JS 杂志上的传感器 1687 - 7268 1687 - 725 x Hindawi出版公司 436492年 10.1155 / 2013/436492 436492年 研究文章 综合频道选择器引导流体使用Thermoreversible凝胶由数码镜子设备控制 Shirasaki Yoshitaka 1、2 Tatsuoka Masayasu 2 山 梅 1 美津浓 小君 2 Shoji 秀一 2 Funatsu 隆 3 荒川 孝宏 1 过敏和免疫学研究中心 理1-7-22 Suehiro-cho Tsurumi-ku、横滨 神奈川230 - 0045 日本 2 先进科学与工程研究生院 早稻田大学 3-4-1 Ohkubo 东京169 - 8555 日本 waseda.jp 3 分析化学实验室 东京大学 7-3-1 Hongo村 东京113 - 0033 日本 u-tokyo.ac.jp 2013年 18 3 2013年 2013年 06 10 2012年 11 02 2013年 19 02 2013年 2013年 版权©2013 Yoshitaka Shirasaki et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

综合频道选择器系统采用thermoreversible凝胶聚合物的发展。在这里,我们显示系统 3 × 3 排列巩膜有九个过境点。红外激光照射被用来形成凝胶在几个地区过境点安排一个从入口的一个九流路径网点通过一定的连接和渠道。多点红外激光辐照是意识到使用personal-computer-controlled数码镜子设备。系统被证明是能够直接流向所有九个网点。最后,我们取得了生产灵活的路径流动粒子包括一边旅行。

 1。介绍

微流控技术在许多领域被认为是强大的工具,如化学、生物学和医学( 1- - - - - - 3]。这些技术成为可能,例如,分析极少量的样品,并允许quite-homogeneous反应堆系统称为microprocess服务器的开发。在微流控系统已经开发出来,液体通常是通过预先构建的渠道向一个方向移动时,它只提供有限的灵活性。增加灵活性和复杂性在改变流动方向,无数阀系统各种控制的部队已经被开发出来,例如,一个气动控制阀的软材料,小型机械阀门制造使用微加工技术,和监管微通道的流动阻力的变化采用pH-sensitive热敏凝胶或light-driven润湿性变化( 4- - - - - - 12]。在这些阀门、气动控制阀门已经应用在许多类型的设备,因为其简单的制造和多个阀门操作的可能性 4, 7]。然而,气动阀的操作是由一个芯片外的电磁阀控制,和microvalves需要相同数量的大规模集成芯片外控制电磁阀和world-to-chip连接器( 13]。我们开发了流控制系统有一个输入和输出两到五thermoreversible凝胶水凝胶的红外(IR)激光局部加热( 14- - - - - - 16]。我们成功地引导选择性地以一种非接触的方式,但基于流交换的技术只有一个结。这里,我们扩展流控制机制灵活的流控制通路连接与独立监管18阀门。

 2。材料和方法 2.1。微通道结构矩阵

我们设计了一个集成的频道选择器的矩阵式微通道有一个入口和九个网点,如图 1(一)。实现高效的加热,Cr / Pt薄金属吸收器在每一个交叉点形成流动路径和点就在各自的九个网点。

