Method Article

الخرز وفصل الخلايا في أجهزة ميكروفلويديك متعدد القنوات باستخدام Dielectrophoresis وتدفق رقائقي

DOI:

10.3791/2545

⸱

February 4th, 2011

 ,  ,  ,  , 
1Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2Micro and Nanotechnology Lab, University of Illinois at Urbana-Champaign, 3Mechanical Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, 4Bioengineering, University of Illinois at Urbana-Champaign

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dielectrophoresis (DEP) هو وسيلة فعالة لمعالجة الخلايا. ويمكن لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) توفير أقطاب رخيصة ، قابلة لإعادة الاستخدام وفعالة للاتصال خالية من التلاعب خلية داخل أجهزة ميكروفلويديك. من خلال الجمع بين PDMS المستندة إلى قنوات ميكروفلويديك مع coverslips على الكلور ، ونحن تثبت التلاعب حبة والخلية والانفصال داخل الأجهزة ميكروفلويديك الأقنية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدمت الأجهزة ميكروفلويديك دراسات الخلايا عن طريق توفير بيئة ديناميكية fluidic على مقياس من الخلية للدراسة ، والتلاعب ، والفرز والعد الخلايا. ومع ذلك ، والتلاعب في الخلايا داخل نطاق fluidic لا يزال يشكل تحديا ويتطلب بروتوكولات معقدة لتصنيع الصمامات وتشكيل الأقطاب ، أو مطالب المعدات المتخصصة مثل ملاقط بصرية. هنا ، علينا أن نظهر التي يمكن استخدامها التقليدية لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) للتلاعب عدم الاتصال من خلال استخدام خلايا dielectrophoresis (DEP) للتلاعب حبة وخلية في مجالات تدفق الصفحي لbioactuation ، وحبة لخلية والانفصال في ميكروفلويديك الأقنية الأجهزة. أولا ، نقدم بروتوكول لتجميع الأقطاب والأجهزة DEP ميكروفلويديك ، وإعداد الخلايا لDEP. ثم ، لنا أن نشخص العملية DEP مع الخرز البوليسترين. أخيرا ، وتبين لنا نتائج ممثل فصل حبة وخلية في جهاز ميكروفلويديك الأقنية. باختصار ، DEP هي طريقة فعالة لمعالجة الجسيمات (الخرز أو الخلايا) داخل أجهزة ميكروفلويديك.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويبين الرسم التخطيطي العام لإعداد المعدات في الشكل 1A. وبمزيد من التفصيل التجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في العينة التخطيطي مستعرضة في الشكل 1B.

1. يستعد أقطاب PCB :

  1. التصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لهندسة كهربائية المطلوب لتوليد حقل غير موحدة الكهربائية. ويمكن طلب تخصيص رقائق القطب الكلور من خلال مرافق تصنيع التجارية (الشكل 1C).
  2. اعداد سابقة التجهيز أقطاب PCB بواسطة سلك عيار 16 لحام في نهاية كل قطب معدني مطبوعة (1D الشكل).
    1. مكان السلك إلى نهاية القطب. عقد الأسلاك في مكان على منطقة المعدني للالكلور مع الحديد الساخن لحام حرارة السلك.
    2. خدمة كمية صغيرة من القصدير في السلك ساخنا لشغل الأسلاك مع جندى.
    3. بعد ملء مع السلك جندى ، وإزالة الحديد لحام ، عقد السلك في المكان في حين أن يبرد اللحام.
  3. تكرار عملية لحام لكل الربط الكهربائي على الكلور (1D الشكل).

2. إعداد قنوات ميكروفلويديك :

