Name: Phénomènes AC électrocinétique générées par des structures microélectrodes (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-07-28T20:28:00.000+00:00
Duration: 20 min 38 s
Description: Découvrez les phénomènes d'électrocinétique AC pour la manipulation de particules et de fluides à l'échelle micro et nanométrique. Cette méthode essentielle pour les applications de bio-puces permet aux chercheurs de contrôler précisément le mouvement des particules.

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Fabrication Cr / Au électrodes sur des substrats de verre Partie 1A: Wet procédé de gravure * Pour les appareils de haute qualité, le processus de fabrication doit être réalisée dans un environnement de salle blanche ou sous des hottes à flux laminaire afin que la poussière et autres contaminants n&#39;affectera pas le motif. <ol><li> 2-pouce par des lames de verre de 4 pouces sont placés dans une chauffée (80 ° C) solution de Piranha (05:07 H 2 O 2: H 2 SO 4) pendant 30 minutes pour éliminer les contaminants (surtout organique) et ensuite rincés dans DI l&#39;eau et séché à l&#39;air comprimé. </li><li> 20 nm et 200 nm Cr Au sont déposés sur les substrats avec un évaporateur par faisceau d&#39;électrons. </li><li> Shipley 1827 photorésist positif est déposé sur les lames de verre avec un spincoater (3000 rpm, 1000 rpm / s rampe, 30 secondes temps de rotation). </li><li> Les substrats sont ensuite cuits au four doux pendant 2 minutes à 100 ° C. </li><li> Le modèle du masque est transféré à la résine à l&#39;exposition aux UV contacter pour 8,4 secondes pour un total de 206 mJ / cm 2. </li><li> La résine photosensible est développé en Microposit MF 351: L&#39;eau (1:3) pendant 30 secondes avec une bonne agitation suivie d&#39;un rinçage eau déminéralisée. </li><li> Après l&#39;inspection au microscope afin d&#39;assurer un bon développement, les substrats sont ensuite gravées à Au Etchant et Chrome gravure pendant 15 secondes et 30 secondes respectivement avec DI lavages en entre et après. </li></ol> Partie 1B: protocole alternatif - Décollage Méthode <ol><li> 2-pouce par des lames de verre de 4 pouces sont placés dans une chauffée (80 ° C) solution de Piranha (05:07 H2O 2: H 2 SO 4) pendant 30 minutes pour éliminer les contaminants (surtout organique) et ensuite rincés dans de l&#39;eau DI et séchées à l&#39;air comprimé. </li><li> Futurrex NR-7 1500 photorésine PY négative a été spincoated sur le substrat (2000 rpm, 1000 rpm / s rampe, 40 secondes temps de rotation). </li><li> Substrats ont été cuits au four doux pendant 1 minute à 150 ° C. </li><li> Contactez exposition aux UV pendant 21 secondes (400 mJ / cm 2). </li><li> Les substrats ont ensuite été placés sur une plaque chauffante réglée à 100 ° C pendant 1 minute pour terminer l&#39;étape postbake. </li><li> Développement a été réalisée pendant 6 secondes en Futurrex RD6 développeur. </li><li> 30 nm et 200 nm Cr Au sont ensuite déposés sur les substrats avec un évaporateur par faisceau d&#39;électrons. </li><li> Le décollage est effectué en plaçant les substrats dans un bain d&#39;acétone à ultrasons jusqu&#39;à l&#39;or était visiblement enlevé et confirmé par l&#39;observation au microscope. </li></ol> Installation expérimentale Partie 2: injection de microsphères et d&#39;observation <ol><li> PDMS canaux (fabrication décrit ailleurs) sont attachés au substrat de verre avec une adhérence directe de sorte que le canal passe au-dessus des électrodes fabriquées. </li><li> Environ 10 7 ml microsphères de polystyrène sont en suspension dans l&#39;eau déminéralisée soit (0,0002 S / m) ou une solution de KCl (0,05 S / m). Ils sont ensuite injectés en plaçant le tube d&#39;entrée dans la solution de microsphères et d&#39;appliquer le vide à la sortie avec une seringue. </li><li> Le dispositif de chargement est alors placé sur la platine du microscope et reliée à un générateur de signal. </li><li> Un cours du temps des réglages de fréquence (1 kHz à 1 MHz) et les réglages de tension (1 ou 2 V) sont appliquées alors que les observations sont faites avec le microscope. </li></ol> Remarque: Il est important de ne pas augmenter la tension trop élevée ou de permettre la fréquence pour obtenir trop faible ou électrolyse de l&#39;eau va se produire. Les paramètres exacts de tension ou de fréquence pour que cela se produise sont dépendantes de la conception de l&#39;électrode. Nos lignes directrices du laboratoire sont à éviter les fréquences inférieures à 500 Hz ou des tensions supérieures à 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>

