이 작품 심천 기초 연구 (그랜트 제 자금에 의해 지원 되었다 JCYJ 20150630170146829, JCYJ20160531195439665 및 JCYJ20160317152359560)입니다. 저자는 교수부터 Y. 첸 심천 연구소의 고급 기술 지원에 대 한 과학의 중국 아카데미에 감사 하 고 싶습니다.

1. 금형 제작
<ol><li>두 포토 드로잉 소프트웨어를 사용 하 여 디자인 합니다. 아닌 구조의 개요를 설명 마스크 1과 2 같은 드로잉 파일에 대 한 두 개의 별도 레이어를 사용 하 여, 그래서 서로 다른 채널 간의 모든 연결을 확인 하십시오. 1 µ m 해상도와 공급 업체에 의해 유리 플레이트 크롬을 독립적으로 서로 다른 레이어를 인쇄 합니다. 네거티브 극성으로는 포토 어두운 투명 하 게 설계 된 구조 인지 확인 합니다. 참고: 마스크 1 분산된 단계 입구 채널 및 구멍을 포함 한다. 마스크 2 연속 단계 입구 채널, 필터와 콘센트 포함 되어 있습니다.</li>
	<li>지정 된 사진 평판 실험실에서 직경 3 인치 실리콘 웨이퍼를 청소. Spin coater에 웨이퍼를 배치, 스핀 척에 웨이퍼를 부착 하 여 진공에. 스핀-코트 수 8 2025 부정적인 감광 제 10 웨이퍼에의 2-3 mL 1000 rpm, 다음 30 s s 20 µ m의 첫 번째 레이어 두께 제공 하는 3000 rpm에서.</li>
	<li>6 분 동안 95 ° C 열판에 부드러운 빵. 코팅 된 웨이퍼 (RT) 실내 온도에 냉각, 후는 조명을 15 mW/cm2, 365 마스크 1 통해 노출 18 미 후 노출에 대 한 UV의 nm 6 분 동안 95 ° C 열판에 구워 다음 실시간에 냉각 웨이퍼를 허용</li>
	<li>스핀 코팅 과정을 반복 합니다. 2-3 mL 수 8 2100 부정적인 감광 제 10 웨이퍼에 적용 1000 rpm, 다음 30 s s 2000 rpm, 130 µ m의 두 번째 레이어 두께 제공. 35 분 동안 95 ° C 열판에 부드러운 빵, 후 위 마스크 2 30 노출 두 번째 레이어 감광 s, UV aligner에 의해 분산된 단계 채널 계층으로 정렬 되었다. 사후 노출, 7 분 동안 95 ° C 열판에 구워.</li>
	<li>기능, 웨이퍼에 명확 하 게 될 때까지 에틸 알코올로 씻어 프로필 렌 글리콜 메 틸 에테르 아세테이트의 50 mL의 촉발된 욕조에 immersing 하 여 웨이퍼를 개발 합니다. 마지막으로, 2 시간에 대 한 하드 베이킹에 서 모스 탯 플랫폼에 웨이퍼를 놓습니다.</li>
</ol>2. 세미-3D 흐름 초점 미세 칩 제조
<ol><li>믹스 PDMS 단위체와 상단 및 하단 레이어, 일반적으로 상위 계층에 대 한 10:1 및 8:1 아래 계층에 대 한 약간 다른 무게 비에 그것의 경화제 4 분에 대 한 자동 연 교 반기를 사용합니다. 참고: 위쪽 및 아래쪽 PDMS 석판 약간 다른 비율에 준비가 (10:1 및 8:1 각각) 경화제를 PDMS 기지의 접합 강도 향상. 5:1 비율을 아래 계층에 대 한 선택 하면 엄격한 하단 PDMS 슬 래 브 맞춤 어려운 고 유연성의 부족으로 인해 결합 강도 감소 시킨다. 또한, 하단 PDMS 슬 래 브의 두께 현미경의 작동 거리를 적응에 대 한 약 1 m m 이다. 15:1 비율을 선택 하면 칩은 쉽게 높은 압력에서 변형.</li>
	<li>90 mm 페 트리 접시에 완성 된 실리콘 몰드에 혼합물을 부 어 하 고 제공 하는 두께 2 ~ 3 mm. 진공 챔버에 배치 그리고 모든 공기 거품이 사라질 때까지 드. 80 ° C 오븐에서 1 h에서 치료.</li>
	<li>PDMS 장치 기능에서 적어도 3mm 잘라내어 천천히 껍질 실리콘 웨이퍼에서 PDMS 층을 메스 실시간 사용을 허용 합니다. 분산된 단계 입구, 연속 단계 입구 및 0.75 m m 직경 펀치를 사용 하 여 최고 PDMS 층에서 콘센트를 펀치.</li>
