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The Microfluidic Probe: Operation and Use for Localized Surface Processing

Microfluidic devices allow assays to be performed using minute amounts of sample and have recently been used to control the microenvironment of cells. ...

McGill University

&#x6982;&#x5FF5;&#x7684;&#x5C04;&#x6D41;&#x8FD1;&#x573A;&#xFF0C;&#x7C7B;&#x4F3C;&#x4E8E;&#x9759;&#x7535;&#xFF0C;&#x957F;&#x671F;&#x4EE5;&#x6765;&#x4E00;&#x76F4;&#x88AB;&#x79F0;&#x4E3A;&#x7279;&#x5B9A;&#x7C7B;&#x7684;&#x6F5C;&#x5728;&#x6D41;&#x52A8; &#xFF1B; &#x7EB3;&#x7EF4;&#x5C14;-&#x65AF;&#x6258;&#x514B;&#x65AF;&#x65B9;&#x7A0B;&#x7684;&#x89E3;&#x7136;&#x800C;&#xFF0C;&#x5B9E;&#x9A8C;&#x89C2;&#x6D4B;&#x548C;&#x5B83;&#x4EEC;&#x7684;&#x7279;&#x5F81;&#x7684;&#x5C04;&#x6D41;&#x8FD1;&#x573A;&#x4E0D;&#x5C1A;&#x672A;&#x62A5;&#x544A;&#x8FC7;&#x3002;&#x5728;&#x8FD9;&#x91CC;&#x6211;&#x4EEC;&#x4ECB;&#x7ECD;&#x4E8C;&#x7EF4;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x56DB;&#x6781;&#x77E9;&#x548C;&#x7406;&#x8BBA;&#x5206;&#x6790;&#x4E0E;&#x5B9E;&#x9A8C;&#x89C2;&#x6D4B;&#x7ED3;&#x679C;&#x76F8;&#x4E00;&#x81F4;&#x3002;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x56DB;&#x6781;&#x6210;&#x7ACB;&#x540C;&#x65F6;&#x6CE8;&#x5C04;&#x548C;&#x5438;&#x6DB2;&#x4ECE;&#x5BF9;&#x7ACB;&#x5B54;&#x5F84;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x63A2;&#x6D4B;&#x5668;&#x548C;&#x57FA;&#x5E95;&#x4E4B;&#x95F4;&#x5F62;&#x6210;&#x7684;&#x7A84;&#x95F4;&#x9699;&#x4E2D;&#x7684;&#x4E24;&#x5BF9;&#x3002;&#x505C;&#x6EDE;&#x70B9;&#x6210;&#x7ACB;&#x7684;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x56DB;&#x6781;&#xFF0C;&#x4E2D;&#x5FC3;&#xFF0C;hydrodynamically &#x53EF;&#x80FD;&#x4F1A;&#x8FC5;&#x901F;&#x8C03;&#x6574;&#x5176;&#x4F4D;&#x7F6E;&#x3002;&#x6EB6;&#x8D28;&#x901A;&#x8FC7;&#x7684;&#x4E00;&#x4E2A;&#x652F;&#x67F1;&#xFF0C;&#x662F;&#x56FA;&#x5B9A;&#x7684;&#x52A8;&#x4EA7;&#x548C;&#x53EF;&#x8C03;&#x8C10;&#xFF0C;&#x6CE8;&#x5C04;&#x540E;-&#x5C31;&#x6D6E;-&#x6D53;&#x5EA6;&#x68AF;&#x5EA6;&#x6210;&#x7ACB;&#x9A7B;&#x70B9;&#x5904;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x7684;&#x7814;&#x7A76;&#x7ED3;&#x679C;&#x5960;&#x5B9A;&#x672A;&#x6765;&#x7ED3;&#x5408;&#x7684;&#x5B9E;&#x9A8C;&#x548C;&#x7406;&#x8BBA;&#x63A2;&#x7D22;&#x7684;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x5E73;&#x9762;&#x8FD1;&#x573A;&#x5305;&#x62EC;&#x5BF9;&#x6D41;&#x6269;&#x6563;&#x73B0;&#x8C61;&#x3002;

&#x56DB;&#x6781;&#x5FAE;&#x6D41;&#x63A7;&#x548C;&#x6D6E;&#x52A8;&#x7684;&#x6D53;&#x5EA6;&#x68AF;&#x5EA6;&#x3002;

