הפרוטוקול הנוכחי מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית פנאומטית שיכולה לשמש לריכוז יעיל של מיקרו-חלקיקים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית פנאומטית שיכולה לשמש לריכוז יעיל של מיקרו-חלקיקים.
המאמר הנוכחי מציג שיטה לייצור והפעלה של שסתום פנאומטי לבקרת ריכוז החלקיקים באמצעות פלטפורמה מיקרופלואידית. לפלטפורמה זו יש רשת תלת-ממדית (תלת-ממדית) עם תעלות נוזל מעוגלות ושלושה שסתומים פנאומטיים, היוצרים רשתות, תעלות וחללים באמצעות שכפול דו-ממדי עם פולידימתילסילוקסן (PDMS). המכשיר פועל על סמך התגובה הארעית של קצב זרימת נוזל הנשלט על ידי שסתום פנאומטי בסדר הבא: (1) טעינת דגימה, (2) חסימת דגימה, (3) ריכוז דגימה ו-(4) שחרור דגימה. החלקיקים נחסמים על ידי עיוות שכבת הסרעפת הדקה של צלחת המסננת (Vs) ומצטברים בתעלה המיקרופלואידית המעוקלת. נוזל העבודה משוחרר על ידי הפעלה של שני שסתומי הפעלה/כיבוי. כתוצאה מהפעולה, כל החלקיקים בעלי הגדלות השונות יורטו והתנתקו בהצלחה. כאשר טכנולוגיה זו מיושמת, לחץ ההפעלה, הזמן הנדרש לריכוז וקצב הריכוז עשויים להשתנות בהתאם למידות המכשיר ולהגדלה של גודל החלקיקים.
בשל החשיבות של ניתוח ביולוגי, טכנולוגיות מיקרופלואידיות וביו-רפואיות מיקרו-אלקטרומכניות (BioMEMS) 1,2 משמשות לפיתוח וחקר התקנים לטיהור ואיסוף של מיקרו-חומרים 2,3,4. לכידת חלקיקים מסווגת כאקטיבית או פסיבית. מלכודות פעילות שימשו עבור כוחות דיאלקטריים חיצוניים5, מגנטופורטיים6, שמיעתיים7,חזותיים 8 אותרמיים 9 הפועלים על חלקיקים עצמאיים, ומאפשרים שליטה מדויקת על תנועותיהם. עם זאת, נדרשת אינטראקציה בין החלקיק לכוח החיצוני; לפיכך, התפוקה נמוכה. במערכות מיקרופלואידיות, שליטה בקצב הזרימה חשובה מאוד מכיוון שהכוחות החיצוניים מועברים לחלקיקי המטרה.
באופן כללי, למכשירים מיקרופלואידיים פסיביים יש מיקרופילרים במיקרו-ערוצים10,11. חלקיקים מסוננים באמצעות אינטראקציה עם נוזל זורם, והתקנים אלה קלים לתכנון וזולים לייצור. עם זאת, הם גורמים לסתימת חלקיקים במיקרו-עמודים, ולכן פותחו התקנים מורכבים יותר כדי למנוע סתימת חלקיקים12. התקנים מיקרופלואידיים עם מבנים מורכבים מתאימים בדרך כלל לניהול מספר מוגבל של חלקיקים 13,14,15,16,17,18.
מאמר זה מתאר שיטה לייצור והפעלה של פלטפורמה מיקרופלואידית המונעת על ידי פנאומטית עבור ריכוזי חלקיקים גדולים המתגברת על החסרונות18 כאמור לעיל. פלטפורמה זו יכולה לחסום ולרכז חלקיקים על ידי דפורמציה והפעלה של שכבת הסרעפת הדקה של צלחת שסתום המסננת (Vs) המצטברת בתעלות מיקרופלואידיות מעוקלות. חלקיקים מצטברים בתעלות מיקרופלואידיות מעוקלות, והחלקיקים המרוכזים יכולים להיפרד על ידי פריקה של נוזל העבודה באמצעות הפעלה של שני אטמי PDMS על/כיבוי שסתומים18. שיטה זו מאפשרת לעבד מספר מוגבל של חלקיקים או לרכז מספר רב של חלקיקים קטנים. תנאי הפעלה כגון עוצמת קצב הזרימה ולחץ אוויר דחוס יכולים למנוע נזק לא רצוי לתאים ולהגביר את יעילות לכידת התאים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תכנון הפלטפורמה המיקרופלואידית לריכוז חלקיקים
2. ייצור הפלטפורמה המיקרופלואידית לריכוז החלקיקים
הערה: איור 6 ממחיש את הייצור של פלטפורמה מיקרופלואידית שמרכזת חלקיקים.