  1. مستعدون Polydimethylsiloxane (PDMS) المستندة إلى قنوات ميكروفلويديك باستخدام الاستومر PDMS ، Sylgard 184 من داو كورنينج. وعادة ما يتم إنشاء القالب الرئيسي الذي يحدد قنوات من خلال عمليات microfabrication القياسية باستخدام رقاقة السيليكون وSU - 8 مقاومة للضوء.
  2. مزيج مركب قاعدة لعلاج عامل بنسبة 10:01 لمدة 5 دقائق.
  3. صب PDMS السائل داخل القالب SU - 8 الجاهزة الرئيسية وإزالة فقاعات الهواء عن طريق تعريض PDMS السائل إلى الفراغ لدقائق قليلة. كرر العملية إذا لزم الأمر فراغ تماما لإزالة جميع الفقاعات.
  4. علاج PDMS على 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
  5. إزالة PDMS بلاطة مع قنوات ميكروفلويديك من رقاقة بشفرة حلاقة ، الحرص على عدم كسر رقاقة.
  6. لكمة ثقوب لإدخال السوائل والخلايا في الجهاز ميكروفلويديك. (ملاحظة : يمكن لجميع الحقنة الضخ ، والجاذبية أو سطح التوتر تدفق مقرها يتم استخدامها مع DEP).
  7. فحص الجهاز ميكروفلويديك للتأكد من أنها خالية من الغبار والحطام. ويمكن تنظيف PDMS يمكن تحقيقه بسهولة باستخدام السحر 3M الشريط سكوتش.
  8. البلازما السندات ميكروفلويديك قنوات PDMS لسمك no.0 النظيفة (80-130 ميكرون) ساترة. الحرارة التجميع ساترة - ميكروفلويديك في 100 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 15 دقيقة.

3. تعد وسائل الإعلام الموصلية المنخفضة :

  1. مستعدة الموصلية المنخفضة وسائل الإعلام عن طريق خلط السكروز 8.5 ٪ + 0.3 ٪ الجلوكوز (ث / ت) في الماء (DI) منزوع الأيونات. 1
    ملاحظة : لقد أثبتنا سابقا أن المثقف يمكن أن الخلايا لعدة أيام في وسائل الاعلام التقليدية ثقافة الخلية بعد تعرضهم لالموصلية المنخفضة لفترات قصيرة (حوالي 30 دقيقة) 11

4. تجميع القنوات ميكروفلويديك على أقطاب PCB :

  1. ضع كمية صغيرة (حوالي 10 ميكرولتر) من الزيت المعدني على ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضمان الاتصال الوثيق بين الكلور وساترة ل.
    ملاحظة : خطوة اختيارية لخفض التصور القطب هو معطف سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع طبقة رقيقة جدا من علامة دائمة سوداء أو الطلاء.
  2. مكان التجميع قناة ميكروفلويديك ساترة ، على أن يتأهل ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والاتصال مع تشكيل ساترة للنفط (ساترة لأسفل). اضغط برفق التجمع ساترة - ميكروفلويديك وصولا الى ضمان وجود اتصالات جيدة وتقليل فقاعات الهواء التي يمكن أن تنتقص من خلية والتصور حبة. ويرد مثال على الجهاز أنجز في الشكل 1D.

5. فرز والخرز ومركزة باستخدام خلايا DEP :

  1. سد قنوات ميكروفلويديك مع الماء أو وسائل الإعلام DI منخفضة الموصلية ، وعملية التسنيد البلازما يسهل التحميل من السهل المحاليل المائية في القنوات ميكروفلويديك بجعل مؤقتا على سطح ماء PDMS مسعور عادة.
  2. إدخال خلايا و / او الخرز البوليسترين في المكمن قناة (الشكل 1C). هنا نستخدم الإنسان غدية القولون (HT - 29) الخلايا.
  3. ربط مخرجات مولد الدالة على مدخلات من مكبر للصوت التيار المتردد ، ثم ربط الناتج من مكبر للصوت إلى الأسلاك الكهربائي. تغطية جميع الأسلاك الكهربائية والسطوح من الإعداد مع شريط كهربائي لحماية المستخدمين من احتمال التعرض لصدمة. ويظهر رسم تخطيطي لإعداد المعدات في الشكل 1A.
  4. تعيين وظيفة مولد لإنتاج إخراج موجة جيبية من 1،0-1،5 ميغاهرتز. ينبغي تعديل السعة من مكبر للصوت الناتج عن قوة الترددات اللاسلكية لانتاج انتاج 100V - 80 على الكلور. مكبر للصوت قوة الترددات اللاسلكية في هذا العمل يتطلب مساهمة الجهد نحو 220-330 بالسيارات. إلى خلايا منفصلة والخرز ، ويجب أن يكون معدل التدفق الصفحي تكون متوافقة مع القوة DEP لتحريك الخلايا والخرز داخل القناة الرئيسية (العرض ث = 100 ميكرون ، ح ارتفاع = 27 ميكرومتر) في القنوات المستهدفة (العرض ث = 100 ميكرومتر وارتفاع ح = 27 ميكرون).
    الحذر : التشاور مع الشركة المصنعة للثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحديد مالفولتية aximum التشغيل لتجنب مشاكل مثل المحموم الكلور أو الذوبان. التحقق من مواصفات الشركات المصنعة للمعدات "لمولد وظيفة ومكبر للصوت مصنعين القدرة على تحديد إعدادات التشغيل الآمن.
  5. بدء فرز DEP إلى الخلايا والخرز. خلايا تجربة إيجابية في حين DEP الخرز البوليسترين تجربة سلبية DEP في حقل غير موحدة الكهربائية داخل الترددات المحددة. تمكن هذه القوة DEP تنشيط bioactuation وفصل الخلايا والجزيئات الأخرى داخل أجهزة ميكروفلويديك استخدام الكلور بأسعار معقولة وقابلة لإعادة الاستخدام والأقطاب الكهربائية.

