A Armadilha hidrodinâmica microfluídicos baseados em partículas individuais
Summary
Neste artigo, apresentamos um método baseado em microfluídicos para o confinamento de partículas com base no fluxo hidrodinâmico. Demonstramos prendendo partículas estáveis em um ponto de estagnação de fluidos utilizando um mecanismo de controle feedback, permitindo assim confinamento e micromanipulação de partículas arbitrário em um microdispositivo integrado.
Abstract
A capacidade de limitar e manipular partículas individuais em solução livre é uma tecnologia capacitadora essencial para a ciência fundamental e aplicada. Métodos para a captura de partículas baseado em técnicas ópticas, magnéticas eletrocinética, e acústico têm levado a grandes avanços na física e na biologia molecular que vão desde o de nível celular. Neste artigo, apresentamos uma técnica nova baseada microfluídicos para a captura e manipulação de partículas com base exclusivamente no fluxo de fluido hidrodinâmico. Usando este método, nós demonstramos aprisionamento de partículas micro e nano-escala em soluções aquosas para escalas de tempo. A armadilha hidrodinâmicas consiste de um dispositivo integrado microfluídicos com uma geometria do canal cruz-slot onde duas correntes opostas laminar convergir, gerando um fluxo extensional planar com um ponto de estagnação do fluido (velocidade zero pontos). Neste dispositivo, as partículas estão confinadas no centro armadilha por controle ativo do campo de fluxo para manter a posição da partícula no ponto de estagnação do fluido. Desta forma, as partículas são efetivamente presos em solução livre usando um algoritmo de controle de feedback implementado com um código LabVIEW custom-built. O algoritmo de controle consiste de aquisição de imagem para uma partícula no dispositivo micro, seguido pelo rastreamento de partículas, a determinação da posição da partícula centróide e ajuste ativo de fluxo de fluido através da regulação da pressão aplicada a uma válvula pneumática on-chip usando um regulador de pressão. Desta forma, o on-chip funções da válvula de medição dinâmica para regular as taxas de fluxo relativa nos canais de saída, permitindo fina escala de controle de posição estagnação ponto e captura de partículas. A armadilha hidrodinâmico microfluídicos baseados apresenta várias vantagens como um método para a captura de partículas. Trapping hidrodinâmica é possível para qualquer partícula arbitrária sem requisitos específicos sobre as propriedades físicas ou químicas do objeto preso. Além disso, prendendo hidrodinâmica permite o confinamento de um objeto alvo "single" de partículas em suspensões concentradas ou lotado, o que é difícil usar a força métodos alternativos baseada em campo com armadilhas. A armadilha hidrodinâmico é user-friendly, fácil de implementar e pode ser adicionado ao existente dispositivos microfluídicos para facilitar a análise de captura e de longa data de partículas. No geral, a armadilha hidrodinâmica é uma nova plataforma para o confinamento, micromanipulação, e observação de partículas, sem a imobilização de superfície e elimina a necessidade de potencialmente perturbativos campos ópticas, magnéticas e elétricas no aprisionamento solução livre de partículas pequenas.
Protocol
Discussion
Os métodos atuais de microfluídicos para a manipulação de partículas com base no fluxo hidrodinâmico pode ser caracterizada como métodos baseados em contato ou sem contato. Contato com os métodos baseados em uso de fluxo de fluido para confinar e imobilizar fisicamente partículas contra as paredes do canal microfabricated 9, enquanto o contato de métodos não dependem de circulação de fluxo ou microeddies 10. Neste trabalho, apresentamos um método para solução livre de captura de par…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos ao grupo Kenis na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign para discussões úteis e generosamente proporcionar a utilização de instalações de salas limpas.
Este trabalho foi financiado por um Pathway NIH para Independence Award PI, sob Grant No. 4R00HG004183-03 (Charles M. Schroeder e Melikhan Tanyeri).
Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation através de uma Bolsa de Investigação Pós-Graduação para Eric M. Johnson-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).
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- 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).
