作者は感謝してノースカロライナ州立大学によって提供される財政援助を認めます。Milad Abolhasani とロバート ・ w ・ エップス UNC 研究機会イニシアチブ (UNC ROI) グラントからの財政支援より感謝します。

1. 炉の組み立て
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig1.jpg"> 図 1.サンプル プラットフォーム アセンブリ プロセスの順を追って図。パネル (i) 翻訳の段階と光ポスト ホルダー取付パン広い、(ii) ステージをマウント前駆体管の取り付けの初期配置の詳細サンプル プラットフォーム アセンブリ プロセスの順を追って図を示していますと、フロー セル光の記事、(iii) に透明性流動経路、同時に最初のサンプリング ユニットを配置しながら前駆体チューブの確保 (iv) を明らかにする下にあるカスタムの十字分岐するマイクロ チューブの添付ファイル (v)各モジュール、(vi) 原子炉の配管経路拡張ユニット (vii) 構造と光の記事をサポートする最終サンプリング ユニットの確保を通じて実行炉チューブ追加サンプリング単位の後続の接続。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
注: 可能な構成の幅の配列のため、マイクロ流体システムの正確な組立工程が異なる場合があります。ただし、一般的な方法は、すべての手配のため同じです。詳細の下と図 1には、14回サンプリング ポート後単一の内線ユニットと 2 前駆体、マルチ フェーズ フロー形式のプラットフォーム アセンブリ プロセスです。
<ol><li>翻訳段階を保護し、光のブレッド ボードにホルダーを投稿します。記事にジャンクション取付水位・流量セルを接続し、プラットフォームにそれらを固定します。</li>
	<li>原子炉の配管とカスタム十字分岐するラインを送り、発生段階でのチャネルを介してチューブをフィードの前駆体を配線します。各チューブ セグメントがそれぞれ注射器ポンプまたはコレクションのバイアルを達する可能性があります快適な長さにカットされてを確認します。</li>
	<li>ジャンクション ステージに最初のサンプリング ポート ユニットを接続、管状のすべてのコンポーネントおよび場所の最初のサンプリング単位を保護する上げられた実装段階に前駆体線カバーを固定します。</li>
	<li>目的のコンポーネントを通じて原子炉チューブを実行してセグメントを組立構造の残りの部分に接続する追加モジュール炉ユニットを追加します。必要な長さと配置が得られるまでは、接合部から単位を構築します。 注: 炉チューブは、各ユニットにしっかりと収まるように。(ストレッチ、圧着など) チューブの変形は、光信号の強度を大きく影響します。</li>
	<li>最後のサンプリング セグメントのコンセントにサポート構造を固定、ブレッド ボードに接続されている光の記事をサポートします。</li>
	<li>流システムのフィード ラインをコンピューター制御注射器ポンプに接続し、窒素ガス加圧 (〜 12 psig) コレクション バイアルに原子炉出口をフィードします。</li>
	<li>3 ファイバー光パッチ ・ コードを 3 フロー セル ポートに接続し、両端をそれぞれ分光器、LED、および (DH) の重水素・ ハロゲン光源添付します。ケーブルが全長翻訳段階のフロー ・ セルとの接続に不要な緊張せずにスムーズに移動して (図 2に示すように)、プラットフォーム アセンブリを完了することができることを確認します。</li>
</ol>2. 前駆
注: 反応スクリーニング システムは、様々 なコロイド状半導体ナノ結晶の合成に適用します。ただし、プラットフォーム開発と検証、CsPbBr3ペロブスカイトの合成、魏らから適応を目的として6の流れ解析に合わせては、ケーススタディの反応として使用されました。前駆体の準備プロセスは下記の通り。
<ol><li>テトラオクチルアンモニウムブロミド 109 mg、オレイン酸 1 mL と密閉された 20 mL バイアル トルエンの 14 mL を組み合わせることにより 0.013 M 臭化物前駆体の 15 mL を準備します。</li>
	<li>明確な解決策が得られるまで、混合物を室温で活発にかき混ぜます。</li>
	<li>まず 0.0021 M セシウム鉛前駆体の 48 mL を準備中隔とセシウム水酸化 0.6 モル、鉛 (ii) の酸化物の 0.6 モル、密閉された 8 mL バイアル中のオレイン酸の 3 mL を組み合わせること。<ol>
<li>換気用注射針との隔壁に穴を開けると熱油浴中で 160 ° C でソリューションと積極的に明確なソリューション フォーム (約 15 分) までかき混ぜます。</li>
		<li>バイアルと針をオーブンに移動し 1 h は、120 ° C で加熱すること、ガス抜きの針を削除し、ソリューション オープンエアの室温に冷却をします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>シール 50 mL バイアル トルエンの 47.5 mL に 0.5 mL 高濃度セシウム鉛混合物を追加し、積極的にかき混ぜます。</li>
	<li>臭化物前駆体を読み込むと、それぞれ注射器にセシウム鉛前駆体を希釈し、(手順 3 を参照してください) 希望条件で 2 つの前駆物質を一緒に流れることによって自動解析処理を開始します。 注:代表結果の下で詳細な実験、臭化セシウム リードと 1:1 の純液体にガス搬送波位相の 6.4: 1 の射出体積比は総流量の変動で使用しました。</li>
</ol>3. インターフェイスの操作
注: データ コレクション全体から実施されます自動反応プラットフォームを通じてユーザーが一連の流れテストする条件を指定します。この初期入力期間中にユーザー インターフェイスを操作するための一般的な手順は次のとおりです。
<ol><li>(図 3に示すように) ユーザー インターフェイスのフロント パネルを表示する自動操作ソフトウェアを開きます。</li>
	<li>分光器設定パネルに移動し、すべての入力の入力を開始します。<ol>
<li>データ ファイルのルートのボックスにフォルダーを保存する目的のデータのファイル パスを貼り付けます。</li>
		<li>分光器ビザ、分光計の USB 接続アドレスを選択します。分光器 USB アドレスが不明の場合デスクトップのデバイス マネージャーページ経由して位置を識別します。</li>
		<li>積分時間、サンプルあたり平均スペクトルの数、および吸収(Abs)および蛍光 (インフルエンザ) の1 つの条件を保存するスペクトルの数を選択します。ステップの詳細な合成の場合 2、12 ms の吸収のための積分時間を設定して、蛍光性のため 4 ms 以上 10 スペクトルの平均します。</li>
		<li>単相流れを特徴づける、多ボタンをオフのまま、次のステップに移りましょう。混相流の特性、多ボタンを選択し、約 2 完全な液振動がサンプリング ポイントを渡すことができますので、最小試料の長さを設定します。そのサンプリング ウィンドウ内にサンプル数を割り当てます。 注: 多相内サンプリング時間分解能の流れによって制限されます分光器設定と高い解像度を探している場合は、調整を必要ことがあります。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ポンプの構成パネルに移動し、すべての入力の入力を開始します。<ol>
<li>注射器 1 COM、注射器 2 COMとデュアル ポンプ COMの下のすべてのポンプに USB 通信アドレスを割り当てます。アドレスの識別プロセスのステップ 3.2.2 を参照してください。</li>
		<li>シリンジ内径、ポンプ インターフェイス上または使用中すべて注射器のシリンジ マニュアル内で発見可能性がありますを設定します。構成はすべて注射器を実装しない場合、余分な注射器直径既定値のままにします。</li>
		<li>吸収参照スペクトルを収集して場合、許容空白ソリューションを特定、添付のシリンジに読み込むし、それぞれの適度な流量 (約 300 μ L/分) にそれぞれ注射器をセットRef 流量ボックス。</li>
	</ol>
</li>
	<li>システム構成」パネルに移動し、すべての入力の入力を開始します。<ol>
<li>ステージの場所は最適化されており、ステージ位置の下で適切に表示された場合、は、使用前の位置ボタンを選択し、次のステップに移動します。ステージの場所が最適化されていない場合ステージ位置ウィンドウ サイズを割り当てるし、.csv ベクトルと [ファイル パス] ボックスを使用して (位置範囲) おおよそステージ位置をリンクします。0.5 mm でステージ増加] ボックスと 8 で起動パスボックスをまま。</li>
		<li>原子炉のセグメントを接合部のセンターから最終サンプリング ポートのボリュームを計算し、システム ボリューム] ボックスにその値を入力します。10 で最小平衡時間を残して s。</li>
	</ol>
</li>
