Bu çalışma Sayısal Biosciences için California Institute (QB3), Rogers Aile Vakfı, Cephe Biyomedikal Araştırma, BASF&#39;den bir hibe için UCSF / Sandler Vakfı Programı Bridging Gap Ödülü ve NSF aracılığıyla bir Araştırma Ödülü ile desteklenmiştir Fakülte Erken Kariyer Gelişimi (KARİYER) Programı (DBI-1253293).

1. SU8 Usta Fabrikasyon <ol><li> AutoCAD yazılımı kullanılarak iki katmanlı imalat için mikroakışkan yapıları tasarım ve 10 mikron çözünürlükte devre kartı film üzerine bir satıcı tarafından basılan tasarımları var. Cihaz tasarımı detayları ekli referans 11 de verilmiştir ve kanal geometrileri, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. Tabakaların her biri, imalat tabaka 12 özelliklerini düzenlemek yardımcı hizalama işaretleri içermelidir. </li><li> Spin kaplayıcı bir ön temizlenmiş 3 inç çaplı silisyum gofret yerleştirin ve aynasının bunu tutturmak için vakum açın. 50 um arası bir tabaka kalınlığına sağlayan 2000 rpm&#39;de 30 saniye daha sonra, 500 rpm&#39;de 20 saniye boyunca gofret ve dönüş merkezinde SU8-3035 1 ml uygulanır. </li><li> Gofret çıkarın ve 30 dakika süre ile 135 ° C sıcak plaka üzerinde pişirilir. Gofret sonraki adıma geçmeden önce oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin. </li><li> 1. katman maskesine kaplı gofret (Şekil 2A Açığa </strong&gt;) 90 sn için LED nm bir paralel 190 mW, 365 altında. Maruz kaldıktan sonra, bir sonraki adıma geçmeden önce, 1 dakika boyunca RT sonra serin bir 135 ° C ocak gofret yerleştirin. </li><li> Spin kaplayıcı üzerine gofret yerleştirin ve aynasının bunu tutturmak için vakum açın. 135 um&#39;lik bir kalınlık sağlayan bir ek tabaka ile sonuçlanan, 1375 rpm&#39;de, sonra 30 saniye, 500 rpm&#39;de 20 saniye boyunca gofret ve dönüş merkezinde SU8-2050 1 ml uygulanır. </li><li> Bir sonraki aşamaya geçmeden önce, 30 dakika süre ile 135 ° C sıcak plaka üzerinde oda sıcaklığına kadar daha sonra soğuk gofret ve fırında çıkarın. </li><li> 1.3 desenli geometri üzerine 2. katman maskesi (Şekil 2B) hizalayın ve 3 dakika boyunca LED nm bir paralel 190 mW, 365 kaplanmış gofret maruz. Maruz kaldıktan sonra, bir sonraki adıma geçmeden önce, 1 dakika süreyle 135 ° C ocak RT sonra serin yerleştirin. </li><li> 30 dakika boyunca, propilen glikol monometil eter asetat içinde karıştırılan bir banyosu içinde daldırılması yoluyla maske geliştirir. Gofret yıkayın1 dakika süreyle 135 ° C ocak izopropanol ve fırında. PDMS kalıplama için 100 mm Petri kabındaki geliştirilen usta yerleştirin. </li></ol> 2. PDMS Cihaz İmalatı <ol><li> Plastik bir kap içinde sertleştirici 5 g silikon baz 50 g birleştirerek 1 PDMS: 10 hazırlayın. Bir karıştırma çubuğu ile donatılmış bir döner aracı ile içeriği karıştırın. Tüm hava kabarcıkları bertaraf edilmiştir, 30 dakika boyunca, ya kadar bir desikatör içinde karışım gaz çıkışına. </li><li> Master üzerinde 3 mm kalınlığında vermek ve daha fazla gaz alma için desikatöre geri yerleştirmek için PDMS dökün. Bir kez tüm kabarcıklar kaldırılır, 2 saat süre ile 60 ° C &#39;de fırında cihazı. </li><li> Desenli yüzü yukarı bakacak şekilde temiz bir yüzey üzerinde bir neşter ve yer kullanarak kalıp cihazı kesin. Usta 2 (Şekil 3a) dan master 1 ayırmak için bir jilet ile yarım PDMS kalıp kesin. Usta 1 tarafından basılmış 50 mikron sıvı taşıma geometrisini içeren parçasına, bir 0.7 ile akışkan giriş ve çıkış yumruk5 mm biyopsi yumruk. </li><li> Plazma 300 W plazma temizleyici 60 saniye boyunca 1 mbar O 2 plazması cihazları tedavi. Geçici PDMS PDMS bağlama geciktirir ve bir kayganlaştırma maddesi olarak hizmet etmek DI su damla PDMS deliksiz parçasının yüzeyi ıslatılır. Master 2 yüzey üzerinde bir stereo mikroskop, yer Master 1 ile görüntüleme ve mekanik kilit elde edilene kadar, nispeten yüzeyleri kaydırın ederken zaman girintili çerçeveleri ve Şekil 3A arkadaşı çıkıntılı çerçeveler. </li><li> 60 ° C&#39;lik bir fırında Cihazı ve su ve yapışmasını tam buharlaşmaya 60 ° C &#39;de iki gün süre ile birleştirilmiş cihaz (Şekil 3B) fırında. </li></ol> Reaktiflerin 3. Hazırlık <ol><li> İç faz damıtılmış su ile 1 ml şırınga doldurun. </li><li> 1 wt ile HFE 7500 florlu yağ ile 1 ml şırınga doldurun. Orta faz için% biyo-uyumlu bir yüzey aktifi 13. </li><li> 10 wt ile 10 ml şırınga doldurun. % Polietilen1 kadarını ihtiva eden su çözeltisi içinde e glikol (PEG) içerebilir. % Tween 20 ve 1 wt. % Sürekli bir faz için sodyum dodesil sülfat. </li></ol> 4. Sistem Hazırlama <ol><li> &lt;100 mikro-saniye deklanşör hızları yeteneğine sahip dijital kamera ile birleştiğinde bir ters mikroskop sahnede mikroakışkan çip yerleştirin. </li><li> Şırınga pompaları tüm şırınga monte ve 27 G iğne takın. Iğne ~ PE-2 boru 30 cm uzunlukta takın ve uygun cihazda delik delinmiş içine gevşek uçları takın. </li><li> Aracının çıkış portuna PE-2 bir 10 cm uzunluğunda yerleştirin ve bir atık toplama kabı diğer ucunu yerleştirin. </li><li> Prime boru kesimleri sıvı kadar hızlarda yüksek oranda şırınga pompaları (2000 ul / dakika) çalıştırarak cihaz, giriş kapısı ulaşır. </li></ol> 5. Emülsiyon Üretimi <ol><li> 50 mm x 50 mm delik ve içeren bir bölgeye mikroskop odaklanınaşağı çıkış kanalı. </li><li> Sürekli bir faz için, 250 ul / İç faz için saat, 100 ul / orta aşama için saat ve 700 ul / saat akış hızında çift emülsiyon üretecine akışkanı sevk ve dengeyi 10 dakika beklemek şırınga pompaları ayarlayın. </li><li> Sırasıyla 250 ul / saat ve 100 ul / st&#39;de iç ve orta fazın akış oranları muhafaza edin. 1050 ul / saat, dış fazının akış hızını ayarlayın. Çift emülsiyonlar nesil akış koşulları bu seti altında stabilize etmek için 3-5 dakika bekleyin. </li><li> Manuel görüntü analizi ile çevrimdışı işleme için 30 Hz video görüntülerinin 5 sn edinin. </li><li> Tablo 1 &#39;de verilen bir akış oranı ile 5.3 ve 5.4 tekrarlayın. Iç ve orta fazı akış oranlarının sabit tutulması ve taşıyıcı fazının akış hızı, bir şırınga pompası ayar ayarlayarak değiştirilir. </li></ol>

