Σκεφτείτε Big ... Τότε Shrink

από τον καθηγητή Michelle Khine

Περίληψη:

Η πρόκληση της μικρο-και νανο-έγκειται στο δυσκολίες και δαπάνες που συνδέονται με σχηματομόρφωσης σε τόσο υψηλή ανάλυση. Αντί να στηρίζονται σε τεχνικές κατασκευής παράδοση - σε μεγάλο βαθμό κληρονόμησε από τον κλάδο των ημιαγωγών - για microfluidic εφαρμογές, έχουμε αναπτύξει μια ριζικά διαφορετική προσέγγιση. Εμείς μοτίβο σε μεγάλη κλίμακα, η οποία είναι εύκολη και ανέξοδη, και βασίζονται στην θερμότητα που προκαλείται χαλάρωση των προ-τόνισε φύλλα μνήμη σχήματος πολυμερές (πολυστυρένιο και πολυολεφίνη) για να επιτευχθεί το επιθυμητό μας δομές. Με αυτή την προσέγγιση, έχουμε αποδείξει ότι μπορούμε να δημιουργήσουμε πλήρως λειτουργική και ολοκληρωμένη microfluidic συσκευές με ενσωματωμένο νανοδομών μέσα σε λίγα λεπτά. Αυτές οι συσκευές μπορούν να δημιουργηθούν μόνο για τις πένες ανά chip και χωρίς καμία ειδική δαπανηρό εξοπλισμό. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να κάνουν έθιμο μικροσυστήματα τη ζήτηση για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών από τις βασικές βιολογικές μελέτες για την έρευνα των βλαστοκυττάρων στο σημείο της φροντίδας διαγνωστικών συσκευών για την ανίχνευση μολυσματικών ασθενειών. Σε αυτή την παρουσίαση, θα αναθεωρήσει την προσέγγισή εργαστήριο μου σε κάθε μία από αυτές τις περιοχές.

Εισαγωγή

Για microfluidic τεχνολογία για να αξιοποιήσουν τις δυνατότητές του να έχει σημαντικές επιπτώσεις σε τομείς όπως οι τεχνολογίες βλαστικών κυττάρων, η συστημική βιολογία, καθώς και το σημείο-of-care διάγνωσης τις επίμονες χάσμα μεταξύ της ακαδημαϊκής προτυποποίηση και τη βιομηχανία-πρότυπο συσκευές πρέπει να γεφυρωθεί. Ενώ τα περισσότερα ακαδημαϊκά πρωτότυπο εργαστήρια μέσω μαλακή λιθογραφία στο Πολυδιμεθυλοσιλοξάνιο (PDMS), η βιομηχανία είναι σε μεγάλο βαθμό με δυσανεξία στη materkal την εγγενή μειονεκτήματα του PDMS, που περιλαμβάνουν: οίδημα, μη επιλεκτική απορρόφηση, και η κακή μηχανικές ιδιότητες. Τη βιομηχανία βασίζεται σε πλαστικά, συμπεριλαμβανομένων πολυστερίνη (PS) και πολυολεφίνες (PO) ¹ . Για να δημιουργήσετε τέτοια ωραία χαρακτηριστικά σε πλαστικά, ωστόσο, απαιτεί συνήθως είτε ζεστό ανάγλυφη αποτύπωση ή με ένεση γείσο. Και οι δύο αυτές προσεγγίσεις απαιτούν σημαντικές επενδύσεις σε ακριβό εξοπλισμό κεφαλαίου και εκτεταμένη χρόνο επεξεργασίας που να αποκλείει σε μεγάλο βαθμό ακαδημαϊκή πρωτοτύπων ^{2 , 3} . Έχουμε εισαγάγει ένα μυθιστόρημα, ταχεία, και εξαιρετικά χαμηλού κόστους στρατηγική για την κατασκευή μικροσυστημάτων με ενσωματωμένο νανοδομών χρησιμοποιώντας συρρικνωθεί ταινία-Τεχνολογίας.

