Summary
يصف هذا البروتوكول منصة الموائع الدقيقة الهوائية التي يمكن استخدامها لتركيز الجسيمات الدقيقة بكفاءة.
Abstract
تقدم هذه المقالة طريقة لتصنيع وتشغيل صمام هوائي للتحكم في تركيز الجسيمات باستخدام منصة الموائع الدقيقة. تحتوي هذه المنصة على شبكة ثلاثية الأبعاد (3D) مع قنوات سائلة منحنية وثلاثة صمامات هوائية ، والتي تخلق شبكات وقنوات ومساحات من خلال النسخ المتماثل المزدوج مع polydimethylsiloxane (PDMS). يعمل الجهاز بناء على الاستجابة العابرة لمعدل تدفق السوائل الذي يتحكم فيه صمام هوائي بالترتيب التالي: (1) تحميل العينة ، (2) حجب العينة ، (3) تركيز العينة ، و (4) إطلاق العينة. يتم حظر الجسيمات عن طريق تشوه طبقة الحجاب الحاجز الرقيق لصفيحة صمام الغربال (Vs) وتتراكم في قناة الموائع الدقيقة المنحنية. يتم تفريغ سائل العمل عن طريق تشغيل صمامين للتشغيل / الإيقاف. نتيجة للعملية ، تم اعتراض جميع الجسيمات ذات التكبيرات المختلفة بنجاح وفك ارتباطها. عند تطبيق هذه التقنية ، قد يختلف ضغط التشغيل والوقت اللازم للتركيز ومعدل التركيز اعتمادا على أبعاد الجهاز وتكبير حجم الجسيمات.
Introduction
نظرا لأهمية التحليل البيولوجي ، يتم استخدام تقنيات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة الدقيقة والطبية الحيوية (BioMEMS)1,2 لتطوير ودراسة أجهزة لتنقية وجمع المواد الدقيقة2,3,4. يتم تصنيف التقاط الجسيمات على أنها نشطة أو سلبية. تم استخدام الفخاخ النشطة للقوى الخارجية العازلة5 أو المغناطيسية6 أو السمعية7 أوالبصرية 8 أو الحرارية9 التي تعمل على الجسيمات المستقلة ، مما يتيح التحكم الدقيق في تحركاتها. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى تفاعل بين الجسيم والقوة الخارجية ؛ وبالتالي ، فإن الإنتاجية منخفضة. في أنظمة الموائع الدقيقة ، يعد التحكم في معدل التدفق مهما جدا لأن القوى الخارجية تنتقل إلى الجسيمات المستهدفة.
بشكل عام ، تحتوي أجهزة الموائع الدقيقة السلبية على أعمدة دقيقة في القنوات الدقيقة10,11. يتم ترشيح الجسيمات من خلال التفاعل مع سائل متدفق ، وهذه الأجهزة سهلة التصميم وغير مكلفة للتصنيع. ومع ذلك ، فإنها تسبب انسداد الجسيمات في الأعمدة الدقيقة ، لذلك تم تطوير أجهزة أكثر تعقيدا لمنع انسداد الجسيمات12. أجهزة الموائع الدقيقة ذات الهياكل المعقدة مناسبة بشكل عام لإدارة عدد محدود من الجسيمات 13،14،15،16،17،18.
توضح هذه المقالة طريقة لتصنيع وتشغيل منصة ميكروفلويديك تعمل بالهواء المضغوط لتركيزات الجسيمات الكبيرة التي تتغلب على أوجه القصور18 كما هو مذكور أعلاه. يمكن لهذه المنصة منع الجسيمات وتركيزها عن طريق تشوه وتشغيل طبقة الحجاب الحاجز الرقيقة لصفيحة صمام الغربال (Vs) التي تتراكم في قنوات الموائع الدقيقة المنحنية. تتراكم الجسيمات في قنوات ميكروفلويديك منحنية ، ويمكن للجسيمات المركزة أن تنفصل عن طريق تفريغ سائل العمل عن طريق تشغيل اثنين من سدادات PDMS على / إيقاف الصمامات18. هذه الطريقة تجعل من الممكن معالجة عدد محدود من الجسيمات أو تركيز عدد كبير من الجسيمات الصغيرة. يمكن لظروف التشغيل مثل حجم معدل التدفق وضغط الهواء المضغوط أن تمنع تلف الخلايا غير المرغوب فيه وتزيد من كفاءة احتجاز الخلايا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تصميم منصة الموائع الدقيقة لتركيز الجسيمات
- تصميم منصة الموائع الدقيقة الهوائية التي تتكون من صمام هوائي واحد لتدفق السوائل في شبكة التدفق 3D وثلاثة صمامات هوائية لتشغيل صمام الغربال (Vs) والسائل (Vf) والجسيمات (Vp) (الشكل 1).