	<li>먼지 입자를 제거 하는 접착 테이프를 가진 PDMS를 청소. 플라즈마 청소기 300 W 플라즈마에 2 분 동안 동시에 위쪽 및 아래쪽 PDMS 레이어 취급. 상위 레이어 아래쪽 레이어 표면에 배치를 서피스 상대적으로 기능 스테레오 현미경을 통해 보기 정렬 됩니다.</li>
	<li>치료 강도 강화 하 고 결합을 완료 한 날에 대 한 120 ° C에서 오븐에 장치.</li>
</ol>3. 시 약 준비
<ol><li>연속 위상의 솔루션을 준비: 18 vol % 실리콘 기반 비 계면 활성 제를 용 해 하 여 Hexadecane.</li>
	<li>분산 단계의 솔루션 준비: 친수성 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 (PEGDA, MW 255) 사진-창시자, 및 rhodamine B (5 mg/mL의 농도에서 포함 된 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (98%, MW 224) 95%, MW 479.01) 형광 염료로 1 mmol/L의 농도에서.</li>
	<li>공 압 압력 컨트롤러의 1 mL 저수지를 연속 단계에 채워 넣어 라. 분산된 단계와 200 µ L 젤 로드 팁을 작성.</li>
</ol>4. 시스템 준비
<ol><li>고속 카메라 보기는 거꾸로 광학 현미경의 스테이지 준결승 3 차원 미세 장치를 놓습니다.</li>
	<li>짧은 스테인레스 스틸 튜브를 연결 하 여 연속 위상의 천공된 구멍에 플 루 오 르 에틸렌 프로필 렌 (FEP) 튜브를 연결 다음 분산 단계의 천공된 구멍에 젤 로드 팁의 끝을 삽입 합니다. FEP 튜브의 20 cm 길이 장치에서 콘센트에 삽입 하 고 15 mL 원심 분리기 튜브에서 끝을 배치. 참고: 시스템의 구성은 그림 1에 나와 있습니다.</li>
</ol>5. 방울 형성
<ol><li>거꾸로 현미경의 워크 벤치에 장치를 놓고 서로 다른 채널의 현미경의 광원의 위치에 대략 위치 하는지 확인 합니다. 2 단계 교차점을 포함 하는 영역이, 구멍 지역 및 다운스트림 채널에 거꾸로 한 현미경의 초점을 맞춥니다.</li>
	<li>공 압 압력 컨트롤러를 사용 하 여 분산 단계 15 mbar와 30 mbar 연속 단계에 대 한 교차 영역에 천천히 액체를 제공 하는 두 단계의 압력을 설정 합니다. 안정화와 안정적인 유체 흐름 거품 및 PDMS 잔류물 없이 운반까지 평형에 대 일 분을 기다립니다.</li>
	<li>제어 소프트웨어의 사용자 인터페이스에 매개 변수를 입력 합니다. 예를 들어 상수 시스템의 베이스 레벨 압력으로 분산 단계의 압력을 설정, 45 mbar에서 그것을 유지. 유제가 별 모드 jetting 팁 스트리밍 모드에서 변경 될 때까지 지속적인 단계의 압력을 증가 후 안정화를 위한 5 분 기다립니다.</li>
	<li>FEP 튜브 끝 방울 수집 하 원심 분리기 튜브에 연결 하는 콘센트 구멍을 배치 합니다.</li>
</ol>6. PEGDA 입자 수집 및 특성화
<ol><li>정착 물에 aslant 원심 분리기 튜브를 수정. 때 튜브를 액체 단계 흐름 UV 노출에 의해 급속 한 응고를 통해 PEGDA 입자를 얻을.</li>
	<li>수집 프로세스를 완료 하는 경우 샘플 하 고 각각 20 X 60 X 개체와 형광 현미경을 통해 PEGDA 입자를 관찰 합니다. 참고. 카메라에 의해 촬영 된 디지털 형광 이미지 맞춤 소프트웨어 루틴에 의해 분석 된다. 이미지는 첫 번째 deconvolution 밖으로의 초점 빛과 이미지에서 개체 캐니에 지 검출 방법;에 따라 추출 영역의 흐림 효과 제거 하는 R-L 알고리즘17 에 따라 마지막으로, 각 영역 개체의 직경 Hough 변환18를 사용 하 여 계산할 수 있습니다. 그 결과, 평균 및 표준 편차 각 이미지에 구체 개체의 직경의 추정 될 수 있습니다.</li>
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</ol>

저자는 공개 없다.

