ייצור מהודי מיקרו-בועות במצב גלריית לחישה באיכות גבוהה

כאן, אנו מדגימים פרוטוקול חזק וסטנדרטי לייצור מהודי מיקרו-בועות (MBR) של גורם איכותי (Q-factor) מצב גלריית לחישה (WGM) עם מכונת עיבוד זכוכית מדויקת (PGP).

אנו מדגימים שיטה חזקה וסטנדרטית לייצור מהודי מיקרו-בועות (MBR) באיכות גבוהה (Q-factor) מצב גלריית לחישה (WGM) עם מכונת עיבוד זכוכית מדויקת (PGP). מהודי מיקרו-בועות הם סוג ייחודי של התקני WGM עם ערוצים זורמים משולבים, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור יישומי חישה מגוונים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול סטנדרטי לייצור מהודי מיקרו-בועות Q גבוהים באמצעות אופטימיזציה של מדדי ביצועים מרכזיים, כגון גורם Q ועובי דופן. אנו מראים גם שיטות לשיפור הרגישות של הפלטפורמה לשינויים במקדם השבירה ומטרות חישה אחרות באמצעות תחריט רטוב של חומצה הידרופלואורית (HF). לבסוף, נדון ניתוח קצר של ההתנגדות של מיקרו-בועות לזרימת נוזלים, המראה כי מיקרו-בועות בקוטר קטן יותר מציגות התנגדות גדולה יותר לזרימה להעברת אנליטים - גורם שיש לקחת בחשבון להעברת אנליטים. היישום של פרוטוקול ייצור מעודן זה לא רק מגדיל את שיעור ההצלחה של ייצור המכשירים אלא גם מפחית את זמן הייצור. יתר על כן, ניתן להרחיב את הפרוטוקול לטכניקות אחרות המשמשות לייצור MBR, כגון שיטות מבוססות לייזר CO₂ .

מיקרו-מהודים במצב גלריה לוחשת (WGM) הם סוג של חיישנים אופטיים שהפגינו פוטנציאל עצום לא רק לזיהוי מולקולות בודדות וננו-חלקיקים ^1,2,3,4,5,6 אלא גם לחישת מגוון רחב של תופעות פיזיקליות כגון מגנטי⁷ ושדות חשמליים⁸, טמפרטורה⁹ וגלים קוליים^{10, 11}. בתנאי תהודה אופטית, האור נלכד בתוך המכשיר, מה שמוביל להגברת הספק משמעותית^12,13. כל שינוי מקומי בתהודה (כגון קשירה של ביומולקולה או שינויים במקדם השבירה של המדיה שמסביב) גורם לשינויים בסביבה האופטית המקומית, ולכן מעביר את תדר התהודה או אורך הגל. על ידי ניטור השינויים באורך גל התהודה או בתדירות, ניתן לזהות ולאפיין אנליטים בזמן אמת.

ניתן לתכנן מיקרו-מהודים של WGM במגוון גיאומטריות. גיאומטריות נפוצות כוללות אך אינן מוגבלות למיקרוטורואידים¹⁴, מיקרו-טבעות¹⁵ ותהודה מיקרו-בועה¹⁶ (MBR). כאן, אנו מתמקדים ב-MBR בשל הפוטנציאל הגדול שלהם ביישומי חישה אופטו-פלואידית. יתרון מרכזי של MBRs הוא האינטגרציה הנוזלית שלהם 17,18,19,20, המתאפשרת על ידי ייצור המכשיר ממיקרו-נימי. בתכנון זה, הנימים המוטבעים מאפשרים אספקה קלה של נפחים קטנים (כלומר, מיקרוליטר) של אנליטים בתמיסה לאזור החישה ללא צורך בתעלות נוזליות חיצוניות, כפי שמוצג באיור 1. עם יכולות הטיפול הנוזלי הייחודיות שלהם, MBRs מתאימים היטב עבור מגוון רחב של יישומי חישה שאינם ניתנים להשגה בקלות עם פלטפורמות WGM אחרות. לדוגמה, MBRs מולאו בנוזלים מגנטיים, ובכך החדירו רגישות לשדות מגנטיים חיצוניים²¹. בנוסף, נעשה שימוש ב-MBR גם כדי לשלוט בכיוון הספציפי של ננו-מוטות זהב בתמיסה באמצעות מומנטים אופטיים²².

