Name: פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-01T14:15:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: למד לבנות פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים. שיטה זו מונעת סתימות ושומרת על חייות התאים בתהליך הריכוז.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי מענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (משרד המדע והתקשוב). (לא. NRF-2021R1A2C1011380).

1. תכנון הפלטפורמה המיקרופלואידית לריכוז חלקיקים
<ol><li>תכננו את הפלטפורמה המיקרופלואידית הפנאומטית המורכבת משסתום פנאומטי אחד לזרימת נוזלים ברשת הזרימה התלת-ממדית ושלושה שסתומים פנאומטיים עבור מסננת (Vs), נוזל (Vf) ותפעול שסתום חלקיקים (Vp) (איור 1). הערה: לעומת בלוקים מרכזים חלקיקים מהנוזל, ו-Vf ו-Vp מאפשרים לנוזל ולחלקיקים להשתחרר לאחר הריכוז. שלוש יציאות פנאומטיות מספקות אוויר דחוס משכבת האספקה הנוזלית/פנאומטית (הפתוחה בדרך כלל) ומשקע האור של השסתום הפנאומטי להפעלת השסתום. רשת הערוצים המיקרופלואידית מתוכננת עם תוכנית CAD18,19.</li>
	<li>תכננו את הערוץ כך שיהיה שכבת אספקה פנאומטית ושכבת רשת ערוץ תלת-ממדית (איור 2). הערה: רשת הנוזלים מחוברת לתעלות המעוקלות בחלק הקדמי ולתא המלבני באזור האחורי. Vs לחסום את הכניסה, וחלקיקים מצטברים באזור האיסוף של תעלת הנוזל המעוקלת. נוזלים נטולי חלקיקים (נוזלים נטולי חלקיקים) יוצאים דרך שקע ה-Qf והחלקיקים המרוכזים דרך שקע ה-Qp (איור 3).</li>
	<li>על פי התנאים לעיל, להכין ארבעה סוגים של תבניות SU-8. הערה: ארבע התבניות כוללות תבנית המאפשרת לשלוט בשסתום באמצעות פנאומטיקה, שתי תבניות היוצרות תעלות נוזל ותבנית נקייה ללא צורה (איור 4 וטבלה 1). ארבעת סוגי התבניות המוזכרות מיוצרים באמצעות תהליכי פוטוליטוגרפיה סטנדרטיים. ייצור תבנית זה מורכב מתבנית SU-8 על פרוסת סיליקון לפי דוחות שפורסמו בעבר18,19. איור 5 מתאר את שבב המכשיר.</li>
</ol>2. ייצור הפלטפורמה המיקרופלואידית לריכוז החלקיקים
הערה: איור 6 ממחיש את הייצור של פלטפורמה מיקרופלואידית שמרכזת חלקיקים.
<ol><li>שכפל את שכבת ה- PDMS באמצעות תבנית SU-8 של תעלת שסתום פנאומטית מוכנה (שלב 1.3) לשליטה פנאומטית בשסתום.<ol>
<li>יוצקים 10 מ"ל של PDMS נוזלי ו-1 מ"ל של חומר מרפא (ראו טבלת חומרים) לתבנית תעלת שסתומים פנאומטית מוכנה (שלב 1.3) והפעלת חום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.</li>
		<li>לאחר ריפוי מבני PDMS, הפרד את תבנית SU-8 של שלב 2.1.1.</li>
		<li>נקב שלוש יציאות פנאומטיות בקוטר 1.5 מ"מ (Vs, Vf ו-Vp) לתעלת השסתומים הפנאומטית המיוצרת בהתאם לשלב 2.1.2 באמצעות נקב של 1.5 מ"מ (ראו טבלת חומרים).</li>
		<li>יוצקים 10 מ"ל של PDMS נוזלי ו-1 מ"ל של חומר מרפא לתבנית SU-8 נקייה מוכנה שהוכנה בשלב 1.3 וציפוי ספין ב-1,500 סל"ד למשך 15 שניות באמצעות מעיל ספין (ראו טבלת חומרים). לאחר מכן הפעלת חום בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.</li>
		<li>לאחר ריפוי מבני PDMS, הפרד את תבנית SU-8 של שלב 2.1.4. הערה: שכבת הסרעפת של השסתום שולטת בזרימת הנוזלים בהתאם ללחץ הפנאומטי.</li>
