基于超薄PDMS微球振荡器的稳健声流控微混合器及其在DNA提取中的应用

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Robust Acoustofluidic Micromixer based on an Ultrathin PDMS Microballoon Oscillator

本文介绍了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）微球振荡器的创新型声流控（acoustofluidic）微混合器。该器件通过采用超薄（860 nm）PDMS薄膜形成可谐振的微气球结构，有效克服了传统空化微流（cavitation microstreaming）技术中气泡寿命短的限制。在优化条件（膜厚40 μm、微球尺寸0.8 mm、激励电压60 Vpp）下，器件可稳定工作超过6小时，并在32秒内实现6 μl墨水与600 μl去离子水的快速混合。研究还结合Yeoh超弹性模型进行了有限元分析，并验证了其在DNA提取中的应用，其通量较商业试剂盒提高三倍以上，为微流控平台提供了可靠、高效的混合解决方案。

　　

Highlight

INTRODUCTION

混合是将两种或多种物质结合以形成产物的传质过程[1]。混合是微流控器件中无处不在的基本功能，广泛应用于生物/化学分析（例如核酸分析[2]、免疫分析[3]、环境分析[4]、样品制备[5]）、合成（例如同位素标记[6]、纳米颗粒生产[7]、结晶[8]）以及酶反应（例如蛋白质消化[9]）等领域。

Materials and reagents

聚二甲基硅氧烷（PDMS，Sylgard 184）购自道康宁（美国密歇根州米德兰）。用于数字光处理（DLP）3D打印的透明树脂PlasClear购自Asiga（澳大利亚新南威尔士州）。用作PDMS膜制备平模的聚苯乙烯（PS）培养皿由SPL Life Science（韩国抱川市，#10101）提供。混合实验所用的黑色墨水来源于Javapen（韩国首尔）。

MagaZorb DNA Mini-Prep ...

Optimizing spin-coating conditions for minimizing PDMS-membrane thickness

旋涂薄膜的厚度h与旋转速度ω的经验关系模型如下[84]：$h=k{\omega }^{\alpha }$，其中k和α为实验确定的常数。k与粘度相关，而α通常为负值，表明h与ω呈反比关系。为建立基准行为，我们加载2.2 g PDMS并在不同转速下旋涂20秒。所得膜厚使用Sigmaplot 14.0根据公式(3)进行曲线拟合。

CONCLUSIONS

微尺度混合是微流控研究的一个基本方面，因为其在众多应用中无处不在。在已探索的策略中，声流控混合提供了可控、有效的混合，并能直接集成到微流控平台中。特别是，空化微流因其异常快速的混合性能而引起了广泛关注。然而，其实用化受到声场下振荡气泡固有稳定性的限制。