Dans cette vidéo, nous avons montré une grande variété de comportements de manipulation de particules et du fluide causée par des phénomènes AC électrocinétique. Les électrodes qui génèrent ces phénomènes sont faciles à fabriquer et peut être facilement intégré dans de nombreux autres systèmes. Comme nous l&#39;avons montré, il ya de nombreuses applications pour l&#39;utilisation de l&#39;électrocinétique AC. La polyvalence de ces appareils, ainsi que la nature rapide de la manipulation, les rend particulièrement attractifs. Comme les indus...

<table><tbody><tr><td>2&quot; par 4&quot; lame en verre Pyrex</td><td>Substrat</td><td></td><td></td><td>Pyrex 7740</td></tr><tr><td>masque chromé</td><td>matériau</td><td></td><td></td><td>Ce photomask comportera les motifs de micr&amp;#8211;électrodes et peut être commandé auprès de divers centres de microfabrication.</td></tr><tr><td>Microcanaux en PDMS</td><td>matériau</td><td></td><td></td><td>Ils peuvent être fabriqués et utilisés en interne, ou une simple lame de microscope suffira.</td></tr><tr><td>Per oxyde d'hydrogène 30 %</td><td>Réactif</td><td>Fisher Scientific</td><td>7722-84-1</td><td>Norme ACS certifiée, Fisher Scientific</td></tr><tr><td>Acide sulfurique</td><td>Réactif</td><td>Fisher Scientific</td><td>A300-212</td><td>ACS Plus certifié</td></tr><tr><td>Acétone, qualité électronique</td><td>Réactif</td><td>Fisher Scientific</td><td>A946-4</td><td></td></tr><tr><td>Résine photosensible positive Shipley 1827</td><td>Réactif</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Développeur Shipley 351</td><td>Réactif</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gravure de l'or</td><td>Réactif</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Type TFA</td><td></td></tr><tr><td>Gravure de photomask au chrome</td><td>Réactif</td><td>Cyantek Corporation</td><td>CR-7S</td><td></td></tr><tr><td>Résine négative NR-7 1500 PY</td><td>Réactif</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Développeur RD6</td><td>Réactif</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

phénomènes ac électrocinétique générées par des structures microélectrodes

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

Le domaine de l&#39;électrocinétique CA est en croissance rapide en raison de sa capacité d&#39;exécuter la dynamique des fluides et la manipulation de particules sur la micro-et nano-échelle, ce qui est essentiel pour Lab-on-a-Chip applications. AC phénomènes électrocinétiques utiliser des champs électriques de générer des forces qui agissent sur ​​les fluides ou particules en suspension (y compris ceux faits de matériau diélectrique ou biologiques) et provoquer leur déplacement dans les façons étonnantes 1, 2. Au sein d&#39;un canal unique, l&#39;électrocinétique AC peut accomplir de nombreuses essentielles sur puce des opérations telles que le positionnement des particules actives de micro-mélange, des particules de séparation, et les micro-crépitant. Un dispositif unique peut accomplir plusieurs de ces opérations en ajustant simplement les paramètres de fonctionnement tels que la fréquence ou l&#39;amplitude de la tension appliquée. Convient champs électriques peuvent facilement être créés par des micro-électrodes intégrées dans des microcanaux. Il ressort clairement de l&#39;énorme croissance dans ce domaine que l&#39;électrocinétique AC aura probablement un effet profond sur la santé des diagnostics 3-5, surveillance de l&#39;environnement et la sécurité intérieure 6 7. En général, il ya trois phénomènes AC électrocinétique (AC t&#39;étectroosmose, diélectrophorèse et AC effet électrothermique), chacune avec dépendances unique sur les paramètres de fonctionnement. Un changement dans ces paramètres de fonctionnement peuvent provoquer un phénomène de devenir dominante sur une autre, changeant ainsi la particule ou le comportement des fluides. Il est difficile de prédire le comportement des particules et des fluides due à la physique compliquée qui sous-tendent l&#39;électrocinétique AC. C&#39;est le but de cette publication pour expliquer la physique des particules et d&#39;élucider le comportement des fluides. Notre analyse porte également sur la manière de fabriquer les structures d&#39;électrodes qui les génèrent, et comment interpréter un grand nombre d&#39;observations expérimentales en utilisant plusieurs modèles populaires périphériques. Cet article vidéo aidera les scientifiques et les ingénieurs à comprendre ces phénomènes et peut les inciter à commencer à utiliser Électrocinétique AC dans leurs recherches.

