Microparticle दोहरे आवृत्ति उत्तेजक के साथ खड़े सतह ध्वनिक तरंगों से हेरफेर
Summary
एक दोहरे आवृत्ति उत्तेजना के साथ एक microfluidic चैनल में microparticles जोड़ तोड़ के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है ।
Abstract
हम एक प्रयोगशाला में microparticles हेरफेर के लिए एक खड़े सतह ध्वनिक लहर (SSAW) की ट्यूनिंग की क्षमता बढ़ाने के लिए एक विधि का प्रदर्शन एक चिप पर (नियंत्रण रेखा) प्रणाली । एक साथ उत्तेजना मौलिक आवृत्ति और उसके तीसरे हार्मोनिक है, जो दोहरे आवृत्ति उत्तेजना के रूप में, डिजिटल ट्रांसड्यूसर (IDTs) की एक जोड़ी के लिए एक microfluidic चैनल में ध्वनिक तरंगों खड़े की एक नई प्रकार उत्पंन कर सकता है । शक्ति और दोहरे आवृत्ति उत्तेजना में चरण अलग ध्वनिक विकिरण microchannel भर में microparticles के लिए आवेदन किया बल के एक विन्यास क्षेत्र में परिणाम (जैसे, संख्या और दबाव नोड्स की स्थिति और के स्थान पर इसी दबाव नोड्स पर microparticle सांद्रता) । यह आलेख प्रदर्शित करता है कि microparticle का गति समय केवल एक दबाव नोड के लिए ~ 2-से अधिक मौलिक आवृत्ति की शक्ति अनुपात में कम किया जा सकता ~ ९०% । इसके विपरीत, यदि इस थ्रेशोल्ड से कम microchannel में तीन दबाव नोड्स हैं । इसके अलावा, बुनियादी आवृत्ति और तीन SSAW दबाव नोड्स के विभिन्न गति दरों में तीसरे हार्मोनिक परिणामों के बीच प्रारंभिक चरण का समायोजन, साथ ही microchannel में प्रत्येक दबाव नोड पर microparticles के प्रतिशत में. प्रयोगात्मक अवलोकन और संख्यात्मक भविष्यवाणियों के बीच एक अच्छा समझौता है । यह उपंयास उत्तेजना विधि आसानी से और गैर इनवेसिव नियंत्रण रेखा प्रणाली में एकीकृत कर सकते हैं, एक व्यापक tenability और केवल प्रयोगात्मक सेट अप करने के लिए कुछ परिवर्तन के साथ ।
Introduction
नियंत्रण रेखा प्रौद्योगिकी जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान, जैव भौतिकी, और जैव चिकित्सा प्रक्रियाओं के लिए एक माइक्रोचिप पर एक या कई कार्यों को एकीकृत करता है । नियंत्रण रेखा की अनुमति देता है एक प्रयोगशाला सेट-अप से छोटे पैमाने पर उप मिलीमीटर, तेजी से प्रतिक्रिया दर, एक छोटी प्रतिक्रिया समय, एक उच्च प्रक्रिया नियंत्रण, एक कम मात्रा की खपत (कम अपशिष्ट, कम रिएजेंट लागत, और कम आवश्यक नमूना मात्रा), एक उच्च प्रवाह के कारण parallelization, भविष्य में बड़े पैमाने पर उत्पादन और लागत प्रभावी प्रयोज्यता, रासायनिक, रेडियोधर्मी, या जैविक अध्ययन के लिए एक उच्च सुरक्षा, और एक कॉंपैक्ट और पोर्टेबल डिवाइस1,2के लाभों में एक कम लागत । सटीक सेल हेरफेर (यानी, संचय और जुदाई) एक नियंत्रण रेखा आधारित विश्लेषण और निदान3,4में महत्वपूर्ण है । हालांकि, सटीकता और microparticle हेरफेर की reproducibility चुनौतियों की एक किस्म है । कई तकनीकों, जैसे इलेक्ट्रो-असमस5, dielectrophoresis (DEP)6, magnetophoresis7, thermophoresis8,9, एक ऑप्टिकल दृष्टिकोण10, एक optoelectronic11 दृष्टिकोण , एक hydrodynamic दृष्टिकोण12, और acoustophoresis13,14,15, विकसित किया गया है । इसकी तुलना में, ध्वनिक दृष्टिकोण एक नियंत्रण रेखा आवेदन के लिए उपयुक्त हैं, क्योंकि सैद्धांतिक रूप से, microparticles/कोशिकाओं के कई प्रकार के एक पर्याप्त उच्च कंट्रास्ट (घनत्व और compressibility) की तुलना में प्रभावी ढंग से और इनवेसिव चालाकी से हेरफेर किया जा सकता आसपास के द्रव के साथ । इसलिए, उनके समकक्षों की तुलना में, ध्वनिक दृष्टिकोण स्वाभाविक रूप से सबसे microparticles और जैविक वस्तुओं के लिए पात्र हैं, कोई बात नहीं उनके ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल, और चुंबकीय गुण16.