	<li>すべての入力とインターフェイスの左上の [実行] ボタンを選択の精度を再確認してください。 注: ソフトウェアがその操作を開始したら、前面パネルの入力は変更されません可能性があります。</li>
	<li>参照スペクトル保存ウィンドウで彼らがしない場合はい参照スペクトルが保存される場合、またはいいえを選択します。</li>
	<li>状態流量の設定ウィンドウですべての未使用の注射器入力を空白のまま最大 30 の目的フロー率構成をテストするためを選択します。</li>
	<li>[Ok]を選択し、すべての希望条件はサンプリングされて; までを実行するシステム独自にシステムをシャット ダウンします。システムは、何らかの理由で停止する必要がある場合を早期に停止ボタンを選択しをシャット ダウン プロセスを許可します。 注意: 使用を中止ボタン左上のインターフェイスの許さないポンプや光源、可能性のある機器の損傷および/または紫外線の照射によって重大な健康リスクをシャット ダウンするシステム。</li>
</ol>4. Pathlength 修正
<ol><li>各ポートの pathlength 補正相関を得るためには、まず炉チューブが一様に塗りつぶされるまで原子炉セグメントにトルエンで分散ペロブスカイトの安定した溶液を注入しています。</li>
	<li>実行フローの完全なパスは 4 のこの統一ソリューションの自動サンプリング プロセス細胞 (操作手順の手順 3. を参照)。</li>
	<li>蛍光と吸収スペクトルのベースライン補正を適用し、ポートの場所によってパスの全体的な平均します。455 波長強度に関してすべてのカーブを正規化 nm と 485 nm 吸収と蛍光のそれぞれ (図 4を参照)。</li>
	<li>すべての後続のスペクトルの曲線に比例して各ポートで計算された正規化係数を使用します。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Tan, Z. -. K., Moghaddam, R. S., 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=Bright+light-emitting+diodes+based+on+organometal+halide+perovskite.">Bright light-emitting diodes based on organometal halide perovskite.</a> Nature Nanotechnology. 9 (9), 687-692 (2014).</li><li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells.">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li><li>Huang, H., Bodnarchuk, M. I., Kershaw, S. V., Kovalenko, M. V., Rogach, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lead+halide+perovskite+nanocrystals+in+the+research+spotlight:+stability+and+defect+tolerance.">Lead halide perovskite nanocrystals in the research spotlight: stability and defect tolerance.</a> ACS Energy Letters. 2 (9), 2071-2083 (2017).</li><li>Gr&#228;tzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+light+and+shade+of+perovskite+solar+cells.">The light and shade of perovskite solar cells.</a> Nature Materials. 13, 838 (2014).</li><li>Schmidt, L. C., Perteg&#225;s, A., 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=Nontemplate+synthesis+of+CH3NH3PbBr3+perovskite+nanoparticles.">Nontemplate synthesis of CH3NH3PbBr3 perovskite nanoparticles.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (3), 850-853 (2014).</li><li>Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+and+gram-scale+synthesis+of+CsPbX3+(X+=+Cl,+Br,+I)+perovskite+nanocrystals+with+50-85%+photoluminescence+quantum+yields.">Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields.</a> Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).</li><li>Vybornyi, O., Yakunin, S. V., Kovalenko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polar-solvent-free+colloidal+synthesis+of+highly+luminescent+alkylammonium+lead+halide+perovskite+nanocrystals.">Polar-solvent-free colloidal synthesis of highly luminescent alkylammonium lead halide perovskite nanocrystals.</a> Nanoscale. 8 (12), 6278-6283 (2016).</li><li>Sun, S., Yuan, D., Xu, Y., Wang, A., Deng, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ligand-mediated+synthesis+of+shape-controlled+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+via+reprecipitation+process+at+room+temperature.">Ligand-mediated synthesis of shape-controlled cesium lead halide perovskite nanocrystals via reprecipitation process at room temperature.</a> ACS Nano. 10 (3), 3648-3657 (2016).</li><li>Jellicoe, T. C., Richter, J. 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=Synthesis+and+optical+properties+of+lead-free+cesium+tin+halide+perovskite+nanocrystals.">Synthesis and optical properties of lead-free cesium tin halide perovskite nanocrystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (9), 2941-2944 (2016).</li><li>Tong, Y., Bladt, E., 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=Highly+luminescent+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+with+tunable+composition+and+thickness+by+ultrasonication.">Highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals with tunable composition and thickness by ultrasonication.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (44), 13887-13892 (2016).