2D 및 3D 세미 미세 장치를 사용 하 여 흐름 초점 모드에서 작은 물방울의 생성 이전 보고서8,,915,19,20, 다양 한 개발 되었습니다. 21. 이러한 시스템에서 수성 액체 고형화 하지 수는으로 선정 되었다 이온된 수8,15,,2021, 같은 분산된 단계 나트륨의 용액 안정적인 팁 스트리밍 모드의 형성과 수산화19 고전압 전기 분야8,21의 지원이 필요 합니다. 또한, 이러한 흐름 초점 작은 물방울 대형 시스템이입니다 순수한 물, PEGDA12의 저 농도 용액 중 하나 PEGDA 분산된 단계로 희석 하지 않고 사용 하 중 보다 더 안정.
세미-3D 흐름 초점 미세 시스템에서 고전압 전기 분야 없이 undiluted PEGDA 솔루션 형태 안정 물방울이 별 과정에 어려움을 증가 하는 분산된 단계 액체도 사용 되었다. 우리는 발견 팁 스트리밍 모드 했다 안정 되어 있는 계면 활성 제;의 농도 증가 시켜 그리고, 계면 활성 제의 농도 증가 지역 표면 장력을 감소 하 고 물방울 크기 감소에 이어지는 더 cusped 팁을 형성 했다. 그 결과, 크기 제어 (1 µ m 직경에서 80 µ m) 방울만 제조 및 높은 재현성으로 용이성에 압력 비율을 조정 하 여 얻을 수 있습니다.
그러나, 우리의 세미-3D 흐름 초점 미세 시스템에 대 한 주요 제한이입니다. PDMS는 유연한 소재 흐름 초점 모드는 아닌의 변형으로 인해 높은 압력 하에서 불안정 해질 것 이다. 또한, 그 hexadecane PDMS22붓기가 발생할 것 이라고 보도 했다, 하지만 우리는 우리의 아닌 그러한 효과 의해 발생의 중요 한 변형을 관찰 하지 않았다. 80 µ m, 100 µ m 넓은 채널 분산된 단계에 대 한 선정 됐다, 그리고 약간의 변형 압력 증가 하는 때 관찰 되었다. 그래서, 우리 제안 구멍 지역에 흐름 속도 등 높은 압력에서 너무 높은 선도 피할 수 없는 변형, 하지만 hexadecane의 붓기 효과 때문. 전체 평면 장치 7 시간 동안 계속된 사용 후 약간 구 부 것 이다. 실용적인 데이터 그룹을 측정 하기 위해 약 4 시간 소요 되 고 장치는 현저 하 게 변형 하지. 또한, 그것은 가치가 탐험 불안정 한 흐름 초점 모드에서 t-교차점을 사용 하 여 치열이 별 과정 결과 여부입니다. Y-교차점, (를 포함 하 여 15 °, 45 °, 65 °) 두 단계 채널 사이의 각도와 흐름 초점 구조는 부드러운 흐름-초점 보다 안정적인 모드에 대 한 수 있도록 선정 됐다. 그러나, 아무 팁 스트리밍 모드 그 미세 장치에서 발생 하 고만 더 큰 작은 물방울에서 형성 토 출 모드. 그것은 또한 분산된 단계 흐름의 전체 너비는 약 30 µ m Y 접속점23을 사용 하 여 고압 비율에서 알려졌다. 마지막으로, 분산된 단계에 적용 하는 기본 수준 압력은 다소 낮은, 그리고 낮은 압력 생성 빈도가 감소, 특히 더 작은 작은 물방울에 대 한. 높은 생산 속도 우리의 미래의 작업에 뛰어난된 구조를 통해 취득 될 예정 이다.
더 작은 작은 물방울 더 높은 표면 볼륨 비율, 더 높은 반응 속도 효율으로 이어지는 발생 합니다. 생물학, 작은 물방울 항 체 검사 및 약물 발견에 의해 사용 됩니다 surficial 장식, 타겟 유전자 같은 생물 분자, 추가 셀, 및 자석 및 형광 추가 하 여 생산 기능 입자 캡슐화 소재입니다. 우리 세미-3D 흐름 초점 PDMS 장치 및 작은 물방울 생성의 제조에 관련 된 우리의 프로토콜 같은 분야에서 지속적이 고 깊은 연구에 기여할 것입니다 하 고 다양 한 생물 학적 응용에에서 사용 될 바랍니다.

