Die Trennung Beads und Zellen in Multi-Kanal-Mikrofluidiksysteme Mit Dielektrophorese und Laminar Flow

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Manipulation von Zellen und Kügelchen in mikrofluidischen Geräten mit Hilfe der D-Elektrophorese oder DEP unter Verwendung von Leiterplatten oder Leiterplatten. Dies wird erreicht, indem zunächst die PCB-Elektroden und mikrofluidischen Kanäle entworfen und vorbereitet werden. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, die mikrofluidische Baugruppe der Leiterplatte und die Raupen- und Zelllösungen vorzubereiten.

Der dritte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Kanäle mit Medien mit geringer Leitfähigkeit zu füllen und dann die Kügelchen und Zellen zu beladen. Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Leiterplattenbaugruppe mit dem Leistungsverstärker und dem Funktionsgenerator zu verbinden und dann DEP zu initiieren. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die die Trennung und Manipulation von Zellen und Kügelchen in mikrofluidischen Geräten durch den Einsatz von DEP zeigen.

Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da die Prinzipien von DEP vom Benutzer verstanden werden müssen, um eine effektive Elektrode zu entwickeln, die mit einem mikrofluidischen Gerät für die gewünschte Zelle oder Bead-Manipulation funktioniert. Auf der anderen Seite macht die Verwendung von Leiterplatten als Elektroden die Betätigung von Zellen und Kügelchen in mikrofluidischen Geräten für eine Reihe von wissenschaftlichen Disziplinen zugänglich. Der erste Schritt dieses Verfahrens besteht darin, die Leiterplatte oder die PCB-Elektroden so zu gestalten, dass sie die gewünschte Geometrie haben, um ein ungleichmäßiges elektrisches Feld zu erzeugen.

Wenn das Design abgeschlossen ist, bestellen Sie die kundenspezifischen PCB-Elektrodenchips über eine kommerzielle Fertigungsanlage. Nachdem die maßgeschneiderte Leiterplatte angekommen ist, öffnen Sie sie und überprüfen Sie sie für diese Demonstration. Die Platine ist 8,4 Zentimeter lang und 2,1 Zentimeter breit.

Die Metallelektroden sind fünf Millimeter breit. In diesem Beispiel haben die Elektroden zwei lange Metallstreifen und zwei 4,5 Millimeter lange Kreuzbereiche, in denen die Elektroden ineinander verzahnt sind. Diese interdigitalisierten Bereiche erzeugen ein starkes, ungleichmäßiges elektrisches Feld, um eine Verbindung vom Stimulator zur PCB-Elektrode herzustellen.

Legen Sie einen 16-Gauge-Draht auf das Ende der Elektrode. Verwenden Sie einen heißen Lötkolben, um den Draht auf dem Metallbereich der Leiterplatte festzuhalten. Dadurch wird der Draht erhitzt.

Halten Sie das Lötzinn an den erhitzten Draht und lassen Sie eine kleine Menge Lötzinn in den Draht fließen. Nachdem der Draht mit Lot gefüllt ist, entfernen Sie den Lötkolben, der den Draht an Ort und Stelle hält, während das Lot abkühlt. Wiederholen Sie den Lötvorgang für den anderen elektrischen Anschluss auf der Leiterplatte.

Der nächste Schritt besteht darin, mikrofluidische Kanäle mit dem gewünschten Verzweigungsmuster zu präparieren. Erstellen Sie unter Verwendung von Standard-Mikrofabrikationstechniken eine Masterform, um die Kanäle mit einem Siliziumwafer und SU-Acht-Fotolack zu definieren. Diese Urform verfügt über einen Eingangskanal und drei Zielkanäle.

Die Breite der Kanäle beträgt 100 Mikrometer und die Höhe der Kanäle 27 Mikrometer. Sobald die Urform erstellt ist, mischen Sie das Polymethyl-LAANE- oder PDMS-Elastomer mit einem Härter bei einem Gewichtsverhältnis von 10 zu eins für fünf Minuten. Gießen Sie das flüssige PDMS auf die vorgefertigte SU eight Urform und entfernen Sie Luftblasen, indem Sie das flüssige PDMS drei Minuten lang einem Vakuum aussetzen.

Wiederholen Sie den Vakuumvorgang bei Bedarf, um alle Blasen vollständig zu entfernen. Ein Strom von Stickstoffgas kann bei Bedarf verwendet werden, um zusätzliche Blasen zu entfernen. Härten Sie das PDMS zwei Stunden lang in einem Ofen bei 70 Grad Celsius aus.

Verwenden Sie eine Rasierklinge, um das P-D-M-S-S-Labor mit den mikrofluidischen Kanälen vom Wafer zu entfernen. Achten Sie darauf, den Wafer nicht mit dem Kanalplatz nach oben zu brechen. Verwenden Sie einen Biopsiestanzer, um Löcher für die Einführung von Flüssigkeiten und Zellen in das mikrofluidische Gerät zu stanzen. Stutzen.

Überschüssiges PDMS. Überprüfen Sie das mikrofluidische Gerät, um sicherzustellen, dass es frei von Staub und Schmutz ist. Verwenden Sie 3M Scotch Magic Tape, um das PDMS zu reinigen.

Setzen Sie die PDMS-Kanäle und einen sauberen Deckglas mit einer Dicke von 80 bis 130 Mikrometern 1,5 Minuten lang Plasmagas aus. Entfernen Sie das PDMS-Labor und den Deckglas vom Plasmareiniger In einer Petrischalen-Plasmabindung erhitzen die auf dem Deckglas basierenden PDMS-Mikrofluidikkanäle die mikrofluidische Einheit des Deckglases auf einer auf 100 Grad Celsius eingestellten Heizplatte für mindestens 15 Minuten. Der letzte Schritt bei der Vorbereitung des mikrofluidischen Geräts besteht darin, die PDMS-Kanäle und den Deckglas über den Elektroden der Leiterplatte zu positionieren.

