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.

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Biology

Biologie

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

Un micro-dispositif à fort potentiel de débit est utilisé pour démontrer en trois dimensions (3D) diélectrophorèse (DEP) avec de nouveaux matériaux. papier nanoplatelet de graphène et ruban adhésif double face ont été empilées en alternance; un micro-puits de 700 um a été foré transversalement par rapport aux couches. DEP comportement de billes de polystyrène a été démontrée dans le micro-puits.

Développement d&#39;un périphérique 3D graphène électrode diélectrophorétiques

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

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

Les ions potassium contribuent au potentiel de repos membranaire des cellules et la concentration extracellulaire de K+ est un régulateur crucial de l’excitabilité cellulaire. Nous décrivons comment faire, calibrer et utiliser monopolaire K+-microélectrodes. L’utilisation de telles électrodes permet la mesure de la dynamique de concentration K+ évoquée électriquement dans des tranches d’hippocampe adultes.

Fabrication, des essais et à l’aide de microélectrodes sensibles aux ions Potassium dans des tranches de tissu du cerveau adulte

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

Nous avons montré que la gravure de nano-architecture dans des dispositifs intracortical de microélectrode peut réduire la réponse inflammatoire et a le potentiel d'améliorer des enregistrements électrophysiologiques. Les méthodes décrites ci-contre décrivent une approche pour équerler les nano-architectures à la surface des microélectrodes intracorticales non fonctionnelles et fonctionnelles de silicium à tige unique.

Lithographie focalisée de faisceau d'ion à Etch Nano-architectures dans des microélectrodes

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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