미세 물방울 기반 시스템은 높은 마이크로미터 직경 범위1 나노미터에서 단 분산 방울을 생산 하 고 높은 처리량 약물 발견2, 생체3의 합성에에서 큰 잠재력을 보유 하는 능력 ,4및5를 테스트 하는 진단. 볼륨 비율 및 샘플의 약간 microliters 소비와 함께 대규모 응용 프로그램에 더 큰 표면 영역 같은 작은 물방울의 독특한 장점으로 인해 기술 분야의 광범위 한 범위에 광범위 한 관심을 모으고 있다. 유화 2 개의 혼합할 수 없는 액체의 작은 물방울을 생성 하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 필드에서 이전 보고서, 연구원은 다른 방울 형성 형상, t-교차점, 흐름 초점과 공동 흐르는 형상 등의 다양 한을 개발 했습니다. T-교차점 기하학에서 분산된 단계는 지속적인 단계6,7흐르는 메인 채널에 수직 채널을 통해 배달 됩니다. 일반적인 2 차원 (2D) 흐름 초점8,9 형상에, 분산된 단계 흐름 측면;에서 전단은 공동 흐르는 형상10,11, 다른 한편으로, 분산된 단계 흐름을 소개 하는 모 세관 배치 됩니다 공동 축방향 공동 흐르는 형상에 대 한 더 큰 모 세관 내부 분산된 단계 흐름에서 전단 모든 방향입니다.
작은 물방울 크기 채널 크기와 흐름 속도 비율을 조정 하 여 제어 되 고 공동 흐르는 또는 t-교차점에 의해 생산 하는 최소 크기는 수십 마이크로미터로 제한. 흐름 초점 작은 물방울 대형 시스템에 대 한 작은 물방울이 별의 세 가지 모드의 2 단계 압력 비율을 조정 하 여 양식 및 계면 활성 제 농도 떨어지는 등 정권, jetting 정권, 및 팁 스트리밍15. 팁 스트리밍 모드 스레드 형성, 그리고 얇은 스레드 분산된 단계 흐름 콘의 끝에서 밖으로 그리기 관찰 될 것 입의 모양이 라고도 합니다. 팁 스트리밍 비록 몇 마이크로미터 생성할 수 보다는 작은 방울을 증명 하는 이전 연구 프로세스 2D 또는 세미-3D 흐름 초점 장치8,12. 그러나, PEGDA의 매우 낮은 농도 포함 하는 용액 분산된 상으로 사용 되었다, PEGDA 입자의 수축 비율 했다 원래 방울 직경에서의 약 60%로 희석 하지 않고 PEGDA 동안 사진 합 후는 분산된 단계 불안정 팁 스트리밍 모드12이끌어 냈다. 계면 장력 에멀젼 과정의 중요 한 매개 변수 이며 그것은 지속적인 위상 액체, 작은 물방울 크기, 더 높은 세대 주파수13, 높은 곡선된 팁, 감소에 지도에 계면 활성 제의 추가 때문 줄어 고 14불안정성 방지합니다. 또한, 대량 계면 활성 제 농도 임계 micelle 농도 보다 훨씬 높은 경우 계면 장력은 약13 포화 상태 가변 그리고 팁 스트리밍 모드15를 발생할 수 있습니다.
이 논문에서는, 위의 관찰에 따라 우리 PEGDA 방울 생성 장치를 사용 하는 세미-3D 흐름 초점 미세, 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 방법으로 조작에 대 한 손쉬운 접근 개발. 다른 일반적인 2D 흐름 집중 장치, 세미-3D 흐름 집중 장치는 얕은 분산된 단계 채널 및 깊은 연속 위상 채널 있으므로 분산된 단계 수 수 전단에서 위쪽 및 아래쪽 옆에 옆에. 이 흐름 초점 모드에 대 한 에너지와 물방울이 별에 필요한 압력을 감소 시켜 더 큰 조정 범위를 제공 합니다. 다른 이전 보고서12, 분산된 단계는 순수한 PEGDAcontaining 사진-초기자, PEGDA 입자의 수축 비율 1016; 보다 낮은 그리고 지속적인 단계 높은 대량 실리콘 기반 비 계면 활성 제의 농도와 용 해 hexadecane의 혼합물 이다. 크기 제어 및 균일 한 방울 두 단계의 압력 비율을 조정 하 여 제작 했다. 물방울이 별 팁 스트리밍 모드 처리 모드에서 변경 내용을 처리 하는으로 방울의 직경 1 µ m 80 µ m에서 변경 됩니다. 또한, PEGDA 입자는 자외선 노출 사진 중 합 과정을 통해 합성 했다. 제조의 용이성과 물방울 생성 미세 시스템 생물학 응용 프로그램에 대 한 더 많은 가능성을 제공할 것입니다.