		<li>לטפל בפלזמה אטמוספרית (ראה טבלת חומרים) במבני PDMS שהוכנו בשלבים 2.1.3 ו- 2.1.5 במשך 20 שניות.</li>
		<li>יישור מבני PDMS שטופלו ישירות בפלזמה משלב 2.1.6 בהתאם למבנה התעלה על ידי בדיקה באמצעות מיקרוסקופ.</li>
		<li>קשרו את מבני ה-PDMS המיושרים שהוכנו בשלב 2.1.7 על ידי חימום בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.</li>
		<li>נקב חור בקוטר 1.5 מ"מ בכניסת תעלת הנוזל (Qfp) ובשקעי תעלת הנוזל (Qf ו-Qp) בתוך חלק התעלה הפנאומטי שאליו נקשרת שכבת הסרעפת הדקה, באמצעות ניקוב של 1.5 מ"מ.</li>
	</ol></li>
	<li>שכפל את שני הצדדים של שכבת PDMS באמצעות שתי תבניות SU-8 כדי ליצור תעלה מיקרופלואידית. השתמש בתבנית תעלה מיקרופלואידית מעוקלת ומלבנית בחזית ובתבנית תעלת חיבור מיקרופלואידית מאחור.<ol>
<li>יוצקים 10 מ"ל של PDMS נוזלי ו-1 מ"ל של חומר מרפא לתבנית התעלה המיקרופלואידית המעוקלת והמלבנית וציפוי הספין ב-1,200 סל"ד למשך 15 שניות. לאחר מכן צרו תבניות לתא הנוזל המעוקל ולתעלות הנוזלים על ידי הפעלה תרמית בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות (איור 6A).</li>
		<li>הפרד את שכבת ה-PDMS שעליה נוצרת התעלה המיקרופלואידית, ולאחר מכן צור תבנית המופעלת באמצעות חום המכסה את דופן האוורור האטומה על-ידי היצמדות לוופל הזכוכית על-ידי טיפול בפלזמה אטמוספרית במשך 20 שניות (איור 6B).</li>
		<li>מוזגים 3 מ"ל של PDMS נוזלי לתעלת החיבור של תבנית SU-8 (איור 6C).</li>
		<li>סדרו את המבנה שיוצר בשלב 2.2.2 עם תבנית תעלת החיבור ב-PDMS נוזלי בתבנית תעלת החיבור המיקרופלואידית, ויבשו את המבנה העל-קרקעי ב-130 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות (איור 6D). הערה: בעת ריפוי המבנה האחורי, תבנית ה-PDMS שיוצרה בשלב 2.2.2 מנופחת על-ידי הלחץ התרמי של שכבת האוויר, ושכבת ה-PDMS המעוותת מופעלת תרמית (איור 6E)16.</li>
		<li>לאחר הריפוי, הסירו את תבנית ה-SU-8 הקדמית משכבת הרשת של התעלה המיקרופלואידית וקילפו בזהירות את תבנית ה-PDMS האחורית (איור 6F). הערה: שכבת הרשת הנוזלית התלת-ממדית מאפשרת יצירת תא נוזל מעוקל קדמי ותעלות מיקרופלואידיות.</li>
		<li>יוצקים 10 מ"ל של PDMS נוזלי ו-1 מ"ל של חומר ריפוי לתבנית SU-8 נקייה. לאחר מכן הפעלת חום בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.</li>
		<li>לאחר ריפוי מבני PDMS, הפרד את תבנית SU-8. הערה: שלב זה יוצר את שכבת האיטום הנוספת.</li>
		<li>טפלו בפלזמה האטמוספרית למבני PDMS שהוכנו בשלבים 2.2.3 ו-2.2.7 במשך 20 שניות.</li>
		<li>יישור מבני PDMS שטופלו ישירות בפלזמה בהתאם למבנה התעלה על ידי בדיקה עם מיקרוסקופ.</li>
		<li>קשרו את מבני ה-PDMS המיושרים על ידי חימום בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.</li>
	</ol></li>
	<li>יישרו את מבני ה-PDMS שהוכנו בשלבים 2.1 ו-2.2 בהתאם למבנה התעלה וקשרו אותם על ידי טיפול בפלזמה אטמוספרית במשך 20 שניות.</li>
</ol>3. הגדרת המכשיר
הערה: איור 7 מראה ייצור של פלטפורמה מיקרופלואידית המרכזת חלקיקים.