Manipulation des liquides et des particules en suspension dans les technologies de micro-et nano-échelle est de plus en plus d&#39;une réalité que l&#39;activation, comme l&#39;électrocinétique AC, continuent à se développer. Ici, nous discutons de la physique derrière l&#39;électrocinétique AC, comment fabriquer ces dispositifs et la façon d&#39;interpréter les observations expérimentales.

Phénomènes AC électrocinétique générées par des structures microélectrodes

Le domaine de l'électrocinétique CA est en pleine expansion en raison de sa capacité à réaliser des manipulations dynamiques de fluides et de particules à l'échelle micro et nanométrique, ...

Au cours des dernières années, la communauté scientifique travaillant sur les laboratoires sur puce a adopté une technologie prometteuse appelée électrocinétique alternative. Ce groupe de phénomènes permet de manipuler des particules et des fluides à l'échelle micrométrique à nanométrique de manière rapide et polyvalente, et devient rapidement essentiel pour de nombreuses applications de bio-puce. Dans cette vidéo, nous allons aborder les bases de l'électrocinétique alternative avec un niveau de détail suffisant pour aider d'autres scientifiques et ingénieurs qui pourraient tirer profit de ces phénomènes dans leurs recherches.Bonjour, je m'appelle Robert Hart et je suis étudiant au doctorat ici à Drexel, au sein du département de génie biomédical, sciences et systèmes de santé. Nous allons commencer cette vidéo par une brève description des principes physiques sous-jacents à la cinétique électrique en courant alternatif. Ensuite, nous aborderons la fabrication du dispositif, et enfin, nous présenterons quelques vidéos illustrant la cinétique électro-alternative et expliquerons les phénomènes observés.La première des trois forces que nous allons décrire est appelée diélectrophorèse. Ici, nous observons un champ électrique généré entre deux électrodes immergées. Si nous introduisons une particule diélectrique dans ce champ électrique, elle devient polarisée.Comme vous pouvez le constater, les charges sur la particule sont équilibrées par les charges présentes dans le liquide. Le fait que la particule soit plus polarisable ou moins polarisable que le liquide peut être déterminé par le facteur MoSo classique dans un champ électrique uniforme. Les particules subissent une force électrohydrodynamique connue.Cependant, dans un champ électrique non uniforme, comme celui illustré ici, les particules les plus polarisables se déplacent vers les zones de champ électrique élevé car elles subissent une diélectrophorèse positive ; en modifiant la fréquence pour inverser la polarisabilité, on obtient l'effet opposé appelé diélectrophorèse négative, et les particules s'éloignent alors des zones de forte intensité de champ électrique. La deuxième force est l'électro-osmose alternative, qui repose sur la formation de la double couche électrique due au potentiel électrique. À la surface, cette région se divise en une couche de Stern, constituée d'ions immobiles rigidement liés à la surface, et une couche diffuse, qui contient des ions capables de se déplacer latéralement tout en restant liés.Si l'on examine l'un des ions près du bord de l'électrode, on observe qu'il subit une force de refroidissement due au champ électrique. La composante Y de la force est compensée par la présence de charges à la surface. Par conséquent, l'ion subit une force latérale nette dirigée vers le centre de l'électrode ; les ions situés des deux côtés de l'électrode se déplacent et se regroupent vers le centre de l'électrode en nombre suffisant pour entraîner le fluide avec eux.La convergence de ces deux flux provoque une remontée du fluide situé au centre et un motif fluide rotationnel émerge. Le changement de potentiel n'affecte pas la direction du motif fluide, car les ions contre-ions ont également été inversés. Le troisième et dernier phénomène est l'effet hydrothermique alternatif.Lorsqu'un champ électrique traverse un liquide, le chauffage JUUL provoque des gradients de température. Comme le montre la simulation, les propriétés électriques de l'eau changent. En conséquence, ces perturbations des propriétés électriques interagissent avec le champ électrique pour engendrer une force volumique.Le mouvement résultant, comme l'électro-osmose en courant alternatif, est de nature rotationnelle malgré la nature différente de son origine. Nous avons mentionné brièvement l'effet hydrothermique en courant alternatif par souci d'exhaustivité, mais les effets de ce phénomène hydrothermique sont subtils. Dans les conditions opératoires de nos expériences, à partir des principes mathématiques sous-jacents à chacune des trois forces, une simulation numérique par éléments finis a été créée, qui