<table><tbody><tr><td>Silicon wafer</td><td>Huashi Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2025, 2100</td><td>Microchem Co.</td><td>Y111069</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 developer</td><td>Microchem Co.</td><td>Y020100</td><td></td></tr><tr><td>Chromium mask</td><td>Qingyi Precision Mask Making Co., Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>polydimethylsiloxane(PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA)</td><td>Sigma</td><td>26570-48-9</td><td></td></tr><tr><td>2-hydroxy-40-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td><td>TCI</td><td>H1361-5G</td><td>photoinitiator</td></tr><tr><td>Hexadecane</td><td>Sigma</td><td>544-76- 3</td><td></td></tr><tr><td>ABIL EM 90</td><td>CHT</td><td>144243-53-8</td><td>surfactants</td></tr><tr><td>Rhodamine B</td><td>Aladdin</td><td>81-88-9</td><td>fluorescent dye</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lithography machine</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Automatic ointment agitator</td><td>Thinky</td><td>ARV-310</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>BluePard</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Optical microscope</td><td>OLYMPUS</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>High-speed camera</td><td>Hamamatsu, Japan</td><td>ORCA-flash</td><td></td></tr><tr><td>MAESFLO Microfluidic Fluid Control System</td><td>FLUIGENT</td><td>MFCS-EZ</td><td></td></tr><tr><td>UV lamp</td><td>FUTANSI</td><td></td><td>365 nm UV light, 8000 MW/CM&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;</td></tr></tbody></table>

generation of size-controlled poly (ethylene glycol) diacrylate droplets via semi-3-dimensional flow focusing microfluidic devices

균일 하 고 크기를 제어할 수 있는 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 (PEGDA) 방울 초점 미세 장치에서 프로세스 흐름을 통해 생성 될 수 있습니다. 이 종이 물방울 형성에 대 한 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩을 제안합니다. 입니다 (PDMS) 칩 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 방법을 사용 하 여 날조 되었다. Hexadecane 계면 활성 제를 포함 하는 연속 위상으로 사용 되었다 고 자외선 (UV) 사진-초기자와 PEGDA는 분산 된 단계. 계면 활성 제 드롭 지역 표면 장력을 허용 하 고 작은 마이크로-물방울으로 승진 더 cusped 팁을 형성 했다. 분산 단계의 압력은 일정, 방울의 크기 분산된 단계 흐름은 그만 두어 전에 연속 단계 압력 증가 함께 작은 되었다. 그 결과, 1 µ m에서 80 µ m 직경에서에 크기 변형 된 방울 두 입구 채널에 압력 비율을 변경 하 여 선택적으로 달성 될 수 있었다 그리고 변이의 평균 계수 7% 이기 위하여 견적 되었다. 또한, 물방울 사진 중 합에 대 한 자외선 노출에 의해 마이크로 비즈로 돌 수 있었다. 같은 마이크로 구슬 표면에 생체 변화는 생물학과 화학의 분야에서 많은 잠재적인 응용 프로그램을 있다.