IDTs से ध्वनिक तरंगों (आरी) ज्यादातर कई तरंग दैर्ध्य की मोटाई में एक piezoelectric सब्सट्रेट की सतह पर प्रचार और फिर microchannel में तरल पदार्थ में रेले कोण पर रिसाव, स्नेल कानून17के अनुसार, से सतह 18,19,20,21,22. वे ऊर्जा के अपने स्थानीयकरण, उच्च आवृत्ति पर एक महान डिजाइन लचीलापन, microfluidic चैनल और miniaturization का उपयोग कर के साथ एक अच्छा प्रणाली एकीकरण के कारण सतह के साथ एक उच्च ऊर्जा दक्षता के तकनीकी लाभ है माइक्रो-इलेक्ट्रॉनिक-यांत्रिक प्रणाली (एमईएमएस) प्रौद्योगिकी, और बड़े पैमाने पर उत्पादन की एक उच्च क्षमता23. इस प्रोटोकॉल में, आरी समान IDTs की एक जोड़ी से उत्पन्न होते हैं और विपरीत दिशा में प्रचारित एक खड़े लहर उत्पन्न करने के लिए, या SSAW, microchannel में, जहां निलंबित microparticles दबाव नोड्स के लिए धकेल रहे हैं, ज्यादातर एप्लाइड ध्वनिक द्वारा विकिरण बल24. इस तरह के परिणामी बल के आयाम उत्तेजना आवृत्ति, microparticle आकार, और इसके ध्वनिक विपरीत कारक द्वारा निर्धारित किया जाता है22,25।
इस तरह के acoustophoresis है कि आसानी से समायोज्य नहीं कर रहे है पूर्व निर्धारित हेरफेर पैटर्न की सीमा है । IDTs की उत्तेजना आवृत्ति उनके आवधिक दूरी से निर्धारित किया जाता है, तो बैंडविड्थ काफी सीमित है । कई रणनीतियों tunability और हेरफेर क्षमता बढ़ाने के लिए विकसित किया गया है । microchannel के विभिंन भागों में लागू ध्वनिक खड़े तरंगों के पहले और दूसरे मोड microparticles अलग गति के अनुसार और अधिक प्रभावी ढंग से किया जा सकता है26नोडल लाइनों की ओर गति । इन दो मोड भी microchannel के पूरे भाग के लिए लागू किया जा सकता है और वैकल्पिक रूप से27,28,29बंद । हालांकि, इस के लिए, उपकरणों की एक बड़ी संख्या (यानी, तीन समारोह जनरेटर, दो प्रतिबाधा मिलान इकाइयों, और एक विद्युत चुम्बकीय रिले) की वृद्धि की लागत और नियंत्रण जटिलता के साथ प्रयोगात्मक सेट-अप के कारण अलग करने के लिए आवश्यक है, बुनियादी आवृत्ति और piezoceramic प्लेट30के तीसरे हार्मोनिक में विद्युत impedances. इसके अलावा, तिरछा उंगली डिजिटल ट्रांसड्यूसर (SFITs) कोशिकाओं को समायोजित करने के लिए लागू किया जा सकता है और एक निश्चित प्रतिध्वनि20,31के लिए तिरछी उंगलियों की रोमांचक अवधि के द्वारा patterning microparticles । हालांकि, फिर, बैंडविड्थ व्युत्क्रम तिरछा उंगलियों की संख्या के लिए आनुपातिक है । एकाधिक दबाव नोडल लाइनों पारंपरिक SSAW-आधारित microparticle विभाजक में एकल नोडल लाइन की तुलना में एक उच्च पृथक्करण दक्षता और संवेदनशीलता है. वैकल्पिक रूप से, दबाव नोड्स के स्थान भी बस चरण के डिजाइन३२,३३में दो IDTs के लिए लागू अंतर का समायोजन करके बदला जा सकता है ।
मौलिक आवृत्ति और IDTs के तीसरे हार्मोनिक समान आवृत्ति प्रतिक्रियाएं इतनी है कि वे एक साथ उत्तेजित किया जा सकता है, जो microparticles हेरफेर३४के लिए और अधिक tunability प्रदान करता है । एक एकल आवृत्ति में पारंपरिक IDT उत्तेजना की तुलना में, दोहरे आवृत्ति उत्तेजना के ध्वनिक दबाव का समायोजन और उन दोनों के बीच चरण के रूप में तकनीकी विशिष्टता प्रदान करता है, जैसे अप करने के लिए ~ 2-गुना कम गति समय के लिए दबाव नोडल लाइन या microchannel के केंद्र, विभिंन संख्या और दबाव नोडल लाइनों के स्थान है, और microparticle सांद्रता ।
Protocol
Representative Results
Discussion
दोहरे आवृत्ति उत्तेजना में एक SSAW द्वारा microchannel में microparticle गति बड़े पैमाने पर इस अध्ययन में जांच की थी, और दोहरे आवृत्ति स्वरित्र संकेतों को अलग करके एक प्रभावी ढंग से उत्तेजना पैटर्न तकनीक विकसित और परीक्ष…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम अकादमिक अनुसंधान कोष (AcRF) टीयर 1 (RG171/15), शिक्षा मंत्रालय, सिंगापुर द्वारा प्रायोजित किया गया था ।
Materials
| poly-dimethylsiloxane | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| poly-dimethylsiloxane elastomer base | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| silicon wafer | Bonda Technology | SI8PSPD | |
| negative tone photoresist | Microchem | SU-8 | |
| double-side polished LiNbO3 wafer | University Wafer | Y-128° | |
| positive photoresist | Nicolaus-Otto-Straße | AZ 9260 | |
| oxygen plasma | Harrick Plasma | ||
| plastic mask | Infinite Graphics |
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