Piattaforma microfluidica pneumatica per la concentrazione di microparticelle
Summary
Il presente protocollo descrive una piattaforma microfluidica pneumatica che può essere utilizzata per un’efficiente concentrazione di microparticelle.
Abstract
Il presente articolo introduce un metodo per fabbricare e utilizzare una valvola pneumatica per controllare la concentrazione di particelle utilizzando una piattaforma microfluidica. Questa piattaforma ha una rete tridimensionale (3D) con canali fluidi curvi e tre valvole pneumatiche, che creano reti, canali e spazi attraverso la replica duplex con polidimetilsilossano (PDMS). Il dispositivo funziona in base alla risposta transitoria di una portata del fluido controllata da una valvola pneumatica nel seguente ordine: (1) carico del campione, (2) blocco del campione, (3) concentrazione del campione e (4) rilascio del campione. Le particelle sono bloccate dalla deformazione dello strato sottile del diaframma della piastra della valvola del setaccio (Vs) e si accumulano nel canale microfluidico curvo. Il fluido di lavoro viene scaricato mediante l’azionamento di due valvole on/off. Come risultato dell’operazione, tutte le particelle di vari ingrandimenti sono state intercettate e disimpegnate con successo. Quando viene applicata questa tecnologia, la pressione di esercizio, il tempo necessario per la concentrazione e la velocità di concentrazione possono variare a seconda delle dimensioni del dispositivo e dell’ingrandimento delle dimensioni delle particelle.
Introduction
Data l’importanza dell’analisi biologica, le tecnologie dei sistemi microelettromeccanici microfluidici e biomedici (BioMEMS) 1,2 sono utilizzate per sviluppare e studiare dispositivi per la purificazione e la raccolta di micromateriali 2,3,4. La cattura delle particelle è classificata come attiva o passiva. Le trappole attive sono state utilizzate per le forze dielettriche5 esterne, magnetoforetiche6, uditive7, visive8 o termiche9 che agiscono su particelle indipendenti, consentendo un controllo preciso dei loro movimenti. Tuttavia, è necessaria un’interazione tra la particella e la forza esterna; pertanto, la velocità effettiva è bassa. Nei sistemi microfluidici, il controllo della portata è molto importante perché le forze esterne vengono trasmesse alle particelle bersaglio.
In generale, i dispositivi microfluidici passivi hanno micropilastri in microcanali10,11. Le particelle vengono filtrate attraverso l’interazione con un fluido che scorre e questi dispositivi sono facili da progettare e poco costosi da produrre. Tuttavia, causano l’intasamento delle particelle nei micro-pilastri, quindi sono stati sviluppati dispositivi più complessi per prevenire l’intasamento delle particelle12. I dispositivi microfluidici con strutture complesse sono generalmente adatti per la gestione di un numero limitato di particelle 13,14,15,16,17,18.
Questo articolo descrive un metodo per fabbricare e utilizzare una piattaforma microfluidica pneumatica per grandi concentrazioni di particelle che supera le carenze18 come menzionato sopra. Questa piattaforma può bloccare e concentrare le particelle per deformazione e azionamento del sottile strato di diaframma della piastra della valvola del setaccio (Vs) che si accumula in canali microfluidici curvi. Le particelle si accumulano in canali microfluidici curvi e le particelle concentrate possono separarsi scaricando il fluido di lavoro tramite l’azionamento di due valvole di accensione / spegnimento delle guarnizioni PDMS18. Questo metodo consente di elaborare un numero limitato di particelle o concentrare un gran numero di piccole particelle. Condizioni operative come l’entità della portata e la pressione dell’aria compressa possono prevenire danni indesiderati alle celle e aumentare l’efficienza di intrappolamento delle celle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questa piattaforma fornisce un modo semplice per purificare e concentrare particelle di varie dimensioni. Le particelle vengono accumulate e rilasciate attraverso il controllo pneumatico della valvola e non si osserva alcun intasamento perché non esiste una struttura passiva. Utilizzando questo dispositivo, viene presentata la concentrazione di particelle di tre dimensioni. Tuttavia, la pressione di esercizio, il tempo necessario per la concentrazione e la velocità possono variare a seconda delle dimensioni del disposi…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (Ministero della Scienza e delle TIC). (No. NRF-2021R1A2C1011380).
Materials
| 1.5 mm puncture | Self procduction | Self procduction | This puncture was made by requesting a mold maker based on the Miltex® Biopsy Punch with Plunger (15110-15) product. |
| 4 inch Silicon Wafer/SU-8 mold | 4science | 29-03573-01 | 4 inch (100) Ptype silicon wafer/SU-8 mold |
| Carboxyl Polystyrene Crosslinked Particle(24.9 μm) | Spherotech | CPX-200-10 | Concentrated bead sample1 |
| Flow meter | Sensirion | SLI-1000 | Flow measurement |
| High-speed camera | Photron | FASTCAM Mini | Observation of concentration |
| Hot plate | As one | HI-1000 | heating plate for curing of liquid PDMS |
| KOVAX-SYRINGE 10 mL/Syringe | Koreavaccine | 22G-10ML | Fill the microfluidic channel with bubble-free demineralized water. |
| Laboratory Conona treater/Atmospheric plasma | Electro-Technic | BD-20AC | Chip bonding/atmospheric plasma |
| Liquid polydimethylsiloxane, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | Components of chip |
| Microscope | Olympus | IX-81 | Observation of concentration |
| PEEK Tubes | SAINT-GOBAIN PPL CORP. | AAD04103 | Inject or collect particles |
| Polystyrene Particle(4.16 μm) | Spherotech | PP-40-10 | Concentrated bead sample3 |
| Polystyrene Particle(8.49 μm) | Spherotech | PP-100-10 | Concentrated bead sample2 |
| Pressure controller/μflucon | AMED | μflucon | Control of air pressure |
| Spin coater | iNexus | ACE-200 | spread the liquid PDMS on SU-8 mold |
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