<ol>
	<li>Van Der Graaf, S., Schro&#235;n, C. G. P. H., Boom, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+double+emulsions+by+membrane+emulsification+-+A+review.">Preparation of double emulsions by membrane emulsification - A review.</a> J. Membrane Sci. 251 (1-2), 7-15 (2005).</li><li>Laugel, C., Baillet, A. P., Youenang Piemi, M., Marty, J., Ferrier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oil-water-oil+multiple+emulsions+for+prolonged+delivery+of+hydrocortisone+after+topical+application:+comparison+with+simple+emulsions.">Oil-water-oil multiple emulsions for prolonged delivery of hydrocortisone after topical application: comparison with simple emulsions.</a> Int. J. Pharm. 160 (1), 109-117 (1998).</li><li>Kim, S. H., Kim, J. W., Cho, J. C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-emulsion+drops+with+ultra-thin+shells+for+capsule+templates.">Double-emulsion drops with ultra-thin shells for capsule templates.</a> Lab Chip. 11 (18), 3162-3166 (2011).</li><li>Lim, S. W., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh-throughput+sorting+of+microfluidic+drops+with+flow+cytometry.">Ultrahigh-throughput sorting of microfluidic drops with flow cytometry.</a> Lab Chip. 13 (23), 4563-4572 (2013).</li><li>Bernath, K., Hai, M., Mastrobattista, E., Griffiths, A. D., Magdassi, S., Tawfik, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+compartmentalization+by+double+emulsions:+sorting+and+gene+enrichment+by+fluorescence+activated+cell+sorting.">In vitro compartmentalization by double emulsions: sorting and gene enrichment by fluorescence activated cell sorting.</a> Anal. Biochem. 325 (1), 151-157 (2004).</li><li>Seemann, R., Brinkmann, M., Pfohl, T., Herminghaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+based+microfluidics.">Droplet based microfluidics.</a> Rep. Prog. Phys. 75 (1), 016601 (2012).</li><li>Bauer, W. A. C., Fischlechner, M., Abell, C., Huck, W. T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrophilic+PDMS+microchannels+for+high-throughput+formation+of+oil-in-water+microdroplets+and+water-in-oil-in-water+double+emulsions.">Hydrophilic PDMS microchannels for high-throughput formation of oil-in-water microdroplets and water-in-oil-in-water double emulsions.</a> Lab Chip. 10 (14), 1814-1819 (2010).</li><li>Utada, A. S., Lorenceau, E., Link, D. R., Kaplan, P. D., Stone, H. A., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monodisperse+double+emulsions+generated+from+a+microcapillary+device.">Monodisperse double emulsions generated from a microcapillary device.</a> Science. 308 (5721), 537-541 (2005).</li><li>Chang, F. C., Su, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+double+emulsification+utilizing+3D+PDMS+microchannels.">Controlled double emulsification utilizing 3D PDMS microchannels.</a> J. Micromech. Microeng. 18 (6), 065018 (2008).</li><li>Romanowsky, M. B., Abate, A. R., Rotem, A., Holtze, C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+throughput+production+of+single+core+double+emulsions+in+a+parallelized+microfluidic+device.">High throughput production of single core double emulsions in a parallelized microfluidic device.</a> Lab Chip. 12 (4), 802-807 (2012).</li><li>Tran, T. M., Cater, S., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coaxial+flow+focusing+in+poly(dimethylsiloxane)+microfluidic+devices.">Coaxial flow focusing in poly(dimethylsiloxane) microfluidic devices.</a> Biomicrofluidics. 8 (1), 016502 (2014).</li><li>. Lithography Available from: <a target="_blank" href="https://www.memsnet.org/mems/processes/lithography.html">https://www.memsnet.org/mems/processes/lithography.html</a> (2015)</li><li>O'Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode-free+picoinjection+of+microfluidic+drops.">Electrode-free picoinjection of microfluidic drops.</a> Lab Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).</li><li>Chang, F. C., Lin, H. H., Su, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+W/O/W+double+emulsification+in+3-D+PDMS+micro-channels.">Controlled W/O/W double emulsification in 3-D PDMS micro-channels.</a> , 792-795 (2008).</li><li>Romanowsky, M. B., Abate, A. R., Rotem, A., Holtze, C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+throughput+production+of+single+core+double+emulsions+in+a+parallelized+microfluidic+device.">High throughput production of single core double emulsions in a parallelized microfluidic device.