세미-3D 흐름 초점 미세 칩 멀티 레이어 소프트 리소 그래피 기술을 사용 하 여 위에서 설명한 대로 조작 했다. 제조 프로세스와 결과 그림 2에 표시 된 protocolare에 있는 마스터 형 이다. 65 µ m 넓은 채널 분산된 단계와는 50 µ m 넓은 개 구 부 (그림 2를) 도입을 제공 하는 첫 번째 계층은 두께에서 20 µ m. 또한 130 µ m 두께 레이어는 연속 단계 채널 및 출구 채널 (그림 2b)를 제공 하는 데 사용 됩니다. 그림 2 c 완성 된 몰드를 보여줍니다. 입구에서 필터는 입력에서 PDMS에 구멍 뚫은 구멍의 파편을 방지 하기 위해 설계 되었습니다. 이 구멍 (그림 2d)에 막힘을 극복 하기 위해 수행 됩니다.
마스터 금형, 조립 후 주조 과정과 결과 는 프로토콜에는 그림 3에 표시 됩니다. 위쪽 및 아래쪽 절반 조각 미러 구조 PDMS를 사용 하 여 준비가 되어 있습니다. PDMS의 상위 층으로 입구 및 출구 구멍을 드릴을 0.75 m m 펀치를 사용 하 여. 산소 플라즈마 처리 후 동시에, 상단 및 하단 PDMS 석판의 기능을 장치 성능 영향을 크게 주지 않는 적은 정렬 오류와 함께 정렬 됩니다. 모든 세미-3D 장치 길이 약 5 cm입니다. 우리는 10 cm 긴 칩 다운스트림 채널을 추가 했어요. 그러나, 큰 칩, 더 어려운 맞춤 증가 정렬 지역으로 처리. 또한, (예: 2.5 cm 긴 칩 사용) 짧은 칩 또한 어려운 정렬 프로세스 유연성의 부족 합니다.
세미-3D 흐름 초점 미세 장치 및 일반적인 방울 형성 과정은 그림 4에 설명. 분산된 단계 채널 및 연속 단계 채널의 깊이의 차이 때문에 분산된 단계 흐름 연속 단계 흐름에 의해 모든 방향에서 압박 될 예정 이다. 그 결과, 대칭 원뿔 액체 방울을 지속적으로 생산 하는 폼 팁. 방울의 크기는 분산 및 연속 단계 흐름의 압력 비율에 의해 변경 됩니다. 우리의 실험에 대 한 분산된 단계 (PD)의 압력 유지 일정 베이스 레벨 압력 및 연속 위상의 압력 (PC)는 수정 전단 힘에 영향을 미칠에서 물방울이 별 프로세스 변경 그림 5에서 같이 팁 스트리밍 모드, 처리 모드입니다. 작은 물방울 입자를 형성 하는 사진 중 합에 의해 경화는. UV 노출 polymerizes 작은 물방울에서 단위체. 그림 6 은 다른 압력 비율; 입자의 형광 이미지 그리고 이미지 분석 결과 물방울 크기는 그림 7에있는 압력 비율의 기능으로 그려집니다. 전기 회로 방법24, 와 비유에 의해 해당 유체 회로 다음 그림 7b에 표시 됩니다. 우리는 대략 세 부분 유압 저항 계산: 분산된 단계 채널은 1.26 1014펜 실바 니 아 • • s m-3 (R3); X 개 구 부 및 다운스트림 채널의 합이 1012Pa •의 • m-3 (R4 + R5); X 6.08 연속 위상 채널과 필터 있으며 2.19 1012Pa •의 • m-3 (R2) X 1012Pa •의 • m-3 (R1) X 1.10. 모든 유압 저항 및 흐름 속도 사이의 관계 표시 됩니다 다음과 같은:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57198/57198eq1.jpg">
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57198/57198eq2.jpg">
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57198/57198eq3.jpg">
PB 2 단계 아닌의 교차점의 압력 이다. 45 mbar에서 분산된 단계 (PD)의 압력을 유지 압력 비율 해당 흐름 속도 비율 변환 됩니다.
QC = 0.8859PC -1.62891
QD = 2.1302-0.0217PC 
작은 물방울 크기 그림 7 c에에서 흐름 속도 비율의 기능으로 플롯 됩니다. 그림을 나타냅니다 증가 압력 비율 (PC / PD) spindlier 팁 및 감소 드롭릿으로 전단 되 고 분산 단계 흐름에 리드. PEGDA 입자 크기 범위 80 µ m와 7% 편차 (CV)의 평균 계수 1 µ m에서 다릅니다. 현미경의 보기에서 12 또는 너무 작은 물방울만 했다 그래서 작은 물방울은 60 X 개체와 형광 현미경을 통해 관찰 되었다. 또한, 더 작은 작은 물방울 반경에서 20 또는 30 픽셀 약 했다. 작은 방울의 분산의 계수 특성 힘 들었다 그리고 그 작은 방울의 CVs 나타나지 했다 그래서 작은 자료 부정확 한 계산 이어질 것 이다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig1.jpg"> 그림 1 : 실험 시스템의 구성 <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig2.jpg"> 그림 2: 멀티 레이어 소프트 리소 그래피에 대 한 교 형. (a) 마스크 1 20 µ m 기능의 형성에 대 한 사용. 마스터 분산된 단계 채널 및 구멍을 포함 한다. (b) 마스크 2 130 µ m 기능의 형성에 대 한 사용. 마스터 연속 단계 채널 및 출구 채널을 포함합니다. (c) 단일 마스터입니다. (d) CAD 드로잉 및 막힘을 방지 하기 위해 입구에 위치한 필터의 SEM <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig3.jpg"> 그림 3: 주조 및 본딩 PDMS 미세 칩에 대 한 처리. (a) 세미-3D PDMS 장치 어셈블리의 회로도. (b) PDMS 구조 SEM.(c) 모놀리식 미세 장치 아래의 슬 래 브. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig4.jpg"> 그림 4: 작동 세미-3D 흐름 초점 미세 시스템의 원리를 설명. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig5.jpg"> 그림 5 : 다양 한 작은 물방울이 별 프로세스는 설명 형광 mages. 토 출 모드 (-d) (e-f) 팁 스트리밍 모드 PC 는 연속 위상의 압력 그리고 PD 는 분산 단계의 압력. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig6.jpg"> 그림 6 . 다른 압력 비율에서 PEGDA 입자. 형광 이미지 다른 크기에서 입자와 입자 (a-b) 광학 현미경 및 (c-d) confocal 레이저 스캐닝 현미경 검사 법. PC 는 연속 위상의 압력 그리고 PD 는 분산 단계의 압력. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57198/57198fig7.jpg"> 그림 7 . 작은 물방울 크기입니다. (a) 압력 비율에 근거 하 여 해당 크기. 검은 사각형 물방울 크기 분포 나타내고 첨자 숫자는 변이의 해당 계수. 작은 방울은 그 작은 작은 물방울의 CV 표시 되지 했다 그래서 작은 방울의 분산의 계수를 특성화 어렵습니다. (b) 유체 회로의 그림. (c) 작은 물방울 크기와 흐름 속도 비율 사이 관계. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57198/57198fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

