A فخ هيدرودينامي ميكروفلويديك المستندة للجسيمات واحدة
Summary
في هذه المقالة ، نقدم طريقة ميكروفلويديك قائم على الحبس الجسيمات على أساس تدفق الهيدروديناميكية. علينا أن نظهر استقرارا محاصرة الجسيمات في السائل نقطة الركود باستخدام آلية مراقبة ردود الفعل ، وبالتالي تمكين والحبس التعسفي من الجزيئات المجهرية في microdevice متكاملة.
Abstract
القدرة على حصر والتلاعب الجزيئات في حل واحد هو حر التكنولوجيا الرئيسية مواتية للعلوم الأساسية والتطبيقية. وقد أدت الطرق لمحاصرة الجسيمات على أساس التقنيات البصرية ، والمغناطيسية ، وحركي كهربي ، والصوتية إلى التطورات الرئيسية في الفيزياء والبيولوجيا الجزيئية بدءا من مستوى لالخلوية. في هذه المقالة ، ونحن نقدم الجديد القائم على تقنية ميكروفلويديك لمحاصرة الجسيمات والتلاعب تستند فقط على تدفق السوائل الهيدروديناميكية. باستخدام هذه الطريقة ، علينا أن نظهر محاصرة من الجزيئات المتناهية الصغر والنانوية الحجم في المحاليل المائية لفترات زمنية طويلة. فخ الهيدروديناميكية تتكون من عبوة ميكروفلويديك متكاملة مع هندسة قناة عبر فتحة حيث تيارين الصفحي معارضة تتقارب ، وبالتالي توليد تدفق الممتدة المستوية مع نقطة الركود السائل (صفر السرعة نقطة). في هذا الجهاز ، وتنحصر الجزيئات في مركز الفخ عن طريق التحكم النشط في مجال الحفاظ على موقف تدفق الجسيمات في السائل نقطة الركود. بهذه الطريقة ، محاصرون في حل فعال جزيئات حرة باستخدام خوارزمية تحكم ردود فعل تنفيذها مع رمز ابفيو (LabVIEW) مبنية خصيصا. الخوارزمية مراقبة تتكون من التقاط صور لجسيم في الجهاز ميكروفلويديك ، تليها تتبع الجسيمات ، وتحديد موقف الجسيمات النقطه الوسطى ، والتصحيح النشط للتدفق السائل من خلال تنظيم الضغوط التي مورست على صمام هوائي على الرقاقة باستخدام منظم الضغط. في هذه الطريقة ، على رقاقة صمام قياس الوظائف الحيوية لتنظيم معدلات التدفق النسبي في قنوات مخرج ، وبالتالي تمكين غرامة على نطاق السيطرة على الموقف نقطة الركود ومحاصرة الجسيمات. المعروضات في فخ الهيدروديناميكية ميكروفلويديك المستندة مزايا عديدة كوسيلة لمحاصرة الجسيمات. الهيدروديناميكية محاصرة من الممكن لأي الجسيمات التعسفي دون شروط محددة عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكائن المحاصرين. بالإضافة إلى ذلك ، محاصرة الهيدروديناميكية تمكن من الحبس "واحد" الكائن الهدف في تعليق الجسيمات المركزة أو المزدحمة ، والتي من الصعب استخدام القوة الطرق البديلة لمحاصرة الميدانية. الهيدروديناميكية في فخ سهل الاستخدام ، واضحة لتنفيذ ويمكن إضافة إلى الأجهزة ميكروفلويديك القائمة لتيسير تحليل ومحاصرة لمدة طويلة ، الجسيمات. عموما ، في فخ الهيدروديناميكية هي منصة جديدة للحبس ، المجهرية ، ورصد الجسيمات دون استيقاف السطحية ويلغي الحاجة لperturbative يحتمل حقول البصرية ، والمغناطيسية ، والكهربائية في محاصرة الحرة حل جسيمات صغيرة.