</li><li>Zhang, D., Eaton, S. W., Yu, Y., Dou, L., Yang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution-phase+synthesis+of+cesium+lead+halide+perovskite+nanowires.">Solution-phase synthesis of cesium lead halide perovskite nanowires.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9230-9233 (2015).</li><li>Lignos, I., Stavrakis, S., Nedelcu, G., Protesescu, L., deMello, A. J., Kovalenko, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+cesium+lead+halide+perovskite+nanocrystals+in+a+droplet-based+microfluidic+platform:+fast+parametric+space+mapping.">Synthesis of cesium lead halide perovskite nanocrystals in a droplet-based microfluidic platform: fast parametric space mapping.</a> Nano Letters. 16 (3), 1869-1877 (2016).</li><li>Wei, S., Yang, Y., Kang, X., Wang, L., Huang, L., Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+and+gram-scale+synthesis+of+CsPbX3+(X+=+Cl,+Br,+I)+perovskite+nanocrystals+with+50-85%+photoluminescence+quantum+yields.">Room-temperature and gram-scale synthesis of CsPbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite nanocrystals with 50-85% photoluminescence quantum yields.</a> Chemical Communications. 52 (45), 7265-7268 (2016).</li><li>Protesescu, L., Yakunin, S., 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=Nanocrystals+of+cesium+lead+halide+perovskites+(CsPbX+3+,+X+=+Cl,+Br,+and+I):+novel+optoelectronic+materials+showing+bright+emission+with+wide+color+gamut.">Nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX 3 , X = Cl, Br, and I): novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut.</a> Nano Letters. 15 (6), 3692-3696 (2015).</li><li>Epps, R. W., Felton, K. C., Coley, C. W., Abolhasani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+microfluidic+platform+for+systematic+studies+of+colloidal+perovskite+nanocrystals:+towards+continuous+nano-manufacturing.">Automated microfluidic platform for systematic studies of colloidal perovskite nanocrystals: towards continuous nano-manufacturing.</a> Lab Chip. 23 (17), 4040-4047 (2017).</li><li>Lignos, I., Protesescu, L., 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=Facile+droplet-based+microfluidic+synthesis+of+monodisperse+IV-VI+semiconductor+nanocrystals+with+coupled+in-line+NIR+fluorescence+detection.">Facile droplet-based microfluidic synthesis of monodisperse IV-VI semiconductor nanocrystals with coupled in-line NIR fluorescence detection.</a> Chemistry of Materials. 26 (9), 2975-2982 (2014).</li><li>Park, J., Saffari, A., Kumar, S., G&#252;nther, A., Kumacheva, E. <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+polymer+and+inorganic+particulate+materials.">Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials.</a> Annual Review of Materials Research. 40 (1), 415-443 (2010).</li><li>Phillips, T. W., Lignos, I. G., Maceiczyk, R. M., deMello, A. J., deMello, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystal+synthesis+in+microfluidic+reactors:+where+next.">Nanocrystal synthesis in microfluidic reactors: where next.</a> Lab on a Chip. 14 (17), 3172-3180 (2014).</li><li>Lignos, I., Stavrakis, S., Kilaj, A., deMello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond-timescale+monitoring+of+PBS+nanoparticle+nucleation+and+growth+using+droplet-based+microfluidics.">Millisecond-timescale monitoring of PBS nanoparticle nucleation and growth using droplet-based microfluidics.</a> Small. 11 (32), 4009-4017 (2015).</li><li>Abolhasani, M., Coley, C. W., Xie, L., Chen, O., Bawendi, M. G., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oscillatory+microprocessor+for+growth+and+in+situ.+characterization+of+semiconductor+nanocrystals.">Oscillatory microprocessor for growth and in situ. characterization of semiconductor nanocrystals.</a> Chemistry of Materials. 27 (17), 6131-6138 (2015).</li><li>Chen, D. L., Gerdts, C. J., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+microfluidics+to+observe+the+effect+of+mixing+on+nucleation+of+protein+crystals.">Using microfluidics to observe the effect of mixing on nucleation of protein crystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (27), 9672-9673 (2005).</li></ol>