représente la force totale combinée agissant sur une particule de polystyrène de deux microns. À chaque position dans le canal, la simulation par éléments finis que nous avons effectuée prend une section transversale bidimensionnelle des électrodes et se concentre uniquement sur l'une d'elles.La première simulation montre un milieu de faible conductivité et progresse de 100 hertz à un mégahertz à basses fréquences. L'électro-osmose en courant alternatif domine, comme le montre le motif des forces de rotation. En avançant, la diélectrophorèse positive prend le relais, illustrée par les forces attractives dirigées vers chaque coin de l'électrode.Lorsque la fréquence augmente au-delà d'un seuil, la DEP positive prend le pas sur la DEP négative et les particules sont repoussées à une certaine hauteur où elles sont équilibrées par la force de gravité. Nous allons maintenant effectuer les mêmes mesures à des fréquences élevées dans des conditions de conductivité élevée. En conductivité élevée, la force électrohydrodynamique alternative est généralement moins intense qu'à faible conductivité, et la vitesse maximale est atteinte à une fréquence plus élevée.Remarquez également qu'il n'y a pas de DEP positive car la conductivité est trop élevée. L'électro-osmose alternative cède directement la place à la DEP négative avec une conductivité plus élevée et une tension plus élevée. L'effet électrodermal sera beaucoup plus clairement visible.Dans cette section, nous aborderons la fabrication et l'assemblage du dispositif. Les dispositifs eux-mêmes sont constitués d'électrodes en or gravées sur un substrat. Dans ce cas, du verre.Nous allons présenter une méthode de gravure humide pour y parvenir, mais la procédure bien connue de soulèvement est également utilisée couramment et sera montrée ultérieurement. Les quatre conceptions que nous utilisons sont les électrodes parallèles entrelacées, les électrodes parallèles crénelées, le puits de potentiel et la configuration quadruple. Une brève description du processus est la suivante.Tout d'abord, une couche de chrome et d'or est déposée sur le substrat en verre. Ensuite, le substrat est recouvert de photo-résine et le motif des électrodes est transféré du masque au substrat par exposition au contact sous rayonnement UV.Après le développement, le chrome et l'or sont gravés et le photo-résist est éliminé. Pour assurer une bonne adhérence, les lames de verre doivent être très propres. Cette opération est couramment réalisée à l'aide d'une solution de piranha chauffée, composée d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène.Il faut faire preuve d'une grande prudence lorsqu'on travaille avec ce mélange dangereux. Après le nettoyage, les substrats sont séchés et prêts pour le dépôt métallique. Cette étape est réalisée dans un évaporateur par faisceau d'électrons.Les lames en verre sont fixées sur le porte-échantillon à l'aide d'un ruban adhésif, spécialement conçu pour résister aux conditions de dépôt. Ensuite, les échantillons sont introduits dans l'appareil et mis sous vide. Le processus comprend un dépôt bref de chrome d'une durée de deux minutes et un dépôt d'or de 30 minutes, produisant respectivement environ 20 et 200 nanomètres.Lorsque les échantillons sont retirés, la surface d'or est clairement visible. La photolithographie commence par un dépôt de résine photosensible à l'aide d'une machine de dépôt par centrifugation. La résine photosensible est déposée au moyen d'une pipette sur le substrat, placé sur un mandrin à l'intérieur de la machine.Une couche uniforme de résine photosensible est créée en faisant tourner le verre à une vitesse spécifique, ce qui élimine la majeure partie de l'excès de résine photosensible. Ce processus est suivi d'une pré-cuisson de deux minutes à 100 degrés C. Cela durcit la résine photosensible et la prépare pour l'exposition aux UV. Ensuite, le masque photolithographique est placé au contact de notre substrat et exposé à la lumière UV pendant environ huit secondes.Cela transfère le motif au photo-résist. L'étape de développement élimine toutes les zones du photo-résist qui ont été exposées à la lumière. Ce processus achève l'étape de photolithographie et nous sommes prêts pour la gravure de l'or et du chrome.Les zones de notre substrat qui ont été exposées lors du processus de développement sont désormais libres d'être gravées. La résine photosensible protège efficacement le reste de la surface, mais, comme pour toutes les étapes, la durée de gravure doit être soigneusement contrôlée. Ici, nous observons les substrats placés dans un bain de gravure de l'or à base d'iode et réalisé à l'obscurité.Après le rinçage à l’eau, le chrome est éliminé à l’aide de la gravure chimique au chrome. Observez la transformation qui se