ملاحظة: كتل Vs تركز الجسيمات من السائل ، و Vf و Vp يسمحان بإطلاق السوائل والجسيمات بعد التركيز. توفر ثلاثة منافذ هوائية هواء مضغوطا من طبقة إمداد السوائل / الهوائية (مفتوحة عادة) ومنفذ ضوء الصمام الهوائي لتشغيل الصمام. تم تصميم شبكة قنوات الموائع الدقيقة مع برنامج CAD18,19. - صمم القناة لتكون طبقة إمداد هوائية وطبقة شبكة قناة ثلاثية الأبعاد (الشكل 2).
ملاحظة: شبكة السوائل مترابطة مع القنوات المنحنية في الجزء الأمامي والغرفة المستطيلة في المنطقة الخلفية. Vs كتلة المدخل ، وتتراكم الجسيمات في منطقة تجميع قناة السائل المنحنية. يتم إخراج السوائل الخالية من الجسيمات (السوائل الخالية من الجسيمات) من خلال منفذ Qf والجسيمات المركزة من خلال مخرج Qp (الشكل 3). - وفقا للشروط المذكورة أعلاه ، قم بإعداد أربعة أنواع من قوالب SU-8.
ملاحظة: تتضمن القوالب الأربعة قالبا يسمح بالتحكم في الصمام عبر الهواء المضغوط ، وقالبين ينشئان قنوات سائلة ، وقالبا نظيفا بدون شكل (الشكل 4 والجدول 1). يتم تصنيع الأنواع الأربعة من القوالب المذكورة باستخدام عمليات الطباعة الحجرية الضوئية القياسية. يتكون صنع القالب هذا من قالب SU-8 على رقاقة سيليكون وفقا للتقارير المنشورة سابقا18,19. يصور الشكل 5 شريحة الجهاز.
2. تصنيع منصة الموائع الدقيقة لتركيز الجسيمات
ملاحظة: يوضح الشكل 6 تصنيع منصة الموائع الدقيقة التي تركز الجسيمات.
- قم بتكرار طبقة PDMS باستخدام قالب SU-8 لقناة الصمام الهوائية المحضر (الخطوة 1.3) للتحكم الهوائي في الصمام.
- صب 10 مل من PDMS السائل و 1 مل من عامل المعالجة (انظر جدول المواد) في قالب قناة صمام هوائي معد (الخطوة 1.3) وتنشيط الحرارة عند 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
- بعد علاج هياكل PDMS ، افصل قالب SU-8 للخطوة 2.1.1.
- قم بثقب ثلاثة منافذ هوائية مقاس 1.5 مم (Vs، Vf، وVp) في قناة الصمام الهوائي المصنعة وفقا للخطوة 2.1.2 باستخدام ثقب 1.5 مم (انظر جدول المواد).
- صب 10 مل من PDMS السائل و 1 مل من عامل المعالجة في قالب SU-8 نظيف معد تم إعداده في الخطوة 1.3 ومعطف مغزلي عند 1500 دورة في الدقيقة لمدة 15 ثانية باستخدام معطف دوار (انظر جدول المواد). ثم قم بالتنشيط الحراري عند 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
- بعد شفاء هياكل PDMS ، افصل قالب SU-8 للخطوة 2.1.4.
ملاحظة: تتحكم طبقة الحجاب الحاجز للصمام في تدفق السوائل وفقا للضغط الهوائي. - عالج بلازما الغلاف الجوي (انظر جدول المواد) بهياكل PDMS المعدة في الخطوتين 2.1.3 و 2.1.5 لمدة 20 ثانية.