6. ممثل النتائج :

عندما DEP فعال في الخلايا التي تحرك أو جزيئات ، يلاحظ وجود قوي داخل محاذاة غير موحدة الحقول الكهربائية للحمامات ثابتة أو سرعات بطيئة السائل. في ظل ظروف من أعلى سرعات السائل ، وسلوك الخلية أو الجسيمات يعتمد على التوجه النسبي للتدفق محوري في مجال كهربائي وسرعة التدفق. بالإضافة إلى ذلك ، السلوكيات الخلية والجزيئات هي أيضا تعتمد على قوة الحقل الكهربائي ودرجة عدم التماثل في مجال كهربائي. السلوكيات النمطية للخلايا أو جزيئات تشمل "سلاسل اللؤلؤ ،' ركوب الدراجات ، والمماطلة ، أو تحول.

الشروط التي تنازل أو إلغاء DEP تشمل وجود الأملاح الأيونية أو الجزيئات الأخرى في السائل ، وضعف قوة الحقل الكهربائي ، وسرعات تدفق المفرطة ، التي هي coverslips سميكة جدا ، أو الحلول الموصلة بين أقطاب ساترة والكلور (على سبيل المثال يمكن أن تحفز ساترة متصدع اختلاط المياه والزيوت المعدنية).

ويقدر هنا ، التدرج من مربع من شدة المجال الكهربائي عند استخدام coverslips سمك no.0 (80-130 ميكرون) ، وتباعد من القطب (231 ميكرون) ، المطبق على الخلايا HT - 29 والخرز لتكون بين 2 -8 الى 6 -8 الخامس 2 / 3 ميكرون. 1

ويمكن تقدير قوة DEP عن طريق قياس سرعة الجسيم والتلاعب من قبل DEP في السائل ثابت (الشكل 2A - B). بسبب القصور الذاتي للجسيمات صغيرة والبيئة عالية اللزوجة قناة ميكروفلويديك ، فإن قوة السحب الهيدروديناميكية تكون مساوية ، ولكن في الاتجاه المعاكس مع القوة DEP متوسط ​​سرعة حبة في وسائل الإعلام ، هو انخفاض الموصلية 34.5 ميكرون / s مع الجهد DEP من 93 ميغاهيرتز وVPP 1.5. ويمكن حساب قوة السحب الهيدروديناميكية مع المعادلة التالية : 1

F = اسحب 6πηRv

متوسط ​​η اللزوجة وسائل الإعلام الموصلية المنخفضة عند 20 درجة مئوية 1.27 ميغاباسكال • ليالي ونصف قطرها R حبة هو 7.5 ميكرون. وتقدر قوة السحب الهيدروديناميكية لmicrobead البوليسترين أن PN 6.19. لإثبات القدرة على تحريك الخرز داخل قنوات ميكروفلويديك (الشكل 2C - F) ، بدأنا تدفق وسائل الاعلام الموصلية المنخفضة من خلال توظيف تدفق السطح بوساطة التوتر. وكان متوسط ​​سرعة حبة في قناة واحدة مدخلات 1540 ميكرون / ثانية ، في حين تم تخفيض متوسط ​​سرعة داخل القنوات الفردية إلى 565 ميكرون / ثانية (الشكل 2C). قبل الشروع في DEP ، تم الإبقاء على الخرز داخل القناة المركزية بدلا من أن يطلق سراحه في القناة الجانبية. وهكذا ، في ظل هذه الظروف ، كانت القوات DEP كافيا للتغلب على قوة السحب من السائل في القنوات الجانبين.

