即使是簡(jiǎn)單的微流控裝置，通常也需要復(fù)雜而昂貴的泵送和閥門系統(tǒng)來(lái)精確計(jì)量和控制流體流量。這通常需要大量且耗時(shí)的設(shè)置，有時(shí)會(huì)使這些芯片不便且難以想象。它也可能代表著與相當(dāng)簡(jiǎn)單的將液體從一個(gè)小體積移到另一個(gè)體積的直接過(guò)程的重大偏離，使得非微流控專家不太可能采用。然而，培養(yǎng)板微流體的開(kāi)發(fā)為研究流體交換和剪切流動(dòng)提供了一種高通量、簡(jiǎn)化的方法，同時(shí)最大限度地減少了設(shè)置和對(duì)多個(gè)流體連接的需要。在聚苯乙烯(PS)板和聚二甲基硅氧烷(PDMS)流體之間建立界面是制造這些混合設(shè)備的最大障礙。Khine等人利用壓力創(chuàng)造了緊密的界面，而Conant等人使用膠水粘合表面，但這兩個(gè)人都沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明他們的技術(shù)，實(shí)際上工藝上的微小變化都不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障。這里詳細(xì)介紹了兩種在培養(yǎng)板和微流體之間始終如一地建立有效界面的技術(shù)。從而產(chǎn)生通過(guò)附連到培養(yǎng)板底部的PDMS設(shè)備中的定制微通道互連的各個(gè)井。然后將試劑添加到井中，并通過(guò)下層通道網(wǎng)絡(luò)通過(guò)靜液壓力或壓力控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到出口井中。

利用這一平臺(tái)，可以將流量引入傳統(tǒng)的培養(yǎng)板研究，從而更接近地模擬各種生理?xiàng)l件。此外，這些定制設(shè)備與培養(yǎng)板微流控系統(tǒng)的兼容性提供了精確和動(dòng)態(tài)控制實(shí)驗(yàn)條件的機(jī)會(huì)，包括溫度、壓力和氣體環(huán)境。多培養(yǎng)板的使用還允許將多個(gè)設(shè)備并行地結(jié)合到同一板上，從而在不增加控制系統(tǒng)復(fù)雜性的情況下增加產(chǎn)量5。此外，培養(yǎng)板平臺(tái)的熟悉性和無(wú)處不在為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的技術(shù)專業(yè)人員提供了一個(gè)熟悉的平臺(tái)，并自動(dòng)與已可用于常規(guī)培養(yǎng)板的顯微鏡工作臺(tái)附件主機(jī)兼容。

培養(yǎng)板微流控制造已經(jīng)被證明是在微流體和培養(yǎng)板之間的壓力密封以及將兩者粘合在一起。這項(xiàng)工作建立在這些想法的基礎(chǔ)上，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明使用液體粘合劑或化學(xué)活化和粘合進(jìn)行粘合。在此，我們提出了兩種方法，一種是使用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(ATPES)來(lái)修飾PS培養(yǎng)板的表面以與經(jīng)等離子體處理的PDMS結(jié)合，另一種是使用未固化的PDMS作為PS和PDMS表面之間的粘合劑。雖然APTES改性在不添加額外材料的情況下提供了更強(qiáng)的結(jié)合，但未固化的PDMS結(jié)合過(guò)程需要較少的壓力，避免了納米級(jí)特征的任何扭曲。該過(guò)程的概述如圖1所示：

圖1-上面使用APTES工藝，下面使用PDMS膠的制造流程示意圖。

所需材料

材料：

PDMS設(shè)備復(fù)制品，其入口和出口設(shè)計(jì)為與培養(yǎng)板對(duì)齊

48培養(yǎng)板；平底，非組織培養(yǎng)處理

異丙醇(IPA)

大到足以覆蓋流道的蓋板或滑板。

X-Acto刀

透明膠帶

APES鍵合：

APTES

去離子水

硬質(zhì)橡膠烘干機(jī)

可密封塑料容器

僅PDMS鍵合：

錐形針頭塑料注射器

未固化的PDMS(10：1 w/w彈性體基與固化劑)

設(shè)備：

鉆床

等離子清洗機(jī)

烘膠臺(tái)

烘箱

步驟：

培養(yǎng)板準(zhǔn)備(用于兩種粘接方法)：

1. 通過(guò)在每口井的中心鉆一個(gè)對(duì)應(yīng)于PDMS復(fù)制品上的入口或出口的孔來(lái)準(zhǔn)備培養(yǎng)板(圖2)。