- قم بمحاذاة هياكل PDMS المعالجة بالبلازما مباشرة من الخطوة 2.1.6 وفقا لبنية القناة عن طريق التحقق باستخدام المجهر.
- قم بربط هياكل PDMS المحاذاة المعدة في الخطوة 2.1.7 عن طريق التسخين عند 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
- ثقب ثقبا قطره 1.5 مم في مدخل قناة السائل (Qfp) ومنافذ قناة السائل (Qf وQp) داخل جزء القناة الهوائية الذي ترتبط به طبقة الحجاب الحاجز الرقيقة، باستخدام ثقب 1.5 مم.
- قم بتكرار جانبي طبقة PDMS باستخدام قالبين SU-8 لإنشاء قناة ميكروفلويدية. استخدم قالب قناة ميكروفلويديك منحني ومستطيل الشكل في الأمام وقالب قناة ربط ميكروفلويديك في الخلف.
- صب 10 مل من PDMS السائل و 1 مل من عامل المعالجة في قالب قناة microfluidic المنحنية والمستطيلة ومعطف الدوران عند 1200 دورة في الدقيقة لمدة 15 ثانية. ثم قم بإنشاء قوالب لغرفة السائل المنحنية وقنوات السوائل عن طريق التنشيط الحراري عند 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة (الشكل 6A).
- افصل طبقة PDMS التي تتشكل عليها قناة الموائع الدقيقة ، ثم اصنع قالبا منشطا بالحرارة يغطي جدار التهوية المختوم عن طريق الارتباط بالرقاقة الزجاجية عن طريق معالجة البلازما الجوية لمدة 20 ثانية (الشكل 6B).
- صب 3 مل من PDMS السائل في قناة التوصيل البيني لقالب SU-8 (الشكل 6C).
- رتب الهيكل المصنع في الخطوة 2.2.2 باستخدام قالب قناة التوصيل البيني في PDMS السائل على قالب قناة التوصيل البيني الموائع الدقيقة ، وجفف الهيكل المتراكب عند 130 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة (الشكل 6D).
ملاحظة: أثناء معالجة الهيكل الخلفي، يتم تضخيم قالب PDMS المصنع في الخطوة 2.2.2 بواسطة الضغط الحراري لطبقة الهواء، ويتم تنشيط طبقة PDMS المشوهة حراريا (الشكل 6E)16. - بعد المعالجة ، قم بإزالة قالب SU-8 الأمامي من طبقة شبكة قناة الموائع الدقيقة وقم بتقشير قالب PDMS الخلفي بعناية (الشكل 6F).
ملاحظة: تسمح طبقة الشبكة الموائعة 3D بإنشاء غرفة سائل منحنية أمامية وقنوات ميكروفلويدية. - صب 10 مل من PDMS السائل و 1 مل من عامل المعالجة في قالب SU-8 نظيف. ثم قم بالتنشيط الحراري عند 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
- بعد شفاء هياكل PDMS ، افصل قالب SU-8.
ملاحظة: تقوم هذه الخطوة بإنشاء طبقة الختم الإضافية. - عالج البلازما الجوية بهياكل PDMS المحضرة في الخطوتين 2.2.3 و 2.2.7 لمدة 20 ثانية.
- قم بمحاذاة هياكل PDMS المعالجة بالبلازما مباشرة وفقا لبنية القناة عن طريق التحقق باستخدام المجهر.
- قم بربط هياكل PDMS المحاذاة عن طريق التسخين عند 90 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
- قم بمحاذاة هياكل PDMS المعدة في الخطوتين 2.1 و 2.2 وفقا لبنية القناة وربطها عن طريق معالجة البلازما الجوية لمدة 20 ثانية.
3. إعداد الجهاز
ملاحظة: يوضح الشكل 7 تصنيع منصة الموائع الدقيقة التي تركز الجسيمات.
- املأ قناة الموائع الدقيقة يدويا بالماء الخالي من الفقاعات باستخدام حقنة 10 مل.
- للتحكم في P_Qfp والصمامات الهوائية الثلاثة (P_Vs P_Vf P_Vp) التي تتحكم في تدفق الميكروبيد، أدخل وحدة تحكم في الضغط الدقيق مع أربع قنوات إخراج أو أكثر (انظر جدول المواد) لسائل العمل (Qfp) في منصة الموائع الدقيقة.