The concept of fluidic multipoles, in analogy to electrostatics, has long been known as a particular class of solutions of the Navier-Stokes equation in potential flows; however, experimental observations of fluidic multipoles and of their characteristics have not been reported yet. Here we present a two-dimensional microfluidic quadrupole and a theoretical analysis consistent with the experimental observations. The microfluidic quadrupole was formed by simultaneously injecting and aspirating fluids from two pairs of opposing apertures in a narrow gap formed between a microfluidic probe and a substrate. A stagnation point was formed at the centre of the microfluidic quadrupole, and its position could be rapidly adjusted hydrodynamically. Following the injection of a solute through one of the poles, a stationary, tunable, and movable-that is, 'floating'-concentration gradient was formed at the stagnation point. Our results lay the foundation for future combined experimental and theoretical exploration of microfluidic planar multipoles including convective-diffusive phenomena.

Microfluidic quadrupole and floating concentration gradient.

Le concept de multip&#xF4;les fluidiques, par analogie avec l&#x26;#39;&#xE9;lectrostatique, a longtemps &#xE9;t&#xE9; connue comme une classe particuli&#xE8;re de solutions de l&#x26;#39;&#xE9;quation de Navier-Stokes dans les flux potentiels, mais les observations exp&#xE9;rimentales de multip&#xF4;les fluidiques et de leurs caract&#xE9;ristiques n&#x26;#39;ont pas encore &#xE9;t&#xE9; rapport&#xE9;. Ici, nous pr&#xE9;sentons un quadrip&#xF4;le &#xE0; deux dimensions microfluidique et une analyse th&#xE9;orique coh&#xE9;rente avec les observations exp&#xE9;rimentales. Le quadripolaire microfluidique a &#xE9;t&#xE9; form&#xE9; par injection simultan&#xE9;e et aspirer les fluides &#xE0; partir de deux paires de oppos&#xE9;es ouvertures dans un espace &#xE9;troit form&#xE9; entre une sonde et un substrat microfluidique. Un point de stagnation a &#xE9;t&#xE9; form&#xE9; au centre du quadrup&#xF4;le microfluidique, et sa position pourrait &#xEA;tre rapidement ajust&#xE9; hydrodynamique. Apr&#xE8;s l&#x26;#39;injection d&#x26;#39;un solut&#xE9; &#xE0; travers l&#x26;#39;un des p&#xF4;les, un fixe, r&#xE9;glable, et mobile, c&#x26;#39;est-&#xE0; &#x26;#39;floating&#x26;#39;-gradient de concentration a &#xE9;t&#xE9; form&#xE9; au point de stagnation. Nos r&#xE9;sultats de jeter les bases d&#x26;#39;une future exploration th&#xE9;orique et exp&#xE9;rimentale combin&#xE9;e de microfluidiques multip&#xF4;les planaires, y compris par convection-diffusifs ph&#xE9;nom&#xE8;nes.

Microfluidique quadrip&#xF4;le et gradient de concentration flottant

Das Konzept der fluidische Multipoles, in Analogie zur Elektrostatik, ist seit langem bekannt als einer bestimmten Klasse von L&ouml;sungen der Navier-Stokes-Gleichung in potenziellen; jedoch haben experimentelle Beobachtungen der fluidische Multipoles und ihrer Merkmale noch nicht gemeldet. Hier pr&auml;sentieren wir eine zweidimensionale mikrofluidische Quadrupol und eine theoretische Analyse der experimentellen Beobachtungen entsprechen. Der Microfluidic Quadrupol entstand durch die gleichzeitig Injektion und Ansaugrauchmelder Fl&uuml;ssigkeiten von zwei Paaren der gegnerischen &Ouml;ffnungen in einen engen Spalt zwischen einer mikrofluidische-Sonde und einem Substrat gebildet. Ein Stagnation Punkt bildete sich im Mittelpunkt der Microfluidic Quadrupol und seine Position k&ouml;nnte rasch angepasst hydrodynamisch. Nach die Injektion von einer gel&ouml;sten &uuml;ber einem der Pole, ein station&auml;r, einstellbare und beweglichen-d. h. &#39;schwimmenden&#39;-Konzentrationsgradienten entstand an der Stelle der Stagnation. Unsere Ergebnisse legen den Grundstein f&uuml;r zuk&uuml;nftige kombinierte experimentelle und theoretische Erforschung der Microfluidic planare Multipoles einschlie&szlig;lich konvektiven und diffusiven Ph&auml;nomene.