ניתן לסכם את ייצור ה-MBR באופן הבא: לחץ אווירוסטטי מופעל בתוך הנימים בעוד ששטח קטן של הנימים מחומם באופן מקומי. השילוב של חימום מקומי ולחץ פנימי מנפח את החלק המחומם לגיאומטריה כדורית המסוגלת לתמוך ב-WGMs עם Q גבוה, כפי שמוצג באיור 2. ניתן להשתמש בשיטות שונות כדי להשיג חימום מקומי של הנימים, כגון שימוש בלייזר CO₂ ²³, שחבור סיבים אופטיים²⁴, מקור להבת מימן²⁵ ומכונת עיבוד זכוכית מדויקת (PGP). ניתן להרחיב את השיטות המוצגות כאן למקורות חימום אחרים, כולל לייזר CO₂ . ה-PGP דומה למחבר סיבים אופטיים אך מציע שליטה משופרת על זמן החימום, הגדרת ההספק ומיקום הסיבים או הנימים²⁶. PGPs כוללים לרוב מיקרוסקופים מובנים הסמוכים לגופי החימום, המאפשרים ניטור בזמן אמת של תהליך הייצור. בדרך כלל, אור מלייזר דיודה מתכוונן מחובר ל-MBR באמצעות סיב אופטי מחודד הנמצא במגע עם קו המשווה של ה-MBR. הסיב מחודד (עד ~1 מיקרומטר) כדי לאפשר צימוד יעיל של אור לתוך ומחוץ ל-MBR. ספקטרום השידור המתקבל מה-MBR נלכד לאחר מכן על ידי גלאי פוטו דרך הסיב האופטי ומוצג על אוסצילוסקופ.

חישה עם WGM MBRs מסתמכת על האינטראקציה של שדה WGM עם אנליט המטרה. עוצמת האינטראקציה הזו עומדת ביחס ישר לחלק של שדה ה-WGM החודר לחלל החלול של ה-MBR שבו דגימות פאזה נוזליות או גזיות יכולות לזרום דרך²⁷. כפי שמוצג באיור 3, סימולציות COMSOL ממחישות כיצד חדירת שדה ה-WGM לחלל הפנימי משתנה עם עובי הדופן של ה-MBR. חדירת שדה מקסימלית של שדה WGM מתרחשת כאשר עובי הדופן מצטמצם לפחות מ-1 מיקרומטר, כאשר סימולציות אלה מתבצעות באמצעות אור בפס 780 ננומטר. השגת עובי דופן מופחת כזה באמצעות פרוטוקול ייצור חום וניפוח סטנדרטי בלבד היא מאתגרת. כדי לדלל עוד יותר את דפנות ה-MBR ולהפוך את המכשיר לרגיש יותר, אנו משלבים שלבי תחריט רטובים נוספים באמצעות חומצה הידרופלואורית (HF).

באמצעות PGP, נתמקד בייצור MBRs בהתאם לנימים של סיליקה. כמו כן יוצג תיאור מפורט של תהליך הייצור ושיטות להגברת הרגישות לשינויים במקדם השבירה באמצעות תחריט רטוב.

