Microfluidic מבוססי הידרודינמית מלכודת חלקיקים יחיד

Summary

במאמר זה, אנו מציגים שיטה microfluidic מבוסס על הכליאה החלקיקים מבוסס על זרימה הידרודינמית. אנו מדגימים לכידה חלקיק יציב בנקודה נוזל הקיפאון באמצעות מנגנון בקרה ומשוב, ובכך מאפשרים כליאה ו המיקרומניפולציה של חלקיקים שרירותי microdevice משולבת.

Abstract

היכולת להגביל ולטפל חלקיקים יחיד פתרון חופשית היא טכנולוגיה המאפשרת מפתח עבור המדע הבסיסי והיישומי. שיטות לכידה של חלקיקים המבוססת על טכניקות אופטי, מגנטי, electrokinetic, ואקוסטי הובילו התקדמות מרכזי פיזיקה וביולוגיה מולקולרית החל ברמה התאית. במאמר זה, אנו מציגים שיטה חדשה microfluidic מבוסס על השמנה החלקיקים מניפולציה מבוססת אך ורק על זרימת הנוזל הידרודינמית. באמצעות שיטה זו, אנו מדגימים לכידה של חלקיקים מיקרו בקנה מידה ננו תמיסות מימיות של קשקשים זמן רב. מלכודת הידרודינמית מורכב מכשיר microfluidic משולב עם גאומטריה צולבות חריץ ערוץ שבו שני זרמים מנוגדים להתכנס למינרית, ובכך לייצר זרימת extensional מישוריים עם נקודת קיפאון נוזל (מהירות אפס נקודה). במכשיר זה, חלקיקים כלואים במרכז מלכודת בשלט פעיל של שדה הזרימה לשמור על המיקום החלקיק בנקודת קיפאון הנוזל. באופן זה, חלקיקים לכודים ביעילות פתרון חינם באמצעות בקרת משוב האלגוריתם מיושם עם קוד LabVIEW שהותקן. אלגוריתם הבקרה כוללת רכישת התמונה חלקיק במכשיר microfluidic, ואחריו מעקב החלקיקים, קביעת מיקום החלקיקים centroid, והתאמת הפעילות של זרימת הנוזל על ידי ויסות הלחץ המופעל על שבב שסתום פנאומטי באמצעות ווסת לחץ. בדרך זו, על שבב דינמי שסתום פונקציות מדידה להסדיר את ספיקות יחסית ערוצי לשקע, ובכך לאפשר קנס בהיקף של משרה מלאה קיפאון נקודת לכידה החלקיקים. מלכודת microfluidic מבוססי הידרודינמית מוצגים מספר יתרונות כשיטה השמנה החלקיקים. השמנה הידרודינמית אפשרי עבור כל חלקיק שרירותי ללא דרישות ספציפיות על המאפיינים פיזי או כימי של האובייקט לכודים. בנוסף, השמנה הידרודינמית מאפשרת הכליאה של אובייקט "יחיד" היעד השעיות חלקיק מרוכז או צפוף, וזה קשה באמצעות כוח חלופי בתחום מבוססי שיטות לכידה. מלכודת הידרודינמית הוא ידידותי למשתמש, פשוט ליישם ניתן להוסיף מכשירים microfluidic הקיימים כדי להקל על ניתוח השמנה זמן רב של חלקיקים. בסך הכל, מלכודת הידרודינמית היא פלטפורמה חדשה הכליאה, המיקרומניפולציה, ותצפית של חלקיקי ללא immobilization השטח מבטלת את הצורך שדות אופטיים, מגנטיים, חשמליים perturbative פוטנציאל השמנה פתרון חופשי של חלקיקים קטנים.

Protocol

מלכודת הידרודינמית מורכב מכשיר דו שכבתי (polydimethylsiloxane (PDMS) / זכוכית) היברידית microfluidic עבור הכליאה החלקיקים. שלבים 1-2 מתארים ייצור של מכשירים microfluidic, ואת הצעדים 3-4 עיצוב לדון המכשיר המבצע.

1. SU-8 ייצור עובש (לא מוצג וידאו)

1. נקה two פרוסות סיליקון (3 "קוטר) עם אצטון איזופרופיל אלכוהול (IPA).
2. ופלים יבש עם N ₂ ולמקם אותם על פלטה חמה על 65 מעלות צלזיוס למשך דקה 1 להסיר לחות שיורית.

Discussion

שיטות microfluidic נוכחי מניפולציה החלקיקים מבוסס על זרימה הידרודינמית ניתן לאפיין שיטות מגע מבוסס או ללא מגע. צור בשיטות מבוססות להשתמש זרימת הנוזל פיזית להגביל ו לשתק חלקיקים בקירות microfabricated ערוץ ^9, ואילו ללא מגע שיטות להסתמך על מחזורי זרימה או microeddies ^10. בעבודה זו, אנו מציגים שיטה השמנה פתרון חופשי החלקיקים באמצעות הפעולה הבלעדי של זרימת הנוזל. מלכודת הידרודינמית מאפשרת הכליאה ומניפולציה של חלקיקים קטנים בנקודה נוזל הקיפאון מכשיר צולבות חריץ mi.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
מחט קהה 21 מד	Zephyrtronics	ZT-5-021-1-L	לניקוב חורי יציאה במזרק פלסטיק PDMS
3 מ"ל	BD Biosciences	309585	למילוי שסתום בשמן
פרוסות Si רקיק		אוניברסיטה	3” P(100) צד יחיד מלוטש 380 μ m דרגת בדיקה
כיסוי זכוכית	VWR בינלאומי	48404-428	24 x 40 מ"מ #1.5
כרטיס DAQ	National Instruments	PCI 6229
חרוזי פלורסנט	Spherotech, Inc.	FP-2056-2	2.2 ו-#x03BC; m נילוס אדום
פלואורינרט	3M	FC 40	שמן נשא פלואור
מיקרוסקופ הפוך	Olympus Corporation	IX-71
LabVIEW	מכשירים לאומיים	גרסה 9.0f3 (32bit)
מיקרוסקופ סטריאו	Leica Microsystems	MZ6	ליישור שכבת בקרת PDMS לשכבה נוזלית.
תנור הסעה מכני	VWR international	1300U	למכשירי אפייה ליצירת לוחות PDMS מונוליטיים עם שתי שכבות.
צינורות ומחברים מיקרופלואידיים	Upchurch Scientific		1/16 x .020 צינורות PFA ואביזרים סופר ללא אוגן
PDMS	GE Healthcare	RTV 615 A& B
תא פלזמה	Harrick Scientific Products, Inc.	PDC-001
מתמר לחץ	פרופורציה אוויר	DQPV1
ספין ציפוי	מערכות ציפוי מיוחדות	G3P-8 מעיל
Photoresist	MicroChem Corp.	SU 8 2050
משאבת מזרק	מכשיר הרווארד	PHD 2000
	National Instruments	BNC 2110	לפלט אנלוגי לווסת לחץ וקריאה.
מקור אור קולימציה UV ומערכת חשיפה	OAI	דגם 30 מקור