ملاحظة: يمكن استبدال وحدة التحكم في الضغط الدقيق مع أربع قنوات إخراج بوحدات تحكم متعددة في الضغط الدقيق. في هذه التجربة ، كان ضغط التشغيل P_Qfp 10 كيلوباسكال ، وكان P_Vs 15 كيلوباسكال ، وكان P_Vf P_Vp 18 كيلوباسكال (الشكل 8 والجدول 2). ويبين الشكل 8 معدل تدفق سوائل العمل مع مرور الوقت حيث تتركز الجسيمات بواسطة منصة الموائع الدقيقة P_Vs 15 كيلوباسكال، ويبين الجدول 2 نتائج التشغيل وفقا للصمامات الهوائية. - تحضير جزيئات اختبار الكربوكسيل البوليسترين من مختلف الأحجام في الماء المقطر (انظر جدول المواد).
ملاحظة: كانت أحجام الجسيمات المستخدمة في هذه التجربة 24.9 و 8.49 و 4.16 ميكرومتر. يمكن استخدام جزيئات من مختلف الأحجام اعتمادا على ضغط P_Vs. - للتحكم في معدل تدفق سائل العمل ، املأ زجاجة زجاجية نصف ممتلئة بالماء (سائل العمل) وقم بتوصيل غطاء الزجاجة الزجاجية بقناة إخراج وحدة التحكم والصمام الدقيق.
ملاحظة: قم بتوصيل أنبوب واحد بالصمام الدقيق لتلقي الهواء المضغوط من وحدة التحكم والأنبوب الآخر لحقن الماء. - راقب تشغيل المنصة من خلال مجهر مقلوب لجميع عمليات المنصة وقياس معدل تدفق التشغيل بمرور الوقت عند المخرج بواسطة مقياس تدفق السائل (انظر جدول المواد).
4. تشغيل الجهاز
- حقن خليط الجسيمات / السائل تحت الضغط عند المدخل (Qfp) مع Vp (الشكل 9A).
ملاحظة: يتم التحكم في تدفق الجسيمات والسوائل النظيفة من المخرج عبر القنوات المترابطة عبر Vp و Vf ، على التوالي (الجدول 2). - اضغط على Vs عند 15 كيلو باسكال و Vp عند 18 كيلو باسكال لتشغيل الصمام.
ملاحظة: في هذا الوقت ، يتم تشويه الحجاب الحاجز ، ويتم حظر جزيئات السائل Qfp في مساحة التلامس بين قناة السائل المنحنية وكانتيليف السائل المنحني ، ويتم إطلاق سائل Qfp غير المرغوب فيه من خلال Qf المفتوح (الشكل 9B ، C). - عندما تتركز الجسيمات ، اضغط فقط على Vf.
ملاحظة: في هذا الوقت ، عندما يتم تطبيق الضغط فقط على Vf ، يتم إطلاق الجسيمات المسدودة من خلال Qp (الشكل 9D).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويبين الشكل 8 معدل تدفق معدلات السوائل لعملية منصة من أربع مراحل، كما هو مذكور في الجدول 2. المرحلة الأولى هي حالة التحميل (حالة). تم تزويد المنصة بسائل مع فتح جميع الصمامات ، والسائل العامل (Qf) والجسيمات (Qp) متطابقة تقريبا حيث تظهر شبكة قنوات الموائع الدقيقة تناظرا هيكليا. في المرحلة الثانية (الحالة b) ، تم نقل الهواء المضغوط إلى Vs لمنع الجسيمات ، ومع تشوه الحجاب الحاجز Vs ، ضاق مسار التدفق ، وتم تقليل معدل التدفق الذي تم قياسه في منفذ المخرج بواسطة المقاومة الهيدروليكية. كانت معدلات تدفق Qf و Qp متشابهة تقريبا ، وكان الفرق أقل من 2.67٪. في المرحلة الثالثة (حالة c) ، تم تسليم الهواء المضغوط إلى Vs و Vp لتركيز الجسيمات ، مع إغلاق Vs و Vp وفتح Vf. كان Qp المقاس قريبا من الصفر ، وكان Qf حوالي 1.42 مرة من الحالة b. في معظم الحالات ، يتضاعف معدل التدفق عندما تكون كل من قنوات التبديد قيد التشغيل ، ولكن المنصة لديها أنواع مختلفة من المقاومة الهيدروليكية في قنوات السوائل الرئيسية و Vs ، لذلك يتم تقليل التدفق الكلي لسائل العمل. وأخيرا (الحالة d) ، تم تسليم الهواء المضغوط فقط إلى Vf لجمع الجسيمات المركزة ، وتم عكس معدلات تدفق Qf و Qp. كان التدفق صفرا لأن Vf منع Qf ، وكان Qp حوالي 1.42 مرة من الحالة b. كانت نسبة تركيز الجسيمات (Qp / (Qf + Qp) × 100) 3.96-4.53. هذا يدل على أن التشغيل المتسلسل المبرمج مع الصمام الهوائي يعمل بشكل جيد بسبب تغيرات التدفق.