<ol><li>מלאו באופן ידני את התעלה המיקרופלואידית במים נטולי בועות ללא בועות באמצעות מזרק של 10 מ"ל.</li>
	<li>כדי לשלוט P_Qfp ובשלושת השסתומים הפנאומטיים (P_Vs, P_Vf P_Vp) השולטים בזרימת המיקרובד, הכנס בקר לחץ מדויק עם ארבעה ערוצי יציאה או יותר (ראו טבלת חומרים) עבור נוזל העבודה (Qfp) לפלטפורמה המיקרופלואידית. הערה: ניתן להחליף בקר לחץ מדויק עם ארבעה ערוצי יציאה בבקרי לחץ מדויקים מרובים. בניסוי זה, לחץ הפעולה של P_Qfp היה 10 kPa, P_Vs היה 15 kPa, ו-P_Vf ו-P_Vp היו שניהם 18 kPa (איור 8 וטבלה 2). איור 8 מראה את קצב זרימת הנוזלים העובדים לאורך זמן כאשר החלקיקים מרוכזים על ידי הפלטפורמה המיקרופלואידית עם P_Vs של 15 kPa, וטבלה 2 מציגה את תוצאות ההפעלה בהתאם לשסתומים הפנאומטיים.</li>
	<li>הכינו חלקיקי בדיקה של קרבוקסיל פוליסטירן בגדלים שונים במים מזוקקים (ראו טבלת חומרים). הערה: גדלי החלקיקים ששימשו בניסוי זה היו 24.9, 8.49 ו-4.16 מיקרומטר; ניתן להשתמש בחלקיקים בגדלים שונים בהתאם ללחץ של P_Vs.</li>
	<li>כדי לשלוט בקצב הזרימה של נוזל העבודה, מלאו בקבוק זכוכית חצי מלא במים (נוזל עבודה) וחברו את פקק בקבוק הזכוכית לתעלת היציאה של הבקר ולמיקרו-וואלה. הערה: חבר צינור אחד למיקרו-גלגל כדי לקבל אוויר דחוס מהבקר ומהצינור השני כדי להזריק מים.</li>
	<li>צפו בפעולת הפלטפורמה באמצעות מיקרוסקופ הפוך עבור כל פעולות הפלטפורמה ומדדו את קצב זרימת הפעולה לאורך זמן ביציאה על ידי מד זרימה נוזלי (ראו טבלת חומרים).</li>
</ol>4. הפעלת המכשיר
<ol><li>הזריקו את תערובת החלקיקים/נוזל בלחץ בכניסה (Qfp) עם Vp (איור 9A). הערה: זרימת החלקיקים והנוזל הנקי מהשקע דרך הערוצים המחוברים זה לזה נשלטים באמצעות Vp ו- Vf, בהתאמה (טבלה 2).</li>
	<li>הפעילו לחץ על Vs ב-15 kPa ו-Vp ב-18 kPa כדי להפעיל את השסתום. הערה: בשלב זה, הסרעפת מעוותת, החלקיקים של הנוזל Qfp חסומים במרחב המגע בין תעלת הנוזל המעוקלת לבין קנטילבר הנוזל המעוקל, והנוזל הלא רצוי Qfp משתחרר דרך ה-Qf הפתוח (איור 9B,C).</li>
	<li>כאשר החלקיקים מרוכזים, הפעילו לחץ רק על Vf. הערה: בשלב זה, כאשר הלחץ מופעל רק על Vf, החלקיקים הסתומים משתחררים דרך Qp (איור 9D).</li>
</ol>

<ol><li>Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+origins+and+the+future+of+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The origins and the future of microfluidics.</a> Nature. 442 (7107), 368-373 (2006).</li>
<li>Desitter, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+device+for+rapid+isolation+by+size+and+characterization+of+rare+circulating+tumor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Anticancer+Research%22%5BJournal%5D)">A new device for rapid isolation by size and characterization of rare circulating tumor cells.</a> Anticancer Research. 31 (2), 427-441 (2011).</li>
<li>Hayes, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circulating+tumor+cells+at+each+follow-up+time+point+during+therapy+of+metastatic+breast+cancer+patients+predict+progression-free+and+overall+survival%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Circulating tumor cells at each follow-up time point during therapy of metastatic breast cancer patients predict progression-free and overall survival.</a> Clinical Cancer Research. 12 (14), 4218-4224 (2016).</li>
<li>Choi, S., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+system+for+dielectrophoretic+separation+based+on+a+trapezoidal+electrode+array%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic system for dielectrophoretic separation based on a trapezoidal electrode array.</a> Lab on a Chip. 5 (10), 1161-1167 (2005).</li>
<li>Jung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Six-stage+cascade+paramagnetic+mode+magnetophoretic+separation+system+for+human+blood+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Six-stage cascade paramagnetic mode magnetophoretic separation system for human blood samples.</a> Biomedical Microdevices. 12 (4), 637-645 (2010).</li>
<li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+separation+of+circulating+tumor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Acoustic separation of circulating tumor cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (16), 4970-4975 (2015).</li>
