a-microfluidic-based-hydrodynamic-trap-for-single-particles

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

University of Illinois at Urbana-Champaign

&#x9677;&#x5370;&#x548C;&#x64CD;&#x7EB5;&#x7684;&#x5FAE;&#x578B;&#x5316;&#x548C;&#x7EB3;&#x7C73;&#x7C92;&#x5B50;&#x88AB;&#x8868;&#x660E;&#x4F7F;&#x7528;&#x7684;&#x552F;&#x4E00;&#x64CD;&#x4F5C;&#x7684;&#x52A8;&#x529B;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x5F00;&#x53D1;&#x4E86;&#x57FA;&#x4E8E;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x8BBE;&#x5907;&#x4E2D;&#x751F;&#x6210;&#x7684;&#x505C;&#x6EDE;&#x70B9;&#x6D41;&#x91CF;&#x81EA;&#x52A8;&#x7684;&#x7C92;&#x5B50;&#x9677;&#x9631;&#x3002;&#x6C34;&#x52A8;&#x529B;&#x9677;&#x9631;&#x4F7F;&#x5206;&#x5A29;&#x548C;&#x4F4E;&#x7C98;&#x5EA6; (1-10 cP) &#x6C34;&#x6EB6;&#x6DB2;&#x4E2D;&#x7684;&#x5355;&#x4E2A;&#x7C92;&#x5B50;&#x7684;&#x64CD;&#x7EB5;&#x3002;&#x4F7F;&#x7528;&#x6B64;&#x65B9;&#x6CD5;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x88AB;&#x56F0;&#x5FAE;&#x5C3A;&#x5EA6;&#x548C;&#x7EB3;&#x7C73;&#x7C92;&#x5B50; (100 nm 15 &#x5988;&#x5988;) &#x957F;&#x65F6;&#x95F4;&#x5C3A;&#x5EA6; &#xFF08;&#x5206;&#x949F;&#x5230;&#x51E0;&#x5C0F;&#x65F6;&#xFF09;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x8868;&#x73B0;&#x51FA;&#x7C92;&#x5B50;&#x5411;&#x5185;&#x8F6F;&#x7981; 1 &#x5988;&#x5988;&#x7684;&#x9677;&#x9631;&#x4E2D;&#x5FC3;&#xFF0C;&#x5BF9;&#x5E94;&#x4E8E;&#x5927;&#x7EA6; 10(-5)-10(-4) pNnm &#x9677;&#x9631;&#x521A;&#x5EA6;&#x3002;

&#x5BF9;&#x5355;&#x4E2A;&#x7C92;&#x5B50;&#x548C;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x7684;&#x6C34;&#x52A8;&#x529B;&#x9677;&#x9631;&#x3002;

Trapping and manipulation of microscale and nanoscale particles is demonstrated using the sole action of hydrodynamic forces. We developed an automated particle trap based on a stagnation point flow generated in a microfluidic device. The hydrodynamic trap enables confinement and manipulation of single particles in low viscosity (1-10 cP) aqueous solution. Using this method, we trapped microscale and nanoscale particles (100 nm-15 mum) for long time scales (minutes to hours). We demonstrate particle confinement to within 1 mum of the trap center, corresponding to a trap stiffness of approximately 10(-5)-10(-4) pNnm.

Hydrodynamic trap for single particles and cells.

Le pi&#xE9;geage et la manipulation de particules microm&#xE9;triques et nanom&#xE9;triques est d&#xE9;montr&#xE9;e en utilisant la seule action des forces hydrodynamiques. Nous avons d&#xE9;velopp&#xE9; un pi&#xE8;ge &#xE0; particules automatis&#xE9; bas&#xE9; sur un flux de point de stagnation g&#xE9;n&#xE9;r&#xE9; dans un dispositif microfluidique. Le pi&#xE8;ge hydrodynamique permet de confinement et la manipulation de particules individuelles dans une faible viscosit&#xE9; (1-10 cP) en solution aqueuse. En utilisant cette m&#xE9;thode, nous avons pris au pi&#xE8;ge des particules microm&#xE9;triques et nanom&#xE9;triques (100 nm-15 mum) pour des &#xE9;chelles de temps longues (minutes &#xE0; quelques heures). On d&#xE9;montrer confinement des particules &#xE0; l&#x26;#39;int&#xE9;rieur une m&#xE8;re du centre pi&#xE8;ge, correspondant &#xE0; une rigidit&#xE9; d&#x26;#39;environ 10 pi&#xE8;ge (-5) -10 (-4) pNnm.

