Pneumatiskt driven mikrofluidisk plattform för mikropartikelkoncentration
Summary
Detta protokoll beskriver en pneumatisk mikrofluidisk plattform som kan användas för effektiv mikropartikelkoncentration.
Abstract
Föreliggande artikel introducerar en metod för att tillverka och driva en pneumatisk ventil för att styra partikelkoncentrationen med hjälp av en mikrofluidisk plattform. Denna plattform har ett tredimensionellt (3D) nätverk med böjda vätskekanaler och tre pneumatiska ventiler, som skapar nätverk, kanaler och utrymmen genom dubbelreplikation med polydimetylsiloxan (PDMS). Anordningen arbetar baserat på det övergående svaret från en vätskeflödeshastighet som styrs av en pneumatisk ventil i följande ordning: (1) provbelastning, (2) provblockering, (3) provkoncentration och (4) provfrisättning. Partiklarna blockeras av tunn membranskiktdeformation av siktventilen (Vs) -plattan och ackumuleras i den krökta mikrofluidiska kanalen. Arbetsvätskan släpps ut genom aktivering av två på/av-ventiler. Som ett resultat av operationen avlyssnades och kopplades alla partiklar av olika förstoringar framgångsrikt. När denna teknik tillämpas kan arbetstrycket, den tid som krävs för koncentration och koncentrationshastigheten variera beroende på enhetens dimensioner och partikelstorleksförstoring.
Introduction
På grund av vikten av biologisk analys används mikrofluidiska och biomedicinska mikroelektromekaniska system (BioMEMS) 1,2 för att utveckla och studera anordningar för rening och insamling av mikromaterial 2,3,4. Partikelinfångning kategoriseras som aktiv eller passiv. Aktiva fällor har använts för externa dielektriska5, magnetophoretic6, auditiva7, visuella8 eller termiska9 krafter som verkar på oberoende partiklar, vilket möjliggör exakt kontroll av deras rörelser. En interaktion mellan partikeln och den yttre kraften krävs emellertid; således är genomströmningen låg. I mikrofluidiska system är det mycket viktigt att styra flödeshastigheten eftersom de yttre krafterna överförs till målpartiklarna.
I allmänhet har passiva mikrofluidiska enheter mikropelare i mikrokanaler10,11. Partiklar filtreras genom interaktion med en flytande vätska, och dessa enheter är lätta att designa och billiga att tillverka. De orsakar emellertid partikelstoppning i mikropelare, så mer komplexa enheter har utvecklats för att förhindra partikelstoppning12. Mikrofluidiska anordningar med komplexa strukturer är i allmänhet lämpliga för hantering av ett begränsat antal partiklar 13,14,15,16,17,18.
Denna artikel beskriver en metod för att tillverka och driva en pneumatiskt driven mikrofluidisk plattform för stora partikelkoncentrationer som övervinner bristerna18 som nämnts ovan. Denna plattform kan blockera och koncentrera partiklar genom deformation och aktivering av det tunna membranskiktet på siktventilen (Vs) -plattan som ackumuleras i krökta mikrofluidiska kanaler. Partiklar ackumuleras i krökta mikrofluidiska kanaler, och de koncentrerade partiklarna kan separeras genom att arbetsvätskan urladdas via aktivering av två PDMS-tätningar på /av-ventiler 18. Denna metod gör det möjligt att bearbeta ett begränsat antal partiklar eller koncentrera ett stort antal små partiklar. Driftsförhållanden som flödeshastighetens storlek och tryckluftstryck kan förhindra oönskade cellskador och öka cellfångningseffektiviteten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna plattform ger ett enkelt sätt att rena och koncentrera partiklar av olika storlekar. Partiklar ackumuleras och frigörs genom pneumatisk ventilstyrning, och ingen igensättning observeras eftersom det inte finns någon passiv struktur. Med hjälp av denna anordning presenteras koncentrationen av partiklar av tre storlekar. Arbetstrycket, den tid som krävs för koncentration och hastigheten kan dock variera beroende på enhetens dimensioner, partikelstorleksförstoring och trycket vid Vs 18,20,21.<sup class="xref"…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Research Foundation of Korea (NRF) -bidraget finansierat av Koreas regering (ministeriet för vetenskap och IKT). (Nej. 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 |
Referências
- 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).