<li>Lin, Y. H., Lee, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optically+induced+flow+cytometry+for+continuous+microparticle+counting+and+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Optically induced flow cytometry for continuous microparticle counting and sorting.</a> Biosensors and Bioelectronics. 24 (4), 572-578 (2008).</li>
<li>Gramotnev, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+tweezers+for+surface+manipulation+with+nanoscale+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Thermal tweezers for surface manipulation with nanoscale resolution.</a> Applied Physics Letters. 90 (5), 054108(2007).</li>
<li>Huang, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+particle+separation+through+deterministic+lateral+displacement%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Continuous particle separation through deterministic lateral displacement.</a> Science. 304 (5673), 987-990 (2004).</li>
<li>Yin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-stage+particle+separation+based+on+microstructure+filtration+and+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Multi-stage particle separation based on microstructure filtration and dielectrophoresis.</a> Micromachines. 10 (2), 103(2019).</li>
<li>Yoon, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clogging-free+microfluidics+for+continuous+size-based+separation+of+microparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Clogging-free microfluidics for continuous size-based separation of microparticles.</a> Scientific Reports. 6 (1), 1-8 (2016).</li>
<li>Alvankarian, J., Majlis, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+microfluidic+devices+for+hydrodynamic+fractionation+of+cells+and+beads%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Tunable microfluidic devices for hydrodynamic fractionation of cells and beads: a review.</a> Sensors. 15 (11), 29685-29701 (2015).</li>
<li>Irimia, D., Toner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+handling+using+microstructured+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Cell handling using microstructured membranes.</a> Lab on a Chip. 6 (3), 345-352 (2006).</li>
<li>Huang, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tunable+micro+filter+modulated+by+pneumatic+pressure+for+cell+separation%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">A tunable micro filter modulated by pneumatic pressure for cell separation.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 142 (1), 389-399 (2009).</li>
<li>Chang, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tunable+microfluidic-based+filter+modulated+by+pneumatic+pressure+for+separation+of+blood+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">A tunable microfluidic-based filter modulated by pneumatic pressure for separation of blood cells.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 12 (1-4), 85-94 (2012).</li>
<li>Oh, C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+pneumatic+valves+with+spherical+dome-shape+fluid+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Fabrication of pneumatic valves with spherical dome-shape fluid chambers.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 19 (5), 1091-1099 (2015).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+trapping+and+high-throughput+patterning+of+cells+using+pneumatic+microstructures+in+an+integrated+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Dynamic trapping and high-throughput patterning of cells using pneumatic microstructures in an integrated microfluidic device.</a> Lab on a Chip. 12 (9), 1702-1709 (2012).</li>
<li>Jang, J. H., Jeong, O. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+a+pneumatic+microparticle+concentrator%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Fabrication of a pneumatic microparticle concentrator.</a> Micromachines. 11 (1), 40(2020).</li>
<li>McDonald, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%28dimethylsiloxane%29+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic device.</a> Accounts of Chemical Research. 35 (7), 491-499 (2002).</li>