produit, le verre redevenant transparent. Une fois le chrome retiré, une comparaison entre les substrats gravés et non gravés montre les résultats.Un examen rapide au microscope montre la réussite du processus. Ici, nous observons un dispositif correctement fabriqué avec des connexions électriques réalisées. À côté se trouve un canal PD DS avec des raccords tubulaires.Lorsque le canal en PDMS est placé sur un dispositif, un joint très efficace se forme avec le verre et le liquide peut circuler à travers le canal. Cette opération est effectuée soigneusement à l’aide d’une pince. Comme les empreintes digitales et la poussière peuvent empêcher une bonne adhérence, les côtés opposés de la pince peuvent être utilisés pour assurer une fixation correcte. Remplissage.Le canal est réalisé en fixant une seringue à une extrémité, en plaçant l'autre dans une suspension de microsphères de polystyrène et en appliquant une aspiration douce. Une fois placé sous le microscope et mis au point, les connexions électriques sont établies avec le générateur de fonctions. Avec les échantillons chargés et les connexions effectuées, les dispositifs sont désormais prêts pour une expérience.Toutes les vidéos expérimentales que nous allons montrer consistent à injecter une suspension aqueuse de microbilles de polystyrène de deux microns dans le canal et à appliquer un signal aux électrodes. Initialement, les particules sont distribuées aléatoirement et présentent un mouvement brownien. Lorsque le signal est appliqué, les particules s'alignent rapidement au centre de l'électrode.Gardez à l'esprit que, puisque nous utilisons un champ alternatif, nous n'observons pas la force KIC. Ce comportement fascinant est dû aux motifs fluides générés ainsi qu'aux forces d'attraction de la diélectrophorèse. Lorsque la fréquence augmente, les particules commencent à se répandre le long de la largeur de l'électrode.Lorsque la vitesse électro-osmotique à courant alternatif diminue et que la diélectrophorèse commence à prédominer à 56 kilohertz, les particules migrent vers le bord de l'électrode. Alors que les forces électro-osmotiques à courant alternatif s'atténuent et que la diélectrophorèse positive devient prépondérante, ce comportement se poursuit à 100 kilohertz, et les particules sont désormais fermement ancrées au bord de l'électrode.Lorsque la fréquence est augmentée davantage jusqu'à 250 kilohertz, les particules commencent à s'aligner à travers l'entrefer, présentant le comportement dit de chaîne de perles ; à 500 kilohertz, les particules sont repoussées depuis le bord de l'électrode car la DEP négative prédomine. Ceci peut s'expliquer par le facteur de Clausius-Mossotti, qui passe de positif à négatif avec l'augmentation de la fréquence, provoquant une transition de la diélectrophorèse positive à la diélectrophorèse négative à un mégahertz. La DEP négative atteint alors une valeur proche de son maximum et les particules sont lévitées au-dessus de l'électrode.Une augmentation de la conductivité provoque une modification importante du facteur CM. Comme vous pouvez le constater, il n'y a plus de DEP positive, ce qui change radicalement le comportement des particules. Gardez cela à l'esprit lorsque nous balayons la même plage de fréquences, lorsque nous appliquons un signal de un kilohertz, les particules décrivent une orbite hors du plan le long du bord de l'électrode.La vue de dessus fournie par le microscope montre uniquement le déplacement latéral des particules, comme le montre cette animation. Cette vue, qui fait apparaître les particules en mouvement aller-retour, masque le mouvement réel des particules lorsqu'elles sont observées sur le côté. La nature réelle de leur mouvement peut être perçue plus facilement.En réalité, ils orbitent autour de ce centre. On pense qu'ils orbitent et ne sont pas piégés au centre de chaque électrode parce que la composante DEP est inversée. Lorsque la fréquence continue d'augmenter, les particules commencent à s'agglomérer tout en conservant le même mouvement orbital. Cet agglomérat est dû à l'interaction entre particules.On pense que l'origine de cette interaction provient des légères distorsions du champ électrique causées par les particules elles-mêmes. Les distorsions autour des particules engendrent des forces de DEP, qui attirent les particules voisines. Lorsque nous augmentons progressivement la fréquence, un changement spectaculaire se produit à environ 250 kilohertz.Les particules cessent en grande partie leur mouvement orbital et forment une autre manifestation de l'interaction entre particules. Finalement, lorsque la fréquence devient encore plus élevée, à ce stade, une répulsion d'un mégahertz due à la DEP négative propulse les particules vers le haut et hors du plan focal du microscope.Ensuite, nous allons présenter un électrode à coulée élaborée fonctionnant à faible conductivité. Ce design d'électrode est similaire à celui du dernier type en ce sens qu'il est interdigité, mais les doigts droits ont été remplacés par une forme plus complexe. À un kilohertz, la collecte des particules a lieu au centre des intersections et forme rapidement une forme en losange.