3. הגדרת המכשיר
הערה: איור 7 מראה ייצור של פלטפורמה מיקרופלואידית המרכזת חלקיקים.
4. הפעלת המכשיר
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 8 מציג את קצב הזרימה של קצבי הנוזלים עבור פעולת פלטפורמה בת ארבעה שלבים, כפי שצוין בטבלה 2. השלב הראשון הוא מצב הטעינה (מצב). הפלטפורמה סופקה לנוזל כאשר כל השסתומים פתוחים, ונוזל העבודה (Qf) והחלקיקים (Qp) כמעט זהים מכיוון שרשת התעלות המיקרופלואידיות מציגה סימטריה מבנית. בשלב השני (מצב b), אוויר דחוס הועבר ל-Vs כדי לחסום את החלקיקים, וכאשר הסרעפת Vs התעוותה, נתיב הזרימה הצטמצם, וקצב הזרימה שנמדד ביציאת היציאה הופחת על ידי התנגדות הידראולית. שיעורי הזרימה של Qf ו-Qp היו ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פלטפורמה זו מספקת דרך פשוטה לטהר ולרכז חלקיקים בגדלים שונים. חלקיקים נצברים ומשוחררים באמצעות בקרת שסתומים פנאומטיים, ולא נצפתה סתימה מכיוון שאין מבנה פסיבי. באמצעות מכשיר זה מוצג ריכוז החלקיקים בשלושה גדלים. עם זאת, לחץ ההפעלה, הזמן הנדרש לריכוז והקצב עשויים להשתנות בהתאם לממדי המכשיר, הגדלת גודל החלקיקים והלחץ ב- Vs 18,20,21.
בעת ביצוע שלב 3.1, בועות אוויר עשויות להישאר על המשטח המעוקל של הערוץ. כאש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (משרד המדע והתקשוב). (לא. NRF-2021R1A2C1011380).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ניקוב 1.5 מ"מ | פרודוקציה עצמית פרודוקציה | עצמית | ניקוב זה נעשה על ידי בקשת יצרן תבניות המבוסס על Miltex® ביופסיה פונץ' עם מוצר בוכנה (15110-15). |
| רקיק סיליקון 4 אינץ '/ תבנית SU-8 4science | 29-03573-01 | 4 אינץ' (100) פרוסת סיליקון Ptype / תבנית SU-8 | |
| חלקיק פוליסטירן קרבוקסיל מקושר (24.9 μ m) | Spherotech | CPX-200-10 | מדגם חרוז מרוכז 1 |
| מד זרימה | Sensirion | SLI-1000 | מדידת זרימה |
| מצלמה במהירות גבוהה | Photron | FASTCAM מיני | תצפית על ריכוז |
| פלטה חמה | כצלחת | HI-1000 | לריפוי נוזלי PDMS |
| מזרק KOVAX 10 מ"ל / מזרק | קוריאה חיסון | 22G-10 מ"ל | מלאו את התעלה המיקרופלואידית במים דה-מינרליים ללא בועות. |
| מעבדה קונונה מטפל / פלזמה אטמוספרית | אלקטרו-טכניק | BD-20AC | מליטה שבב / פלזמה אטמוספרית |
| נוזלית פולידימתילסילוקסן, PDMS | Dow Corning Inc. | סילגארד 184 | רכיבי מיקרוסקופ שבב |
| אולימפוס | IX-81 | תצפית על ריכוז | |
| צינורות הצצה | SAINT-GOBAIN PPL CORP. | AAD04103 | להזריק או לאסוף חלקיקים |
| פוליסטירן (4.16 μ m) | Spherotech | PP-40-10 | מדגם חרוז מרוכז3 |
| חלקיק פוליסטירן (8.49 μ m) | Spherotech | PP-100-10 | דגימת חרוז מרוכזת 2 |
| בקר לחץ/μ flucon | AMED | μ flucon | בקרת לחץ אוויר |
| ציפוי ספין | iNexus | ACE-200 | מפזר את הנוזל PDMS על תבנית SU-8 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.