كما تم استخدام نفس المبدأ لتحويل حبات من cannel المركزية للقناة وحيدة الجانب ببساطة عن طريق تغيير اتجاه القنوات وتدفق حبة إلى أن من أقطاب DEP (الشكل 2E - F). الصيد بواسطة قطب معدني على جانب مدخل قناة واحدة ، عندما بدأ DEP ، استرشد الخرز الى جانب القناة مثل الخرز اقترب من نقطة انفراق ثلاثي. هناك ، كانت القوات DEP كافية لسحب حبات في واحدة من قنوات جانبية حيث استمر تدفق الصفحي لدفعها إلى أسفل قناة (الشكل 2F).

لأن الخلايا والخرز البوليسترين واختلافات واضحة في قدرتها على أن تكون مستقطبة ودفعتها غير موحدة في المجالات الكهربائية ، فإننا نستخدم DEP لإثبات القدرة على تنفيذ الانفصال على الرقاقة من الخلايا والخرز ، وبشكل متزامن. استخدمنا نفس هيكل قناة ميكروفلويديك وتكوين أقطاب PCB في الشكل 2E - F ، ولكن أدخلت تعليق HT - 29 حبات في الخلايا والموصلية المنخفضة وسائل الإعلام في قناة مدخل واحد (الشكل 3). عندما يتم إدخال DEP ، وتحت هذه الظروف ، تم الإبقاء على HT - 29 الخلايا في القناتين الإخراج اليسار في حين احتفظ الخرز في القناة الإخراج الفردية على اليمين. هنا تظهر الخلايا السلوك سمة "اللؤلؤ تسلسل' كما يتم جمعها في القناة إخراج اليسار. أحيانا تصبح خلية حبة وإرفاقها التي يتم جمعها معا ، وغالبا في قنوات الانتاج الخلية. من هذه التجربةآل البيانات ، ونحن تحديد معدل الفرز لتكون جزيئات 713 (الخلايا والخرز) في الدقيقة الواحدة ، أو ما يعادل 14260 الخلايا والخرز في 20 دقيقة. عدد الخلايا والخرز استرجاع ذات صلة ومفيدة للبيولوجيا الجزيئية ، والتصوير ، والكيمياء الحيوية وتطبيقاتها المختبر على واحد في رقاقة.

figure-protocol-1
الشكل 1. PCB DEP المستندة إلى الخلايا والجزيئات في قنوات ميكروفلويديك (A) والمعدات اللازمة لإعداد DEP المستندة يبدأ يشتغل مولد وظيفة لتحديد وتيرة واتساع الإشارة الكهربائية ، ثم السلطة مكبر للصوت لتعزيز قوة إشارة الحقل الكهربائي المتولدة عن ثنائي الفينيل متعدد الكلور. (ب) الجمعية ميكروفلويديك الجهاز يشتغل لعينة تتألف من القنوات ميكروفلويديك PDMS متجهة نحو لا رجعة فيه إلى أي. 0 ساترة سمك (80-130 ميكرون) من خلال البلازما الأكسجين ، وغير موصل وسائل الاعلام ليستحم الخلايا و / أو الخرز. (ج) استخدام أقطاب PCB هنا تتكون من منطقتين حيث interdigitated الأقطاب الكهربائية لتوليد قوة غير موحدة الحقل الكهربائي. (D) الجهاز أكملت : أ الكلور مع جهاز ميكروفلويديك trifurcated على ساترة واحد ، أقحم يظهر الجهاز كله مع الأسلاك الكهربائي. (CD) للحصول على نطاق وقياسات الكلور هي 8.4 سم (ل) ، و 2.1 سم (ث) ، مع أقطاب ملم واسعة 5.

figure-protocol-2
الشكل 2. ممثل الصور من الخلايا والخرز في القنوات قبل وأثناء DEP يشتغل : (أ) 15 ميكرومتر الخرز البوليسترين نيون في وسائل الاعلام الموصلية المنخفضة حل ضمن قناة ميكروفلويديك PDMS ، دون تدفق الصفحي (الوقت المنقضي ، 1.23 ثانية). (ب) عند بدء DEP ، حبات ترحيل نحو أنماط القطب PCB (خطوط سوداء) بدلا من بين أقطاب (الوقت المنقضي ، 8.18 ثانية). (C) وتنقسم الخرز في القنوات تحت نفس التدفق الصفحي بين ثلاث قنوات منفصلة (الوقت المنقضي ، 5.3 ثانية) ، وعندما يبدأ DEP (D) ، ودفعتها إلى تدفق حبات فقط في القناة المركزية (الوقت المنقضي ، 4.3 ثانية). (E) عن طريق تغيير اتجاه قنوات لالأقطاب الكلور ، يمكن توجيه تفاضلي الخرز في القنوات الجانبية (F) باستخدام DEP بدلا من قناة مركزية كما هو موضح في (D). (EF) التوقيت ساقطا هو 8.23 ​​ثانية وثانية 5،16 على التوالي. جميع الحانات النطاق = 100 ميكرومتر.