ノースカロライナ州立大学は議論マイクロ流体プラットフォーム (#62/558,155) 仮特許を提出しました。

自動サンプリング システム:スクリーニング プラットフォームの自律的動作は中央制御有限状態マシンで実行されます。これらの状態間の移動は、さまざまなサンプリング条件で動作を可能に複数の再帰的なセグメントで順番に発生します。一般的なシステム コントロールは、コアの 3 段階に分けることができます。最初に、システムは各 USB 制御コンポーネントを介して通信を確立、自動的に経路を保存ファイルを定義します、初期のユーザー入力を求める初期化ステップから始まります。プログラムすべての必要なデータが収集されたまですべて入力した反応条件のサンプリング プロセスを通じて実行されます。最後に、終了処理が開始位置にスクリプトの処理を終了する前にすべてのハードウェアを返します。このソフトウェアの一般的な動きは、図 6の詳細です。
ポートの検出:メインのオートメーション フレームワークは効果的かつ効率的な反応特性を有効にするいくつかの重要な機能があります。最初に、図 7は、翻訳段階のサンプリング ポート位置が定義されている「初期化」セグメントの一部を示しています。ポート検出機能は最初 8 の完全なパスの原子炉に沿って流れ細胞の動きをまねることによって原子炉のセグメントを安定させます。推定位置の周り 1 mm 窓間で蛍光強度をサンプリング、最大強度の位置の選択によって最適なポートの位置を検出します。この場所はポートごとに保存され、その後サンプリング手順中にステージ位置として使用します。
光源の切り替え:3 ポートのフロー ・ セル内サンプリング効率的な吸光度、蛍光スペクトルは自動化された光源システムを切り替えることで行われます。サンプリング ポートに達したら、オフは DH ランプと LED の両方のサンプル場所間の移動としてはほとんど 400 さんで 10 15 ms 統合時に両方の吸光度と 4 ms 統合時に蛍光スペクトルを収集ことがあります。必要なサンプリング ポートに達したら、DH ランプは、トリガー、およびサンプル コレクションに続いて、分光器の吸光度サンプリング条件を設定します。DH ランプ LED がオンにしながら、オフに切り替えたし。蛍光条件のサンプリング プロセスを繰り返し、両方のライトがオフにし。
スラグの検出:混相流における効率的なサンプル コレクション移動スラグの速度に依存しているサンプリング技術の組み合わせが必要です。約 11 mm/s で発生する検出アルゴリズムが単純な平均よりも効果的になるしきい値スラグの上昇速度が見つかりました。低速度システムの場合、2 液ナメクジ (約 1 cm) の長さにわたって、そのサンプリング単一スペクトルが一定間隔で行われます。このサンプリング プロセスを通じて得られたスペクトル、スラッグのバルク流体センター 10 の最適スペクトルは 400 時間以上特定波長の 5 ポイントのローカル分散を用いた分離蛍光と 380 nm nm 吸光度 -で示すように、図 8。ただしより高い流速システム内で単一移動スラグの使用できるサンプリング ウィンドウは分光器の実効サンプル レートを上回っています。これらのインスタンスで一緒に均等な間隔にわたって収集 10 スペクトルの平均は十分なことが判明しました。
システムの仕様:87 cm 拡張ユニットを複数のアプリケーションからは、サンプリング ポート 3 196 cm をさまざまな炉チューブ長さで置かれるかもしれない。さまざまな流量と流細胞運動の組み合わせにより、100 ms - 1 日あたり 30,000 スペクトルとして高いサンプリング レートで 17 分に鳴らせるレジデンスでの in situ分光特性です。さらに、特に低化学物質消費量、サンプリングと 20 μ L (シャット ダウンするスタートアップ) からの全体的なスペクトル/時のみ 2 μ L/スペクトルを必要とする各吸収や蛍光のスペクトルが得られました。この高いサンプリング レートと効率は翻訳フロー セルを単一の平衡システムで最大 40 ユニークなスペクトルのコレクションに起因することができます。原子炉安定化、ポートの配置、および pathlength 補正プロセスを適用した後、プラットフォームはフローセル (図 9) の完全なパスは 30 以上の正確であること示されました。トルエンの参照の各光源の信号強度の評価、蛍光と吸収の両方の信号のすべての 30 のパス間での 1% 以内で各ポートの特定波長の数のエラーが残っていることが分かった。原子炉計測システムでこの安定性には、前駆体の同じバッチからのより一貫性のあるデータ収集の結果、最小の手動干渉で実施される、広範な材料探索、スクリーニング、および最適化の研究が有効になります。
サンプリング スペースを拡張:流体の速度とレジデンスの時間との関係は頻繁に既存の合成研究をスクリーニングで混同されるされています。定置のフローセルを実装の特性、たとえば、変数滞留時間純流体速度を調整することによって取得されます。しかし、ナノ結晶成長の速度論的可変性の前述の評価で詳細、反応特性のこの方法は可能性が高いコロイド半導体高速核生成と合成の広い範囲の研究が不足していると成長の速度論。ポータブル サンプリング システムを適用することで流体の速度から滞留時間をデカップリング以前探索されていない方法でサンプリング領域を展開します。したがって、検出と大幅に強化された精度と合成条件制御コロイドのナノ材料の次の世代の探索的研究開発モジュール技術が可能。 にします。

