Un piège hydrodynamique microfluidique à base de particules uniques

Summary

Dans cet article, nous présentons une méthode basée microfluidique pour le confinement des particules repose sur l'écoulement hydrodynamique. Nous démontrons le piégeage des particules stables à un point de stagnation du liquide en utilisant un mécanisme de contrôle de rétroaction, permettant ainsi à l'isolement et la micromanipulation de particules arbitraires dans un microdispositif intégré.

Abstract

La capacité de confiner et de manipuler des particules uniques en solution libre est une technologie clé pour la science fondamentale et appliquée. Méthodes de piégeage des particules basé sur des techniques optiques, magnétiques, électrocinétique, et acoustique ont conduit à des avancées majeures en physique et en biologie moléculaire, allant de la au niveau cellulaire. Dans cet article, nous introduisons une nouvelle technique basée sur microfluidique pour le piégeage des particules et la manipulation basée uniquement sur l'écoulement du fluide hydrodynamique. En utilisant cette méthode, nous démontrons le piégeage des particules micro-et nano-échelle dans des solutions aqueuses pour des échelles de temps longues. Le piège est constitué d'un hydrodynamiques dispositif intégré microfluidique avec une géométrie du canal inter-fente où deux flux laminaire opposés convergent, générant ainsi un flux planaire extensionnel avec un point de stagnation du fluide (zéro-vitesse point). Dans ce dispositif, les particules sont confinées au centre piège par contrôle actif du champ d'écoulement de maintenir la position des particules au point de stagnation du liquide. De cette manière, les particules sont effectivement piégés dans une solution libre utilisant un algorithme de commande de rétroaction en œuvre avec un code personnalisé construit LabVIEW. L'algorithme de contrôle est constitué d'acquisition d'image pour une particule dans le dispositif microfluidique, suivie par suivi de particules, la détermination de la position des particules centroïde, et l'ajustement actif de l'écoulement du fluide en régulant la pression appliquée à une valve pneumatique sur puce utilisant un régulateur de pression. De cette façon, le sur-puce dynamiques fonctions vanne de dosage pour réguler les débits relatifs à des canaux de sortie, permettant ainsi à échelle fine de contrôle de la position de point de stagnation et de piégeage des particules. Le piège hydrodynamiques microfluidique à base présente plusieurs avantages comme une méthode pour piéger des particules. Piégeage hydrodynamique est possible pour toute particule arbitraire sans exigences spécifiques sur les propriétés physiques ou chimiques de l'objet piégé. En outre, le piégeage hydrodynamique permet confinement d'un objet cible "unique" dans les suspensions de particules concentrées ou surpeuplés, ce qui est difficile avec force alternative des méthodes de piégeage sur le terrain. Le piège hydrodynamique est convivial, simple à mettre en œuvre et peut être ajoutée aux dispositifs existants pour faciliter l'analyse microfluidique piégeage et de longue date de particules. Globalement, le piège hydrodynamique est une nouvelle plateforme pour le confinement, la micromanipulation, et l'observation des particules sans immobilisation de surface et élimine le besoin de potentiellement perturbative des champs optiques, magnétiques et électriques dans le piégeage sans solution de petites particules.

Protocol

Le piège est constitué d'un hydrodynamiques à deux couches hybrides (polydiméthylsiloxane (PDMS) / verre) dispositif microfluidique pour le confinement des particules. Étapes 1-2 décrivent la fabrication de dispositifs microfluidiques, et étapes 3-4 conception du dispositif de discuter et d'exploitation.

1. SU-8 de fabrication de moule (non représenté dans la vidéo)

1. Nettoyer deux plaquettes de silicium (3 "de diamètre) avec de l'acétone et d'alcool isopropylique (IPA).
2. Gaufrettes à sec avec du N ₂ et placez-les sur une plaque chauffante à 65 ° C pendant 1 min pour éliminer l'humidité résiduelle.
3. S....

Discussion

Les méthodes actuelles de microfluidique pour la manipulation de particules repose sur l'écoulement hydrodynamique peut être caractérisée comme méthodes de contact à base ou non-contact. Contactez les méthodes basées sur l'utilisation des flux de liquide physiquement confiner et d'immobiliser les particules contre les parois de canal microfabriqué ^9, tandis que les non-contact méthodes reposent sur ​​circulant débit ou microeddies ^10. Dans ce travail, nous présentons une méthode de piég.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aiguille émoussée de calibre 21	Zephyrtronics	ZT-5-021-1-L	Pour percer des trous dans la
seringue en plastique PDMS 3 ml	BD Biosciences	309585	Pour remplir la vanne avec de l’huile
Si, plaquettes University	Wafer		3” ; P(100) simple face poli 380 μ ; m test grade
Verre de protection	VWR international	48404-428	24 x 40 mm #1.5
Carte DAQ	National Instruments	PCI 6229
Perles fluorescentes	Spherotech, Inc.	FP-2056-2	2.2 #x03BC ; m Rouge du Nil
Fluorinerte	3M	FC 40	Huile de support fluorée
Microscope inversé Olympus	Corporation	IX-71
LabVIEW	National Instruments	Version 9.0f3 (32bit)
Stéréomicroscope	Leica Microsystems	MZ6	Pour l’alignement de la couche de contrôle PDMS sur la couche fluidique.
Four à convection mécanique	VWR international	1300U	Pour les appareils de cuisson afin de créer des dalles PDMS monolithiques à deux couches.
Tubes et connecteurs microfluidiques	Upchurch Scientific		1/16 x .020 PFA et raccords super sans bride
PDMS	GE Healthcare	RTV 615 A& Chambre à plasma B
	Harrick Scientific Products, Inc.	PDC-001
Transducteur de pression	Proportion Air	DQPV1
Spin Coater	Systèmes de revêtement spécialisés	G3P-8 Spin Coat
Photoresist	MicroChem Corp.	SU 8 2050
Pompe à seringue	Harvard Apparatus	PHD 2000 Bloc
	National Instruments BNC	2110	Pour sortie analogique vers le régulateur de pression et lecture.
Source lumineuse collimatée UV et système d’exposition	OAI	modèle 30 Source