يصف هذا البروتوكول منصة الموائع الدقيقة الهوائية التي يمكن استخدامها لتركيز الجسيمات الدقيقة بكفاءة.
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.
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.
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…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من خلال منحة المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) التي تمولها الحكومة الكورية (وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات). (لا. NRF-2021R1A2C1011380).
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 |