</a> Lab Chip. 12 (4), 802 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Burada anlatılan çift emülsiyon üreten geometri cam kılcal cihazlarının 8 fiziğini taklit için tasarlanmıştır. Bunlarda, hizalanmış silindirik cam kılcal kısımların düzgün çift emülsiyon damlacıkları haline kesilmiş olan bir üç fazlı koaksiyal püskürmesi oluşturmak için kullanılır. Bizim 3D PDMS cihazın işlevi toplam yüksekliği 320 mm olan taşıyıcı faz kanallarını 50 mikron boyunda imalat ile oluşturulan küçük özellikler merkez hizalama bağlıdır. Maskeleri doğru hizada değilse 50 mikron boyunda geometri ile ilgili adım 1.7 2. katman maskesi ile desenli uzun özelliklerini misaligning için önemli bir potansiyel vardır. Tam hizalama fotoğraf desenlendirme sırasında birlikte bulunduğu için maskeler bu tür konsantrik daireler olarak hizalama işaretlerini, tasarlayarak destekli edilebilir. Cihazın iki PDMS yarım plazma yapıştırma son cihazın önemli bir yanlış hizalama yol ikinci bir süreçtir. Plazma yapıştırmaAşama 2.4 biz bağ geciktirir ve Şekil 3A&#39;da gösterilen hizalama çerçevesi kilitlemek için izin verilmesi, böylece manipülasyon DI su ile bir aygıt yüzeyinin ıslanmasını tarif nedenle PDMS PDMS genellikle anlık. Bu yeterli ıslanma olmadan teşebbüs edilirse, PDMS yüzeyler düzgün hizaya gelmeden önce bağı Tersinmezlik olacak ve cihaz atılmalıdır ve yeni PDMS kalıplar yaptı. Çift emülsiyon cihazı fabrikasyon teknikleri o kurşun üniform hidrofobik yüzey özellikleri yararlanmak için tasarlanmıştır. Ancak, protokolde açıklanan parametrelerin dışında çalışması gereken akışkan süreçlerin bazı anlamayı gerektirir. İç ve orta fazın bir bağlantı (Şekil 1D, noktası &quot;, 1&quot;), iç faz ve orta fazın düşük akım, nispeten yüksek bir akış hidrofobik orta fazlı kanal duvarları kaplanması ile iki fazlı bir püskürtülmesi. EğerOrta faz orantılı akış deliğinin (Şekil 1D damla oluşumu için tutarlı bir üç fazlı bir püskürtü oluşturmak için yeteneği noktası &quot;3&quot; ortadan kaldırarak, kesikli bir su-içinde-yağ damlacıklarının oluşumu oluşmaya başlar artar ). Kanal genişleme sonra (Şekil 1D, gelin &quot;2&quot;), taşıyıcı faz akışının önemli miktarda orta faz ve hidrofobik kanal duvarları arasında geometrik ayrımı yaratmak için gereklidir. Taşıyıcı faz akışındaki azalma sonunda hidrofobik ıslatma cihazı duvarların orta faza yol açacaktır. Taşıyıcı faz akışında önemli azalmalar dolayısıyla radikal çift emülsiyon damlacık oluşumu fizik değiştirerek, uzun, ince bir filament içine iç evrelerini kesme yetersiz akış koşulları yaratabilir. Dahili sonra, bu cihaz, ticari FACS ayıklama kullanılarak 50 um, uygun bir boyutu 14 ila iki emülsiyonları üretmek için tasarlanmıştırenstrümanlar. Bu büyüklük aralığı dışında çift emülsiyonlar istenirse, delik boyutları Burada kullanılan 50 mm x 50 mm boyutu ölçekli gerekir. Cihaz düzgün hidrofobik yüzey özelliklerine sahip, su / yağ / su çift emülsiyonlar üretmek için tasarlanmış olduğundan cihaz düzgün hidrofilik hale getirmek için uygulanan bir yüzey işleme vardı sürece, yağ / su / yağ çift emülsiyonlar oluşturulan olamaz. Bu çalışma su / yağ / su çift emülsiyon sağlam oluşturabilen PDMS cihaz imal kolay gösteriyor. Önceki araştırmacılar 3D litografi 14,15 kullanılarak oluşturulan cihazlarda çift emülsiyon oluşumunu rapor olmasına rağmen, onların cihazlarda oluşan çift emülsiyonlar um 100&#39;ler ölçüldü çapları vardı. Burada bildirilen cihaz memeli hücrelerine benzer ve FA göre sıralama için uygun hacimleri sağlayan çift emülsiyonlarm bu daha küçük büyüklükte bir düzen üreten uygundurCS. Bu sonuçlar aynı zamanda cam cihazları imalatı, cam kılcal mikroakışkanları kullanılarak elde edilebilmesine rağmen zahmetli ve cihaz başına adımlar eller birçok gerektirir. Bizim bütün PDMS cihaz için, fabrikasyon büyük ölçüde kalıplama, yapıştırma ve pişirme PDMS plaka, çok sayıda karşı ölçekli, basit, tekrarlanabilir ve kolay süreçlerden oluşur. Bir lithographically fabrikasyon cihazın yarar gösterilmiştir odaklama koaksiyel akışını kullanarak çift emülsiyonlar oluşturmak için. Biz basit imalat ve bu çifte emülsiyon jeneratör tasarımı sağlam işlevselliği, bilimsel ve endüstriyel uygulamalar için adaptasyon gitmelidir umuyoruz. Daha önce kılcal cam Mikroakiskan çalışmak için gerekli özel becerilere tarafından engelledi Müfettişler PDMS yumuşak litografi, şimdi ortak bir laboratuar tekniği kullanılarak daha rahat olmalıdır. Bundan başka, elde edilebilir, küçük damlacık boyutları performan- için uygundurm hücresi ve damlacıklar biyolojik analizler ve miktar ve kullanım FACS sıralama. Endüstriyel uygulamalar için, zaten cihazların bu tür diziler halinde imal ve tek cihazlara kıyasla büyüklükleri siparişleri artması çift emülsiyon üretim oranlarını sağlayan 10 paralelleştirilmiş edilebileceği gösterilmiştir. Buna ek olarak, yetenek müdahalesi olmadan uzun süreler için çalıştırmak amacıyla cihazlar koşutlama zaman kritik kirlenme ve tıkanma dayanıklı cihaz, yapmalıdır büyük koaksiyel akış odaklanan kanallarda küçük çift kişilik emülsiyonlar oluşturmak için.

