Name: AC electrocinéticas fenómenos generados por las Estructuras de microelectrodos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-07-28T20:28:00.000+00:00
Duration: 20 min 38 s
Description: Aprende los fundamentos de la electrocinética de corriente alterna para manipular partículas y fluidos a micro y nanoescala. Este método explica la física, fabricación de dispositivos y aplicaciones en biochips.

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Fabricación de Cr / Au electrodos sobre sustratos de vidrio Parte 1A: Método húmedo Etch * Para los dispositivos de la más alta calidad, el proceso de fabricación debe realizarse en un ambiente de sala limpia o bajo campanas de flujo laminar para que el polvo y otros contaminantes no afectan el patrón. <ol><li> De 2 pulgadas de diapositivas de vidrio de 4 pulgadas se colocan en una piscina climatizada (80 ° C) Piranha solución (05:07 H 2 O 2: H 2 SO 4) durante 30 minutos para eliminar los contaminantes (especialmente orgánicos) y después se aclara en el DI agua y se seca con aire comprimido. </li><li> Cr 20 nm y 200 nm de Au se depositan en los sustratos con un cañón de haz de electrones. </li><li> Shipley 1827 fotosensible positiva se deposita en el portaobjetos de vidrio con un spincoater (3000 rpm, 1000 rpm / s en pista, tiempo de giro 30 segundos). </li><li> Los sustratos son luego al horno suave durante 2 minutos a 100 ° C. </li><li> El patrón de la máscara se transfiere a la exposición por contacto con el fotoprotector UV de 8,4 segundos para un total de 206 mJ / cm 2. </li><li> El fotoprotector se desarrolla en Microposit MF 351: agua (1:3) durante 30 segundos con una buena agitación seguido por un enjuague de agua DI. </li><li> Después de la inspección con un microscopio para asegurar un buen desarrollo, los sustratos son entonces grabadas en Au grabador y grabador Chrome durante 15 segundos y 30 segundos, respectivamente, con DI se lava en medio y después. </li></ol> Parte 1B: Protocolo de alternativas - El despegue Método <ol><li> De 2 pulgadas de diapositivas de vidrio de 4 pulgadas se colocan en una piscina climatizada (80 ° C) Piranha solución (5:7 H2O 2: H 2 SO 4) durante 30 minutos para eliminar los contaminantes (especialmente orgánicos) y luego enjuaga con agua DI y seca con aire comprimido. </li><li> Futurrex NR-7 1500 fotosensible negativa PY se spincoated sobre el sustrato (2000 rpm, 1000 rpm / s de rampa, 40 segundos tiempo de giro). </li><li> Sustratos eran suaves al horno durante 1 minuto a 150 ° C. </li><li> Póngase en contacto con los rayos UV por 21 segundos (400 mJ / cm 2). </li><li> Los sustratos se colocaron en una placa caliente a 100 ° C durante 1 minuto para completar el paso postbake. </li><li> Desarrollo se llevó a cabo durante 6 segundos en Futurrex desarrollador RD6. </li><li> Cr 30 nm y 200 nm de Au se depositan en los sustratos con un cañón de haz de electrones. </li><li> El despegue se realiza mediante la colocación de los soportes en un baño ultrasónico acetona hasta que el oro fue eliminado de manera visible y confirmado con la observación al microscopio. </li></ol> La instalación experimental Parte 2: inyección de microesferas y la observación <ol><li> PDMS canales (de fabricación descrito en otra parte) se unen al sustrato de vidrio con una adhesión directa a fin de que el canal pasa por encima de los electrodos fabricados. </li><li> Aproximadamente el 10 por 7 ml microesferas de poliestireno se suspenden en agua o DI (0,0002 S / m) o una solución de KCl (0,05 S / m). Luego se inyecta mediante la colocación de la entrada de la tubería en la solución de las microesferas y aplicando succión a la salida con una jeringa. </li><li> El dispositivo de carga se coloca sobre la platina del microscopio y conectada a un generador de señal. </li><li> Una evolución en el tiempo de configuración de la frecuencia (1 kHz a 1 MHz) y voltaje (1 o 2 V) se aplican mientras se realizan las observaciones con el microscopio. </li></ol> Nota: Es importante no elevar la tensión demasiado alta o dejar que la frecuencia demasiado baja o la electrólisis del agua va a producir. La configuración exacta de tensión o frecuencia para que esto ocurra depende del diseño de los electrodos. Nuestras directrices de laboratorio son para evitar que las frecuencias por debajo de 500 Hz o tensiones superiores a 8 V.

