic microfluidic assay (bMFA) has been developed and validated using several experimental and computational techniques, which can reproduce the entire leukocyte rolling/adhesion/migration cascade to study leukocyte-endothelial cell interactions. Microvascular networks obtained from in vivo images in rodents were digitized using a Geographic Information System (GIS) approach and microfabricated with polydimethylsiloxane (PDMS) on a microscope slide. To study the effect of shear rate and vascular topology on leukocyte-endothelial cell interactions, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model was developed to generate a corresponding map of shear rates and velocities throughout the network. The bMFA enables the quantification of leukocyte-endothelial cells interactions, including rolling velocity, number of adhered leukocytes in response to different shear rates, number of migrated leukocytes, endothelial cell permeability, adhesion molecule expression and other important variables. Furthermore, by using human-related samples, such as human endothelial cells and leukocytes, bMFA provides a tool for rapid screening of potential therapeutics to increase their clinical translatability.

In this protocol, a biomimetic microfluid assay, which can reproduce a physiologically relevant microvascular environment and reproduce the entire leukocyte adhesion/migration cascade, is employed to study leukocyte-endothelial cell interactions in inflammatory disease.

מערכת מיקרופיזיולוגית לחקר אינטראקציה תאי לויקוציטים-אנדותל במהלך דלקת

Leukocyte-endothelial cell interactions play an important role in inflammatory diseases such as sepsis. During inflammation, excessive migration of ...