<html> Çift emülsiyonlar nedeniyle, endüstriyel, ilaç potansiyel kullanımı ve biyolojik uygulamalarda 1 bir ara, karışmayan sıvı tabaka ile, bir taşıyıcı faz ayrılır damlacıklarının oluşur ve özellikle ilgi çekicidir. Bazı durumlarda, çift emülsiyonun iç değeri yüksek bileşikleri kapsüllemek yeteneği malzemesi korunması ve kontrollü bir şekilde serbest kalmasını sağlar. Örnek vermek gerekirse, dış taşıyıcı akışkan 2 için uygun değildir çözünürlük koşullar altında kapsüllenebilir. Buna ek olarak, ara-ürün yağ tabakası ilaç, kozmetik, ve besin 3 kapsüllenmesi ve dağıtımı için bir kapsül şablon olarak kullanılabilir. Bunlar alt nanoliter deneylerin büyük bir sayı daha sonra, yürütülen algılanabilir ve (FACS) aleti 4,5 sıralama bir floresan-aktive edilmiş hücre kullanarak kriteri izin için biyolojide çift emülsiyonlar, ayrıca yüksek verimli tarama teknikleri de yararlıdır. ent &quot;&gt; istenen performans özellikleri ile çift emülsiyonlar tasarımı çift emülsiyon boyutu, kompozisyonu ve tekdüzelik hassas kontrolünü gerektirir. Böyle zar emülsifikasyonu olarak toplu emülsifikasyon süreçleri, sanayide kullanılmasına rağmen, ortaya çıkan emülsiyonlar, son derece polidispers olduğu bir sergileme işlevsel özellikleri 1. çeşitli. damlacık Mikroakiskan alan doğal dikkatle kontrol kompozisyon 6 monodispers emülsiyonlar nesil uygundur. Mikroakışkan çift emülsiyon üretimi odaklanan iki ana stratejiler, sıralı damla yapma ve cam kılcal akışı ile elde edilmiştir. Çift emülsiyonlar can verme süreci, iki aşamalı bir düşüş ile düzlemsel PDMS cihazlar üretilebilir. İlk olarak, sulu bir yağ-içinde-su emülsiyonları, bir yağ-içinde-açılan verme hidrofobik kanal duvarları ile bir cihazın bölgesi. İleri kullanılarak oluşturulur, emülsiyon olabilir akıyordu ya da su içinde yağ için uygun hidrofil duvarlı bir damla yapma bölgeye tekrar enjektedamla yapma 4. Bununla birlikte, pmds hidrofilik yüzey işlemi ek bir üretim aşamasını gerektirmekte ve 7 geçici genellikle. Çift emülsiyonlar oluşturmak için en kontrollü ve tekrarlanabilir bir yöntem eş eksenel akış odaklanarak olduğunu bir tekniktir üç faz içeren bir konsantrik jet monodispers damlacıklar 8 üretmek için küçük bir delikten makaslanmış sayede cam kılcal mikroakışkanları kullanarak öncülük etmiştir. Bu teknik, her fazının akış oranlarının bir fonksiyonu olduğu, çift emülsiyon kesin boyutu ve bileşimi ile, kanal boyutları çok daha küçük damlacıkların üretimine olanak sağlamaktadır. Damlacık ve kanal boyutu ve koruyucu dış kılıf akışı arasındaki büyük fark, kanal duvarlarını temas gereksiz yüzey işleme render gelen damlacıkları engeller. Ancak, bu tür cam cihazları dikkatli montaj ve sızdırmazlık birlikte, konik kılcal ipuçları özel imalat gerektirir. Önceki araştırmacılar 3D yumuşak litho kullanmışgrafisi fizik odaklama akış kullanılarak çift emülsiyonlar oluşturmak için, ancak bu cihazlar çapları&gt; 150 mikron 9,10, genellikle FACS ile sıralanır nesnelerden daha büyük boyutlu kabaca bir sipariş ile emülsiyonlar üretti. Cazip bir alternatif PDMS yumuşak litografi üretim kolaylığı ile odaklama cam kapiller koaksiyel akışının güçlü işlevler ve küçük damlacık nesil içerir. Bu yazıda 50 mikron emülsiyon ≤ üretmek için odaklama koaksiyel akışını kullanır ve tamamen 3D yumuşak litografi 11 kullanılarak inşa edilmiştir çift emülsiyon jeneratör açıklar. Bizim cihaz çekilmiş bir cam kılcal memesinde emülsiyon oluşumu süreçlerine yaklaştığı küçük kesme kanalı (Şekil 1) ihtiva cihazları imal etmek için bir kapaklı bir yaklaşım kullanır. Daha da önemlisi, bu cihazlar özel yüzey işlemi gerekebilir ve tüm polimer yapı kolay ve tekrarlanabilir üretim sc sağlarÇift cihaz çok sayıda alable. Burada, çift emülsiyon jeneratör tasarımı, imalatı ve test özetlemektedir. Çift emülsiyon üretimi 14 um damlacık çapları kadar sağlam ve tekrarlanabilir olduğu gösterilmektedir. Imalat kolaylığı ile fonksiyonellik bağlama bu cihaz yeni çift emülsiyon uygulamalarının geliştirilmesi için cazip bir seçenek haline getiriyor.