<ol><li>Ramos, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+Electrokinetics%3A+a+review+of+forces+in+microelectrode+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">AC Electrokinetics: a review of forces in microelectrode structures.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 31, 2338-2353 (1998).</li>
<li>Morgan, H. ywel, Green, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+Electrokinetics%3A+colloids+and+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">AC Electrokinetics: colloids and nanoparticles.</a> , SRP Ltd.. England. (2002).</li>
<li>Toner, M., Irimia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Blood-on-a-chip.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 2005, 77-103 (2005).</li>
<li>Ahn, C. H., Choi, J. -W., Beaucage, G., Nevin, J. H., Lee, J. -B., Puntambekar, A., Lee, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disposable+smart+lab+on+a+chip+for+point+of+care+clinical+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Disposable smart lab on a chip for point of care clinical diagnostics.</a> 282, 399-401 (1998).</li>
<li>Vespoorte, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+chips+for+clinical+and+forensic+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Microfluidic chips for clinical and forensic analysis.</a> Electrophoresis. 23, 677-712 (2002).</li>
<li>Rajaraman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid%2C+low+cost+microfabrication+technologies+toward+realization+of+devices+for+dielectrophoretic+manipulation+of+particles+and+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Rapid, low cost microfabrication technologies toward realization of devices for dielectrophoretic manipulation of particles and nanowires.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 114, 392-401 (2006).</li>
<li>Ali, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab-on-a-chip+for+terrorist+weapons+management%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+and+Control%22%5BJournal%5D)">Lab-on-a-chip for terrorist weapons management.</a> Measurement and Control. 38, 87-91 (2005).</li>
<li>Voldman, J. oel, Rosenthal, A. dam <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoretic+Traps+for+Single-particle+Patterning%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoretic Traps for Single-particle Patterning.</a> Biophysical Journal. 88, 2193-2205 (2005).</li>
<li>Ramachandran, T. R., Baur, C., Bugacov, A., Madhukar, A., Koel, B. E., Requicha, A., Gazen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+and+controlled+manipulation+of+nanometer-sized+particles+using+the+non-contact+atomic+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Direct and controlled manipulation of nanometer-sized particles using the non-contact atomic force microscope.</a> Nanotechnology. 9, 237-245 (1998).</li>
<li>Sigurdson, M. arin, Wang, D., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrothermal+stirring+for+heterogeneous+immunoassays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrothermal stirring for heterogeneous immunoassays.</a> Lab Chip. 5, 1366-1373 (2005).</li>
<li>Urbanski, J. ohn P. aul, Levitan, J. eremyA., Bazant, M. artinZ., Thorsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+ac+electro-osmotic+micropumps+with+non-planar+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fast ac electro-osmotic micropumps with non-planar electrodes.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 143508- (2006).</li>
<li>Fatoyinbo, H. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrated+dielectrophoretic+quartz+crystal+microbalance+%28DEP-QCM%29+device+for+rapid+biosensing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">An integrated dielectrophoretic quartz crystal microbalance (DEP-QCM) device for rapid biosensing applications.</a> Biosens Bioelectron. 23, 225-232 (2007).</li>
</ol>

En este video, nos han mostrado una amplia variedad de comportamientos de manipulación de partículas y fluidos producidos por fenómenos AC electrocinética. Los electrodos que generan estos fenómenos son fáciles de fabricar y puede ser integrado fácilmente en muchos otros sistemas. Como hemos visto, existen numerosas aplicaciones para el uso de la electrocinética AC. La versatilidad de estos dispositivos, así como la naturaleza rápida de la manipulación, los hace particularmente atractivos. Como las industrias de la salud y otros empiezan a ...

<table><tbody><tr><td>2&quot; por 4&quot; Lámina de Vidrio Pyrex</td><td>Sustrato</td><td></td><td></td><td>Pyrex 7740</td></tr><tr><td>máscara de cromo</td><td>material</td><td></td><td></td><td>Esta máscara fotográfica tendrá los patrones de microl&amp;#8211;electrodos y puede solicitarse a diversos centros de microfabricación.</td></tr><tr><td>Microcanales de PDMS</td><td>material</td><td></td><td></td><td>Estos pueden fabricarse y usarse in situ, o bien una simple lámina de microscopio será suficiente.</td></tr><tr><td>Peróxido de Hidrógeno al 30%</td><td>Reactivo</td><td>Fisher Scientific</td><td>7722-84-1</td><td>Certificado ACS, Fisher Scientific</td></tr><tr><td>Ácido Sulfúrico</td><td>Reactivo</td><td>Fisher Scientific</td><td>A300-212</td><td>Certificado ACS Plus</td></tr><tr><td>Acetona Grado Electrónico</td><td>Reactivo</td><td>Fisher Scientific</td><td>A946-4</td><td></td></tr><tr><td>Resistente Positivo Shipley 1827</td><td>Reactivo</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Desarrollador Shipley 351</td><td>Reactivo</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Atacante de Oro</td><td>Reactivo</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Tipo TFA</td><td></td></tr><tr><td>Atacante de Máscara Fotográfica de Cromo</td><td>Reactivo</td><td>Cyantek Corporation</td><td>CR-7S</td><td></td></tr><tr><td>Resistente Negativo NR-7 1500 PY</td><td>Reactivo</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Desarrollador RD6</td><td>Reactivo</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ac electrocinéticas fenómenos generados por las estructuras de microelectrodos