Mikrofluidische Quadrupol und schwimmende Konzentrationsgradienten.

Il concetto di multipoli fluidica, in analogia alla elettrostatica, lungamente &egrave; stato conosciuto come una particolare classe di soluzioni dell&#39;equazione di Navier-Stokes in potenziali flussi; Tuttavia, le osservazioni sperimentali di multipoli fluidici e delle loro caratteristiche non sono state segnalate ancora. Presentiamo qui un quadrupolo bidimensionale microfluidica e analisi teorica coerente con le osservazioni sperimentali. Il quadrupolo microfluidica era formata da iniezione e contemporaneamente aspirare liquidi da due coppie di opposte aperture in una stretta intercapedine formata tra una sonda di microfluidica e un substrato. Un punto di ristagno &egrave; stato formato al centro del quadripolo microfluidica e sua posizione poteva essere rapidamente regolata involucro. Dopo l&#39;iniezione di un soluto attraverso uno dei poli, un fermo, sintonizzabile e mobile-che &egrave;, &#39;fluttuante&#39;-gradiente di concentrazione &egrave; stata formata nel punto di ristagno. Nostri risultati di gettare le basi per futuri combinato esplorazione sperimentale e teorica di microfluidica planare multipoli compresi fenomeni convettivi e diffusivi.

Microfluidica quadrupolo e galleggiante gradiente di concentrazione.

&#x6D41;&#x4F53;&#x591A;&#x6975;&#x5B50;&#x306E;&#x6982;&#x5FF5;&#x306F;&#x3001;&#x9759;&#x96FB;&#x6C17;&#x3068;&#x540C;&#x69D8;&#x306B;&#x3001;&#x6F5C;&#x5728;&#x7684;&#x306A;&#x6D41;&#x308C;&#x306E;Navier-Stokes&#x65B9;&#x7A0B;&#x5F0F;&#x306E;&#x89E3;&#x306E;&#x7279;&#x5B9A;&#x306E;&#x30AF;&#x30E9;&#x30B9;&#x3068;&#x3057;&#x3066;&#x53E4;&#x304F;&#x304B;&#x3089;&#x77E5;&#x3089;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x308B;&#x304C;&#x3001;&#x6D41;&#x4F53;&#x306E;&#x591A;&#x6975;&#x5B50;&#x3068;&#x305D;&#x306E;&#x7279;&#x6027;&#x306E;&#x5B9F;&#x9A13;&#x7684;&#x89B3;&#x6E2C;&#x306F;&#x307E;&#x3060;&#x5831;&#x544A;&#x3055;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x306A;&#x3044;&#x3002;&#x3053;&#x3053;&#x3067;&#x306F;&#x4E8C;&#x6B21;&#x5143;&#x306E;&#x6D41;&#x4F53;&#x306E;&#x56DB;&#x91CD;&#x6975;&#x3068;&#x5B9F;&#x9A13;&#x7D50;&#x679C;&#x3068;&#x4E00;&#x8CAB;&#x6027;&#x306E;&#x3042;&#x308B;&#x7406;&#x8AD6;&#x7684;&#x306A;&#x5206;&#x6790;&#x3092;&#x63D0;&#x793A;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x56DB;&#x91CD;&#x6975;&#x304C;&#x540C;&#x6642;&#x306B;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x30D7;&#x30ED;&#x30FC;&#x30D6;&#x3068;&#x57FA;&#x677F;&#x3068;&#x306E;&#x9593;&#x306B;&#x5F62;&#x6210;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x72ED;&#x3044;&#x9593;&#x9699;&#x306B;&#x958B;&#x53E3;&#x90E8;&#x3092;&#x5BFE;&#x5411;&#x3059;&#x308B;2&#x7D44;&#x304B;&#x3089;&#x306E;&#x6D41;&#x4F53;&#x3092;&#x6CE8;&#x5165;&#x3057;&#x3001;&#x5438;&#x5F15;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x5F62;&#x6210;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#x3002;&#x3088;&#x3069;&#x307F;&#x70B9;&#x306F;&#x3001;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x56DB;&#x91CD;&#x6975;&#x306E;&#x4E2D;&#x5FC3;&#x306B;&#x5F62;&#x6210;&#x3055;&#x308C;&#x3001;&#x305D;&#x306E;&#x4F4D;&#x7F6E;&#x306F;&#x6025;&#x901F;&#x306B;&#x6D41;&#x4F53;&#x529B;&#x5B66;&#x7684;&#x306B;&#x8ABF;&#x6574;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x3067;&#x304D;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x30DD;&#x30FC;&#x30EB;&#x306E;1&#x3064;&#x3001;&#x56FA;&#x5B9A;&#x3001;&#x53EF;&#x5909;&#x3001;&#x53EF;&#x52D5;-IS&#x3067;&#x306E;&#x6EB6;&#x8CEA;&#x306E;&#x6CE8;&#x5165;&#x306B;&#x7D9A;&#x3044;&#x3066;&#x3001; &#x26;quot;floating&#x26;#39;&#x6FC3;&#x5EA6;&#x52FE;&#x914D;&#x304C;&#x3088;&#x3069;&#x307F;&#x70B9;&#x3067;&#x5F62;&#x6210;&#x3055;&#x308C;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306E;&#x7D50;&#x679C;&#x306F;&#x3001;&#x5BFE;&#x6D41;&#xB7;&#x62E1;&#x6563;&#x73FE;&#x8C61;&#x3092;&#x542B;&#x3080;&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x6D41;&#x4F53;&#x5E73;&#x9762;&#x591A;&#x6975;&#x5B50;&#x306E;&#x5C06;&#x6765;&#x3092;&#x7D44;&#x307F;&#x5408;&#x308F;&#x305B;&#x3001;&#x5B9F;&#x9A13;&#x3068;&#x7406;&#x8AD6;&#x7684;&#x306A;&#x63A2;&#x67FB;&#x306E;&#x305F;&#x3081;&#x306E;&#x57FA;&#x790E;&#x3092;&#x7BC9;&#x304F;&#x3002;