<table><tbody><tr><td>Photomasks</td><td>CadArt Servcies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3&quot; silicon wafers, P type, virgin test grade</td><td>University Wafers</td><td>447</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 3035</td><td>Microchem</td><td>Y311074</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2050</td><td>Microchem</td><td>Y111072</td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184 silicone elastomer kit</td><td>Krayden</td><td>4019862</td><td></td></tr><tr><td>1 ml syringes</td><td>BD</td><td>309628</td><td></td></tr><tr><td>10 ml syringes</td><td>BD</td><td>309604</td><td></td></tr><tr><td>27 gaugue needles</td><td>BD</td><td>305109</td><td></td></tr><tr><td>PE 2 polyethylene tubing</td><td>Scientific Commodities, Inc.</td><td>B31695-PE/2</td><td></td></tr><tr><td>Novec 7500</td><td>Fisher Scientific</td><td>98-0212-2928-5</td><td>Commonly knowns as HFE 7500</td></tr><tr><td>Biocompatable surfactant</td><td>Ran Biotechnologies</td><td>008-FluoroSurfactant</td><td></td></tr><tr><td>35,000 MW PEG</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1546660</td><td></td></tr><tr><td>Tween 20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P1369</td><td></td></tr><tr><td>Sodium dodecyl sulfate&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L3771</td><td></td></tr></tbody></table>