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

El campo de la electrocinética AC está creciendo rápidamente debido a su capacidad para llevar a cabo de dinámica de fluidos y la manipulación de partículas en la micro-y nano-escala, que es esencial para Lab-on-a-Chip aplicaciones. Fenómenos AC electrocinética utilizar campos eléctricos para generar las fuerzas que actúan sobre los líquidos o partículas en suspensión (incluidos los obtenidos de material dieléctrico o material biológico) y hacer que se mueva en forma asombrosa 1, 2. Dentro de un solo canal, electrocinética AC puede realizar muchas esencial en el chip de operaciones tales como el posicionamiento activo de partículas micro-mezcla de partículas de separación, y micro-golpeteo. Un único dispositivo puede realizar varias de estas operaciones, simplemente ajustando los parámetros de funcionamiento tales como la frecuencia o la amplitud de la tensión aplicada. Adecuada los campos eléctricos pueden ser fácilmente creados por micro-electrodos integrados en microcanales. Es claro el enorme crecimiento en este campo que electrocinética AC probablemente tendrá un efecto profundo en el diagnóstico de salud 3.5, monitoreo ambiental y de seguridad nacional 6 7. En general, hay tres fenómenos electrocinéticas AC (AC electroósmosis, dielectroforesis y efecto electrotérmico AC), cada uno con dependencias único en los parámetros de funcionamiento. A cambio de estos parámetros de operación puede causar un fenómeno para convertirse en dominante en otra, cambiando así la partícula o comportamiento de los fluidos. Es difícil predecir el comportamiento de las partículas y fluidos debido a la física complicada que subyacen en electrocinética AC. Es el objetivo de esta publicación para explicar la física de partículas y aclarar y comportamiento de los fluidos. Nuestro análisis también se explica cómo fabricar las estructuras de electrodos que los generan, y cómo interpretar un amplio número de observaciones experimentales utilizando varios diseños de dispositivos populares. En este artículo de vídeo ayudará a los científicos e ingenieros de entender estos fenómenos y les puede animar a empezar a usar Electrocinética AC en sus investigaciones.

La manipulación de fluidos y partículas en suspensión en las tecnologías de micro-y nano-escala se está convirtiendo en una realidad tan propicio, como electrocinética AC, continúan desarrollándose. En este caso, hablamos de la física detrás de electrocinética AC, la forma de fabricar estos dispositivos y la forma de interpretar las observaciones experimentales.

AC electrocinéticas fenómenos generados por las Estructuras de microelectrodos

El campo de la electrocinética de corriente alterna (AC) está creciendo rápidamente debido a su capacidad para realizar la manipulación dinámica de fluidos y partículas a micro y nanoescala, ...

En los últimos años, la comunidad de laboratorio en un chip ha adoptado una tecnología novedosa conocida como electrocinética de corriente alterna. Este conjunto de fenómenos puede utilizarse para manipular partículas y fluidos a escala micrométrica y nanométrica de forma rápida y versátil, y está convirtiéndose rápidamente en esencial para muchas aplicaciones de biochip. En este video, repasaremos los fundamentos de la electrocinética de corriente alterna con suficiente detalle como para ayudar a otros científicos e ingenieros que podrían beneficiarse del uso de estos fenómenos en su investigación.Hola, mi nombre es Robert Hart y soy estudiante de doctorado aquí en Drexel, en el departamento de Ingeniería Biomédica, Ciencia y Sistemas de Salud. Comenzaremos este video con una breve descripción de la física detrás de la electrocinética de corriente alterna. A continuación, pasaremos a la fabricación del dispositivo y, finalmente, mostraremos algunos videos de electrocinética de corriente alterna y explicaremos lo que está sucediendo.La primera de las tres fuerzas que describiremos se conoce como dieléctroforesis. Aquí observamos un campo eléctrico generado entre dos electrodos sume

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Investigación

JoVE Journal

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Biología

Este video demuestra el método para inducir la modulación de la actividad neuronal en neuronas humanas cultivadas derivadas de iPSC en una matriz de microelectrodos de múltiples pocillos, o sistema MEA utilizando un transductor de ultrasonido enfocado.

Neuromodulación inducida por ultrasonidos mediante un sistema de matriz de microelectrodos

Un microdispositivo con potencial de alto rendimiento se utiliza para demostrar en tres dimensiones (3D) dielectroforesis (DEP) con nuevos materiales. Papel nanoplatelet grafeno y la cinta de doble cara se apilaban alternativamente; un micro-así 700 micras fue perforado transversal a las capas. DEP comportamiento de perlas de poliestireno se demostró en el micro-así.