特に量子ドット半導体ナノ結晶の出現は、電子材料の研究と生産の飛躍的な発展を牽引してきた。たとえば、量子ドット Led1は市販「QLED」ですでに実装されているが表示されます。最近では、半導体のこのクラスの中では、ペロブスカイトは実質的な関心、太陽光発電技術の高効率化と低コストに向けた研究に始まっています。2009 年にペロブスカイト型 PV の最初のデモンストレーション以来2ペロブスカイト型太陽電池の実験室規模の電力変換効率は、任意の太陽光発電技術の歴史の中で比類のない速度で増加しています。3,4ペロブスカイト型 Pv の運転の関心では、に加えてさまざまなペロブスカイト型ナノ結晶の安易なコロイド合成を記述する最近の方法を作成したペロブスカイト型量子ドットでの低コスト ソリューション フェーズの処理のための機会民生。5,6,7,8,9,10,11,12,13,14
ペロブスカイト型コロイド量子ドットの大型ナノマニュファクチャリングに向かって努力で、ナノ結晶成長経路の基礎的理解と反応条件の効果的な制御最初開発されなければなりません。しかし、これらのプロセスの既存の研究は伝統的にフラスコ ベースのアプローチに頼ってきました。バッチ合成戦略提示様々 な材料解析・生産面での固有の制限が最も大きく、フラスコ ベースのテクニックは上映時間と前駆体の消費効率が高いと実証フラスコ サイズ依存物質移動特性は、合成一貫性を阻害します。15大規模な様々 な報告された合成手順と関連のある幅広いサンプル スペース内でコロイド状半導体ナノ結晶の成長経路を効果的に勉強するには、より効率的なスクリーニングが必要です。過去 20 年間、マイクロ流体戦略の範囲がコロイドナノ結晶化学消費の大幅に低減、高スループット スクリーニング メソッドへのアクセスの可能性を活用研究開発されてきました、連続合成システムにおけるプロセス コントロールの実装。12,16,17,18,19,20
この作業では、設計およびコロイド状半導体ナノ結晶の高スループットの in situ研究自動マイクロ流体プラットフォームの開発を報告します。フローセル、非常にモジュールの設計および既製の管状炉と流体接続の統合翻訳小説が発見、スクリーニング、および最適化で直接アプリケーションをユニークで適応可能な再構成可能プラットフォームを形成します。コロイドナノ結晶。サンプリングを同時に改善しながら混合および化学反応の時間スケールの系統的分離を示す初めての (すなわち、3 ポートのフロー ・ セル)、私たちの検出技術の橋渡し機能を生かして、伝統的な定常流れセル方法より効率性とコレクションの料金です。このプラットフォームの活用により、連続ナノマニュファクチャリング戦略に向かってコロイド微粒子合成の高スループットなバンド ギャップ工学。

<table><tbody><tr><td>Toluene</td><td>Fisher Scientific</td><td>AC364410010</td><td>99.85% extra over molecular sieves</td></tr><tr><td>Oleic acid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>364525&amp;nbsp;ALDRICH</td><td>technical grade 90%</td></tr><tr><td>Cesium hydroxide (50 wt% in water)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>232041 ALDRICH</td><td>50 wt% in water &gt; 99.9% trace metals</td></tr><tr><td>Lead(II) oxide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>211907 SIGMA-ALDRICH</td><td>&gt; 99.9% trace metals basis</td></tr><tr><td>Tetraoctylammonium bromide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>294136 ALDRICH</td><td>98%</td></tr><tr><td>1/16&quot; OD, 0.04&quot; ID FEP tubing</td><td>MicroSolv</td><td>48410-40</td><td></td></tr><tr><td>1/16&quot; OD, 0.02&quot; ID ETFE tubing</td><td>MicroSolv</td><td>48510-20</td><td></td></tr><tr><td>0.02&quot; thru hole PEEK Tee</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>P-712</td><td></td></tr><tr><td>1/4-28 ETFE flangeless ferrule for 1/16&quot;</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>P-200N</td><td></td></tr><tr><td>1/4-28 PEEK flangeless nut for 1/16&quot;</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>P-230</td><td></td></tr><tr><td>4-way PEEK L-valve</td><td>IDEX Health &amp;amp; Science</td><td>V-100L</td><td></td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-3007</td><td></td></tr><tr><td>8 mL stainless steel syringe</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-2267</td><td></td></tr><tr><td>25 mL glass syringe</td><td>Scientific Glass Engineering</td><td>25MDF-LL-GT</td><td></td></tr><tr><td>Optical breadboard</td><td>ThorLabs</td><td>MB1224</td><td></td></tr><tr><td>300 mm translation stage</td><td>ThorLabs</td><td>LTS300</td><td></td></tr><tr><td>Optical post</td><td>ThorLabs</td><td>TR2-4</td><td>TR2, TR3, or TR4</td></tr><tr><td>Optical post holder</td><td>ThorLabs</td><td>PH4-6</td><td>PH4 or PH6</td></tr><tr><td>365 nm LED</td><td>ThorLabs</td><td>M365LP1</td><td></td></tr><tr><td>LED driver</td><td>ThorLabs</td><td>LEDD1B</td><td></td></tr><tr><td>600 micron patch cord</td><td>Ocean Optics</td><td>QP600-1-SR</td><td></td></tr><tr><td>Deuterium-halogen light source</td><td>Ocean Optics</td><td>DH-2000-BAL</td><td></td></tr><tr><td>Miniature spectrometer</td><td>Ocean Optics</td><td>FLAME-S-XR1-ES</td><td></td></tr><tr><td>Multifuction I/O device (DAQ)</td><td>National Instruments</td><td>USB-6001</td><td></td></tr><tr><td>Virtual Instrument Software</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW 2015 SP1</td><td></td></tr></tbody></table>

a modular microfluidic technology for systematic studies of colloidal semiconductor nanocrystals