2. 使用X-Acto刀清潔鉆孔的邊緣，使培養(yǎng)板的底面光滑，并清除可能因鉆井而形成的唇部。

圖2 -制備好的PDMS器件如圖a所示，制備好的培養(yǎng)板如圖b所示

APTES鍵合步驟：

培養(yǎng)板APTES改性

1.用IPA清潔培養(yǎng)板的底面，并在高設(shè)置下暴露在氧氣等離子體中2分鐘，底面朝上(圖3a)。

2.在通風(fēng)柜中，準(zhǔn)備100毫升1%v/v APTES的水溶液，并將溶液倒入一個(gè)淺的可再密封的容器中。

3.將等離子體處理過(guò)的培養(yǎng)板放入APTES容器中，使板的底面完全淹沒(méi)。密封容器并浸泡30分鐘(圖3b)。

4.從APTES浴缸中取出盤子，用水沖洗頂部和底部。用壓縮空氣干燥培養(yǎng)板，并將其放在50°C的熱板上，以確保徹底干燥。

圖3-將培養(yǎng)板暴露在空氣等離子體中，并浸入水/APTES溶液中，以改變表面化學(xué)并實(shí)現(xiàn)PS和PDMS之間的粘合。然后將蓋片等離子粘合到PDMS表面。圖3-將培養(yǎng)板暴露在空氣等離子體中并浸入水/APTES溶液中，以改變表面化學(xué)并實(shí)現(xiàn)PS與PDMS之間的粘接。然后將蓋片等離子粘接到PDMS表面

裝配

1.使用透明膠帶清潔PDMS復(fù)制品的頂部(與通道相對(duì))，并在高處等離子體清潔1分鐘。

2.使PDMS復(fù)制品的槽側(cè)朝上，將復(fù)制品的入口/出口與APTES修改的培養(yǎng)板的孔對(duì)齊，并將各層壓在一起。在表面上滾動(dòng)剎車器以消除任何氣泡，并確保均勻、均勻的粘合。在75°C下烘焙20分鐘(圖3c)。

3.將帶有粘合裝置的培養(yǎng)板從烤箱中取出，并使用透明膠帶從暴露在通道中的PDMS中清除碎屑。用IPA清洗玻璃蓋板，并將蓋板和培養(yǎng)板置于高壓氧氣等離子體中1分鐘。將蓋片粘合到PDMS復(fù)制品上，從而將通道封閉并在75°C下烘烤20分鐘。

未加工的PDMS處理：

1.用透明膠帶清除PDMS復(fù)制品底部(暴露在通道外)的灰塵，并用IPA清潔玻璃蓋板。在高設(shè)置下將兩者暴露在氧氣等離子體中1分鐘，并將它們粘合在一起，封閉通道。在75°C下烘焙1小時(shí)(圖4a)。

2.用IPA清洗已準(zhǔn)備好的培養(yǎng)板的底面。使用錐形針頭注射器，將未固化的PDMS小液滴放在將粘合PDMS裝置的培養(yǎng)板的底部表面上(圖4b)。

3.使用透明膠帶，清除蓋板粘合的PDMS復(fù)制品頂部(與通道相對(duì))的任何灰塵。將設(shè)備的入口/出口與培養(yǎng)板的孔對(duì)齊，然后將設(shè)備輕輕按在培養(yǎng)板上(圖4c)。取出可能已泄漏到設(shè)備的井或入口/出口中的任何未固化的PDMS。在75°C下烘烤1小時(shí)。

圖4-PDMS設(shè)備首先粘合到蓋板(A)上，然后使用未固化的PDMS(B)粘接到培養(yǎng)板上。C從頂視圖和側(cè)視圖顯示了完整的設(shè)備。

結(jié)論

我們提出了兩種將PDMS微流控裝置連接到聚苯乙烯培養(yǎng)板上的方法，為利用定制的培養(yǎng)板微流體提供了機(jī)會(huì)。使用這些設(shè)備的分析可以與培養(yǎng)板微流控裝置一起運(yùn)行，或使用簡(jiǎn)單的移液方法，只需將所需的試劑或介質(zhì)添加到進(jìn)氣孔中(圖9)。雖然制造過(guò)程比典型的PDMS工藝更復(fù)雜，但培養(yǎng)板微流體通過(guò)使用單個(gè)歧管控制器或使用井高產(chǎn)生壓力的靜壓流動(dòng)，消除了對(duì)復(fù)雜油管連接的需要。