频道选择器系统的工作原理。(一)布局在这项研究中使用的巩膜。(b)与红外辐照使用DMD多点供热系统。(c)流向的监管原则。

 2.2。多个流控制的原则

我们利用热可逆凝胶聚合物微通道流量控制解决方案。Mebiol凝胶在这项工作,这是一个嵌段共聚物聚(甲基丙烯酸N-isopropylacrylamide-co-n-butyl酯)和聚(乙二醇),使用( 15]。液体形式的聚合物(溶胶状态)在室温下变成一个弹性水凝胶(凝胶状态)高于临界温度(36°C)。粘度凝胶状态的大约1000倍的溶胶状态,和当地形成凝胶能够塞流微通道。普朗尼克f - 127也有类似的流变变化和被成功地用于某些流体控制技术( 8, 9, 11),尽管热控制的凝胶聚合物应该严格是因为它的二级gel-to-sol过渡在较高温度( 17]。Mebiol凝胶,它没有热滞现象,保持胶凝结构在更高的温度下,在流量控制的优势。在以前的工作中,我们实现了连续堵在分叉通道1毫米 证券交易委员会 - - - - - - 1 流速,使快速打开/关闭反应( 15与单聚焦的红外激光器)。这里,我们延长加热用金属吸收器和multispot数码镜子设备照明系统(DMD)(图 1 (b))。运营商解决方案介绍了Mebiol凝胶和微溶胶状态的入口。目标microbead被发现后,一组特定的金属吸收被IR-laser-beam辐照加热反映personal-computer-controlled demand media,造成流路径从入口到特定的出口(图 1 (b))。运营商解决方案在辐照点转化为凝胶状态,插巩膜并且改变的方向流(图 1 (c))。凝胶化的程度可以控制通过改变输入的红外激光金属吸收。

 2.3。频道选择器的制造系统

图 2显示频道选择器的制造设备。首先,Cr顺序和非盟金属沉积在500年 μ 米厚派热克斯玻璃衬底层厚度的30和40 nm,分别(图 2(一个))。非盟电影被用作电镀种子层。积极的光刻胶(TSMRV90 27 cp、东京Ohka Kogyo有限公司有限公司)涂层在非盟电影和微通道的模式矩阵被光刻(图转移 2 (b))。镍层,作为面具电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE),沉积了一层厚度由电镀(图700海里 2 (c))。对于5 μ 米深蚀刻在ICP-RIE派热克斯玻璃衬底,然后派热克斯玻璃上的所有金属被删除(图 2 (d))。另一个积极的光刻胶(pm P-LA900,东京Ohka Kogyo有限公司有限公司)涂在派热克斯玻璃和热吸收器的传输模式(图 2 (e))。Cr和Pt顺序沉积与层厚度的70 nm和80 nm),分别由溅射(图 2 (f))。后去除光刻胶(图 2 (g)),派热克斯玻璃衬底热连着170年派热克斯玻璃盖板的厚度 μ 在560°C(图 2 (h))。我们优化的厚度和Cr / Pt吸收器的热活动条件。的吸收器能吸收97%的能量输入红外激光。保持恒温装置,装置的顶部连接到水散热器。

频道选择器的制造系统。

Cr /非盟沉淀

抵制模式

镀镍

玻璃蚀刻

抵制模式

Cr / Pt飞溅

升空

玻璃粘接

 2.4。光学设置

图 3显示了荧光检测的光学系统和红外激光辐照。一个倒置光学显微镜(IX71,奥林巴斯光学、东京、日本)配备一个物镜(UApo / 340 20 x;奥林巴斯光学)使用。30 w红外激光(808海里,LIMO32-F200-DL808-LM豪华轿车Lissotschenko Mikrooptik GmbH)是用于红外源。DMD的红外激光事件(从DLP投影机,v - 807,加上视觉有限公司)是反映在微镜的一个子集,在国家中,直接通过物镜照射式微通道,而另一个微镜,在关闭状态,针对光学陷阱。反映红外激光引入频道选择器通过中继透镜,二向色镜(一个定制的505 nm长路径过滤器;朝日光谱有限公司),一个客观的镜头。在焦平面红外激光的力量是2 W当红外激光反射了所有DMD微镜。微镜的角度的变化引发了目标信号处理和发送的个人电脑。罗丹明B,在载体的微量溶液混合巩膜,形象化和微(FluoSpheres聚苯乙烯微球,1.0 μ 米,黄绿色荧光示踪研究;分子探针)被水银灯兴奋通过一个激发过滤器(D540/25x;色技术有限公司)和二向色镜(Q565LP;色科技有限公司)。获得的荧光是电荷耦合器件(CCD)的相机(CCD - 300 rcx;DAGE-MTI)通过一个发射滤波器(D605/55 m;色科技有限公司)。从CCD相机图像信号被转换成一个图像采集板(GINGA +;Linx corp .)和分析利用Halcon软件(Linx corp .)。DMD是由使控制程序用Visual Basic编写的。