1. ייצור מיקרו-בועות

1. התחל עם נימי זכוכית סיליקה מצופים פולימר (קוטר פנימי של 250 מיקרומטר וקוטר חיצוני של 360 מיקרומטר) שאורכו ~75 ס"מ. אורך הנימים יכול להשתנות בהתאם לצרכי המשתמש; ודא שהלחץ המתואר להלן מושג באורכים נימיים ארוכים יותר.
2. שורפים ~2.5 ס"מ מציפוי הפולימר בקצה אחד של הנימים בעזרת לפיד בוטאן ומנקים את הקצה בעזרת מגבון משימה עדין ואלכוהול איזופרופיל (IPA).
3. הנח את הקצה הנקי של הנימים ב-PGP ולחץ על כפתור החיבור בלבד בתוכנה כדי לחמם למשך 5 שניות ב-180 וואט כדי לאטום את קצה הנימים. הגדר את זמן ומשך החימום בלחיצה ימנית על כפתור החיבור בלבד .
4. כדי להבטיח אטימה תקינה, בדוק את הקצה הנימי האטום, איור 1B.
5. במרחק של ~25 ס"מ מהקצה האטום (או 1/3 מאורך הנימים מהקצה האטום), שרפו רצועה באורך ~2.5 ס"מ של ציפוי פולימרי מהנימים ונקו את האזור שנוצר עם IPA.
   הערה: המיקום המתואר לעיל אינו קריטי מכיוון שהלחץ מתפזר באופן שווה לאורך הנימים. אם ההגדרה הניסיונית של המשתמש מצדיקה מיקום שונה של ה-MBR, זה לא אמור להשפיע על שאר ההליך.
6. חזור על שלב זה עד שלא נראה פולימר מתחת למערכת ההדמיה, המציגה תמונה נימית ברזולוציה תת-מיקרונית.
7. הנח את החלק החדש הזה של הנימים במכשיר מעבד הזכוכית מעל גוף החימום ומתחת למיקרוסקופ שתואר קודם לכן.
8. בעזרת מזרק אטום לגז ומשאבת מזרק, הזריקו אוויר לנימים כך שהלחץ הפנימי יגיע ל-10 בר (כלומר, הפחתת הנפח במזרק מ-5 מ"ל ל-0.5 מ"ל, עם לחצים מתאימים המחושבים על פי חוק בויל). התקן את הנימים למזרק עם מנעול לואר למתאם 360 מיקרומטר. לחלופין, הפעל לחץ באמצעות ווסת לחץ ואוויר דחוס/גז אינרטי.
9. מחממים את הנימים עם ה-PGP באמצעות הספק נימה של ~100-110 וואט למשך 1.5-2 שניות.
10. ערכו שלבי חימום נוספים עם ירי של 90-100 וואט ו- 0.1-1 שניות של הנימה. שיטה זו תגדיל לאט ובקרה את קוטר ה-MBR לטווח הרצוי. עם זאת, תהליך זה עלול לגרום ל-MBR אסימטריים. אם נצפה MBR אסימטרי (הכדור אינו סימטרי לגבי ציר הנימים), סובב אותו סביב ציר הנימים בין שלבי חימום עוקביםכדי לקדם סימטריה.
11. בדוק את ה-MBR תחת מיקרוסקופ לבקרת איכות, חפש דברים כמו אבק, סדקים או עיוותים. בנוסף, השתמש במיקרוסקופ כאן כדי להעריך את עובי הדופן של ה-MBR.

2. תחריט רטוב עם חומצה הידרופלואורית

זהירות: חומצה הידרופלואורית מסוכנת מאוד, רעילה וקורוזיבית. יש לשמור סידן גלוקונאט בקרבת מקום מכיוון שכימיקל זה יכול לנטרל חומצה הידרופלואורית. ללבוש ציוד מגן אישי מתאים ופעל לפי כל אמצעי הבטיחות בגיליון נתוני בטיחות החומרים (MSDS).

