単一粒子のためのマイクロ流体ベースの流体力学的トラップ
Summary
この記事では、流体力学的流れに基づいて粒子の閉じ込めのためのマイクロ流体ベースの手法を提案する。我々はそれによって統合されたマイクロデバイスの任意の粒子の閉じ込めとマイクロマニピュレーションを可能にする、フィードバック制御のメカニズムを使用して流体よどみ点での安定した粒子のトラッピングを示しています。
Abstract
無料のソリューションで単一の粒子を閉じ込めると、操作する機能は、基本と応用科学のための鍵となる技術です。 、光磁気、電学、および音響技術に基づいて粒子捕獲のための方法は、分子から細胞レベルまでの物理学と生物学の大きな進歩につながっている。この記事では、我々は、単に流体力学流体の流れに基づいて、粒子の捕捉と操作のための新しいマイクロベースのテクニックを紹介します。この方法を使用して、我々は、長い時間スケールのための水溶液中でマイクロナノスケールの粒子の捕集を示しています。流体力学的トラップは、それによって流体よどみ点（ゼロ速度の点）と平面伸張流動を発生させる、二つの相反層流の流れが収束クロススロットのチャネル形状で統合されたマイクロ流体デバイスで構成されています。この装置では、粒子は流体のよどみ点での粒子の位置を維持するために流れ場のアクティブ制御によるトラップの中心に限定されています。このように、粒子が効果的にカスタムビルドのLabVIEWコードで実装されたフィードバック制御のアルゴリズムを使用して自由溶液中で閉じ込められている。制御アルゴリズムは、粒子追跡、粒子重心位置の決定、および圧力レギュレータを使用してオンチップの空気弁にかかる圧力を調節することによって流体の流れのアクティブな調整が続いてマイクロ流体デバイスにおける粒子、のための画像取得で構成されています。この方法では、オンチップの動的計量バルブ機能は、それによってよどみ点の位置と粒子のトラッピングの細かいスケールの制御を可能にする、コンセントのチャネルで相対的な流量を調節する。マイクロ流体ベースの流体力学のトラップは、粒子捕獲のための方法としていくつかの利点を示す。流体力学的トラップは、トラップされたオブジェクトの物理的または化学的特性上の特定の要件なしに、任意のパーティクルが可能です。さらに、流体力学的なトラッピングは、代替の力場ベースのトラッピング方法を使用して困難である濃縮若しくは混雑した粒子の懸濁液中の"単一の"ターゲットオブジェクト、の閉じ込めが可能になります。流体力学的トラップは、実装する簡単なユーザーフレンドリーであり、粒子のトラッピングと長い時間分析を容易にするために、既存のマイクロ流体デバイスに追加されることがあります。全体的に、流体力学的トラップは、表面固定化することなく閉じ込め、マイクロマニピュレーション、および粒子の観察のための新しいプラットフォームであり、小さな粒子の自由ソリューションのトラップで潜在的に摂動的、光学的、磁気的、電気フィールドが不要になります。
Protocol
Discussion
流体力学的流れに基づいてパーティクルを操作するための現在のマイクロ流体の方法は、接触型と非接触の方法として特徴づけることができる。非接触方式では循環流やmicroeddies 10日に依存するのに対し、接触型の方法は、物理的に閉じ込めると微細チャネル壁9に対して粒子を固定化するために流体の流れを使用してください。本研究では、我々は流体の流れの唯一のアクシ…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々は有用な議論のためのイリノイ大学アーバナシャンペーン校でKenisグループを感謝し、寛大にクリーンルーム施設の使用を提供する。
この作品は、グラント第4R00HG004183 – 03（チャールズM.シュレーダーとMelikhan Tanyeri）の下、独立PIの賞にNIHの経路によって賄われていた。
この作品は、エリックM.ジョンソン- Chavarriaに大学院研究フェローシップを通じて、全米科学財団によってサポートされていました。
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).