コロイド状半導体ナノ結晶、量子ドット (Qd)、として知られているが光などの商業電子材料の急速に成長しているクラス発光ダイオード (Led) 太陽光発電 (Pv)。この材料のグループの間で大幅に改善、その高い電荷キャリア移動度と寿命のため高効率・低コストの太陽電池作製に向けた潜在的な無機・有機ペロブスカイトが実証しています。ペロブスカイト型量子ドット太陽光発電と LED の大規模なアプリケーションのための機会、にもかかわらず彼らの成長経路の基本的かつ包括的な理解の欠如は、連続ナノマニュファクチャリング戦略内での適応を阻害しています。伝統的なフラスコ ベースのスクリーニングのアプローチは、一般的に高価な労働集約的で、効果的にコロイド量子ドット反応に関連する広いパラメーター領域と合成品種の特性評価に不正確です。この作品は、完全自律型マイクロ流体デバイスを開発して、連続フロー形式でナノ結晶のコロイドの合成に関連する大きなパラメーター空間を体系的に勉強します。3 ポートのフロー ・ セルやモジュール炉拡張子単位翻訳小説のアプリケーションでは、システム可能性があります急速に収集蛍光及び吸収スペクトル炉の長さ 3 196 cm の範囲にわたって。調節可能な原子炉の長さだけでなく分離速度依存性物質移動から滞留時間、サンプリング レートや単一の内の 40 のユニークなスペクトルの解析による化学消費も大幅に向上し、平衡のシステム。サンプル レートは、1 日あたり最大 30,000 のユニークなスペクトルを達する可能性があります、条件カバー 100 ms-17 分に鳴らせるレジデンスの 4 桁。このシステムのそれ以上の適用は、率と材料の探索とスクリーニングに関する研究では将来的に精密に大幅に向上させるでしょう。このレポート内の詳細は、システム材料および自動サンプリング ソフトウェアとオフライン データ処理の一般的な説明とアセンブリ プロトコル。

サンプル スペクトル:議論マイクロ流体プラットフォームを活用し、合成温度でコロイド状半導体ナノ結晶の核生成と成長段階学ぶことができる直接の吸収及び蛍光スペクトルの時間発展を監視することによって、均一混合条件の下で形成されたナノ結晶。図 5Aは、3 ポートのフロー ・ セルの単一パス内で得られるスペクトルの例のセットを示しています。発光波長分布だけでは高品質 led の製造、実験的検証の有効質量近似モデル内での吸収と発光のバンド ギャップ エネルギーをフィッティングのアプリケーションに向けた貴重な洞察力を提供しながら合成中のナノ粒子径分布の連続監視が可能になります。14スペクトルの同等のセットは、さまざまな流量とデータ コレクション 17 分 100 ms にまたがる回住居間で許容されている原子炉の距離で得られました。
可変速度論的ナノ結晶: 混相流の液体のセグメント内に形成される軸対称循環パターン速度依存性物質移動制御が可能します。21滞留時間に速度依存性混合タイム スケールの調査は、(図 5B参照) ペロブスカイト型量子ドットのナノ結晶の成長経路の速度論的特性を有するチューナブルを示した。当社開発のモジュール式プラットフォームにより、最初に形成されたナノ結晶の最終的な光学特性に及ぼす初期段階混合時間の系統的研究できます。すべてのパラメーターの定数、25 として素晴らしいピーク発光波長の違いを維持しながら反応性スラグの上昇速度のバリエーションを相当レジデンス時に観測されました。コロイド システムのそれ以上の評価は、発光波長の観測の違いが、可変速度論的安定したナノ結晶の結果時間長く居住地で維持されたことを示します。15
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig2.jpg"> 図 2.自動反応スクリーニング ・ プラットフォームが完成。この図は完全に組み立てられた自動反応スクリーニング ・ 14th 15thの間に単一リアクター拡張ユニットとプラットフォーム サンプリング ポートを示しています。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig3.jpg"> 図 3.自動化されたプラットフォーム操作のユーザー インターフェイスです。このパネル コントロールおよびシリンジ流量、分光測定条件などのパラメーターのチューニングと広範なコロイド状半導体の特性評価のための位置をサンプリング可能ユーザー インターフェイスを示しています。ナノ結晶合成。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig4.jpg"> 図 4.パスレングス コレクションのプロセス。このパネルは、 Aを使用してポートによってパスレングス コレクションのプロセスを示しています。吸収スペクトルは、 Bで 20 以上のサンプリング ポートを収集しました。スペクトル正規化 455 吸光度に関してトルエンとCで分散したコロイド CsPbBr3ペロブスカイトの解の nm。それぞれのフォトルミネッ センス (PL) スペクトルD。485 nm 信号強度に正規化します。エップスらから適応15王立化学協会の許可を得ています。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig5.jpg"> 図 5。サンプル スペクトルと運動の可変性のデモンストレーション。これらのパネルは、 Aを示します。吸収 (A) および (I) 蛍光スペクトルは、約 0.2 cm/s とBのメタルスラッグの平均速度で移動多相、反応性 CsPbBr3ペロブスカイト型システムにおいてフロー ・ セルの単一パス内で収集。0.6 から 130 mm まで 11 の異なる平均ナメクジ速度のピーク蛍光波長 (λP) 滞留時間の関数としてプロット/レジデンスで示されているサンプルの蛍光スペクトルと s 回しナメクジの 200 の速度 s と 1.0 mm/s (top)、0.9 0.9 と 75 mm/s (中央)、s s と 130 mm/s (下)。エップスらから適応15王立化学協会の許可を得ています。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig6.jpg"> 図 6.全体的なソフトウェア制御のデータ収集プロセスのためのプロセス フロー チャート。これにより、プラットフォームの最終的なシャット ダウン、再帰的なサンプリング進行プロセス ハードウェアの初期化が含まれます。エップスらから適応15王立化学協会の許可を得ています。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig7.jpg"> 図 7.ポートの場所の割り当て方法のオートメーション ソフトウェア プロセス フロー チャート。アルゴリズムは最初 LED 信号の分光計読書を通じて最適なポート検出続くフロー ・ セルのパスの安定化の指定した数を実行します。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig8.jpg"> 図 8.サンプルのマルチ フェーズ スペクトル分離します。これらのパネルは、 aサンプル段階スペクトル分離を表示します。500 nm、 Bで蛍光します。380 で吸光度トルエンに分散したペロブスカイトの解決を時間をかけて nm。緑の領域は、理想的なサンプリング時間の範囲を示します。パネルC。吸収スペクトル (フルオレセイン溶液) スラグの上昇速度に関連多相サンプリング方法の比較を示します。「Det」は、プラグ検出アルゴリズムが適用された"Avg"示しますサンプルが時間の均等な間隔で撮影され一緒に平均ことを示します。プラグ検出法がより高い速度システムの単純な平均として低速移動生産ナメクジ等価スペクトルに適用されることに注意してください。エップスらから適応15王立化学協会の許可を得ています。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57666/57666fig9.jpg"> 図 9.ステージ間で計測の安定性の実証を渡します。これはAを使用してステージのパス間で測定の安定性のデモンストレーションです。500 nm、 B吸収信号強度。380 で蛍光強度 nm トルエン参照のポートの場所によって正規化し、フロー ・ セルの完全なパスは 30 以上の平均します。誤差範囲は 95% 信頼区間を示し平均読書の ± 1% を超える値がずれてないです。エップスらから適応15王立化学協会の許可を得ています。<a href="/files/ftp_upload/57666/57666fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