1. הסר את הקצה האטום של הנימים על ידי חיתוך 2 ס"מ מתחת לקצה האטום.
2. הנח קצה נימי אחד בתוך קצה קהה למתאם נעילת הלואר. ודא שהקוטר הפנימי של הקצה הקהה קרוב ככל האפשר לקוטר החיצוני של הנימים תוך הקפדה על כך שהנימים עדיין יכולים להיכנס פנימה.
   הערה: אסור שחומר המתאם יהיה מגיב עם חומצת HF.
3. מרחו אפוקסי הניתן לריפוי UV על קצה הקצה הקהה עם הנימים בפנים כדי לחבר את השניים, ולאחר מכן רפאו באור UV (מקור אור UV 50-100 W; הספק גבוה יותר יאיץ את הריפוי).
   זהירות: יש ללבוש מגן עיניים מתאים בעת הפעלת מקור אור UV²⁸.
4. לאחר ריפוי האפוקסי, חבר את קצה נעילת הלואר למזרק של 25 מ"ל שהוא אינרטי ל-HF.
5. הנח את המזרק במשאבת מזרק עם קצב משיכה של 50 מיקרוליטר לדקה.
6. כאשר קצה אחד של הנימים מחובר למזרק, הנח את הקצה השני של הנימים למים נטולי יונים (DI).
7. הגדר את משאבת המזרק להוציא מים דרך הנימים לתוך המזרק כדי לבדוק שנוצרה זרימה תקינה (כלומר, המערכת נקייה מבועות אוויר עם נוזל הזורם באופן עקבי דרך הנימים).
8. העבירו את הקצה הנימי ממי ה-DI למיכל של חומצת HF לאחר שנוצרה זרימה תקינה.
9. חשב זמן תחריט משוער על סמך עובי דופן ה-MBR לפני התחריט, בהתחשב בקצב תחריט נמדד של 8.18 מיקרומטר/שעה עם 12% (w/v) חומצה הידרופלואורית. ניתן למדוד את עובי הדופן תחת מערכת הדמיה המציגה MBRs ברזולוציה תת-מיקרונית.
   הערה: ניתן לקבוע באופן אמפירי את קצב התחריט של חומצות בריכוזים אחרים. ניתן לעשות זאת על ידי מדידת עובי דופן הנימים לפני ואחרי זמן תחריט מוגדר.
10. הפעל את משאבת המזרק במהירות של 50 מיקרוליטר לדקה למשך זמן התחריט המחושב.
11. שטפו את הנימים במי DI למשך 10-15 דקות כדי להסיר את כל החומצה מהנימים לאחר שחלף זמן התחריט. חשב את זמן השטיפה כדי לשטוף את כל נפח הנימים 3-5 פעמים.
12. מדוד את עובי דופן ה-MBR לאחר התחריט. השתמש במידע זה כדי לעדכן את קצב החריטה של החומצה.
13. חזור על תהליך זה ניתן לחזור על תהליך זה עד להשגת עובי הקיר הרצוי.

MBR מייצג המיוצר עם מכונת PGP מוצג באיור 1C. בהתחשב בקוטר החיצוני הנימי ההתחלתי שלנו (OD) של 360 מיקרומטר, אנו מרחיבים את הנימים ~x 2x בתהליך הייצור. הרחבת הנימים ל~700 מיקרומטר מביאה לעובי דופן בין 5 מיקרומטר ל-15 מיקרומטר. הוכח כי עובי הדופן האופטימלי עבור חישה ביולוגית עם MBRs הוא בסדר גודל אורך הגל של האור המשמש לגירוי ה-WGM²⁷. MBRs יכולים תיאורטית להשיג גורם איכות של 1 x 10⁹, אך 1 x 10⁶ מספיק עבור רוב יישומי החישה הביולוגית 29,30,31.