Pi&#xE8;ge hydrodynamique pour des particules individuelles et de cellules

&Uuml;berf&uuml;llung und Manipulation von Microscale und nanoskalige Partikel wird demonstriert mit der alleinige Aktion der hydrodynamischen Kr&auml;fte. Wir entwickelten eine automatisierte Partikel-Trap, basierend auf eine Stagnation Punkt Str&ouml;mung in einem mikrofluidische Ger&auml;t generiert. Die hydrodynamische Falle erm&ouml;glicht Beengtheit und Manipulation von einzelnen Teilchen in w&auml;ssriger L&ouml;sung niedriger Viskosit&auml;t (cP 1-10). Mit dieser Methode wir gefangen Microscale und nanoskalige Partikel (100 nm-15 Mum) f&uuml;r lange Zeit Skalen (Minuten bis Stunden). Wir demonstrieren die Partikel Bettruhe innerhalb 1 Mum des Trap-Centers, ein Trap-Steifigkeit von ca. 10(-5)-10(-4) pNnm entspricht.

Hydrodynamische Trap f&uuml;r einzelne Teilchen und Zellen.

Cattura e la manipolazione delle particelle su microscala e su scala nanometrica &egrave; dimostrato utilizzando la sola azione delle forze idrodinamiche. Abbiamo sviluppato una trappola di particelle automatizzato basata su un flusso di punto di ristagno generato in un dispositivo microfluidico. La trappola idrodinamica consente di confinamento e la manipolazione di singole particelle in soluzione acquosa a bassa viscosit&agrave; (cP 1-10). Utilizzando questo metodo, siamo intrappolati su microscala e scale di particelle nanometriche (100 nm-15 mamma) per lungo tempo (minuti a ore). Dimostriamo particella confinamento a entro 1 mamma del centro della trappola, corrispondente a una rigidit&agrave; trappola di circa 10(-5)-10(-4) pNnm.

Trappola idrodinamica per singole particelle e cellule.

&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x30CA;&#x30CE;&#x30B9;&#x30B1;&#x30FC;&#x30EB;&#x306E;&#x7C92;&#x5B50;&#x306E;&#x6355;&#x6349;&#x3068;&#x64CD;&#x4F5C;&#x306F;&#x3001;&#x6D41;&#x4F53;&#x529B;&#x306E;&#x552F;&#x4E00;&#x306E;&#x30A2;&#x30AF;&#x30B7;&#x30E7;&#x30F3;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x793A;&#x3055;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x6D41;&#x4F53;&#x30C7;&#x30D0;&#x30A4;&#x30B9;&#x3067;&#x751F;&#x6210;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x3088;&#x3069;&#x307F;&#x70B9;&#x6D41;&#x308C;&#x306B;&#x57FA;&#x3065;&#x3044;&#x3066;&#x81EA;&#x52D5;&#x5316;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x7C92;&#x5B50;&#x30C8;&#x30E9;&#x30C3;&#x30D7;&#x3092;&#x958B;&#x767A;&#x3057;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x6D41;&#x4F53;&#x529B;&#x5B66;&#x7684;&#x30C8;&#x30E9;&#x30C3;&#x30D7;&#xFF08;1-10 cP&#xFF09;&#x306E;&#x4F4E;&#x7C98;&#x5EA6;&#x306E;&#x6C34;&#x6EB6;&#x6DB2;&#x3092;&#x3001;&#x5358;&#x4E00;&#x306E;&#x7C92;&#x5B50;&#x306E;&#x9589;&#x3058;&#x8FBC;&#x3081;&#x3068;&#x64CD;&#x4F5C;&#x3092;&#x53EF;&#x80FD;&#x306B;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x3053;&#x306E;&#x65B9;&#x6CD5;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x3001;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x9577;&#x3044;&#x6642;&#x9593;&#x30B9;&#x30B1;&#x30FC;&#x30EB;&#xFF08;&#x6570;&#x5206;&#x304B;&#x3089;&#x6570;&#x6642;&#x9593;&#xFF09;&#x306E;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x304A;&#x3088;&#x3073;&#x30CA;&#x30CE;&#x7C92;&#x5B50;&#xFF08;100nm&#x4EE5;&#x4E0B;-15&#x304A;&#x6BCD;&#x3055;&#x3093;&#xFF09;&#x304C;&#x9589;&#x3058;&#x8FBC;&#x3081;&#x3089;&#x308C;&#x305F;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x7D04;10&#xFF08;-5&#xFF09;-10&#xFF08;-4&#xFF09;pNnm&#x306E;&#x30C8;&#x30E9;&#x30C3;&#x30D7;&#x525B;&#x6027;&#x306B;&#x5BFE;&#x5FDC;&#x3059;&#x308B;&#x30C8;&#x30E9;&#x30C3;&#x30D7;&#x4E2D;&#x5FC3;&#x306E;&#x5185;&#x306E;1&#x304A;&#x6BCD;&#x3055;&#x3093;&#x306B;&#x7C92;&#x5B50;&#x306E;&#x9589;&#x3058;&#x8FBC;&#x3081;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x5358;&#x4E00;&#x7C92;&#x5B50;&#x304A;&#x3088;&#x200B;&#x200B;&#x3073;&#x30BB;&#x30EB;&#x306E;&#x6D41;&#x4F53;&#x529B;&#x5B66;&#x7684;&#x30C8;&#x30E9;&#x30C3;&#x30D7;