&#x6D41;&#x4F53;&#x56DB;&#x91CD;&#x6975;&#x304A;&#x3088;&#x3073;&#x30D5;&#x30ED;&#x30FC;&#x30C6;&#x30A3;&#x30F3;&#x30B0;&#x6FC3;&#x5EA6;&#x52FE;&#x914D;

&#xD2B9;&#xC815; &#xD074;&#xB798;&#xC2A4;&#xC758; &#xC7A0;&#xC7AC;&#xC801;&#xC778; &#xD750;&#xB984;; Navier-&#xC2A4;&#xD1A1; &#xC2A4; &#xBC29;&#xC815;&#xC2DD;&#xC758; &#xC194;&#xB8E8;&#xC158;&#xC73C;&#xB85C; &#xC624;&#xB7AB;&#xB3D9;&#xC548; &#xC54C;&#xB824;&#xC838; &#xC654;&#xB2E4; &#xB354;&#xD574;&#xC9C0;&#xBA74;, &#xBE44;&#xC720;&#xC5D0; &#xC720;&#xCCB4; multipoles&#xC758; &#xAC1C;&#xB150; &#xADF8;&#xB7EC;&#xB098;, &#xC2E4;&#xD5D8; &#xAD00;&#xCC30;&#xC758; &#xD2B9;&#xC131; &#xBC0F; &#xC720;&#xCCB4; multipoles&#xC758; &#xC544;&#xC9C1; &#xBCF4;&#xACE0; &#xB418;&#xC9C0; &#xC788;&#xB2E4;. &#xC5EC;&#xAE30;&#xC5D0; &#xC6B0;&#xB9AC;&#xAC00; &#xD604;&#xC7AC; 2 &#xCC28;&#xC6D0; &#xACB0;&#xD569; quadrupole&#xC640; &#xC774;&#xB860;&#xC801; &#xBD84;&#xC11D; &#xC2E4;&#xD5D8; &#xAD00;&#xCC30;&#xACFC; &#xC77C;&#xCE58; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xBBF8;&#xC138; quadrupole &#xB3D9;&#xC2DC;&#xC5D0; &#xC8FC;&#xC785; &#xD558; &#xACE0; &#xBBF8;&#xC138; &#xD504;&#xB85C;&#xBE0C;&#xC640; &#xAE30;&#xD310; &#xC0AC;&#xC774; &#xD615;&#xC131; &#xB41C; &#xC881;&#xC740; &#xAC04;&#xACA9;&#xC5D0; &#xBC18;&#xB300; apertures&#xC758; &#xB450; &#xC30D;&#xC758; &#xCCB4;&#xC561;&#xC744; &#xD558;&#xAE30;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xD615;&#xC131; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4;. &#xCE68;&#xCCB4; &#xD3EC;&#xC778;&#xD2B8; &#xBBF8;&#xC138; quadrupole &#xC911;&#xC2EC;&#xBD80;&#xC5D0; &#xD615;&#xC131; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4; &#xD558; &#xACE0;&#xC758; &#xC704;&#xCE58; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xC2E0;&#xC18D; &#xD558; &#xAC8C; &#xC870;&#xC815;&#xD560; &#xC218; hydrodynamically. &#xADF9;, &#xAC00;&#xB77D;, &#xADF8;&#xB9AC;&#xACE0; &#xC774;&#xB3D9; &#xAC00;&#xB2A5;&#xD55C; &#xBB38;&#xAD6C; &#xC911; &#xD558;&#xB098;&#xB97C; &#xD1B5;&#xD574; &#xD654;&#xD569;&#xBB3C;&#xC758; &#xC8FC;&#xC785;&#xC5D0; &#xB530;&#xB77C;-&#xC989;, &#39;&#xBD80;&#xB3D9;&#39;-&#xB18D;&#xB3C4; &#xADF8;&#xB77C;&#xB370;&#xC774;&#xC158; &#xCE68;&#xCCB4; &#xC2DC;&#xC810;&#xC5D0;&#xC11C; &#xD615;&#xC131; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xC758; &#xACB0;&#xACFC; &#xBBF8;&#xC138; &#xD3C9;&#xBA74; multipoles &#xB300;&#xB958; &#xD37C;&#xC9C0;&#xB294; &#xD604;&#xC0C1; &#xB4F1;&#xC758; &#xBBF8;&#xB798; &#xACB0;&#xD569; &#xB41C; &#xC2E4;&#xD5D8;&#xACFC; &#xC774;&#xB860; &#xD0D0;&#xC0C9;&#xC744; &#xC704;&#xD574; &#xAE30;&#xCD08;&#xB97C; &#xB2E4;&#xC9C8;.

&#xBBF8;&#xC138; quadrupole &#xBC0F; &#xBD80;&#xB3D9; &#xB18D;&#xB3C4; &#xADF8;&#xB77C;&#xB370;&#xC774;&#xC158;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;.

El concepto de multipolos de fluidos, en analog&#xED;a con la electrost&#xE1;tica, siempre ha sido conocida como una clase particular de soluciones de la ecuaci&#xF3;n de Navier-Stokes en los flujos potenciales, sin embargo, las observaciones experimentales de multipolos de fluidos y de sus caracter&#xED;sticas no se han reportado todav&#xED;a. Aqu&#xED; presentamos un cuadrupolo de dos dimensiones de microfluidos y un an&#xE1;lisis te&#xF3;rico consistente con las observaciones experimentales. El cuadripolo microfluidos se form&#xF3; por inyecci&#xF3;n simult&#xE1;nea y aspirando l&#xED;quidos a partir de dos pares de aberturas opuestas en un estrecho hueco formado entre una sonda de microfluidos y un sustrato. Un punto de estancamiento se form&#xF3; en el centro de la cuadripolo microfluidos, y su posici&#xF3;n podr&#xED;a ser ajustado r&#xE1;pidamente hidrodin&#xE1;micamente. Despu&#xE9;s de la inyecci&#xF3;n de un soluto a trav&#xE9;s de uno de los polos, uno ajustable fija, y m&#xF3;vil, es decir, &#x26;#39;floating&#x26;#39;-gradiente de concentraci&#xF3;n se form&#xF3; en el punto de estancamiento. Nuestros resultados sientan las bases para la futura exploraci&#xF3;n combinado experimental y te&#xF3;rico de microfluidos multipolos planas incluyendo convecci&#xF3;n-difusi&#xF3;n fen&#xF3;menos.

Mohammad A. Qasaimeh

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