כדי לאמת את התוצאות המדומות באיור 3, הערכנו את התגובה של MBRs בעובי דופן משתנה לריכוזים שונים של תמיסות נתרן כלורי. איור 4 מאשר את התוצאות המדומות, ומראה עלייה משמעותית ברגישות מקדם השבירה כאשר עובי דופן ה-MBR היה בסביבות 1 מיקרומטר. שלושת ה-MBRs "עבי הדפנות" (כלומר, עובי דופן של 9.4 מיקרומטר, 7.4 מיקרומטר ו-5.0 מיקרומטר) הראו תגובה פוחתת לשינויים במקדם השבירה ככל שעובי הדופן גדל, כצפוי. איור 5 מציג את הספקטרום המשודר הטיפוסי של MBR. על פני טווח סריקה רחב, הספקטרום מציג צפיפות מודאלית גבוהה. בטווח סריקה צר של 40 בערב, הלייזר סורק על פני תהודה מרובה. על-ידי מעקב אחר שינוי התהודה, ניתן לבחור מצב Q גבוה אחד לחישה בטווח סריקה עדין זה. ניתן להשתמש במדדי בקרת איכות לייצור MBR כדי להעריך באופן איכותי מאפיינים פיזיקליים ואופטיים כאחד כדי לייעל את ביצועי החישה הביולוגית. שני מדדים חשובים כוללים את גורם האיכות של המהוד (≥1 x 10⁶) ועובי דופן קטן לאינטראקציה מקסימלית בין ה-WGM לאנליט המטרה (<1 מיקרומטר).

כפי שצוין קודם לכן, הטיפול האופטי והנוזלי המשולב הוא חוזק אינהרנטי של MBR, מה שהופך אותם למושכים עבור יישומי חישה. בהתחשב בכך, ביקשנו לחקור את התכונות הנוזליות של הנימים. על ידי ניסויים בנימים באורכים משתנים 20 ס"מ, 40 ס"מ או 80 ס"מ ובדיקת קצבי זרימה שונים, 100 מיקרוליטר לדקה, 250 מיקרוליטר לדקה ו-500 מיקרוליטר לדקה, עבור כל אורך נימי, מצאנו שהקוטר הפנימי (ID) של ה-MBR משפיע באופן משמעותי על יעילות הובלת הנוזל (טבלה 1). באופן ספציפי, ככל שמזהה ה-MBR גדל מ-75 מיקרומטר ל-250 מיקרומטר, היעילות של הובלת נוזלים דרך מיקרו-נימים אלה משתפרת משמעותית, ומאפשרת למשוך 95-100% מנפח הנוזל שנקבע דרך המיקרו-נימים. יכולת משופרת זו מדגישה את הפוטנציאל של MBRs בקוטר גדול יותר באופטימיזציה של טיפול בנוזלים, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד עבור יישומי חישה מגוונים שבהם דינמיקת זורמים היא קריטית.

איור 1: סקירה כללית של מערך הניסוי. (A) סכמטי של מערכת חיישני WGM MBR מצומדת מוליך גל. ה-WGM נרגש על ידי לייזר דיודה מתכוונן ומנוטר באמצעות גלאי פוטו דרך מוליך גל סיבים אופטיים מחודד. לאחר מכן, האנליט מועבר דרך התעלה הנוזלית המוטבעת, שם הוא מקיים אינטראקציה עם שדה ה-WGM. (B) מיקרוגרף של נימי 360 מיקרומטר אטום על ידי PGP. (ג) מיקרוגרף של MBR לאחר ייצור. חיצים מציינים היכן מוזגו שני מיקרוגרפים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: סכמטי של תהליך הייצור עבור MBR, כולל שלב תחריט HF האופציונלי. (1) התחל עם נימי זכוכית סיליקה (360 μm OD). (2) הסר את ציפוי הפולימר עם להבה קטנה ונקה את המשטח עם אלכוהול איזופרופיל (IPA). (3) כדי לבנות לחץ פנימי, יש לאטום קצה אחד של הנימים. שלב זה נעשה עם ה-PGP. (4) הגדל את הלחץ הפנימי עם אוויר וירה את חוט ה-PGP כדי לחמם באופן מקומי את הנימים ולנפח MBR לגיאומטריה כדורית. (5) אופציונלי. חרטו את פנים הנימים עם חומצת HF כדי לדלל את הדפנות ולהגביר את הרגישות בחישה ביולוגית. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: סימולציות חדירה לשטח של WGMs. (A) סימולציה של חדירת WGM לתוך MBR כאשר עובי הדופן הוא בתחום התת-מיקרוני. (ב-ד) עוצמת השדה החשמלי בתוך ה-MBR בעובי דופן שונה, המראה חדירה גדולה יותר של השדה החולף לליבת המהוד עבור קירות בעובי <1 מיקרומטר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: תגובת MBR ל-RI משתנה. תגובה של MBRs בעובי דופן שונה לריכוזים משתנים של תמיסות NaCl, המראה שיפור ניכר כאשר הקיר נכנס למשטר של 1 מיקרומטר עקב חדירת WGM גדולה יותר לנוזל הזורם דרך החלק הפנימי של המהוד המחובר לתעלה נוזלית במבנה הנימים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: ספקטרום WGM טיפוסי עבור MBR. (A) טווח סריקה גדול על פני טווח ספקטרלי חופשי אחד. (B) סריקה עדינה על פני כמה WGMs. (C) זום אין של WGM ב-B) והתאמת העקומה שלו מציגה צורת קו לורנציאן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1: אחוזי מים DI שנמשכו דרך שני נימי סיליקה בגדלים שונים.