يوضح الشكل 9 الشاشة التي تلتقط الجسيمات المركزة. يوضح الشكل 9A حالة تدفق السائل مع عدم تشغيل الصمامات الهوائية الثلاثة ، ويبين الشكل 9B الطريقة المستخدمة لاحتجاز الجسيمات ، ويبين الشكل 9C طريقة الغربال ، ويبين الشكل 9D طرد الخرز المركز. تم تركيز الجسيمات وتراكمها في منطقة التجميع عندما تم إغلاق Vs و Vp ، وتم إطلاق جميع الجسيمات المركزة التي تم جمعها في غضون 4 ثوان عندما تم إغلاق Vf فقط. لذلك ، يجمع الجهاز بنجاح العديد من الجسيمات المناسبة لجمع الجسيمات وتركيزها.
الشكل 1: رسم تخطيطي لمنصة الموائع الدقيقة الهوائية لتركيز الجسيمات الدقيقة (P, port; Q ، معدل التدفق ؛ و ، السوائل. ف ، جسيمات. V ، صمام. ق ، غربال). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تجميع منصة الموائع الدقيقة الهوائية لتركيز الجسيمات الدقيقة.
الشكل 3: مخطط Vs في منصة الموائع الدقيقة الهوائية لتركيز الجسيمات الدقيقة (P ، المنفذ ؛ Q ، معدل التدفق ؛ و ، السوائل. ف ، جسيمات. V ، صمام. ق ، غربال). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: صورة CAD لمنصة الموائع الدقيقة الهوائية لتركيز الجسيمات الدقيقة . (A) صمام القناة الهوائية. (ب) قناة السائل الرئيسية. (ج) قناة سائل التوصيل البيني. (د) صورة متقاطعة لكل قناة (للاطلاع على أبعاد 1 إلى 7، انظر الجدول 1). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: صورة تصنيع منصة الموائع الدقيقة الهوائية لتركيز الجسيمات الدقيقة.
الشكل 6: مخطط المقطع العرضي لشبكة القنوات الموائعة ثلاثية الأبعاد أثناء التصنيع . (أ) يتم إنشاء قوالب لغرفة السائل المنحنية وقناة السائل لصب النسخ المتماثلة. (ب) الترابط البلازمي لطبقة PDMS بعد المعالجة برقاقة زجاجية. (C) يتم سكب PDMS السائل في قالب SU-8 لإنشاء قناة التوصيل البيني. (د) يتم ترتيب غرفة السائل وهيكل قناة السائل في PDMS السائل على قالب SU-8. (ه) يتم تضخيم النظام بواسطة الضغط الحراري لطبقة الهواء. (و) تتم إزالة الهيكل المتضخم وقالب SU-8. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: مخطط لمنصة الموائع الدقيقة الهوائية التي تم إعدادها لتركيز الجسيمات الدقيقة.