Beginnen Sie damit, ca. 10 Mikroliter Mineralöl auf die Leiterplatte zu geben. Um einen engen Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem Deckglas zu gewährleisten, platzieren Sie die mikrofluidische Kanalbaugruppe des Deckglases mit dem Deckglas auf der geölten Leiterplatte. Durch den Kontakt mit dem Öl drücken Sie die mikrofluidische Anordnung des Deckblatts vorsichtig nach unten, um einen guten Kontakt zu gewährleisten und Luftblasen zu minimieren, die die Sichtbarkeit von Zellen und Kügelchen beeinträchtigen können.

Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Aufbereitung der Medienmischung mit niedriger Leitfähigkeit, 8,5 % Saccharose und 0,3 % Glucosegewicht zum Volumen in deionisiertem Wasser. Das mikrofluidische Gerät ist nun einsatzbereit: Füllen Sie mit einer Pipette jeden mikrofluidischen Kanal bei Bedarf mit 15 bis 20 Mikrolitern des Mediums mit geringer Leitfähigkeit. Verwenden Sie eine Vakuumaspiration, um Blasen in den Kanälen zu entfernen.

Der nächste Schritt besteht darin, die Testpartikel in das mikrofluidische Gerät einzubringen. Bei dieser Demonstration wird eine Suspension von 550 Polystyrolkügelchen pro Mikroliter eines Mediums mit geringer Leitfähigkeit verwendet, da sich die Kügelchen mit der Zeit absetzen und die Kügelchen durch Rühren suspendieren können. Führen Sie dann mit einer Pipette 200 Mikroliter der Polystyrol-Perlensuspension in den Kanal ein.

Der nächste Schritt besteht darin, die Elektroden vorzubereiten und den Ausgang eines Funktionsgenerators mit dem Eingang eines Wechselstromverstärkers zu verbinden. Verbinden Sie dann den Ausgang des Verstärkers mit den Elektrodendrähten. Decken Sie alle elektrischen Drähte und Oberflächen des Setups mit Isolierband ab, um den Benutzer vor möglichen Stößen zu schützen.

Stellen Sie den Funktionsgenerator so ein, dass er einen Sinuswellenausgang von eins bis 1,5 Megahertz erzeugt. Initiieren Sie die DEP, um mit dem Sortieren der Zellen und Kügelchen in diesem Setup zu beginnen. Der Einlasskanal befindet sich auf der rechten Seite, und die drei Zielkanäle trennen sich an der dreieckigen Kreuzung.

Die PCB-Elektroden entsprechen den schwarzen Streifen ohne Laminar Flow und ohne DEP. Die Kügelchen sind bei der DEP-Initiierung im Wesentlichen stationär, jedoch ohne Fluss. Die Kügelchen wandern zu den PCB-Elektroden und weg vom Raum zwischen den Elektroden, wenn die laminare Strömung eingeschaltet ist.

Aber das DEP ist aus, die Kügelchen, die durch die Einlasskanäle fließen, werden auf die drei Zielkanäle aufgeteilt. Wenn DEP eingeleitet wird und die laminare Strömung aktiviert ist, werden die Kügelchen so betätigt, dass sie nur im zentralen Kanal fließen. In den nächsten Videos wurde das mikrofluidische Gerät über die PCB-Elektroden gedreht, was zu einer Änderung der Ausrichtung der Kanäle führte.

In Bezug auf die Leiterplattenelektroden. Der Einlasskanal, der zuvor senkrecht zu den PCB-Elektroden verlief, ist nun mit der Laminarströmung fast parallel zu den Elektroden. Aber DEP von den Kügelchen dringt in alle drei Zielkanäle gleichermaßen ein.

Wenn DEP initiiert wird, nähern sich die Kügelchen dem Trifurkationspunkt und die DEP-Kraft zieht die Kügelchen in den Seitenkanal über der Elektrode. Die nächste Reihe von Abbildungen im Video zeigt eine Mischung aus humanen Dickdarm-Adenokarzinom- oder HT-29-Zellen und fluoreszierenden Kügelchen in dem mikrofluidischen Gerät. In diesem DIC-Bild zeigt der offene Pfeil die Richtung der laminaren Strömung an, und die Kanäle sind mit gestrichelten Linien umrandet.

Die reflektierenden Metallelektroden sind als heller Hintergrundstreifen zu sehen, die DIC-Mikroskopie wird verwendet, um die Kügelchen während des Leuchtens abzubilden. Intensität skalieren. Bilder werden verwendet, um die Zellen besser sichtbar zu machen.

Diese Figur ist das gleiche Bild wie die andere Figur, außer dass sie als Intensitätsbild auf der Leuchtskala angezeigt wird, sodass sowohl die Zellen als auch die Perlen visualisiert werden müssen. Die reflektierenden Metallelektroden sind in dieser Abbildung als gelbe und grüne Streifen dargestellt. Bei DEP verlassen die Kügelchen den rechten Kanal, wie im DIC-Bild gezeigt, während die HT 29-Zellen den zentralen und linken Kanal verlassen, wie im Bild der Glühskala gezeigt, bevor die DEP eingeleitet wird. Eine gemischte Lösung aus Zellen und Kügelchen fließt aus dem einen Einlasskanal zu den drei separaten Zielkanälen.

Nach der Induktion von DEP werden die Kügelchen und Zellen selektiv in separate Kanäle betätigt. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie mit der Implementierung der Dial-Elektrophorese für die Manipulation von Zellen und Kügelchen in mikrofluidischen Geräten beginnen können.