figure-protocol-3
الشكل 3. ممثل الصور من الخلايا والخرز في القنوات قبل وأثناء DEP يشتغل (AB) وقبل الشروع في DEP ، وهو حل مختلطة من غدية القولون البشري (HT - 29) وتدفق الخلايا حبات من قناة واحدة إلى 3 قنوات الإخراج منفصلة. السهم مفتوحة يحدد ترد اتجاه التدفق الصفحي والقنوات مع الخطوط المتقطعة للتوجيه والتوضيح. (CD) بواسطة DEP تحريض ، ودفعتها انتقائي الخرز والخلايا في قنوات منفصلة كما هو محدد. HT - 29 خلايا الخروج من القناة المركزية واليسار في حين الخرز الخروج من القناة اليمنى. ويلاحظ سمة تسلسل حبات اللؤلؤ من خلال خلايا ويشتغل DEP. (A ، C) على النقيض من التدخل التصوير التفريقي للخلايا والخرز في microchannels يجعل حبات مرئية بسهولة. صور توهج كثافة النطاق (B ، D) من الصور لمدينة دبي للإنترنت نفسه (A ، C) تحسين التصور من الخلايا في القنوات. الأقطاب معدنية عاكسة ((A ، C) والشريط الضوء (B ، D) والأصفر والأخضر) توفر معلما بارزا لمحاذاة microchannels إلى أقطاب ليشتغل DEP المستندة فعالة. أشرطة النطاق = 100 ميكرومتر.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خلية التلاعب في أجهزة ميكروفلويديك أمر مرغوب فيه لفرز أو التنسيب الانتقائي للخلايا واحد أو لدراسات السكان. 2 يستخدم تدفق رقائقي بالتزامن مع صمامات ومضخات لمعالجة الخلايا داخل أجهزة ميكروفلويديك. ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب وحدها هي صعبة وتتطلب عمليات تصنيع مفصل والمهارات 3 الطرد المركزي يمكن تبسيط طلبات التنسيب الخلية ولكن التصوير في وقت واحد يشكل تحديا ؛ وعلاوة على ذلك ، فإن هيكل لقناة الطرد المركزي يجب النظر بعناية عند تصميم المعالجات المطلوبة والنظر في الآثار القوات الجاذبية ، ويمكن استخدام ملاقط ليزر 4 موضع الخلية ولكن هذه الطريقة مكلفة وغير قابلة للفرز الخلايا عالية الإنتاجية. 5 ومع ذلك ، فقد ثبت DEP ونظام فعال لل"ملاقط الكهربائية" لوضع الخلية فعالة ، وتوصيف والتلاعب. 6،7

على وجه التحديد ، تم استخدام DEP لالتقاط نوع الخلايا بشكل انتقائي وعلى رقاقة لمعالجة الخلايا الميتة والحية ، 7-10 ، وجمع للخلايا الاستشعار عن الرنين لقياس كتلة الخلية. 11 لقد أثبتنا سابقا أن زيادة DEP القوة على البكتيريا او الخرز فوق fluidic قوة السحب ، ويمكن إنجاز التركيز على رقاقة ومحاصرة من الخرز البوليسترين والمستوحدة الليستيريا V7 (12). السكانية المختلطة E. القولونية ولام ويمكن أيضا أن توجه المستوحدة البكتيريا وأفرج عنه من خلال نبضات DEP. وعلاوة على ذلك ، يمكن التقاط الجزيئات الكبيرة تفاضلي والتي ركزت على الأقطاب على أساس حجم الجسيمات الكبيرة ، في حين يتم القبض على جسيمات أصغر ولكن لم تتم إزالة مع تدفق fluidic 13 عندما قوات DEP لا تغلب على قوى fluidic سحب على الجزئيات ، و لم يتم التقاط حبة أو خلية ، ولكنه انتقل بدلا داخل تيار fluidic. كما هو مبين في الشكل 2C ، يمكن أن تركز الخرز في المنطقة الوسطى من تيار السائل ما يكفي للاحتفاظ الخرز في القناة المركزية. هذا قد يكون راجعا إلى التأثير المشترك من الجسيمات إلى الجسيمات التأثيرات ضمن الحقل الكهربائي ، وسرعات أكبر من السوائل DEP سحب القوات ، ومزيج من هذه ، أو بعض التأثير الأخرى غير معروف.

