Perles de séparation et les cellules dans des dispositifs microfluidiques multi-canal en utilisant diélectrophorèse et à flux laminaire

L’objectif général de cette procédure est de manipuler les cellules et les billes dans des dispositifs microfluidiques à l’aide de l’électrophorèse D ou de la DEP à l’aide de cartes de circuits imprimés ou de circuits imprimés. Ceci est accompli en concevant et en préparant d’abord les électrodes PCB et les canaux microfluidiques. La deuxième étape de la procédure consiste à préparer l’assemblage microfluidique du PCB et les solutions de billes et de cellules.

La troisième étape de la procédure consiste à remplir les canaux avec un milieu à faible conductivité, puis à charger les billes et les cellules. La dernière étape de la procédure consiste à connecter l’ensemble PCB à l’amplificateur de puissance et au générateur de fonctions, puis à lancer la DEP. En fin de compte, des résultats peuvent être obtenus qui montrent la séparation et la manipulation des cellules et des billes dans les dispositifs microfluidiques grâce à l’utilisation de la DEP.

En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal car les principes de la DEP doivent être compris par l’utilisateur afin de développer une électrode efficace qui fonctionne avec un dispositif microfluidique pour la manipulation souhaitée de la cellule ou des billes. D’autre part, l’utilisation de PCB comme électrodes rend l’actionnement des cellules et des billes dans les dispositifs microfluidiques accessible à un éventail de disciplines scientifiques. La première étape de cette procédure consiste à concevoir la carte de circuit imprimé ou les électrodes du PCB pour qu’elles aient la géométrie souhaitée afin de générer un champ électrique non uniforme.

Une fois la conception terminée, commandez les puces d’électrode de circuit imprimé personnalisées auprès d’une installation de fabrication commerciale. Une fois le PCB fabriqué sur mesure, ouvrez-le et inspectez-le pour cette démonstration. Le PCB mesure 8,4 centimètres de long et 2,1 centimètres de large.

Les électrodes métalliques ont une largeur de cinq millimètres. Dans cet exemple, les électrodes ont deux longues bandes métalliques et deux régions transversales de 4,5 millimètres de long où les électrodes sont interdigitées. Ces régions interdigitées génèrent un champ électrique fort non uniforme pour créer une connexion entre le stimulateur et l’électrode du PCB.

Placez un fil de calibre 16 sur l’extrémité de l’électrode. Utilisez un fer à souder chaud pour maintenir le fil en place sur la zone métallique du PCB. Cela chauffe le fil.

Tenez la soudure sur le fil chauffé et laissez une petite quantité de soudure s’écouler dans le fil. Une fois le fil rempli de soudure, retirez le fer à souder qui maintient le fil en place pendant que la soudure refroidit. Répétez le processus de soudure pour l’autre connexion électrique sur le PCB.

L’étape suivante consiste à préparer des canaux microfluidiques avec le motif de ramification souhaité. À l’aide de techniques de microfabrication standard, créez un moule maître pour définir les canaux à l’aide d’une plaquette de silicium et d’une résine photosensible SU eight. Ce moule maître dispose d’un canal d’entrée et de trois canaux cibles.

La largeur des canaux est de 100 micromètres et la hauteur des canaux est de 27 micromètres. Une fois le moule maître créé, mélangez l’élastomère polyméthyl LAANE ou PDMS avec un agent de durcissement à un rapport d’attente de 10 pour un poids pendant cinq minutes. Versez le PDMS liquide sur le moule maître SU huit préfabriqué et éliminez les bulles d’air en exposant le PDMS liquide à un vide pendant trois minutes.

Répétez le processus d’aspiration si nécessaire pour éliminer complètement toutes les bulles. Un courant d’azote gazeux peut être utilisé pour éliminer les bulles supplémentaires si nécessaire. Faites durcir le PDMS dans un four à 70 degrés Celsius pendant deux heures.

À l’aide d’une lame de rasoir, retirez le laboratoire P-D-M-S-S avec les canaux microfluidiques de la plaquette. Veillez à ne pas casser la plaquette avec l’espace du canal vers le haut. Utilisez un poinçon de biopsie pour percer des trous afin d’introduire des fluides et des cellules dans le dispositif microfluidique. Couper.

Tout PDMS excédentaire. Inspectez le dispositif microfluidique pour vous assurer qu’il est exempt de poussière et de débris. Utilisez du ruban adhésif 3M Scotch Magic pour nettoyer le PDMS.

Exposez les canaux PDMS et une lamelle de 80 à 130 micromètres d’épaisseur au gaz plasma pendant 1,5 minute. Retirez le laboratoire PDMS et la lamelle du nettoyeur de plasma dans une liaison plasma en boîte de Pétri, les canaux microfluidiques PDMS basés sur la lamelle chauffent l’ensemble microfluidique sur une plaque chauffante réglée à 100 degrés Celsius pendant au moins 15 minutes. La dernière étape de la préparation du dispositif microfluidique consiste à positionner les canaux PDMS et la lamelle au-dessus des électrodes du PCB.

