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Articles by Jon F. Edd in JoVE
JoVE Bioengineering
High-Throughput-Einzel-Zell-und Multiple-Zelle Mikroverkapselung
Department of Mechanical Engineering, Vanderbilt University
Das Kombinieren der monodispersen Tropfenerzeugung mit Beschleunigungssensoren Anordnung von Zellen und Partikeln, beschreiben wir ein Verfahren, um eine gewünschte Anzahl von Zellen oder Teilchen in einem einzelnen Tropfen mit kHz Preise zu kapseln. Wir demonstrieren die Effizienz zweimal höher sind als die von ungeordneten Kapselung für Single-und Double-Teilchen-Tropfen.
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Gleichgewicht Separation Und Filtration Von Teilchen Mit Differenziellen Inertial Konzentrieren
Rapid Separation und Filtration von Teilchen in Lösung hat eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich Blut Zellseparation, Ultraschall Kontrast Agent Vorbereitung und Reinigung der Gärung-Produkte. Allerdings sind die aktuelle Techniken, die schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeiten bieten hohe Komplexität. Präsentieren wir Ihnen eine schnelle mikrofluidische Filtrationstechnologie fähig Partikel, die auf der Grundlage von Größe, mit Reinheiten von 90 auf 100 % zu trennen und umfangreicher Durchsätze von 1 mL/min. Daten zur Trennung von starren Partikel, verformbaren Emulsionen und Thrombozyten aus Vollblut präsentiert werden. Das System basiert auf differenzielle inertial Konzentration von Partikeln unterschiedlicher Größen und ermöglicht eine kontinuierliche Trennung basiert nur auf systeminterne hydrodynamische Kräfte, die in einem Fluss durch einen asymmetrisch gekrümmten Kanal entwickelt. Eine theoretische Beschreibung der zugrunde liegenden Kräfte entwickelt, und in Kombination mit Daten bestimmen eine Größe Eckfrequenz für Trennung, eine Semiempirische Beziehung beschreiben wie Kanal-Geometrie ist verwandt mit dieser Cut-off wird angezeigt. Kaskadierung von Separationen in Serie ist nützlich für mehr Reinheit und Ausbeute dargestellt. Diese Art der Microfluidic System kann Filtern verformbare Partikeln, ist weitgehend unabhängig von Teilchendichte und bieten Durchsätze typische der makroskopischen Filtration in einem kompakten Format, Aktivieren von Anwendungen in der Filtration und Partikel Konzentration im Blut.
Kontrollierte Umspritzen Von Einzel-Zellen in Monodispersen Picolitre Tropfen
Einkapselung von Zellen in Picolitre-Größe monodispersen Tropfen bietet neue Wege in der quantitative biologische Studien auf Einzeller-Basis für große Zelle Bevölkerungen durchführen. Variabilität in der Anzahl der Zellen pro Drop durch stochastische Zelle Laden ist ein großes Hindernis für diese Techniken. Wir überwinden diese Einschränkung von Zellen gleichmäßig Abstand, als sie in ein hohes Aspektverhältnis Microchannel Reisen; Zellen eintragen den Drop-Generator mit der Frequenz der Drop-Formation.
Partikel Segregation Und Dynamik in Beengten Fließt
Nichtlinearität in der endlichen-Reynolds-Zahl-Fluss führt Partikel Migration quer zur Flüssigkeit optimiert, produziert die bekannten "tubuläre Pinch-Effekt" in zylindrische Rohre. Hier untersuchen wir diese nichtlineare Effekte in sehr beengten Systemen, wo die Partikelgröße nähert sich die Kanal-Dimensionen. Experimentelle und numerische Ergebnisse zeigen charakteristische Dynamik, einschließlich komplexer Skalierung der Auftriebskräfte mit Kanal und Partikel-Geometrie. Das einzigartige Verhalten beschrieben in diesem Brief hat breite Auswirkungen auf engstem Partikel fließt.