여기, 선물이 제조 프로세스와 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩 물방울 형성에 대 한 확인 실험을 설명 하는 프로토콜.

크기 제어 폴 리 (에틸렌 글리콜) 빛 방울 장치를 통해 세미 3 차원 흐름 초점 미세의 세대

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

generation-size-controlled-poly-ethylene-glycol-diacrylate-droplets

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

7.7K 조회수.  Tsinghua University. 여기, 선물이 제조 프로세스와 semi-three-dimensional (세미-3D) 흐름 초점 미세 칩 물방울 형성에 대 한 확인 실험을 설명 하는 프로토콜.

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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.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

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

연구

생체공학

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.

단 분산 미세 방울의 크기가 제어 형성을위한 모세관 기반 원심 미세 유체 장치

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

공학

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper presents a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device capable of generating water/oil/water double emulsions using a coaxial flow focusing geometry that can be fabricated entirely using soft lithography. Similar to emulsion devices using glass capillaries, double emulsions can be formed in channels with uniform wettability and with dimensions much smaller than the channel sizes. Three dimensional flow focusing geometry is achieved by casting a pair of PDMS slabs using two layer soft lithography, then mating the slabs together in a clamshell configuration. Complementary locking features molded into the PDMS slabs enable the accurate registration of features on each of the slab surfaces. Device testing demonstrates formation of double emulsions from 14 &#181;m to 50 &#181;m in diameter while using large channels that are robust against fouling and clogging.

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

Microfluidic double emulsions generation typically involves devices with patterned wettability or custom-fabricated glass components. Here we describe the fabrication and testing of an all polydimethylsiloxane (PDMS) double emulsion generator that does not require surface treatment or complicated fabrication processes, and is capable of producing double emulsions down to 14 &#181;m.

폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 공동 축류 초점 장치를 사용하여 이중 에멀젼 생성

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

A Femtoliter Droplet Array for Massively Parallel Protein Synthesis from Single DNA Molecules

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and chemical research. To meet the demand for high-performance microreactors, we developed a femtoliter droplet array (FemDA) device and exemplified its application in massively parallel cell-free protein synthesis (CFPS) reactions. Over one million uniform droplets were readily generated within a finger-sized area using a two-step oil-sealing protocol. Every droplet was anchored in a femtoliter microchamber composed of a hydrophilic bottom and a hydrophobic sidewall. The hybrid hydrophilic-in-hydrophobic structure and the dedicated sealing oils and surfactants are crucial for stably retaining the femtoliter aqueous solution in the femtoliter space without evaporation loss. The femtoliter configuration and the simple structure of the FemDA device allowed minimal reagent consumption. The uniform dimension of the droplet reactors made large-scale quantitative and time-course measurements convincing and reliable. The FemDA technology correlated the protein yield of the CFPS reaction with the number of DNA molecules in each droplet. We streamlined the procedures about the microfabrication of the device, the formation of the femtoliter droplets, and the acquisition and analysis of the microscopic image data. The detailed protocol with the optimized low running cost makes the FemDA technology accessible to everyone who has standard cleanroom facilities and a conventional fluorescence microscope in their own place.