أحدث التطورات في DEP تماس تسمح لتعظيم القبض على خلية والتلاعب مع حقل الحد الأدنى المطلوب ، وبالتالي حماية أنواع الخلايا ، إلى أقصى حد ، وخلال التلاعب DEP. 1،9 تلامس الوعد DEP يقدم للمجتمع على microfluidics للفرز وجمع ووضع الخلايا داخل أجهزة ميكروفلويديك. ونحن نتوقع أنه مع زيادة الطلب على ، وتنفيذ ، DEP للتلاعب داخل الأجهزة ميكروفلويديك والاكتشافات والابتكارات مزيد ستوسع التفاهم وتأثير قوى DEP.

ويمكن تصنيع الكلور من خلال ارتفاع حجم العمليات بأسعار في متناول الجميع مع الوقت تحول سريع تلفيق ، وجعلها منابر جيدة للتسويق. بالإضافة إلى ذلك ، الكلور هي سهلة الاستخدام ومتاحة للعلماء في مجموعة من التخصصات للتلاعب على رقاقة الخلية والفرز.

عند تصميم تخطيط الأقطاب الكلور ، ينبغي النظر في مسار الجسيمات / الخلية المطلوبة. العوامل الرئيسية التي ينبغي النظر فيها حجم الجسيمات ونوع (حبة و / أو خلية) ، نوع من الخلايا ، وحجم متناهية ، وسرعة تدفق ، والمباعدة بين القطب (الذي يحدد شدة المجال الكهربائي) ، وسمك ساترة ، والموصلية السوائل. هذه العوامل تؤثر على القوة المطلوبة والمتاحة لمعالجة الجسيمات أو الخلية ، وبالتالي كفاءة الانفصال. بروتوكول نعرضها هنا يدل على الإعداد الفعلي لبدء DEP لmicrosphere وفصل الخلايا. للتطبيقات المحتملة ، يجب على المستخدمين تطابق بنية تصميم قناة ميكروفلويديك مع مسارات تدفق المطلوب للخلايا والخرز ، فضلا عن أنماط الكهربائي لتحسين الكفاءة لكل تطبيق. ويمكن استخدام تباعد الكهربائي وسمك ساترة وفقا للمبادئ التوجيهية ذكرت سابقا عند تصميم تخطيط قناة ميكروفلويديك 1

يجب أن الموصلية والسماحية للخلية / الجسيمات وسائل الإعلام المحيطة تكون مختلفة بما يكفي لتيسير DEP إيجابية أو سلبية ، مع الحفاظ على خلايا سليمة. يمكن تحديد قطبية DEP عن جسيمات كروية من جزء حقيقي من قيمة معقدة من العوامل كلوسيوس - Mosotti التالي في تكرار الجهد ω DEP.

figure-discussion-1
المعادلة 1

في هذا ε المعادلة ، هي السماحية ، σ هو الموصلية ، وε * السماحية هي معقدة. والحروف السفلية وع مللدلالة على الجسيمات وسائل الإعلام ، على التوالي. عندما خلية لديها أعلى السماحية من وسائل الإعلام ، أو الجزء الحقيقي للعامل كلوسيوس - Mosotti تصبح إيجابية ، فإن الجسيمات ويصبح أكثر استقطابا من وسائل الإعلام المحيطة بها. بسبب وجود حقل كهربائي غير موحدة ، والاستقطاب للجسيمات يصبح غير موحدة ، وهذا يخلق DEP الموجب (+ DEP) القوة التي توجه الخلية تجاه المنطقة مع ارتفاع شدة المجال الكهربائي. إذا خلية لديها أقل من السماحية وسائل الإعلام المحيطة بها ، أو الجزء الحقيقي للعامل كلوسيوس - Mosotti يصبح سلبيا ، فإنه يخضع DEP سلبي (- DEP) ، ويتم فرض الخلية تجاه المنطقة حقل الحد الأدنى. إذا كانت الخلية وسائل الاعلام تقريبا نفس السماحية معقدة ، يمكن إنشاء أي قوة لمعالجة الخلية. لهذا السبب ، والمياه النقية وسائل الاعلام هو المفضل للتلاعب الجسيمات DEP. ومع ذلك ، لتجنب الضغط الاسموزي على الخلية من الماء النقي ، وضعت وسائل الاعلام الموصلية المنخفضة للحفاظ على التوصيل دون تغيير ، ولكن لزيادة الضغوط لخفض الأسمولية التناضحي إلى الخلايا. وسائل الاعلام التقليدية ثقافة الخلية أو مخازن الفسيولوجية ، مثل DMEM أو برنامج تلفزيوني ، والموصلية العالية ، والتي لا تصلح للتلاعب DEP.