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.

Çift emülsiyon jeneratör 3D PDMS Fabrikasyon (Şekil 1A) kullanılarak oluşturulan bir eş eksenel akış odaklama aygıtın oluşur. Geometrisi üç fazlı koaksiyal jet oluşumunun su / yağ / su emülsiyonları, çift (Şekil 1B, Şekil 1C) oluşumuna izin veren, bir kare, x, 50 um menfez 50 um olarak kesilmiş olanak sağlar. İç sulu faz ve orta yağ fazı 10 um kanal boyutları olan bir birleşme kısmında bir araya getirilir x 50 um (Şekil 1D, noktası &quot;, 1&quot;). Ani bir genişleme kanal genişletme ulaşılana kadar dolayı PDMS hidrofobikliğin, florlu yağ sarılarak kanal duvarları ve akışkanlar olarak kanalın ortasına iç faz kalır, sürekli bir jet yolculuk (Şekil 1D, gelin &quot;2&quot; ). Bu konumda, iç iki faz 320 mikron boyunda iltisakından merkezine enjekte edilirSulu taşıyıcı fazının nispeten eş girişine izin verir tion. Üç faz 50 mm x 50 mm deliği zorla (Şekil 1D, gelin &quot;3&quot;), bu sayede taşıyıcı faz makası yüksek debi üniforma damlacıklar ila parçalanır uzun, ince tendril içine iç iki faz ( Şekil 1E). 3D PDMS imalat iki tabakalı taşbaskı ustalar üzerinde kalıp sonra kapaklı konfigürasyonunda iki eşsiz PDMS kalıp bağlanmasını gerektirir. 50 um boyunda katman ücretsiz Çıkıntılı ile birlikte, ana 1 (Şekil 2A) üzerindeki makaslama deliği ile birlikte, iç ve orta akışkan sevk kanalları oluşturmak için kullanılan ve ana karşı çerçeveleri girintilidir. Ek 135 mikron boyunda katman taşıyıcı akışkan ve çıkış kanalları (Şekil 2B) oluşturmak için kullanılır. Çift emülsiyon jeneratör Meclisi t kullanırO gömme ve plazma tedavisi (Şekil 3B) sonra geometrik hizalama için çerçeveler (Şekil 3A) çıkıntılı. Çift emülsiyon cihazı değişik boyut, monodispers çift emülsiyon oluşumunu göstermek için akış koşulları çeşitli test edildi. Bu deneyler için, iç ve orta fazı akış oranlarının sabit tutulması ve taşıyıcı fazının akış hızı, damlacık oluşturma sırasında kesme kuvveti etki için değiştirildi. Deney koşulları, iç iki fazın toplamı taşıyıcı faz akışı (Q c) oranı ile parametreli (Q toplamı) akar. Q, C / 3 57 Q toplamı yapılan deneyler için damlacık oluşturma görüntüleri, Şekil 4&#39;te gösterilmiştir. İç ve iki faz içeren bir ince uzun bölgenin konveksiyonel edilen damlacıklar haline 50 mm x 50 mm delik ve aralarında içine doğru çıkıntı yapacak görülmektedir alt. benTaşıyıcı faz akışını koymalarına (artan Q c / Q toplamı) iç fazlar küçük damlacıklar üretmek giderek ince bölgelere makaslanmış olan yol açar. Farklı akış hızlarında cihaz tarafından üretilen çift emülsiyonlar 5,2 varyasyonu% ortalama çapı katsayısı gösterir. Q C / S toplamının seçme değerlerinin damlacık çap Histogramlar üretilen damlacıklar (Şekil 5) boyutuna göreceli homojen göstermektedir. Cihaz daha küçük delik genişliği çift emülsiyonlar oluşturmak için bir yetenek gösterir ve artan Q c / Q toplamı (Şekil 6) ile net azalma eğilimi gösterir. En yüksek taşıyıcı faz akışı, test 14 mikron çift emülsiyonlar 50 mm x 50 mm ağzı kullanılarak oluşturulmuştur. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53516/53516fig1.jpg" /> Doubl Şekil 1. Geometrie emülsiyon jeneratör. Fabrikasyon cihazın (A) 3D model. (B) iç (gri) giriş gösteren merkez kanalın dikey kesit, orta (kırmızı) ve taşıyıcı (mavi) aşamaları. (C) kare delik giren iç iki faz içeren jet gösteren kesiti. (D) cihazda emülsiyon üretimi üstten görünümü. Kavşakta (1) hidrofobik orta fazın enjeksiyon kaplamak için kanal duvarları neden olur hidrofil PDMS tarafından desteklenir. Kavşakta (2) bir kanal genişler ve iç iki fazın bir jet noktası fizik neden damlacık oluşumu sürekli sıvı akışının yüksek oranda ile açıklık (3) içine kırılır. (E) cihazda çift emülsiyon üretimi bir mikroskopta görüntü. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53516/53516fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> &lt;/ p&gt; <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/53516/53516fig2.jpg" /> Ustaların 2. Litografik üretimini Şekil. (A) 50 um özellikleri hazırlanması için kullanılan maske. Master 1 akışkan koylar, iç / orta faz kavşak, emülsiyon üretimi delik ve uyum için bir gömme dip kalıp kullanılır. Master 2 hizalama için kullanılan yükseltilmiş sırt içerir. (B) 135 um özellikleri hazırlanması için kullanılan maske. Ustalar, taşıyıcı sıvı yönlendirme kanalları ve çıkış kanalı ihtiva ayna görüntüleri vardır. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53516/53516fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53516/53516fig3.jpg" /> PDMS cihazın Şekil 3. Meclisi. ( <strong&gt; A) Fabrikasyon PDMS levhalar ücretsiz girintili ve çıkıntılı çerçeveler içerirler. (B) Montajlı, özellikleri optimum uyum sağlamak için kilit çerçeveleri. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53516/53516fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53516/53516fig4.jpg" /> Farklı akış hızlarında üretilen çift emülsiyonlar 4. Görüntüleri Şekil. Dış fazın akış oranı, her resmin solunda verilir Q c / Q toplamı, değiştirmek için değiştirilmiştir. Delikten makaslanmış olan iç sıvıların jet giderek küçük damlacıklar oluştururken, Q c / Q toplamı daraltır artırılması. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53516/53516fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Çift emülsiyon damlacıklarının Şekil 5. Histogramlar farklı akış hızlarında boyutları. Akış koşulları kümesi verilen üretilen emülsiyon damlacıklarının çapı varyasyon ortalama katsayısı% 5.2 olduğunu. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53516/53516fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53516/53516fig6.jpg" /> Normalize debisi parametresi karşı Şekil 6. Damlacık çapı. Sürekli fazın akış hızı ayarlanması% 30 delik çapı -100% olan çift emülsiyonlar üretilmesini sağlar. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53516/53516fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> </p&gt; <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Q i [ul / saat] </td><td> Q m [ul / saat] </td><td> Q toplamı [ul / saat] </td><td> Q c [ul / saat] </td><td> Q, C- <fon> / Q toplamı </fon></td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 1050 </td><td> 3 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 2100 </td><td> 6 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 3850 </td><td> 11 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 5950 </td><td> 17 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 8050 </td><td> 23 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 10150 </td><td> 29 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 11900 </td><td> 34 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 17150 </td><td> 49 </td></tr><tr><td> 100 </td><td> 250 </td><td> 350 </td><td> 19950 </td><td> 57 </td></tr></tbody></table> Deneyler için kullanılan Tablo 1. Akış hızı parametreleri. İç faz ve orta fazlı akış hızları (Q i Q m) sabit bir kombine debisi (Q toplamı) vererek, sürekli tutulur. Taşıyıcı fazı akış oranı (Qc) farklı çaplarda iki emülsiyonları üretmek için değiştirilir. Oranı Q c / Q toplamı deneysel koşullar açıklayan başlıca boyutsuz parametredir.

Watch this Scientific Journal Video about Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device at JoVE.com

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.

Bir Polidimetilsiloksan (PDMS) Koaksiyel Akış Odak Aygıtı Kullanma Çift Emülsiyon Üretimi

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 ...

double-emulsion-generation-using-polydimethylsiloxane-pdms-co-axial

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

16.0K Görüntüleme.  University of California, San Francisco. 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 µm.

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

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.

Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

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

Biyoloji

High Throughput Single-cell and Multiple-cell Micro-encapsulation

Microfluidic encapsulation methods have been previously utilized to capture cells in picoliter-scale aqueous, monodisperse drops, providing confinement from a bulk fluid environment with applications in high throughput screening, cytometry, and mass spectrometry. We describe a method to not only encapsulate single cells, but to repeatedly capture a set number of cells (here we demonstrate one- and two-cell encapsulation) to study both isolation and the interactions between cells in groups of controlled sizes. By combining drop generation techniques with cell and particle ordering, we demonstrate controlled encapsulation of cell-sized particles for efficient, continuous encapsulation. Using an aqueous particle suspension and immiscible fluorocarbon oil, we generate aqueous drops in oil with a flow focusing nozzle. The aqueous flow rate is sufficiently high to create ordering of particles which reach the nozzle at integer multiple frequencies of the drop generation frequency, encapsulating a controlled number of cells in each drop. For representative results, 9.9 &mu;m polystyrene particles are used as cell surrogates. This study shows a single-particle encapsulation efficiency Pk=1 of 83.7% and a double-particle encapsulation efficiency Pk=2 of 79.5% as compared to their respective Poisson efficiencies of 39.3% and 33.3%, respectively. The effect of consistent cell and particle concentration is demonstrated to be of major importance for efficient encapsulation, and dripping to jetting transitions are also addressed. 
Introduction 
Continuous media aqueous cell suspensions share a common fluid environment which allows cells to interact in parallel and also homogenizes the effects of specific cells in measurements from the media. High-throughput encapsulation of cells into picoliter-scale drops confines the samples to protect drops from cross-contamination, enable a measure of cellular diversity within samples, prevent dilution of reagents and expressed biomarkers, and amplify signals from bioreactor products. Drops also provide the ability to re-merge drops into larger aqueous samples or with other drops for intercellular signaling studies.1,2 The reduction in dilution implies stronger detection signals for higher accuracy measurements as well as the ability to reduce potentially costly sample and reagent volumes.3 Encapsulation of cells in drops has been utilized to improve detection of protein expression,4 antibodies,5,6 enzymes,7 and metabolic activity8 for high throughput screening, and could be used to improve high throughput cytometry.9 Additional studies present applications in bio-electrospraying of cell containing drops for mass spectrometry10 and targeted surface cell coatings.11 Some applications, however, have been limited by the lack of ability to control the number of cells encapsulated in drops. Here we present a method of ordered encapsulation12 which increases the demonstrated encapsulation efficiencies for one and two cells and may be extrapolated for encapsulation of a larger number of cells.
To achieve monodisperse drop generation, microfluidic "flow focusing" enables the creation of controllable-size drops of one fluid (an aqueous cell mixture) within another (a continuous oil phase) by using a nozzle at which the streams converge.13 For a given nozzle geometry, the drop generation frequency f and drop size can be altered by adjusting oil and aqueous flow rates Qoil and Qaq. As the flow rates increase, the flows may transition from drop generation to unstable jetting of aqueous fluid from the nozzle.14 
When the aqueous solution contains suspended particles, particles become encapsulated and isolated from one another at the nozzle. For drop generation using a randomly distributed aqueous cell suspension, the average fraction of drops Dk containing k cells is dictated by Poisson statistics, where Dk = &lambda;k exp(-&lambda;)/(k!) and &lambda; is the average number of cells per drop. The fraction of cells which end up in the "correctly" encapsulated drops is calculated using Pk = (k x Dk)/&Sigma;(k' x Dk'). The subtle difference between the two metrics is that Dk relates to the utilization of aqueous fluid and the amount of drop sorting that must be completed following encapsulation, and Pk relates to the utilization of the cell sample. As an example, one could use a dilute cell suspension (low &lambda;) to encapsulate drops where most drops containing cells would contain just one cell. While the efficiency metric Pk would be high, the majority of drops would be empty (low Dk), thus requiring a sorting mechanism to remove empty drops, also reducing throughput.15
Combining drop generation with inertial ordering provides the ability to encapsulate drops with more predictable numbers of cells per drop and higher throughputs than random encapsulation. Inertial focusing was first discovered by Segre and Silberberg16 and refers to the tendency of finite-sized particles to migrate to lateral equilibrium positions in channel flow. Inertial ordering refers to the tendency of the particles and cells to passively organize into equally spaced, staggered, constant velocity trains. Both focusing and ordering require sufficiently high flow rates (high Reynolds number) and particle sizes (high Particle Reynolds number).17,18 Here, the Reynolds number Re =uDh/&nu; and particle Reynolds number Rep =Re(a/Dh)2, where u is a characteristic flow velocity, Dh [=2wh/(w+h)] is the hydraulic diameter, &nu; is the kinematic viscosity, a is the particle diameter, w is the channel width, and h is the channel height. Empirically, the length required to achieve fully ordered trains decreases as Re and Rep increase. Note that the high Re and Rep requirements (for this study on the order of 5 and 0.5, respectively) may conflict with the need to keep aqueous flow rates low to avoid jetting at the drop generation nozzle. Additionally, high flow rates lead to higher shear stresses on cells, which are not addressed in this protocol. The previous ordered encapsulation study demonstrated that over 90% of singly encapsulated HL60 cells under similar flow conditions to those in this study maintained cell membrane integrity.12 However, the effect of the magnitude and time scales of shear stresses will need to be carefully considered when extrapolating to different cell types and flow parameters. The overlapping of the cell ordering, drop generation, and cell viability aqueous flow rate constraints provides an ideal operational regime for controlled encapsulation of single and multiple cells.
Because very few studies address inter-particle train spacing,19,20 determining the spacing is most easily done empirically and will depend on channel geometry, flow rate, particle size, and particle concentration. Nonetheless, the equal lateral spacing between trains implies that cells arrive at predictable, consistent time intervals. When drop generation occurs at the same rate at which ordered cells arrive at the nozzle, the cells become encapsulated within the drop in a controlled manner. This technique has been utilized to encapsulate single cells with throughputs on the order of 15 kHz,12 a significant improvement over previous studies reporting encapsulation rates on the order of 60-160 Hz.4,15 In the controlled encapsulation work, over 80% of drops contained one and only one cell, a significant efficiency improvement over Poisson (random) statistics, which predicts less than 40% efficiency on average.12
In previous controlled encapsulation work,12 the average number of particles per drop &lambda; was tuned to provide single-cell encapsulation. We hypothesize that through tuning of flow rates, we can efficiently encapsulate any number of cells per drop when &lambda; is equal or close to the number of desired cells per drop. While single-cell encapsulation is valuable in determining individual cell responses from stimuli, multiple-cell encapsulation provides information relating to the interaction of controlled numbers and types of cells. Here we present a protocol, representative results using polystyrene microspheres, and discussion for controlled encapsulation of multiple cells using a passive inertial ordering channel and drop generation nozzle.