כאן, תיארנו את הפרוטוקול לייצור מהודי מיקרו-בועות (MBR) באיכות גבוהה במצב גלריית לחישה (WGM) באמצעות מעבד זכוכית מדויק. אנו מציגים שלבים קריטיים בפרוטוקול הייצור, כולל שלבי החום וההרחבה. כאן, שילוב של התחממות יתר, חימום ארוך מדי או הזרקת לחץ אוויר פנימי רב מדי עלול להוביל לייצור לא מוצלח. כדי לטפל בבעיות אלה, התאמות כגון הורדת עוצמת החימום או משך החימום בממשק המשתמש של התוכנה של מכונת ה-PGP יכולות לעזור. עם זאת, זו לא השיטה היחידה המשמשת לייצור MBR. מספר פרוטוקולים אחרים קיימים בספרות, אך רוב השיטות חולקות את אותם שלבים בסיסיים - חימום והתרחבות. שיטות ייצור אחרות משתמשות במקורות חימום שונים, כגון פריקת קשת ממחבר היתוך או מערכת לייזר CO₂ , בעוד שמעבד הזכוכית המדויק משתמש בגוף חימום גרפיט. שיטת פריקת הקשת³² דומה ל-PGP בכך שלשתי הגישות יש מיקרוסקופים מובנים לניטור תהליך החימום. חיסרון עיקרי אחד של שיטת פריקת הקשת הוא שמכשירים אלה מספקים שליטה מועטה על מיקום המיקרו-נימי, מה שהופך את ההתאמות המדויקות למיקום הנימים למאתגרות.

שימוש בלייזר CO^{2 33} כגוף חימום מציע כמה יתרונות. בתצורה זו, שתי קרני לייזר CO₂ המתפשטות נגדית בעלות הספק שווה מתכנסות על המיקרו-נימי מכיוונים מנוגדים כדי לחמם באופן אחיד את המיקרו-נימי. חימום אחיד זה, יחד עם לחץ פנימי, מאפשר יצירת MBR סימטרי ללא צורך לסובב את המיקרו-נימי במהלך הייצור. אבל, להפעלת לייזר בעל עוצמה גבוהה בחלל פנוי יש חששות בטיחותיים משלה ויש לבצע אותה עם הכשרה מתאימה ואמצעי זהירות קפדניים ספציפיים לשימוש בלייזר CO₂.

אנו מציגים גם שיטות להפחתת עובי הדופן של ה-MBRs עם חומצת HF כדי לשפר את רגישות המכשירים לשינויים במקדם השבירה. שימוש בחומצה HF היא שיטה נפוצה לחרוט ולדלל בהדרגה את דפנות הסיליקה של ה-MBR, אך שיטת תחריט רטובה זו יכולה להגביר את חספוס פני השטח וכתוצאה מכך להפחית את גורם האיכות. אחרים השיגו MBR דק דופן על ידי חימום המיקרו-נימי תוך כדי משיכתו, ובכך מתחדדים הנימים³³ לפני ייצור ה-MBR. למרות ששיטה זו אינה דורשת שימוש בחומצות, הקוטר הפנימי מצטמצם בעת התחדדות הנימים - מה שמוביל לבעיות בטיפול נוזלי.