ここに詳細なモジュラー マイクロ スクリーニング用コロイド状半導体ナノ結晶の合成の系統的な評価の操作およびアセンブリのプロトコルです。により、完全に調整可能なシステム、高効率スペクトル コレクションは間サンプリングの大量転送制御空間内の 4 桁の反応時間スケール実施される可能性があります。

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラー マイクロ流体技術

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

a-modular-microfluidic-technology-for-systematic-studies-colloidal

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K ビュー.  North Carolina State University. ここに詳細なモジュラー マイクロ スクリーニング用コロイド状半導体ナノ結晶の合成の系統的な評価の操作およびアセンブリのプロトコルです。により、完全に調整可能なシステム、高効率スペクトル コレクションは間サンプリングの大量転送制御空間内の 4 桁の反応時間スケール実施される可能性があります。

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed assembly1-3, drug delivery4, improved hydrocarbon recovery5-7, and flowable electrodes for energy storage8. Suspensions containing fluorescent colloids and non-adsorbing polymers are appealing model systems, as the ratio of the polymer radius of gyration to the particle radius&#160;and concentration of polymer control the range and strength of the interparticle attraction, respectively. By tuning the polymer properties and the volume fraction of the colloids, colloid fluids, fluids of clusters, gels, crystals, and glasses can be obtained9.&#160;Confocal microscopy, a variant of fluorescence microscopy, allows an optically transparent and fluorescent sample to be imaged with high spatial and temporal resolution in three dimensions. In this technique, a small pinhole or slit blocks the emitted fluorescent light from regions of the sample that are outside the focal volume of the microscope optical system. As a result, only a thin section of the sample in the focal plane is imaged. This technique is particularly well suited to probe the structure and dynamics in dense colloidal suspensions at the single-particle scale: the particles are large enough to be resolved using visible light and diffuse slowly enough to be captured at typical scan speeds of commercial confocal systems10. Improvements in scan speeds and analysis algorithms have also enabled quantitative confocal imaging of flowing suspensions11-16,37.&#160;In this paper, we demonstrate confocal microscopy experiments to probe the confined phase behavior and flow properties of colloid-polymer mixtures. We first prepare colloid-polymer mixtures that are density- and refractive-index matched. Next, we report a standard protocol for imaging quiescent dense colloid-polymer mixtures under varying confinement in thin wedge-shaped cells. Finally, we demonstrate a protocol for imaging colloid-polymer mixtures during microchannel flow.

Confocal microscopy is used to image quiescent and flowing colloid-polymer mixtures, which are studied as model systems for attractive suspensions. Image analysis algorithms are used to calculate structural and dynamic metrics for the colloidal particles that measure changes due to geometric confinement.

監禁静止と流れるコロイド·ポリマー混合物の共焦点イメージング

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

化学

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

生物工学

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

エラストマーのマイクロバルブの配列で制御マイクロ流体チップ

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

生物学

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

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the prevailing building material to make microfluidic devices due to its ease of molding and bonding as well as its transparency. Due to the softness of the PDMS material, however, it is challenging to use PDMS for building nanochannels. The channels tend to collapse easily during plasma bonding. In this paper, we present an evaporation-driven self-assembly method of silica colloidal nanoparticles to create nanofluidic junctions with sub-50 nm pores between two microchannels. The pore size as well as the surface charge of the nanofluidic junction is tunable simply by changing the colloidal silica bead size and surface functionalization outside of the assembled microfluidic device in a vial before the self-assembly process. Using the self-assembly of nanoparticles with a bead size of 300 nm, 500 nm, and 900 nm, it was possible to fabricate a porous membrane with a pore size of ~45 nm, ~75 nm and ~135 nm, respectively. Under electrical potential, this nanoporous membrane initiated ion concentration polarization (ICP) acting as a cation-selective membrane to concentrate DNA by ~1,700 times within 15 min. This non-lithographic nanofabrication process opens up a new opportunity to build a tunable nanofluidic junction for the study of nanoscale transport processes of ions and molecules inside a PDMS microfluidic chip.

We propose a simple self-assembly technique of silica colloidal nanoparticles to create a nanofluidic junction between two microchannels in polydimethylsiloxane (PDMS). Using this technique, a nanoporous bead membrane with a pore size down to ~45 nm was built inside a microchannel and applied to electrokinetic preconcentration of DNA samples.