Protocol
Discussion
ويمكن وصف أساليب ميكروفلويديك الحالية للتلاعب الجسيمات على أساس تدفق الهيدروديناميكية وطرق الاتصال أو المستندة إلى عدم الاتصال. الاتصال القائم على استخدام أساليب تدفق السوائل لحصر جسديا ويشل جزيئات الجدران ضد قناة microfabricated 9 ، في حين أن وسائل الاتصال غير الاع…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر مجموعة Kenis في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين لإجراء مناقشات مفيدة وتوفير بسخاء استخدام مرافق غرف الأبحاث.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة المسار لجائزة PI الاستقلال ، تحت رقم المنحة 4R00HG004183 – 03 (M. تشارلز شرودر وTanyeri Melikhan).
وأيد هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية من خلال زمالة بحوث الدراسات العليا لM. اريك جونسون شافاريا.
Materials
| Material Name | Typ | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| 21 gauge blunt needle | Zephyrtronics | ZT-5-021-1-L | For punching port holes in PDMS | |
| 3 ml plastic syringe | BD | 309585 | For filling valve with oil | |
| Si wafers | University Wafer | 3” P(100) single side polished 380 μm test grade | ||
| Cover glass | VWR | 48404-428 | 24 x 40 mm #1.5 | |
| DAQ card | National Instruments | PCI 6229 | ||
| Fluorescent beads | Spherotech | FP-2056-2 | 2.2 μm Nile red | |
| Fluorinert | 3M | FC 40 | Fluorinated carrier oil | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | ||
| LabVIEW | National Instruments | Version 9.0f3 (32bit) | ||
| Stereo Microscope | Leica | MZ6 | For aligning PDMS control layer to fluidic layer. | |
| Mechanical Convection Oven | VWR | 1300U | For baking devices to create monolithic PDMS slabs with two layers. | |
| Microfluidic tubing and connectors | Upchurch Scientific | 1/16 x .020 PFA tubing and super flangeless fittings | ||
| PDMS | GE Silicones | RTV 615 A&B | ||
| Plasma Chamber | Harrick | PDC-001 | ||
| Pressure Transducer | Proportion Air | DQPV1 | ||
| Spin Coater | Specialty Coating Systems | G3P-8 Spin Coat | ||
| Photoresist | MicroChem | SU 8 2050 | ||
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | PHD 2000 Programmable | ||
| Terminal Block | National Instruments | BNC 2110 | For analog output to pressure regulator and read out. | |
| UV Collimated Light Source and Exposure System | OAI | Model 30 Enhanced Light Source |
Referenzen
- Tanyeri, M., Johnson-Chavarria, E. M., Schroeder, C. M. Hydrodynamic Trap for Single Particles and Cells. Applied Physics Letters. 96, 224101-224101 (2010).
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a Single-Beam Gradient Force Optical Trap for Dielectric Particles. Optics Letters. 11, 288-290 (1986).
- Neuman, K. C., Block, S. M. Optical trapping. Review of Scientific Instruments. 75, 2787-2809 (2004).
- Gosse, C., Croquette, V. Magnetic tweezers: Micromanipulation and force measurement at the molecular level. Biophysical Journal. 82, 3314-3329 (2002).
- Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C., C, M. Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images. Nature. 436, 370-372 (2005).
- Cohen, A. E., Moerner, W. E. Method for trapping and manipulating nanoscale objects in solution. Applied Physics Letters. 86, 093109-09 (2005).
- Evander, M. Noninvasive acoustic cell trapping in a microfluidic perfusion system for online bioassays", Analytical Chemistry 79. , 2984-2991 (2007).
- Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography. Science. 288, 113-116 (2000).
- Kim, M. C., Wang, Z. H., Lam, R. H. W., Thorsen, T. Building a better cell trap: Applying Lagrangian modeling to the design of microfluidic devices for cell biology. Journal of Applied Physics. 103, (2008).
- Lutz, B. R., Chen, J., Schwartz, D. T. Hydrodynamic tweezers: 1. Noncontact trapping of single cells using steady streaming microeddies. Analytical Chemistry. 78, 5429-5435 (2006).