Commencez par placer environ 10 microlitres d’huile minérale sur le PCB. Pour assurer un contact étanche entre le circuit imprimé et la lamelle, placez l’ensemble de canaux microfluidiques sur le circuit imprimé huilé avec la lamelle. En contactant l’huile, appuyez doucement sur l’ensemble microfluidique de la lamelle pour assurer un bon contact et minimiser les bulles d’air qui peuvent nuire à la visualisation des cellules et des billes.

Une autre étape importante consiste à préparer le mélange de média à faible conductivité, 8,5 % de saccharose et 0,3 % de glucose en poids au volume dans de l’eau désionisée. Le dispositif microfluidique est maintenant prêt à l’emploi à l’aide d’une pipette qui remplit chaque canal microfluidique de 15 à 20 microlitres de milieu à faible conductivité si nécessaire. Utilisez l’aspiration sous vide pour éliminer les bulles dans les canaux.

L’étape suivante consiste à introduire les particules de test dans le dispositif microfluidique. Cette démonstration utilise une suspension de 550 billes de polystyrène par microlitre de milieu à faible conductivité, car les billes peuvent se déposer avec le temps, suspendre les billes avec agitation. Ensuite, à l’aide d’une pipette, introduisez 200 microlitres de suspension de billes de polystyrène dans le canal.

L’étape suivante consiste à préparer les électrodes, à connecter la sortie d’un générateur de fonctions à l’entrée d’un amplificateur de puissance CA. Connectez ensuite la sortie de l’amplificateur aux fils d’électrodes. Couvrez tous les fils électriques et les surfaces de l’installation avec du ruban isolant pour protéger les utilisateurs d’une exposition potentielle aux chocs.

Réglez le générateur de fonctions pour produire une sortie d’onde sinusoïdale de un à 1,5 mégahertz. Lancez la DEP pour commencer à trier les cellules et les billes dans cette configuration. Le canal d’entrée est à droite et les trois canaux cibles se séparent à la jonction trifurquée.

Les électrodes PCB correspondent aux bandes noires sans flux laminaire et sans DEP. Les billes sont essentiellement stationnaires lors de l’initiation de la DEP, mais sans écoulement. Les billes migrent vers les électrodes du circuit imprimé et s’éloignent de l’espace entre les électrodes lorsque le flux laminaire est activé.

Mais le DEP est désactivé : les billes qui s’écoulent à travers les canaux d’entrée sont réparties entre les trois canaux cibles. Lorsque la DEP est initiée et que l’écoulement laminaire est activé, les billes sont actionnées pour s’écouler uniquement dans le canal central. Dans les vidéos suivantes, le dispositif microfluidique a été tourné au-dessus des électrodes du PCB, ce qui a entraîné un changement d’orientation des canaux.

En ce qui concerne les électrodes PCB. Le canal d’entrée, qui était auparavant perpendiculaire aux électrodes du circuit imprimé, est maintenant presque parallèle aux électrodes avec le flux laminaire activé. Mais le DEP des billes pénètre dans les trois canaux cibles de manière égale.

Lorsque la DEP est initiée, les billes s’approchent du point de trifurcation et la force DEP tire les billes dans le canal latéral au-dessus de l’électrode. Cette prochaine série de figures en vidéo montre un mélange d’adénocarcinome du côlon humain ou de cellules HT 29 et de billes fluorescentes dans le dispositif microfluidique. Dans cette image DIC, la flèche ouverte identifie la direction de l’écoulement laminaire et les canaux sont délimités par des lignes pointillées.

Les électrodes métalliques réfléchissantes peuvent être vues comme la bande de fond claire, la microscopie DIC est utilisée pour imager les perles tout en luisant. Intensité de l’échelle. Les images sont utilisées pour rendre les cellules plus visibles.

Cette figure est la même image que l’autre figure, sauf qu’elle est représentée sous forme d’image d’intensité lumineuse, il faut donc visualiser les cellules ainsi que les perles. Les électrodes métalliques réfléchissantes apparaissent sous forme de bandes jaunes et vertes sur cette figure. Avec DEP, les billes sortent du canal droit comme indiqué dans l’image DIC, tandis que les cellules HT 29 sortent du canal central et du canal gauche comme indiqué dans l’image de l’échelle lumineuse avant d’initier le DEP, Une solution mixte de cellules et de billes s’écoule du canal d’entrée vers les trois canaux cibles séparés.

Après avoir induit la DEP, les billes et les cellules sont actionnées sélectivement dans des canaux séparés. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de commencer à mettre en œuvre l’électrophorèse à cadran pour la manipulation des cellules et des billes dans les dispositifs microfluidiques.