Microfluidic מבוססי הידרודינמית מלכודת חלקיקים יחיד
Summary
במאמר זה, אנו מציגים שיטה microfluidic מבוסס על הכליאה החלקיקים מבוסס על זרימה הידרודינמית. אנו מדגימים לכידה חלקיק יציב בנקודה נוזל הקיפאון באמצעות מנגנון בקרה ומשוב, ובכך מאפשרים כליאה ו המיקרומניפולציה של חלקיקים שרירותי microdevice משולבת.
Abstract
היכולת להגביל ולטפל חלקיקים יחיד פתרון חופשית היא טכנולוגיה המאפשרת מפתח עבור המדע הבסיסי והיישומי. שיטות לכידה של חלקיקים המבוססת על טכניקות אופטי, מגנטי, electrokinetic, ואקוסטי הובילו התקדמות מרכזי פיזיקה וביולוגיה מולקולרית החל ברמה התאית. במאמר זה, אנו מציגים שיטה חדשה microfluidic מבוסס על השמנה החלקיקים מניפולציה מבוססת אך ורק על זרימת הנוזל הידרודינמית. באמצעות שיטה זו, אנו מדגימים לכידה של חלקיקים מיקרו בקנה מידה ננו תמיסות מימיות של קשקשים זמן רב. מלכודת הידרודינמית מורכב מכשיר microfluidic משולב עם גאומטריה צולבות חריץ ערוץ שבו שני זרמים מנוגדים להתכנס למינרית, ובכך לייצר זרימת extensional מישוריים עם נקודת קיפאון נוזל (מהירות אפס נקודה). במכשיר זה, חלקיקים כלואים במרכז מלכודת בשלט פעיל של שדה הזרימה לשמור על המיקום החלקיק בנקודת קיפאון הנוזל. באופן זה, חלקיקים לכודים ביעילות פתרון חינם באמצעות בקרת משוב האלגוריתם מיושם עם קוד LabVIEW שהותקן. אלגוריתם הבקרה כוללת רכישת התמונה חלקיק במכשיר microfluidic, ואחריו מעקב החלקיקים, קביעת מיקום החלקיקים centroid, והתאמת הפעילות של זרימת הנוזל על ידי ויסות הלחץ המופעל על שבב שסתום פנאומטי באמצעות ווסת לחץ. בדרך זו, על שבב דינמי שסתום פונקציות מדידה להסדיר את ספיקות יחסית ערוצי לשקע, ובכך לאפשר קנס בהיקף של משרה מלאה קיפאון נקודת לכידה החלקיקים. מלכודת microfluidic מבוססי הידרודינמית מוצגים מספר יתרונות כשיטה השמנה החלקיקים. השמנה הידרודינמית אפשרי עבור כל חלקיק שרירותי ללא דרישות ספציפיות על המאפיינים פיזי או כימי של האובייקט לכודים. בנוסף, השמנה הידרודינמית מאפשרת הכליאה של אובייקט "יחיד" היעד השעיות חלקיק מרוכז או צפוף, וזה קשה באמצעות כוח חלופי בתחום מבוססי שיטות לכידה. מלכודת הידרודינמית הוא ידידותי למשתמש, פשוט ליישם ניתן להוסיף מכשירים microfluidic הקיימים כדי להקל על ניתוח השמנה זמן רב של חלקיקים. בסך הכל, מלכודת הידרודינמית היא פלטפורמה חדשה הכליאה, המיקרומניפולציה, ותצפית של חלקיקי ללא immobilization השטח מבטלת את הצורך שדות אופטיים, מגנטיים, חשמליים perturbative פוטנציאל השמנה פתרון חופשי של חלקיקים קטנים.
Protocol
Discussion
שיטות microfluidic נוכחי מניפולציה החלקיקים מבוסס על זרימה הידרודינמית ניתן לאפיין שיטות מגע מבוסס או ללא מגע. צור בשיטות מבוססות להשתמש זרימת הנוזל פיזית להגביל ו לשתק חלקיקים בקירות microfabricated ערוץ 9, ואילו ללא מגע שיטות להסתמך על מחזורי זרימה או microeddies 10. בעבוד…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לקבוצת קניס מאוניברסיטת אילינוי באורבנה-Champaign לדיונים מועיל בנדיבות מתן שימוש במתקנים cleanroom.
עבודה זו מומנה על ידי מסלול NIH כדי פרס לצרכן העצמאות, תחת גרנט לא 4R00HG004183-03 (Charles M. שרדר Melikhan Tanyeri).
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע באמצעות מלגת מחקר לתארים מתקדמים על אריק ג'ונסון מ-Chavarria.
Materials
| Material Name | Tipo | 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 |
Referencias
- 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).