الشكل 8: معدل تدفق معدلات السوائل لعملية منصة من أربع مراحل. تعمل معدلات تدفق السوائل Qf و Qp بعد تعيين أوقات تشغيل Vf و Vp (أوقات تركيز الجسيمات) في منصة ميكروفلويديك هوائية مع Vs من 15 كيلو باسكال. أ-د تبين حالة تشغيل منصة الموائع الدقيقة الهوائية وفقا للجدول 2. (1) تحميل العينة، (2) حجب العينة، (3) تركيز العينة، (4) إطلاق العينة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9: تشغيل مكثف الجسيمات الدقيقة. (أ) قبل العملية. (ب) غربلة الجسيمات الدقيقة. (ج) اكتمال غربال الجسيمات الدقيقة. (د) إطلاق الجسيمات المركزة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| رقم | هيكل | العرض (W) أو القطر (D) ، (μm) | |||
| 1 | غرفة هوائية | 1200 (د) | |||
| 2 | قناة هوائية | 50 (واط) | |||
| 3 | قناة السوائل | 200 (واط) | |||
| 4 | غرفة السوائل ل Vs | 800 (د) | |||
| 5 | غرفة السوائل لنائب الرئيس (Vf) | 400 (د) | |||
| 6 | غرفة الربط البيني | 400 (د) | |||
| 7 | قناة الربط البيني | 200 (واط) | |||
الجدول 1: أبعاد منصة الموائع الدقيقة الهوائية (1 إلى 7 في الشكل 4).
| حالة | الموائع الدقيقة الهوائية تشغيل المنصة |
تشغيل الصمام الهوائي | |||
| إشارة | مقابل | في إف | نائب الرئيس | ||
| a | تحميل | 4 | قباله | قباله | قباله |
| b | حظر | 1 | على | قباله | قباله |
| c | تركيز | 2 | على | قباله | على |
| d | أفرج | 3 | قباله | على | قباله |
الجدول 2: تشغيل منصة الموائع الدقيقة الهوائية عن طريق تشغيل الصمام الهوائي ، كما هو موضح في الشكل 8.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
توفر هذه المنصة طريقة بسيطة لتنقية وتركيز الجسيمات من مختلف الأحجام. تتراكم الجسيمات وتطلق من خلال التحكم في الصمام الهوائي ، ولا يلاحظ أي انسداد لأنه لا يوجد هيكل سلبي. باستخدام هذا الجهاز ، يتم تقديم تركيز الجسيمات ذات الثلاثة أحجام. ومع ذلك ، قد يختلف ضغط التشغيل ، والوقت اللازم للتركيز ، والمعدل اعتمادا على أبعاد الجهاز ، وتكبير حجم الجسيمات ، والضغط عند مقابل18،20،21.
عند تنفيذ الخطوة 3.1 ، قد تبقى فقاعات الهواء على السطح المنحني للقناة. عندما تبقى فقاعة الهواء ، تتغير البيئة في القناة ، لذلك من الضروري التحقق من القناة بعناية فائقة من خلال المجهر قبل التشغيل.
بالمقارنة مع الدراسات السابقة ، فإن هذه المنصة لها بعض المزايا والعيوب. في الطريقة ثنائية الرحلان ، يتم استخدام عدد أقل من الجسيمات المستهدفة22. كانت هناك حاجة إلى عملية إضافية لإعداد الجسيمات لتعزيز التفاعل الفيزيائي بين الجسيمات والقوى الخارجية22,23. يجب النظر في قضايا التصميم المعقدة لزيادة كفاءة الفصل في أنظمة الفصل المغناطيسي 5,22. أظهرت هذه المنصة كفاءة فصل أعلى من طريقة الموجات فوق الصوتية ، والتي يمكنها فصل العينات بمعدلات تدفق عالية24. ومع ذلك ، نظرا لأن هذه المنصة لا تحتوي على بنية سلبية ، لم يلاحظ أي تأثير انسداد25،26،27 عندما تم محاصرة الخرز وتراكمه ، على عكس الطريقة السلبية. 7,10 يمكن استخدام هذه المنصة للمعالجة المسبقة للمياه عند تركيز واستخراج الجسيمات الحيوية المعلقة، حيث لا تتأثر العملية بخصائص الجسيمات الفيزيائية18,21.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل من خلال منحة المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) التي تمولها الحكومة الكورية (وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات). (لا. NRF-2021R1A2C1011380).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature. 442 (7107), 368-373 (2006).
- Desitter, I., et al. A new device for rapid isolation by size and characterization of rare circulating tumor cells. Anticancer Research. 31 (2), 427-441 (2011).