Desarrollo de un dispositivo 3D grafeno Electrodo dielectroforéticas

Los transportadores en las membranas celulares permiten la segregación diferencial de iones a través de las membranas celulares o capas celulares y desempeñan un papel crucial durante la fisiología, reparación y patología de los tejidos. Describimos el microelectrodo autorreferencial selectivo de iones que permite la medición de flujos de iones específicos en células individuales y tejidos in vivo.

Medición de la extracelular Ion fundentes Uso del referencias Ion selectivo microelectrodos Técnica

Se han desarrollado muchos dispositivos microfluídicos para su uso en el estudio de la electrotaxis. Sin embargo, ninguno de estos chips permite el estudio eficiente de los efectos simultáneos del campo químico y eléctrico (FE) en las células. Desarrollamos un dispositivo basado en polimetilmetacrilato que ofrece una FE coexistente mejor controlada y estimulación química para su uso en la investigación de electrotaxis.

Estudios electrotaxis de pulmón células de cáncer utilizando un Multicanal Dual-campo eléctrico chip de microfluidos

Iones del potasio contribuyen al reclinación potencial de la membrana de las células y la concentración extracelular de K+ es un regulador crucial de excitabilidad celular. Describimos cómo realizar, calibrar y utilizar monopolar K+-microelectrodos selectivos. Uso de tales electrodos permite la medición de la dinámica de concentración de K+ eléctricamente evocado en rebanadas de hipocampales adulto.

Fabricación, pruebas y uso de microelectrodos selectivos de Ion potasio en rebanadas del tejido del cerebro adulto

La rectificación de las vías de transporte de iones es un método eficaz para generar flujos electrohidrodinámicos arrastra iones unidireccional. Colocando una membrana de intercambio iónico en un canal de flujo, un estado eléctricamente polarizado se genera y provoca un flujo líquido ser conducida cuando un campo eléctrico se aplica externamente.

Generación y Control de electrohidrodinámicos flujos en soluciones acuosas electrolíticas

Este protocolo pretende demostrar cómo combinar arreglos de microelectrodos en vitro con dispositivos microfluídicos para estudiar la transmisión del potencial de acción en cultivos neuronales. Análisis de los datos, es decir, la detección y caracterización de propagar potenciales de acción, es realizada con un nuevo avanzado, pero fácil de usar y libremente disponible, herramienta computacional.

Microfluídica de entretela con arreglos de microelectrodos para el estudio de la comunicación Neuronal y Axonal señal propagación

Hemos demostrado que el grabado de nanoarquitectura en dispositivos de microelectrodos intracorticales puede reducir la respuesta inflamatoria y tiene el potencial de mejorar las grabaciones electrofisiológicas. Los métodos descritos aquí describen un enfoque de nanoarquitecturas de etch en la superficie de microelectrodos intracorticales de silicio de vástago único no funcionales y funcionales.

Litografía de haz de iones enfocado a etch nano-arquitecturas en microelectrodos

Este artículo presenta una estrategia para construir modelos de elementos finitos de materiales conductores fibrosos expuestos a un campo eléctrico (EF). Los modelos se pueden utilizar para estimar la entrada eléctrica que reciben las células sembradas en dichos materiales y evaluar el impacto de cambiar las propiedades, la estructura o la orientación del material constituyente del andamio.

Modelado de elementos finitos de un microambiente eléctrico celular

Para el estudio de las respuestas de las células excitables in vitro, el protocolo describe el seguimiento óptico de los cambios en la generación de potencial de acción debidos a la electroporación en un modelo simple de célula excitable simple de células HEK con spiging tet-on modificadas genéticamente, así como los cambios en el voltaje transmembrana con extracción automatizada de parámetros relevantes.

Monitoreo de cambios inducidos por electroporación en la generación de potencial de acción en celdas HEK de Tet-On Spiking diseñadas genéticamente

Aquí, presentamos un protocolo para fabricar un dispositivo microfluídico único de dos capas para estudiar la regulación electromecánica de la homeostasis del tejido epitelial. El dispositivo aplica corrientes eléctricas fisiológicas estáticas perpendiculares al plano tisular, lo que afecta la adhesión, proliferación y extrusión célula-célula. Las imágenes de células vivas y las mediciones de estrés mecánico revelan mecanismos de estos procesos.

Revelando el control electromecánico de la homeostasis tisular mediante un dispositivo microfluídico de dos capas

Aprende los fundamentos de la electrocinética de corriente alterna para manipular partículas y fluidos a micro y nanoescala. Este método explica la física, fabricación de dispositivos y aplicaciones en biochips.

AC electrocinéticas fenómenos generados por las Estructuras de microelectrodos

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