&#xD2B8;&#xB7A9; &#xBC0F; &#xC870;&#xC791; microscale &#xBC0F; &#xB098;&#xB178; &#xC785;&#xC790;&#xC758; &#xC720;&#xCCB4; &#xC138;&#xB825;&#xC758; &#xB2E8;&#xB3C5; &#xD589;&#xB3D9;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC; &#xC124;&#xBA85; &#xB418;&#xC5B4; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xB294; &#xCE68;&#xCCB4; &#xD3EC;&#xC778;&#xD2B8; &#xD750;&#xB984; &#xACB0;&#xD569; &#xC7A5;&#xCE58;&#xC5D0;&#xC11C; &#xC0DD;&#xC131; &#xB41C;&#xC744; &#xAE30;&#xBC18;&#xC73C;&#xB85C; &#xC790;&#xB3D9;&#xD654; &#xB41C; &#xC785;&#xC790; &#xD2B8;&#xB7A9;&#xC744; &#xAC1C;&#xBC1C;. &#xC720;&#xCCB4; &#xD2B8;&#xB7A9;&#xC744; &#xD1B5;&#xD574; &#xAC10; &#xAE08; &#xBC0F; &#xC800; &#xC810;&#xB3C4; (1-10&#xC758; cP) &#xC218;&#xC131; &#xC194;&#xB8E8;&#xC158;&#xC5D0; &#xC788;&#xB294; &#xB2E8;&#xC77C; &#xC785;&#xC790;&#xC758; &#xC870;&#xC791;. &#xC774; &#xBA54;&#xC11C;&#xB4DC;&#xB97C; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC;, &#xC6B0;&#xB9AC;&#xAC00; &#xAC07;&#xD600; microscale &#xBC0F; &#xC624;&#xB79C; &#xC2DC;&#xAC04; &#xB3D9;&#xC548; &#xB098;&#xB178; &#xC785;&#xC790; (100 nm 15 &#xC5C4;&#xB9C8;) &#xD655;&#xC7A5; (&#xC2DC;&#xAC04; &#xBD84;). &#xC785;&#xC790; &#xAC10;&#xC73C;&#xB85C;&#xB97C; 1 &#xC5C4;&#xB9C8; &#xB0B4; &#xD2B8;&#xB7A9; &#xC13C;&#xD130;&#xC758; &#xD574;&#xB2F9; &#xC57D; 10(-5)-10(-4) Pnnm&#xC758; &#xD2B8;&#xB7A9; &#xAC15;&#xC131; &#xD558; &#xBCF4;&#xC5EC; &#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;.

&#xC140;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xB2E8;&#xC77C; &#xC785;&#xC790; &#xC720;&#xCCB4; &#xD2B8;&#xB7A9;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;.

Captura y manipulaci&#xF3;n de part&#xED;culas a microescala y nanoescala se demuestra mediante la sola acci&#xF3;n de las fuerzas hidrodin&#xE1;micas. Hemos desarrollado una trampa de part&#xED;culas automatizado basado en un punto de estancamiento del flujo generado en un dispositivo de microfluidos. La trampa hidrodin&#xE1;mico permite confinamiento y la manipulaci&#xF3;n de las part&#xED;culas individuales en baja viscosidad (1-10 cP) soluci&#xF3;n acuosa. El uso de este m&#xE9;todo, las part&#xED;culas atrapadas en microescala y nanoescala (100 nm-15 m&#xED;nimos) para escalas de tiempo (de minutos a horas). Se demuestra el confinamiento de part&#xED;culas dentro de una madre del centro de la trampa, lo que corresponde a una rigidez en la trampa de aproximadamente 10 (-5) -10 (-4) pNnm.

Eric M. Johnson-Chavarria

Biography

JoVE Journal Publications

Other Publications