علينا أيضا أن أظهرت في وقت سابق ان يمكن التقاط الخلايا على أجهزة الاستشعار مع DEP باستخدام وسائل الإعلام الموصلية المنخفضة. بعد فترة وجيزة لمرفق الخلية ، يمكن استبدال وسائل التوصيل المنخفضة للثقافة وسائل الإعلام الخلية المطلوبة لدعم نمو الخلايا لعدة أيام. 11

من تجربتنا ، والخرز نيون مشرقة للغاية فيما يتعلق مضان الخلية الحية ، وبالتالي فإنه يمكن أن يشكل تحديا لتتناسب مع شدة حبه لكثافة خلية حية والاستشعاع. لتحسين التصور من الخلايا على حد سواء ، والخرز ، واستخدمنا المجهري مدينة دبي للإنترنت على المجهر تستقيم التصوير على حد سواء. لعرض الخلايا والخرز ، وقدمنا ​​البيانات في صورة توهج النطاق الكثافة ، التي تحتفظ البيانات في ألوان الطيف واسعة لعرض أسهل. وهكذا ، عند تصميم هذه الدراسة من الفائدة ، لا بد من النظر في معلمات التصوير والموارد.

باختصار ، علينا أن نظهر القدرة على تحفيز الخلايا بشكل انتقائي الخرز وإلى قنوات منفصلة باستخدام DEP. مع الأداة المساعدة المتزايدة للقنوات ميكروفلويديك للبيولوجيا الخلية والكيمياء الحيوية والهندسة الحيوية التطبيقات ، DEP هو خيار مرغوب فيه لجمع خلية والتنسيب والفرز. تلفيق أقطاب PCB هي رخيصة ومريحة ، والأقطاب هي سهلة الاستخدام ، وأوقات تلفيق السريع مثالية لتنفيذ DEP.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نعرب عن تقديرنا لوو تشانغ جين لتوفير قنوات للtrifurcating يشتغل DEP وميتشل Collens لمساعدته في إعداد المعدات. وقد دعمت الولايات المتحدة العمل من قبل جبهة الخلاص الوطني من خلال المنح OISE - 0951647 وتايوان من خلال مجلس الأمن القومي 99-2911-1-002-007 المنحة.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
مجموعة سيلجارد 184 (PDMS)المواد اللاصقة Ellsworth184 SIL ELAST KIT 0.5KGDow Corning Sylgard
16 awg ربط الأسلاكBelden8521(النوع MW) Mil-W-76C-PVC
غطاء ختم الذهب Glass Ted Pella، Inc.260320رقم 0 سميكة ، 24 × 60 مم
Miltex Biopsy PunchVWR international95039-104Miltex ، أحجام متنوعة
أقطاب PCB مخصصةدوائر منطقة الخليج أجزاء
الزيوت المعدنيةفيشر ScientificO121-1
المياه منزوعة الأيوناتبيت إمدادات المياه DIلا شيءاستخدم المياه المصفاة DI
D-Glucose اللامائية حبيبات ARMallinckrodt بيكر Inc.4912-06
السكروز ، كريستالمالينكرودت بيكر إنك.8360-06
كريات بوليمر فلورية مختبرات BangsFS07F / 927715 μ م التنين المجهرية الخضراء
HT-29 خط الخليةATCCHTB-38Dالقولون البشري الغدي
Typsin 0.05٪ EDTAInvitrogen25300054
Eclipse E600FN مجهر مستقيم نيكون إنستروكسورزE600FN
V310 كاميرا تصوير عالية السرعة PhantomV310
مجهر بحثي مستقيمأوليمبوس كوربوريشنBX51
SpotFlex كاميرا ملونة عالية الدقة أدوات التشخيصFX1520
مولد الوظائفAgilent Technologies3325A
RF Power مكبرللصوت EIN2100L
مخصصة المياه سرطان Phantom