Εμείς μοτίβο σε μεγάλη κλίμακα, η οποία είναι εύκολη και ανέξοδη, και βασίζονται στην θερμότητα που προκαλείται χαλάρωση των προ-τόνισε φύλλα μνήμη σχήματος πολυμερές για να επιτευχθεί το επιθυμητό μας δομές ^4-6 . Προηγούμενα έργα μας με συρρικνωθεί ταινίες έχουν επικεντρωθεί στις εφαρμογές του παιχνιδιού πολυστυρένιο που ονομάζεται "Shrinky-Dinks" ⁷ . PS αποδείχθηκε ότι παρουσιάζει μείωση κατά 60% στην περιοχή μετά από συρρίκνωση και χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με έναν εκτυπωτή laser για την κατασκευή εκμαγείων για την κατασκευή του PDMS microfluidic συσκευές και τις πολύ μικρές κοιλότητες για κυτταροκαλλιέργεια ^{7 , 8} . Άμεση σχηματομόρφωσης των φύλλων μέσω της χάραξης ή εναπόθεσης φάνηκε να δημιουργήσει πλήρη microfluidic συσκευές, και επεκτάθηκε για να δημιουργήσει έναν λειτουργικό biochip ότι ολοκληρωμένο συγκρότημα microfluidic σχέδια και πρωτεΐνες σημεία.

Σχήμα 1. Εξαιρετικά γρήγορη, χαμηλού κόστους διαδικασία παρασκευής των νανο-ολοκληρωμένων μικροσυστημάτων. Ξεκινώντας με μια κενή θερμοπλαστικό φύλλο, μπορεί κανείς να δημιουργήσει διάφορα μικρο-και νανο δομών είτε από την εφαρμογή υλικών ή την αφαίρεση υλικών από το πλαστικό. Μετά την θέρμανση, η ράβδος φύλλο, προκαλεί πιο σκληρή υλικά (π.χ. μέταλλα, με πόρπη). Τα πλήρη 3D στοιβάζονται microfluidic τσιπ επιτευχθεί μέσα σε λίγα λεπτά καθώς και ισχυρή υποστρώματα για τις μελέτες κυττάρων.

Πρόσφατα, έχουμε αποδείξει ότι ένα πολυολεφινών συρρικνωθεί λεπτό φιλμ παρουσιάζει μείωση 95% στην περιοχή για την υψηλή-πτυχή πρότυπα για μαλακή λιθογραφία ⁹ . Με το συνδυασμό με χαμηλού κόστους ψηφιακή κόπτης σκάφος, ήμασταν σε θέση να επιτύχουν επίσης σχετικά ομοιόμορφη και συνεπής πλήρη microfluidic κανάλια με λείες επιφάνειες, κάθετη πλευρικά τοιχώματα, και την υψηλή κανάλια αναλογία με πλευρική ψηφίσματα πολύ πιο πέρα από το εργαλείο που χρησιμοποιείται για τη μείωση τους ¹⁰ . Η θερμική συγκόλληση των αποτελεσμάτων στρώματα μέσα σε ένα έντονα συνδεδεμένο chip, με διαρροή κανάλια απόδειξη, και ομοιογενή επιφάνεια και εγγενείς ιδιότητες. Συγκρότημα microfluidic σχέδια μπορεί εύκολα να σχεδιαστεί on the fly και αναλύσεις πρωτεΐνης επίσης εύκολα να ενσωματωθούν στη συσκευή.

Αναφορές

1. CK Fredrickson, Ζ. Xia, Γ. Das, R. Ferguson, η FT Tavares και ZH Fan, J Microelectromech S, 2006, 15, 1060-1068.
2. Π. Abgrall, LN Χαμηλή και NT Nguyen, Εργαστήριο Chip, 2007, 7, 520-522.
3. HB Liu και HQ Γκονγκ, J. Micromech. Microeng., 2009, 19, 037002.
4. Κ. Sollier, CA Mandon, KA Heyries, LJ Blum και CA Marquette, Εργαστήριο Chip, 2009, 9, 3489-3494.
5. Μ. Long, MA Sprague, AA Grimes, BD Πλούσια και Μ. Khine, Appl Phys Lett, 2009, 94, -.
6. CS Chen, DN Breslauer, JI Luna, A. Grimes, WC Chin, LP Leeb και Μ. Khine, Εργαστήριο Chip, 2008, 8, 622-624.
7. A. Grimes, DN Breslauer, Μ. Long, J. Pegan, LP Lee και M. Khine, Εργαστήριο Chip, 2008, 8, 170-172.
8. Δ. Nguyen, Σ. Sa, JD Pegan, Β. Rich, GX Xiang, KE McCloskey, ΕΕ Manilay και Μ. Khine, Εργαστήριο Chip, 2009, 9, 3338-3344.
9. Δ. Nguyen, Δ. Taylor, Κ. Qian, Ν. Norouzi, J. Rasmussen, Σ. Botzet, KH Lehmann, Κ. Halverson και Μ. Khine, Εργαστήριο Chip, 2010, 10, 1623-1626.
10. Δ. Taylor, Δ. Dyer, Β. Lew, Μ. Khine, Εργαστήριο Chip, 2010, DOI: 10.1039/c00473.

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org