À mesure que la fréquence augmente, on observe la même dispersion des particules recueillies. Lorsque l'électro-osmose alternative commence à s'atténuer et que la DEP prend le relais, comme précédemment, 56 kilohertz provoque une migration lente des particules vers le bord de l'électrode. Fait intéressant, presque toutes les particules se déplacent d'un seul côté, ce qui pourrait être dû à une certaine pression hydrostatique.Ils se déplacent beaucoup plus rapidement. À 100 kilohertz, le CEO a presque complètement disparu. À 250 kilohertz, les particules commencent à former des chaînes pro.La DEP négative provoquée par un changement à 500 kilohertz repousse les particules loin du bord de l'électrode. En augmentant encore la fréquence jusqu'à un mégahertz, les particules se déplacent vers le haut hors du plan focal, étant repoussées de manière accrue par la diélectrophorèse négative. Ensuite, nous présenterons un type d'électrode crénelée fonctionnant à conductivité élevée.Le motif de rotation généré avec ce type d'électrode se produit de manière particulièrement marquée aux coins internes des électrodes, et c'est à cet endroit que les particules migrent finalement. Le comportement de découpage en forme de losange observé précédemment n'existe pas ici, car il n'y a pas de diélectrophorèse positive à cette conductivité. Lorsque la fréquence augmente, la vitesse du fluide diminue lentement.Comme les forces d'électro-osmose alternative s'atténuent à 56 kilohertz, le mouvement devient très lent et, à 100 kilohertz, les particules commencent à s'agglomérer et à former des chaînes de perles dans certaines zones. Les chaînes de perles sont assez nettes. Lorsque la fréquence augmente progressivement, les agglomérats de particules fusionnent et forment des structures en forme de X à chacun des coins.Enfin, à un mégahertz, les chaînes pro sont soumises à une DEP négative et les particules sont repoussées de la surface. La conception quadruple illustrée ici crée une zone de faible intensité de champ électrique au centre du motif d'électrode et est conçue pour utiliser la diélectrophorèse négative afin de focaliser les particules. Lorsque nous appliquons 10 volts aux électrodes, nous observons une focalisation marquée des particules.Nous allons accélérer légèrement le temps afin de pouvoir observer l'aspect des particules à l'équilibre. Si nous réduisons la tension à un volt, nous voyons la zone focalisée commencer à s'étendre. Lorsque la diélectrophorèse perd en importance face au mouvement brownien, augmenter à nouveau la tension provoque le déplacement des particules vers le centre.Comme le motif quadruple, le puits de potentiel crée des zones de faible champ électrique afin de piéger les particules. Les électrodes sont entrelacées, de sorte que d'autres effets déjà observés peuvent également être constatés ici. Lorsque des signaux sont appliqués, on observe un piégeage rapide des particules dû à un effet CEO et à la DEP.L'effet le plus intéressant, cependant, est celui qui se produit dans les carrés creux. Après un certain temps, des particules s'accumulent ici en raison de la diélectrophorèse négative. Nous observons également un certain regroupement de part et d'autre du puits de potentiel, ayant la forme de triangles.Nous venons de présenter certains des nombreux aspects intéressants de la physique sous-jacente à l'électrocinétique en courant alternatif, la manière de fabriquer ces dispositifs et d'interpréter les résultats expérimentaux à partir de simulations numériques et des principes physiques fondamentaux. Ces phénomènes, qui impliquent le déplacement de particules, sont assez difficiles à comprendre sans supports visuels. Les phénomènes électrocinétiques en courant alternatif peuvent être utilisés dans de nombreux domaines de recherche.Par exemple, la collecte de particules pour des applications de biocapteurs, la séparation de particules ayant des propriétés différentes telles que la taille et la forme pour le traitement des échantillons, et le mélange actif pour l'amélioration des tests. Nous espérons que cette vidéo aidera les scientifiques et les ingénieurs à utiliser et à fabriquer des dispositifs électrocinétiques à courant alternatif, l'un des domaines les plus importants et en pleine expansion de la communauté « laboratoire-sur-puce ». Voilà, c'est tout.Merci d'avoir regardé et bonne chance avec vos expériences.