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

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

工学

Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the first, synthesis of ultra-small copper nanoclusters is described. The second example provides their utility for investigating time resolved kinetics of chemical reactions by analyzing gold nanoparticle formation using in situ X-ray absorption spectroscopy. The final example demonstrates continuous flow catalysis of reactions inside millifluidic channel coated with nanostructured catalyst.

Millifluidic devices are utilized for controlled synthesis of nanomaterials, time-resolved analysis of reaction mechanisms and continuous flow catalysis.

化学合成時間分解機構の研究のためのMillifluidics

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the ...

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The devices are patterned from epoxy glue using soft lithography and are suitable for in situ X-ray diffraction experiments at room temperature. The sample wells are lidded on both sides with polymeric polyimide foil windows that allow diffraction data collection with low X-ray background. This fabrication method is undemanding and inexpensive. After the sourcing of a SU-8 master wafer, all fabrication can be completed outside of a cleanroom in a typical research lab environment. The chip design and fabrication protocol utilize capillary valving to microfluidically split an aqueous reaction into defined nanoliter sized droplets. This loading mechanism avoids the sample loss from channel dead-volume and can easily be performed manually without using pumps or other equipment for fluid actuation. We describe how isolated nanoliter sized drops of protein solution can be monitored in situ by dynamic light scattering to control protein crystal nucleation and growth. After suitable crystals are grown, complete X-ray diffraction datasets can be collected using goniometer based in situ fixed target serial X-ray crystallography at room temperature. The protocol provides custom scripts to process diffraction datasets using a suite of software tools to solve and refine the protein crystal structure. This approach avoids the artefacts possibly induced during cryo-preservation or manual crystal handling in conventional crystallography experiments. We present and compare three protein structures that were solved using small crystals with dimensions of approximately 10-20 &#181;m grown in chip. By crystallizing and diffracting in situ, handling and hence mechanical disturbances of fragile crystals is minimized. The protocol details how to fabricate a custom X-ray transparent microfluidic chip suitable for in situ serial crystallography. As almost every crystal can be used for diffraction data collection, these microfluidic chips are a very efficient crystal delivery method.

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

This protocol describes in detail how to fabricate and operate microfluidic devices for X-ray diffraction data collection at room temperature. Additionally, it describes how to monitor protein crystallization by dynamic light scattering and how to process and analyze obtained diffraction data.

シリアル結晶の結晶 x 線回折その場その場での動的光散乱のためのマイクロ流体チップ

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The ...

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

多孔質媒体中の微生物トランスポート研究のためのシンプルなマイクロ流体システム：マイクロワールドでのウィンドウ

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and organs are either highly expensive, like robotics, or lack nanoliter volume and millisecond time accuracy in liquid manipulation. We herein present the design and fabrication of a microfluidic system, which consists of 1,500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. To demonstrate the capacities of the microfluidic device, neural stem cell (NSC) spheres are maintained in the proposed system. We observed that when the NSC sphere is exposed to CXCL in day 1 and EGF in day 2, the round-shaped conformation is well maintained. Variation in the input order of 6 drugs causes morphological changes to the NSC sphere and the expression level representative marker for NSC stemness (i.e., Hes5 and Dcx). These results indicate that dynamic and complex environmental conditions have great effects on NSC differentiation and self-renewal, and the proposed microfluidic device is a suitable platform for high throughput studies on the complex life machinery.

We present a microfluidic system for high throughput studies on complex life machinery, which consists of 1500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. The microfluidic chip allows for the analysis of the highly complex and dynamic micro-environmental conditions in vivo.

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and ...

コンビナトリアルプラグ製造のためのマイクロ流体デバイスの構築

Bilayer Microfluidic Device for Combinatorial Plug Production

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such systems have been used to encapsulate a variety of biochemical reactions - from incubation of single cells to implementation of PCR reactions, from genomics to chemical synthesis. Coupling the microfluidic channels with regulatory valves allows control over their opening and closing, thereby enabling the rapid production of large-scale combinatorial libraries consisting of a population of droplets with unique compositions. In this paper, protocols for the fabrication and operation of a pressure-driven, PDMS-based bilayer microfluidic device that can be utilized to generate combinatorial libraries of water-in-oil emulsions called plugs are presented. By incorporating software programs and microfluidic hardware, the flow of desired fluids in the device can be controlled and manipulated to generate combinatorial plug libraries and to control the composition and quantity of constituent plug populations. These protocols will expedite the process of generating combinatorial screens, particularly to study drug response in cells from cancer patient biopsies.

著者スポットライト:Precision Oncologyにおける計算アプローチと実験的アプローチの統合

The fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS)-based bilayer device for the production of combinatorial libraries in water-in-oil emulsions (plugs) is presented here. The necessary hardware and software required to automate plug production are detailed in the protocol, and the production of a quantitative library of fluorescent plugs is also demonstrated.

コンビナトリアルプラグ製造のための二層マイクロ流体デバイス

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such ...

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラーマイクロ流体技術

要約

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監禁静止と流れるコロイド·ポリマー混合物の共焦点イメージング

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

エラストマーのマイクロバルブの配列で制御マイクロ流体チップ

コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクションを作成します

化学合成時間分解機構の研究のためのMillifluidics

シリアル結晶の結晶 x 線回折その場その場での動的光散乱のためのマイクロ流体チップ

多孔質媒体中の微生物トランスポート研究のためのシンプルなマイクロ流体システム：マイクロワールドでのウィンドウ

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

コンビナトリアルプラグ製造のための二層マイクロ流体デバイス

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラー マイクロ流体技術

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コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクショ​​ンを作成します

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コロイド粒子の自己組織化プロセスを介して、PDMSマイクロ流体チップ内のサブ50 Nmのナノ流体ジャンクションを作成します