制作微流控培养板的两种方法

微流控芯片

即使是简单的微流控装置，通常也需要复杂而昂贵的泵送和阀门系统来精确计量和控制流体流量。这通常需要大量且耗时的设置，有时会使这些芯片不便且难以想象。它也可能代表着与相当简单的将液体从一个小体积移到另一个体积的直接过程的重大偏离，使得非微流控专家不太可能采用。然而，培养板微流体的开发为研究流体交换和剪切流动提供了一种高通量、简化的方法，同时最大限度地减少了设置和对多个流体连接的需要。在聚苯乙烯(PS)板和聚二甲基硅氧烷(PDMS)流体之间建立界面是制造这些混合设备的最大障碍。Khine等人利用压力创造了紧密的界面，而Conant等人使用胶水粘合表面，但这两个人都没有详细说明他们的技术，实际上工艺上的微小变化都不会导至设备故障。这里详细介绍了两种在培养板和微流体之间始终如一地建立有效界面的技术。从而产生通过附连到培养板底部的PDMS设备中的定制微通道互连的各个井。然后将试剂添加到井中，并通过下层通道网络通过静液压力或压力控制系统驱动到出口井中。


利用这一平台，可以将流量引入传统的培养板研究，从而更接近地模拟各种生理条件。此外，这些定制设备与培养板微流控系统的兼容性提供了精确和动态控制实验条件的机会，包括温度、压力和气体环境。多培养板的使用还允许将多个设备并行地结合到同一板上，从而在不增加控制系统复杂性的情况下增加产量5。此外，培养板平台的熟悉性和无处不在为实验室内的技术专业人员提供了一个熟悉的平台，并自动与已可用于常规培养板的显微镜工作台附件主机兼容。

培养板微流控制造已经被证明是在微流体和培养板之间的压力密封以及将两者粘合在一起。这项工作建立在这些想法的基础上，通过详细说明使用液体粘合剂或化学活化和粘合进行粘合。在此，我们提出了两种方法，一种是使用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(ATPES)来修饰PS培养板的表面以与经等离子体处理的PDMS结合，另一种是使用未固化的PDMS作为PS和PDMS表面之间的粘合剂。虽然APTES改性在不添加额外材料的情况下提供了更强的结合，但未固化的PDMS结合过程需要较少的压力，避免了纳米级特征的任何扭曲。该过程的概述如图1所示：

图1-上面使用APTES工艺，下面使用PDMS胶的制造流程示意图。

所需材料

材料：
PDMS设备复制品，其入口和出口设计为与培养板对齐
48培养板；平底，非组织培养处理
异丙醇(IPA)
大到足以覆盖流道的盖板或滑板。
X-Acto刀
透明胶带


APES键合：
APTES
去离子水
硬质橡胶烘干机
可密封塑料容器


仅PDMS键合：
锥形针头塑料注射器
未固化的PDMS(10：1 w/w弹性体基与固化剂)


设备：
钻床
等离子清洗机

烘胶台
烘箱

步骤：

培养板准备(用于两种粘接方法)：

1. 通过在每口井的中心钻一个对应于PDMS复制品上的入口或出口的孔来准备培养板(图2)。

2. 使用X-Acto刀清洁钻孔的边缘，使培养板的底面光滑，并清除可能因钻井而形成的唇部。


APTES键合步骤：
培养板APTES改性
1.用IPA清洁培养板的底面，并在高设置下暴露在氧气等离子体中2分钟，底面朝上(图3a)。
2.在通风柜中，准备100毫升1%v/v APTES的水溶液，并将溶液倒入一个浅的可再密封的容器中。
3.将等离子体处理过的培养板放入APTES容器中，使板的底面完全淹没。密封容器并浸泡30分钟(图3b)。
4.从APTES浴缸中取出盘子，用水冲洗顶部和底部。用压缩空气干燥培养板，并将其放在50°C的热板上，以确保彻底干燥。


装配


1.使用透明胶带清洁PDMS复制品的顶部(与通道相对)，并在高处等离子体清洁1分钟。
2.使PDMS复制品的槽侧朝上，将复制品的入口/出口与APTES修改的培养板的孔对齐，并将各层压在一起。在表面上滚动刹车器以消除任何气泡，并确保均匀、均匀的粘合。在75°C下烘焙20分钟(图3c)。
3.将带有粘合装置的培养板从烤箱中取出，并使用透明胶带从暴露在通道中的PDMS中清除碎屑。用IPA清洗玻璃盖板，并将盖板和培养板置于高压氧气等离子体中1分钟。将盖片粘合到PDMS复制品上，从而将通道封闭并在75°C下烘烤20分钟。


未加工的PDMS处理：
1.用透明胶带清除PDMS复制品底部(暴露在通道外)的灰尘，并用IPA清洁玻璃盖板。在高设置下将两者暴露在氧气等离子体中1分钟，并将它们粘合在一起，封闭通道。在75°C下烘焙1小时(图4a)。
2.用IPA清洗已准备好的培养板的底面。使用锥形针头注射器，将未固化的PDMS小液滴放在将粘合PDMS装置的培养板的底部表面上(图4b)。
3.使用透明胶带，清除盖板粘合的PDMS复制品顶部(与通道相对)的任何灰尘。将设备的入口/出口与培养板的孔对齐，然后将设备轻轻按在培养板上(图4c)。取出可能已泄漏到设备的井或入口/出口中的任何未固化的PDMS。在75°C下烘烤1小时。

结论

我们提出了两种将PDMS微流控装置连接到聚苯乙烯培养板上的方法，为利用定制的培养板微流体提供了机会。使用这些设备的分析可以与培养板微流控装置一起运行，或使用简单的移液方法，只需将所需的试剂或介质添加到进气孔中(图9)。虽然制造过程比典型的PDMS工艺更复杂，但培养板微流体通过使用单个歧管控制器或使用井高产生压力的静压流动，消除了对复杂油管连接的需要。

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