חישה ביולוגית עם MBRs דורשת אספקה מדויקת של פתרונות שונים, כגון סילנים, נוגדנים ספציפיים, חלבונים ומטרות אחרות מעניינות; לכן, טיפול נוזלי אמין חשוב מאוד. אחד היתרונות העיקריים של שימוש ב-MBR הוא התעלה הנוזלית המשולבת המסופקת על ידי הנימים, המאפשרת אספקה יעילה וממוקדת של אנליט בשלב הנוזלי או הגזי. זה מייצג שיפור לעומת מיקרו-תהודה WGM אחרים הדורשים תעלות מיקרופלואידיות חיצוניות נוספות לאספקת אנליטים ממוקדת ^5,34,35. אתגר אחד לשימוש בנימים המשולבים לאספקת נוזלים הוא ההתנגדות הנוזלית במיקרו-נימי. משוואה 1 מראה שההתנגדות, R, לזרימת נוזל עומדת ביחס הפוך לחזקה הרביעית של הרדיוס, r.

(1)

כאשר η היא צמיגות הנוזל, ו-L הוא אורך התעלה הנוזלית. השווינו התנגדות נוזלית לשני גדלים נימיים שונים, קוטר פנימי (ID) של 75 מיקרומטר ו-250 מיקרומטר ID. גודל נימי ה-ID של 75 מיקרומטר יכול היה למשוך רק ~10% מנפח היעד של מי DI בקצב זרימה נמוך יחסית (100 מיקרוליטר לדקה). נימי ה-ID של 250 מיקרומטר משכו 90-100% מנפח היעד של מי DI באותו קצב זרימה (100 מיקרוליטר לדקה).

(2)

משוואה 2 מראה שכוח ההתנגדות הצמיג, F_צמיג, עומד ביחס ישר למהירות הנוזל, v_m. כאן, η מייצג צמיגות נוזלית, ו-L הוא אורך התעלה הגלילית. משוואה זו מראה שכוח ההתנגדות הצמיג גדל עם זרימת הנוזל. מגמה זו נצפית גם בניסוי. זה מאשר את ההשערה שלנו שהגדלת קוטר הנימים תפחית את ההתנגדות הנוזלית בנימים ותשפר את הטיפול הנוזלי הכולל במכשיר.

לסיכום, הראינו פרוטוקול אמין לייצור WGM MBR הניתנים לשחזור עם תעלות נוזליות משולבות באמצעות ה-PGP, כולל מדדי בקרת איכות. פרוטוקול זה פשוט, ניתן לחזרה וחסכוני. ניתן להרחיב אותו עוד יותר לשיטות חימום אחרות, כגון מחברי סיבים אופטיים ולייזרים CO₂ . שיפורים נוספים עשויים לכלול שימוש במערכות לחץ גבוה עם גזים אינרטיים כמו N₂ כדי לשלוט בלחץ הפנימי של הנימים במהלך תהליך הייצור. יתר על כן, הצגנו פרוטוקולים להגברת הרגישות של ה-MBR לקשירת ביומולקולות ולשינויים במקדם השבירה בתפזורת באמצעות תחריט HF. לבסוף, גודל הנימים נחקר במונחים של עמידות נוזלית לזרימה. הממצאים שלנו הראו כי על ידי הגדלת הקוטר הפנימי של הנימים, ניתן ליצור זרימה אמינה כדי להקל על מסירה מדויקת של מטרות חישה.

למחברים אין מה לחשוף.

פרויקט זה נתמך בחלקו על ידי R41AI152745. AJQ מומן על ידי פרס הביולוגיה של הסרטן T32 (NIH CA009547) ו-K08EB033409.