原理图的光学设置频道选择器系统。

 3所示。结果和讨论 3.1。计算流体动力学分析

寻找合适的频道选择器溶胶-凝胶转变的条件,计算流体动力学(CFD)进行了分析。发现了CFD分析的重要参数。微通道的宽度应该是8 μ 米,因为如果少,流阻太高了,如果多,热扩散通过巩膜太快。此外,微通道的间隔格子应该至少20 μ 米因为如果不到,应用热积累在微通道内晶格。此外,频道选择器装置应派热克斯玻璃而不是硅胶由于小派热克斯玻璃的导热系数。模拟应用程序的设置金属吸收的热能在上述条件下显示,温度分布十分有限(图生成正确的流动路径 4)。所需的红外激光被估计为100 W 米 - - - - - - 2 从仿真结果。

CFD分析微通道的温度分布。通道有8 μ 米宽度和26 μ m通道长度之间的十字路口。突出显示区域显示面积超过30°C。

 3.2。示威活动的通道选择

的混合物Mebiol凝胶、罗丹明B和荧光微引入微通道通过入口在0.15 MPa;恒压泵流速度约为500 μ 米 证券交易委员会 - - - - - - 1 。首先,我们试图配以微动目标的每一个出口。均匀的方形照明可能形成每个出口流动路径独立试验中但没有切换流程。错误经常发生路径时切换到另一个更遥远的出口。这种现象可以解释为不同的流阻不同的媒体。我们发现更遥远的网点有更高的流阻和需要更多的阻力增加停止流动。因此,我们优化输入功率红外激光的吸收器通过改变多边形区域通过反复试验的过程。在这个过程中,我们还发现,蓄热的芯片也影响了控制流。最小化总输入功率的芯片了。荧光图像图 5显示荧光珠流动的轨迹对不同媒体的加热下特定点在旁边的插图显示荧光图像。每个流路径成功控制这珠子搬到特定的出口。顺序切换流程演示的开关速度低于300 ms。平均流量的珠子是减少到97%通过进口渠道。这个结果显示leak-less流控制由当地燥热引起凝胶,表明high-responsive流实现路径选择。

流控制选择从入口到每个特定出口的路线。九组的荧光图像,说明辐照情况显示。数字插图对应的网点数量如中央图所示。荧光微移到特定的媒体(如箭头所示每个插图),红外激光辐照是由白色的多边形表示模式。每个多边形是一名九方格的组合,表明辐照束在这一点上也反映出了一名九微镜。每个微磁轨迹之前预期的路线。

接下来,我们试图让更灵活的流程,以确保预期的性能不仅进口/出口附近的中心晶格。在这个实验中,最短路径。图 6显示了一个示例的一个演示。对于这个轨迹,所有加热点充当障碍对样本流。

流量控制更灵活的路线从进口到出口。(一)预期的路线(箭头)和需要的凝胶点(黑暗的区域)。(b)红外激光辐照模式表示为白色的多边形。每个多边形two-nine方块的组合,代表辐照束在这一点上是反映在two-nine微镜。(c)的荧光图像的轨迹荧光microbead表明燥热引起凝胶有效阻止和改变流体流动的方向每一点。

 4所示。结论

我们开发了一个入口,nine-outlet综合频道选择器和一个灵活的通路连接系统采用thermoreversible Mebiol凝胶的凝胶和红外辐照控制模式。该系统独立控制18阀门通过非接触能量传输。这个工作原理使我们能够整合所有机械在100频道选择器 μ 平方,因此提供了新的流体系统,如信号分离器适用于micrototal分析系统。

 确认

作者感谢Shimomae Shota Watabe和“新实验的支持,以及成员Funatsu实验室和Shoji实验室讨论。这项研究部分由SENTAN, JST,科学研究补助金(S),批准号23226010,日本的jsp。