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dielectrophoresis-based cell manipulation using electrodes on a reusable printed circuit board. Lab Chip. 9, 2224-2224 (2009).">Park, K., Suk, H. J., Akin, D. Dielectrophoresis-based cell manipulation using electrodes on a reusable printed circuit board. Lab Chip. 9, 2224-2224 (2009).
  2. et al., Review of cell and particle trapping in microfluidic systems. Anal. Chim. Acta. 649, 141-141 (2009).">Nilsson, J., Evander, M., Hammarstrom, B. et al., Review of cell and particle trapping in microfluidic systems. Anal. Chim. Acta. 649, 141-141 (2009).
  3. An integrated microfabricated cell sorter. Anal. Chem. 74, 2451-2451 (2002).">Fu, A. Y., Chou, H. P., Spence, C. An integrated microfabricated cell sorter. Anal. Chem. 74, 2451-2451 (2002).
  4. External force-assisted cell positioning inside microfluidic devices. Biomed. Microdevices. 9, 15-15 (2007).">Rhee, S. W., Taylor, A. M., Cribbs, D. H. External force-assisted cell positioning inside microfluidic devices. Biomed. Microdevices. 9, 15-15 (2007).
  5. Optical tweezers for single cells. J. R. Soc. Interface. 5, 671-671 (2008).">Zhang, H., Liu, K. K. Optical tweezers for single cells. J. R. Soc. Interface. 5, 671-671 (2008).
  6. Dielectrophoresis tweezers for single cell manipulation. Biomed. Microdevices. 8, 227-227 (2006).">Hunt, T. P., Westervelt, R. M. Dielectrophoresis tweezers for single cell manipulation. Biomed. Microdevices. 8, 227-227 (2006).
  7. An equilibrium method for continuous-flow cell sorting using dielectrophoresis. Anal. Chem. 80, 3135-3135 (2008).">Vahey, M. D., Voldman, J. An equilibrium method for continuous-flow cell sorting using dielectrophoresis. Anal. Chem. 80, 3135-3135 (2008).
  8. A Modular Platform for Cell Characterization, Handling and Sorting by Dielectrophoresis. Cytometry A. 77A, 189-18 (2010).">Burgarella, S., Bianchessi, M., Merlo, S. A Modular Platform for Cell Characterization, Handling and Sorting by Dielectrophoresis. Cytometry A. 77A, 189-18 (2010).
  9. Selective isolation of live/dead cells using contactless dielectrophoresis (cDEP). Lab Chip. 10, 438-438 (2010).">Shafiee, H., Sano, M. B., Henslee, E. A. Selective isolation of live/dead cells using contactless dielectrophoresis (cDEP). Lab Chip. 10, 438-438 (2010).
  10. High-Throughput Cell and Particle Characterization Using Isodielectric Separation. Anal. Chem. 81, 2446-2446 (2009).">Vahey, M. D., Voldman, J. High-Throughput Cell and Particle Characterization Using Isodielectric Separation. Anal. Chem. 81, 2446-2446 (2009).
  11. Living cantilever arrays' for characterization of mass of single live cells in fluids. Lab Chip. 8, 1034-1034 (2008).">Park, K., Jang, J., Irimia, D. Living cantilever arrays' for characterization of mass of single live cells in fluids. Lab Chip. 8, 1034-1034 (2008).
  12. Impedance microbiology-on-a-chip: Microfluidic bioprocessor for rapid detection of bacterial metabolism. J. Microelectromech. Syst. 14, 829-829 (2005).">Gomez-Sjoberg, R., Morisette, D. T., Bashir, R. Impedance microbiology-on-a-chip: Microfluidic bioprocessor for rapid detection of bacterial metabolism. J. Microelectromech. Syst. 14, 829-829 (2005).
  13. Characterization and modeling of a microfluidic dielectrophoresis filter for biological species. J. Microelectromech. Syst. 14, 103-103 (2005).">Li, H. B., Zheng, Y. N., Akin, D. Characterization and modeling of a microfluidic dielectrophoresis filter for biological species. J. Microelectromech. Syst. 14, 103-103 (2005).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

DielectrophoresisMicrofluidic DevicesPCB ElectrodesLaminar FlowBead SeparationCell ManipulationPolystyrene BeadsHT 29 CellsLow Conductivity MediaPDMS Channels

Related Articles