Combining monodisperse drop generation with inertial ordering of cells and particles, we describe a method to encapsulate a desired number of cells or particles in a single drop at kHz rates. We demonstrate efficiencies twice exceeding those of unordered encapsulation for single- and double-particle drops.

Yüksek Verim Micro-encapsulation Tek hücreli ve Çoklu-hücre

Microfluidic encapsulation methods have been previously utilized to capture cells in picoliter-scale aqueous, monodisperse drops, providing confinement ...

Biyomühendislik

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant exogenous molecular probes into cells. This work reports a microfluidic electroporation platform capable of performing multiple molecule delivery to mammalian cells with precise and molecular-dependent parameter control. The system&#8217;s ability to isolate cells with uniform size distribution allows for less variation in electroporation efficiency per given electric field strength; hence enhanced sample viability. Moreover, its process visualization feature allows for observation of the fluorescent molecular uptake process in real-time, which permits prompt molecular delivery parameter adjustments in situ for efficiency enhancement. To show the vast capabilities of the reported platform, macromolecules with different sizes and electrical charges (e.g., Dextran with MW of 3,000 and 70,000 Da) were delivered to metastatic breast cancer cells with high delivery efficiencies (&#62;70%) for all tested molecules. The developed platform has proven its potential for use in the expansion of research fields where on-chip electroporation techniques can be beneficial.

A microfluidic vortex assisted electroporation platform was developed for sequential delivery of multiple molecules into identical cell populations with precise and independent dosage control. The system&#8217;s size based target cell purification step preceding electroporation aided to enhance molecular delivery efficiency and processed cell viability.

Microscale Vortex destekli Sıralı Moleküler Teslimat için Electroporator

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

Faz-inversiyon ortak akış yapısıyla mikrosıvısal kapiller aygıtı kullanarak yüksek viskozite damlacıkları imalatı

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

Kimya

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

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

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

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

Poli (etilen glikol) Diacrylate damlacıklar yoluyla yarı-3 boyutlu akış odaklanarak mikrosıvısal cihazlar boyutu kontrol nesil

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

Mühendislik

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.

Damla ve Emülsiyon Üretmek için Cam Bazlı Cihazlar

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.

Ventilli Katmanlı mikroakışkan Cihazlar için çok adımlı Değişken Yükseklik Fotolitografi

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

Generation of Heterogeneous Drug Gradients Across Cancer Populations on a Microfluidic Evolution Accelerator for Real-Time Observation

Conventional cell culture remains the most frequently used preclinical model, despite its proven limited ability to predict clinical results in cancer. Microfluidic cancer-on-chip models have been proposed to bridge the gap between the oversimplified conventional 2D cultures and more complicated animal models, which have limited ability to produce reliable and reproducible quantitative results. Here, we present a microfluidic cancer-on-chip model that reproduces key components of a complex tumor microenvironment in a comprehensive manner, yet is simple enough to provide robust quantitative descriptions of cancer dynamics. This microfluidic cancer-on-chip model, the &#34;Evolution Accelerator,&#34; breaks down a large population of cancer cells into an interconnected array of tumor microenvironments while generating a heterogeneous chemotherapeutic stress landscape. The progression and the evolutionary dynamics of cancer in response to drug gradient can be monitored for weeks in real time, and numerous downstream experiments can be performed complementary to the time-lapse images taken through the course of the experiments.

We present a microfluidic cancer-on-chip model, the &#34;Evolution Accelerator&#34; technology, which provides a controllable platform for long-term real-time quantitative studies of cancer dynamics within well-defined environmental conditions at the single-cell level. This technology is expected to work as an in vitro model for fundamental research or pre-clinical drug development.

Gerçek Zamanlı Gözlem için Mikroakışkan Evrim Hızlandırıcı kanser popülasyonları arasında Heterojen İlaç Gradyanların Üretimi

Conventional cell culture remains the most frequently used preclinical model, despite its proven limited ability to predict clinical results in cancer. ...

Kombinatoryal Plug Üretimi için Mikroakışkan Bir Cihazın Kurulumu

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.

Yazar Spotlight: Hesaplamalı ve Deneysel Yaklaşımları Hassas Onkolojiye Entegre Etme

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.

Kombinatoryal Fiş Üretimi için İki Katmanlı Mikroakışkan Cihaz

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

Bir Polidimetilsiloksan (PDMS) Koaksiyel Akış Odak Aygıtı Kullanma Çift Emülsiyon Üretimi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

Yüksek Verim Micro-encapsulation Tek hücreli ve Çoklu-hücre

Microscale Vortex destekli Sıralı Moleküler Teslimat için Electroporator

Faz-inversiyon ortak akış yapısıyla mikrosıvısal kapiller aygıtı kullanarak yüksek viskozite damlacıkları imalatı

Poli (etilen glikol) Diacrylate damlacıklar yoluyla yarı-3 boyutlu akış odaklanarak mikrosıvısal cihazlar boyutu kontrol nesil

Damla ve Emülsiyon Üretmek için Cam Bazlı Cihazlar

Ventilli Katmanlı mikroakışkan Cihazlar için çok adımlı Değişken Yükseklik Fotolitografi

Gerçek Zamanlı Gözlem için Mikroakışkan Evrim Hızlandırıcı kanser popülasyonları arasında Heterojen İlaç Gradyanların Üretimi

Kombinatoryal Fiş Üretimi için İki Katmanlı Mikroakışkan Cihaz

Kombinatoryal Fiş Üretimi için İki Katmanlı Mikroakışkan Cihaz