- Hayes, D. F., et al. Circulating tumor cells at each follow-up time point during therapy of metastatic breast cancer patients predict progression-free and overall survival. Clinical Cancer Research. 12 (14), 4218-4224 (2016).
- Choi, S., Park, J. K. Microfluidic system for dielectrophoretic separation based on a trapezoidal electrode array. Lab on a Chip. 5 (10), 1161-1167 (2005).
- Jung, Y., et al. Six-stage cascade paramagnetic mode magnetophoretic separation system for human blood samples. Biomedical Microdevices. 12 (4), 637-645 (2010).
- Li, P., et al. Acoustic separation of circulating tumor cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (16), 4970-4975 (2015).
- Lin, Y. H., Lee, G. B. Optically induced flow cytometry for continuous microparticle counting and sorting. Biosensors and Bioelectronics. 24 (4), 572-578 (2008).
- Gramotnev, D. K., et al. Thermal tweezers for surface manipulation with nanoscale resolution. Applied Physics Letters. 90 (5), 054108 (2007).
- Huang, L. R., et al. Continuous particle separation through deterministic lateral displacement. Science. 304 (5673), 987-990 (2004).
- Yin, D., et al. Multi-stage particle separation based on microstructure filtration and dielectrophoresis. Micromachines. 10 (2), 103 (2019).
- Yoon, Y., et al. Clogging-free microfluidics for continuous size-based separation of microparticles. Scientific Reports. 6 (1), 1-8 (2016).
- Alvankarian, J., Majlis, B. Y. Tunable microfluidic devices for hydrodynamic fractionation of cells and beads: a review. Sensors. 15 (11), 29685-29701 (2015).
- Irimia, D., Toner, M. Cell handling using microstructured membranes. Lab on a Chip. 6 (3), 345-352 (2006).
- Huang, S. B., et al. A tunable micro filter modulated by pneumatic pressure for cell separation. Sensors and Actuators B: Chemical. 142 (1), 389-399 (2009).
- Chang, Y. H., et al. A tunable microfluidic-based filter modulated by pneumatic pressure for separation of blood cells. Microfluidics and Nanofluidics. 12 (1-4), 85-94 (2012).
- Oh, C. K., et al. Fabrication of pneumatic valves with spherical dome-shape fluid chambers. Microfluidics and Nanofluidics. 19 (5), 1091-1099 (2015).
- Liu, W., et al. Dynamic trapping and high-throughput patterning of cells using pneumatic microstructures in an integrated microfluidic device. Lab on a Chip. 12 (9), 1702-1709 (2012).
- Jang, J. H., Jeong, O. C. Fabrication of a pneumatic microparticle concentrator. Micromachines. 11 (1), 40 (2020).
- McDonald, J. C., et al. Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic device. Accounts of Chemical Research. 35 (7), 491-499 (2002).
- Brivio, M., et al. A MALDI-chip integrated system with a monitoring window. Lab on a Chip. 5 (4), 378-381 (2005).
- Jeong, O. C., Konishi, S. The self-generated peristaltic motion of cascaded pneumatic actuators for micro pumps. Journal of Micromechanics and Microengineering. 18 (8), 085017 (2008).
- Taff, B. M., Voldman, J. A scalable addressable positive dielectrophoretic cell-sorting array. Analytical Chemistry. 77 (24), 7976-7983 (2005).
- Pamme, N., et al. On-chip free-flow magnetophoresis: Separation and detection of mixtures of magnetic particles in continuous flow. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 307 (2), 237-244 (2006).
- Harris, N. R., et al. Performance of a micro-engineered ultrasonic particle manipulator. Sensors and Actuators B: Chemical. 111, 481-486 (2005).
- Yoon, Y., et al. Clogging-free microfluidics for continuous size-based separation of microparticles. Scientific Reports. 6 (1), 1-18 (2016).
- Beattie, W., et al. Clog-free cell filtration using resettable cell traps. Lab on a Chip. 14 (15), 2657-2665 (2014).
- Cheng, Y., et al. A bubble- and clogging-free microfluidic particle separation platform with multi-filtration. Lab on a Chip. 16 (23), 4517-4526 (2016).