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Cette vidéo démontre la méthode d’induction de la modulation de l’activité neuronale dans des neurones humains cultivés dérivés d’iPSC dans un réseau de microélectrodes multipuits, ou système MEA, à l’aide d’un transducteur à ultrasons focalisés.

Neuromodulation induite par les ultrasons à l’aide d’un système de réseau de microélectrodes

La croissance chronoampérométrique de biofilms microbiens électroactifs anodiques dans un réacteur à commande commandée utilisant une configuration à trois électrodes, contrôlée par un potentiostat, est démontrée. Le transfert d’électrons extracellulaire est caractérisé par voltampérométrie cyclique en présence du donneur d’électrons et en l’absence du donneur d’électrons. L’analyse fondamentale des données est démontrée.

Eaux usées dérivées électroactifs microbiennes biofilms: croissance, l&#39;entretien et la caractérisation de base

Les transporteurs dans les membranes cellulaires permettent la ségrégation différentielle des ions à travers les membranes cellulaires ou les couches cellulaires et jouent un rôle crucial dans la physiologie, la réparation et la pathologie des tissus. Nous décrivons la microélectrode autoréférencée sélective aux ions qui permet de mesurer des flux d’ions spécifiques au niveau de cellules et de tissus uniques in vivo.

Mesure de extracellulaire Ion flux Utilisation de l&#39;Ion sélectif microélectrodes Technique d&#39;auto-référencement

Nous démontrons la fabrication, l’étalonnage et les propriétés de deux types de microélectrodes sélectives d’ions (à double canon et concentrique) pour la mesure des concentrations d’ions dans le tissu cérébral. Ceux-ci sont ensuite utilisés dans la préparation de la coupe de l’hippocampe de souris pour montrer que l’activité excitatrice modifie les concentrations extracellulaires de potassium et de sodium.