Keimbildung Und Erstarrung in Statischen Arrays Von Monodispersen Tropfen
Die präzise Messung der Keimbildung und Nichtgleichgewicht Erstarrung sind für so unterschiedliche Bereiche wie atmosphärische Wissenschaft, Lebensmittelverarbeitung, Kryokonservierung und Metallurgie entscheidend. Die Emulsion-Technik, wo die Phase unter Study in viele Tröpfchen suspendiert innerhalb einer mischbarer kontinuierliche Phase partitioniert ist, ist eine leistungsfähige Methode aufdecken Preise der Keimbildung und Dynamik der Phase Änderungen wie Keimbildung Ereignisse zu einzelnen Tröpfchen isoliert. Jedoch mit durchschnittlich das Verhalten von vielen Tropfen in einer Massen-Emulsion führt zum Verlust von Drop-spezifische Informationen, und fallen Polydispersität Wolken die Analyse. Hier passen wir eine mikrofluidische Technik für trapping monodispersen Tropfen in planare Arrays, Verfestigung von stark unterkühlten wässrige Lösungen von Glycerin zu charakterisieren. Dieses System Preise der Keimbildung zwischen 10(-5) und 10(-2) pL(-1) s(-1) gemessen, ergab eine Eiswasser Grenzflächenspannung Energie von 33,4 mJ-m(-2) von-38 bis -35° C und aktiviert die spezifische Dynamik des Erstarrens für mehr als hundert Tropfen parallel ohne Verlust der Besonderheit zu beachten. Neben den physikalischen Erkenntnissen bietet die Möglichkeit, die Zeit und die Temperatur der Keimbildung und anschließende Wachstum von der festen Phase in statischen Arrays der einheitlichen Tropfen zu beobachten ein mächtiges Werkzeug um thermodynamische Protokolle zu entdecken, die wünschenswert Kristallstrukturen zu generieren.
Differenzielle Geschwungene Inertial Konzentration Von Partikeln in Niedrig-Seitenverhältnis Mikrokanälen
Mikrofluidische basierende Manipulation der Partikel ist von großem Interesse aufgrund der Einsicht, die es in die Physik der hydrodynamischen Kräfte bietet. Hier untersuchen wir ein Teilchen-Größe-abhängigen Phänomen basierend auf differenzielle inertial konzentrieren, die die Fließeigenschaften des nutzt gebogen, niedrigen Seitenverhältnis (Kanal Breite ≫ Höhe), mikrofluidische Kanäle. Wir berichten die Entstehung von zwei fokussierenden Punkten entlang der Höhe des Kanals (Z-Ebene), wo unterschiedlicher Größe Partikel sind konzentriert und in gleichmäßigen Abständen Züge an entsprechend verschiedenen seitlichen Positionen innerhalb der Kanal-Querschnitt bestellt. Wir verwendet das System zur kontinuierlichen Bestellung und Trennung von Aussetzung Teilchen.
Konzentration Von Glycerin in Wässrigen Microdroplets Durch Selektive Entfernung Von Wasser
Ein Haupthindernis für die Verglasung von Zellen ist das Erfordernis der hohen Konzentrationen von cryoprotektive (CPA) Chemikalien und die Schäden, die bei längerer Exposition der Zellen diese hohen Konzentrationen oberhalb der Glasübergangstemperatur. Diese Effekte werden mit kontrollierten CPA laden minimiert. Bestimmte organische Öle, wie Sojaöl, bestehen von Triacylglycerol und sind fähig, kleine Mengen von Wasser aufzulösen, ist eine Eigenschaft, die als Temperatur erheblich verstärkt wird erhöht. Dieses Phänomen wurde hier genutzt, um temperaturgeführte Konzentration von Glycerin in einzelnen Wassertröpfchen, die verstreut in der organischen Phase zu erreichen. Emulsionen von wässrigen Lösungen von Glyzerin in Sojaöl wurden gemacht und ein Temperaturanstieg von 10 Grad C Raumtemperatur ausgesetzt. Bei steigender Temperatur, konzentriert Wasser aufgelöst in das Öl, die 15-20 Microm Tröpfchen Rendern durchschnittlich 3,6 Mal und 2,6 Mal für 1 und 2 M Konzentrationen, bzw. mit der Öl-unlöslich Glycerin in 90-110 s beginnen. Dieses Phänomen konnte verwendet werden, um dynamisch CPAs in Zelle enthaltenden konzentrieren Tröpfchen, die dann vor zu hohen Temperaturen für verglast werden können tödlich lange Zeiten.