The overall goal of the protocol is to prepare over one million ordered, uniform, stable, and biocompatible femtoliter droplets on a 1 cm2 planar substrate that can be used for cell-free protein synthesis.

단일 DNA 분자에서 대규모 병렬 단백질 합성을 위한 펨토리터 물방울 배열

Advances in spatial resolution and detection sensitivity of scientific instrumentation make it possible to apply small reactors for biological and ...

화학

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), their ultimate clinical use has been hampered by the lack of biologically-relevant degradation observed for most smart materials. This is particularly true for temperature-responsive hydrogels, which are almost uniformly based on polymers that are functionally non-degradable (e.g., poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) or poly(oligoethylene glycol methacrylate) (POEGMA)). As such, to effectively translate the potential of thermoresponsive hydrogels to the challenges of remote-controlled or metabolism-regulated drug delivery, cell scaffolds with tunable cell-material interactions, theranostic materials with the potential for both imaging and drug delivery, and other such applications, a method is required to render the hydrogels (if not fully degradable) at least capable of renal clearance following the required lifetime of the material. To that end, this protocol describes the preparation of hydrolytically-degradable hydrazone-crosslinked hydrogels on multiple length scales based on the reaction between hydrazide and aldehyde-functionalized PNIPAM or POEGMA oligomers with molecular weights below the renal filtration limit. Specifically, methods to fabricate degradable thermoresponsive bulk hydrogels (using a double barrel syringe technique), hydrogel particles (on both the microscale through the use of a microfluidics platform facilitating simultaneous mixing and emulsification of the precursor polymers and the nanoscale through the use of a thermally-driven self-assembly and cross-linking method), and hydrogel nanofibers (using a reactive electrospinning strategy) are described. In each case, hydrogels with temperature-responsive properties similar to those achieved via conventional free radical cross-linking processes can be achieved, but the hydrazone cross-linked network can be degraded over time to re-form the oligomeric precursor polymers and enable clearance. As such, we anticipate these methods (which may be generically applied to any synthetic water-soluble polymer, not just smart materials) will enable easier translation of synthetic smart materials to clinical applications.

Protocols are described for the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels based on hydrazone cross-linking of polymeric oligomers on the bulk scale, microscale, and nanoscale, the latter for preparation of both gel nanoparticles and nanofibers.

자기 조립, 분해 Thermoresponsive Hydrogels 반응 압출, 마이크로, 통해 여러 길이 가늠 자에를 조작 하 고 전기

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

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.

혈관 유래 미세 유체 네트워크의 이미지 유도, 레이저 기반의 제조

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

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. The first device is built for the generation of simple drops driven by gravity. The second device is designed to generate emulsion drops in a coflowing scheme. The third device is an extension of the coflowing device with the addition of a third liquid that acts as an electric ground, allowing the formation of electrified drops that subsequently discharge. In this setup, two of the three liquids have an appreciable electrical conductivity. The third liquid mediates between these two and is a dielectric. A&#160;voltage difference applied between the two conducting liquids creates an electric field that couples with hydrodynamic stresses of the coflowing liquids, affecting the jet and drop formation process. The addition of the electric field provides a path to generate smaller drops than in simple coflow devices and for generating particles and fibers with a wide range of sizes.

Here, a protocol to manufacture glass-based microfluidic devices used for generating highly monodisperse emulsions with controlled drop size is presented.

방울과 에멀젼을 생성하는 유리 기반 장치

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

판막 다층 미세 유체 장치에 대한 여러 단계의 변수 높이 포토 리소그래피

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier 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.

고처리량 미세 유체 장치를 사용하여 동적 환경 조건의 생성

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

조합 플러그 생산을 위한 미세유체 장치 설정

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.

저자 스포트라이트: Integrating Computational and Experimental Approaches in Precision Oncology

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.

조합 플러그 생산을 위한 이중층 미세유체 장치

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