Microélectrodes à double canon et concentrique pour la mesure de signaux extracellulaires Ion dans le tissu cérébral

De nombreux dispositifs microfluidiques ont été développés pour être utilisés dans l’étude de l’électrotaxie. Pourtant, aucune de ces puces ne permet d’étudier efficacement les effets simultanés des champs chimiques et électriques (FE) sur les cellules. Nous avons mis au point un dispositif à base de polyméthacrylate de méthyle qui offre une stimulation coexistante et chimique mieux contrôlée pour la recherche sur l’électrotaxie.

Électrotaxie l&#39;étude des cellules du cancer du poumon à l&#39;aide d&#39;un double-Multichannel champ électrique microfluidique Chip

cultures sont un bon Neuronal modèle pour l'étude des techniques nouvelles de stimulation du cerveau par leurs effets sur les neurones individuels ou une population de neurones. Présentés ici sont des méthodes différentes pour la stimulation des cultures de neurones à motifs par un champ électrique produit par des électrodes directement de bain ou induite par un champ magnétique variant dans le temps.

Externe Excitation Neurones Utilisation de champs électriques et magnétiques et des cultures dans One- à deux dimensions

La rectification des voies de transport des ions est une méthode efficace pour générer des flux unidirectionnel ion-traîné électrohydrodynamique. En définissant une membrane échangeuse d’ions dans un canal d’écoulement, une condition électriquement polarisée est générée et provoque un écoulement du liquide à circuler lorsqu’un champ électrique est appliqué à l’extérieur.

Génération et contrôle d’électrohydrodynamique coule dans les Solutions d’électrolytes aqueux

Ce protocole vise à démontrer comment combiner in vitro les baies de la microélectrode avec dispositifs microfluidiques pour étudier la transmission du potentiel d’action dans les cultures de neurones. Analyse des données, à savoir la détection et la caractérisation des potentiels d’action, de la multiplication est effectuée en utilisant une nouvelle avancée, pourtant facile à utiliser et disponible gratuitement, outil de calcul.

Interfaçage Microfluidics microélectrode tableaux pour étudier la Communication neuronale et la Propagation des signaux axonale

Cet article présente une stratégie pour construire des modèles par éléments finis de matériaux conducteurs fibreux exposés à un champ électrique (FE). Les modèles peuvent être utilisés pour estimer l’apport électrique que reçoivent les cellules ensemencées dans ces matériaux et évaluer l’impact de la modification des propriétés, de la structure ou de l’orientation des matériaux constitutifs de l’échafaudage.

Modélisation par éléments finis d’un microenvironnement électrique cellulaire

Pour l’étude des réponses des cellules excitables in vitro, le protocole décrit la surveillance optique des changements dans la génération de potentiel d’action dus à l’électroporation sur un modèle cellulaire excitable simple de cellules HEK à enrichissement tet-on génétiquement modifiées, ainsi que les changements de tension transmembranaire avec extraction automatisée des paramètres pertinents.

Surveillance des changements induits par l’électroporation dans la génération de potentiel d’action dans les cellules HEK à pointes Tet-On génétiquement modifiées

Ici, nous présentons un protocole pour fabriquer un dispositif microfluidique unique à deux couches pour étudier la régulation électromécanique de l’homéostasie du tissu épithélial. L’appareil applique des courants électriques physiologiques statiques perpendiculaires au plan tissulaire, ce qui a un impact sur l’adhésion, la prolifération et l’extrusion entre les cellules. L’imagerie de cellules vivantes et les mesures de contraintes mécaniques révèlent les mécanismes de ces processus.

Révéler le contrôle électromécanique de l’homéostasie tissulaire à l’aide d’un dispositif microfluidique à deux couches

Découvrez les phénomènes d'électrocinétique AC pour la manipulation de particules et de fluides à l'échelle micro et nanométrique. Cette méthode essentielle pour les applications de bio-puces permet aux chercheurs de contrôler précisément le mouvement des particules.

Phénomènes AC électrocinétique générées par des structures microélectrodes

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