Una de microfluidos basada en hidrodinámica trampa para las partículas individuales
Summary
En este artículo se presenta un método basado en microfluídica para el confinamiento de partículas basado en el flujo hidrodinámico. Demostramos atrapando partículas estables en un punto de estancamiento de líquido mediante un mecanismo de control de retroalimentación, lo que permite el confinamiento y la micromanipulación de partículas arbitrarias en un microdispositivo integrado.
Abstract
La capacidad de confinar y manipular las partículas individuales en una solución libre es una tecnología clave para la ciencia fundamental y aplicada. Métodos para la captura de partículas basado en técnicas ópticas, magnéticas, electrocinética y acústicos han conducido a importantes avances en la física y la biología que van desde el molecular a nivel celular. En este artículo, se introduce una nueva técnica basada en microfluidos para atrapar las partículas y la manipulación basada únicamente en el flujo de fluido hidrodinámico. Usando este método, se demuestra la captura de partículas de micro-y nano-escala en soluciones acuosas de las escalas de tiempo. La trampa de la hidrodinámica se compone de un dispositivo integrado de microfluidos con una geometría de canales cruzados ranura en la que dos corrientes opuestas convergen laminar, lo que genera un flujo planar extensional con un punto de estancamiento de líquidos (cero punto la velocidad). En este dispositivo, las partículas están confinadas en el centro de la trampa de control activo del campo de flujo para mantener la posición de la partícula en el punto de estancamiento de líquidos. De esta manera, las partículas se encuentran atrapados en una solución de forma gratuita mediante un algoritmo de control de retroalimentación a cabo con un código personalizado, construido LabVIEW. El algoritmo de control consiste en la adquisición de imágenes de una partícula en el dispositivo de microfluidos, seguido por el rastreo de partículas, la determinación de la posición de la partícula centroide, y el ajuste activo del flujo de fluidos mediante la regulación de la presión aplicada a una válvula neumática en el chip con un regulador de presión. De esta manera, el on-chip las funciones dinámicas de la válvula de medición para regular las tasas de flujo relativo en los canales de salida, lo que permite a escala fina de control de posición de estancamiento punto y la captura de partículas. La trampa de la hidrodinámica de microfluidos basada en exposiciones de varias ventajas como un método para la captura de las partículas. Atrapando hidrodinámico es posible para cualquier partícula arbitraria sin requisitos específicos de las propiedades físicas o químicas del objeto atrapado. Además, la captura hidrodinámico permite el confinamiento de un objeto "único" objetivo de suspensiones de partículas concentradas o lleno de gente, que es difícil de usar la fuerza alternativa basada en el terreno los métodos de captura. La trampa de la hidrodinámica es fácil de usar, fácil de implementar y puede ser añadido a los actuales dispositivos de microfluídica para facilitar la captura y análisis a largo plazo de las partículas. En general, la trampa de la hidrodinámica es una nueva plataforma para el confinamiento, la micromanipulación, y la observación de las partículas sin inmovilización de superficie y elimina la necesidad de campos ópticos, magnéticos y eléctricos potencialmente perturbativa de la captura sin solución de partículas pequeñas.
Protocol
Discussion
Los actuales métodos de microfluidos para la manipulación de partículas basado en el flujo hidrodinámico puede ser caracterizado como métodos de contacto basados en o sin contacto. Póngase en contacto con los métodos basados en el uso de flujo de fluidos para limitar físicamente e inmovilizar las partículas contra las paredes del canal microfabricated 9, mientras que los no-contacto métodos se basan en el flujo de circulación o microeddies 10. En este trabajo se presenta un m…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Damos las gracias al grupo Kenis en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign útil para los debates y ofrecer generosamente el uso de las instalaciones de sala blanca.
Este trabajo fue financiado por el NIH Camino a la Independencia Premio de PI, la subvención No. 4R00HG004183-03 (Charles M. Schroeder y Tanyeri Melikhan).
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Científica Nacional a través de una Beca de Investigación de Postgrado de Eric M. Johnson-Chavarría.
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).
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- 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).