 青山 C。 火箭 一个。 野口勇 M。 Shirasaki Y。 Shoji 年代。 Funatsu T。 美津浓 J。 Tsunoda M。 使用折叠玩具小汽车支柱数组列low-dispersion转的驱使液相色谱 分析化学 2010年 82年 4 1420年 1426年 2 - s2.0 - 76849083440 10.1021 / ac902491x 徐 Y。 张成泽 K。 山下式 T。 田中 Y。 Mawatari K。 Kitamori T。 Microchip-based细胞生化系统的实际应用和基础研究:从微流体纳米流体力学 分析和分析化学 2012年 402年 99年 107年 首歌 Y。 野口勇 M。 高摫之间 K。 Sekiguchi T。 美津浓 J。 Funatsu T。 Shoji 年代。 Tsunoda M。 一体化的支柱数组列成的驱使液相色谱梯度洗脱系统 分析化学 2012年 84年 4739年 4745年 Araci 即。 地震 s R。 微流控超大规模集成(mVLSI)与微机械阀门集成 芯片上的实验室 2012年 12 2803年 2806年 荒川 T。 Sameshima T。 佐藤 Y。 上野 T。 Shirasaki Y。 Funatsu T。 Shoji 年代。 快速multi-reagents交换TIRFM微流控系统对单个生物分子成像 传感器和执行器B 2007年 128年 1 218年 225年 2 - s2.0 - 35748964432 10.1016 / j.snb.2007.06.014 陈 G。 Svec F。 克纳普 d·R。 Light-actuated高耐压microvalve基于thermo-responsive纳米聚合物芯片上的流量控制 芯片上的实验室 2008年 8 7 1198年 1204年 2 - s2.0 - 46149108815 10.1039 / b803293a 在香港 j·W。 地震 s R。 综合只系统 自然生物技术 2003年 21 10 1179年 1183年 2 - s2.0 - 0141653940 10.1038 / nbt871 克里希南 M。 埃里克森 D。 光诱导微流体重新配置 芯片上的实验室 2012年 12 613年 621年 克里希南 M。 公园 J。 埃里克森 D。 Optothermorheological流操作 光学信 2009年 34 13 1976年 1978年 2 - s2.0 - 67650047857 10.1364 / OL.34.001976 Reichmuth d S。 Shepodd t·J。 科比 b . J。 芯片上的高压picoliter喷射器的驱使流经多孔介质 分析化学 2004年 76年 17 5063年 5068年 2 - s2.0 - 4444236920 10.1021 / ac0493572 博士 B。 胡 c·m·J。 Liepmann D。 穆勒 美国J。 被动流量控制在微器件使用热响应性聚合物解决方案 物理的流体 2006年 18 5 2 - s2.0 - 33744823530 10.1063/1.2204077 053103年 武井 G。 Nonogi M。 Hibara 一个。 Kitamori T。 金 h . B。 优化微通道的润湿性和制造多级的拉普拉斯阀门 芯片上的实验室 2007年 7 5 596年 602年 2 - s2.0 - 34247873034 10.1039 / b618851f Shoji 年代。 卡瓦依 K。 流控制方法和设备测微尺度通道 主题在当前化学 2011年 304年 1 25 Sugino H。 Ozaki K。 Shirasaki Y。 荒川 T。 Shoji 年代。 Funatsu T。 芯片上的微流体排序与荧光光谱检测和多路分离 芯片上的实验室 2009年 9 9 1254年 1260年 2 - s2.0 - 65349115946 10.1039 / b815765k Shirasaki Y。 田中 J。 Makazu H。 田代 K。 Shoji 年代。 Tsukita 年代。 Funatsu T。 芯片上的细胞分选系统使用激光加热thermoreversible凝胶聚合物的控制流 分析化学 2006年 78年 3 695年 701年 2 - s2.0 - 32444440106 10.1021 / ac0511041 Sugino H。 荒川 T。 奈良 Y。 Shirasaki Y。 Ozaki K。 Shoji 年代。 Funatsu T。 集成在一个多层微流控芯片的并行细胞分类器与流控制的溶胶-凝胶转变thermoreversible凝胶聚合物 芯片上的实验室 2010年 10 19 2559年 2565年 2 - s2.0 - 77956321288 10.1039 / c004192k 李 s Y。 李 Y。 金 j·E。 公园 t·G。 安 c . H。 小说pH-sensitive PEG-PPG-PEG共聚物显示一个闭环sol-gel-sol过渡 《材料化学 2009年 19 43 8198年 8201年 2 - s2.0 - 70350712368 10.1039 / b912540j