<li>Brivio, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+MALDI-chip+integrated+system+with+a+monitoring+window%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A MALDI-chip integrated system with a monitoring window.</a> Lab on a Chip. 5 (4), 378-381 (2005).</li>
<li>Jeong, O. C., Konishi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+self-generated+peristaltic+motion+of+cascaded+pneumatic+actuators+for+micro+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">The self-generated peristaltic motion of cascaded pneumatic actuators for micro pumps.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 18 (8), 085017(2008).</li>
<li>Taff, B. M., Voldman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scalable+addressable+positive+dielectrophoretic+cell-sorting+array%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A scalable addressable positive dielectrophoretic cell-sorting array.</a> Analytical Chemistry. 77 (24), 7976-7983 (2005).</li>
<li>Pamme, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-chip+free-flow+magnetophoresis%3A+Separation+and+detection+of+mixtures+of+magnetic+particles+in+continuous+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetism+and+Magnetic+Materials%22%5BJournal%5D)">On-chip free-flow magnetophoresis: Separation and detection of mixtures of magnetic particles in continuous flow.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 307 (2), 237-244 (2006).</li>
<li>Harris, N. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+a+micro-engineered+ultrasonic+particle+manipulator%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Performance of a micro-engineered ultrasonic particle manipulator.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 111, 481-486 (2005).</li>
<li>Yoon, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clogging-free+microfluidics+for+continuous+size-based+separation+of+microparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Clogging-free microfluidics for continuous size-based separation of microparticles.</a> Scientific Reports. 6 (1), 1-18 (2016).</li>
<li>Beattie, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clog-free+cell+filtration+using+resettable+cell+traps%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Clog-free cell filtration using resettable cell traps.</a> Lab on a Chip. 14 (15), 2657-2665 (2014).</li>
<li>Cheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bubble-+and+clogging-free+microfluidic+particle+separation+platform+with+multi-filtration%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A bubble- and clogging-free microfluidic particle separation platform with multi-filtration.</a> Lab on a Chip. 16 (23), 4517-4526 (2016).</li>
</ol>

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>ניקוב 1.5 מ"מ</td><td>פרודוקציה עצמית פרודוקציה</td><td>עצמית</td><td>ניקוב זה נעשה על ידי בקשת יצרן תבניות המבוסס על Miltex&reg; ביופסיה פונץ' עם מוצר בוכנה (15110-15).</td></tr><tr><td>רקיק סיליקון 4 אינץ '/ תבנית SU-8 4science</td><td></td><td>29-03573-01</td><td>4 אינץ' (100) פרוסת סיליקון Ptype / תבנית SU-8</td></tr><tr><td>חלקיק פוליסטירן קרבוקסיל מקושר (24.9 &mu; m)</td> <td>Spherotech</td><td>CPX-200-10</td><td>מדגם חרוז מרוכז 1</td></tr><tr><td>מד זרימה</td><td>Sensirion</td><td>SLI-1000</td><td>מדידת זרימה</td></tr><tr><td>מצלמה במהירות גבוהה</td><td>Photron</td><td>FASTCAM מיני</td><td>תצפית על ריכוז</td></tr><tr><td>פלטה חמה</td><td>כצלחת</td> חימום <td>HI-1000</td> אחת <td>לריפוי נוזלי PDMS</td></tr><tr><td>מזרק KOVAX 10 מ"ל / מזרק</td><td>קוריאה חיסון</td><td>22G-10 מ"ל</td><td>מלאו את התעלה המיקרופלואידית במים דה-מינרליים ללא בועות.</td></tr><tr><td>מעבדה קונונה מטפל / פלזמה אטמוספרית</td><td>אלקטרו-טכניק</td><td>BD-20AC</td><td>מליטה שבב / פלזמה אטמוספרית</td></tr><tr><td>נוזלית פולידימתילסילוקסן, PDMS</td><td>Dow Corning Inc.</td><td>סילגארד 184</td><td>רכיבי מיקרוסקופ שבב</td></tr><tr><td></td><td>אולימפוס</td><td>IX-81</td><td>תצפית על ריכוז</td></tr><tr><td>צינורות הצצה</td><td>SAINT-GOBAIN PPL CORP.</td><td>AAD04103</td><td>להזריק או לאסוף חלקיקים</td></tr> חלקיקי <tr><td>פוליסטירן (4.16 &mu; m)</td> <td>Spherotech</td><td>PP-40-10</td><td>מדגם חרוז מרוכז3</td></tr><tr><td>חלקיק פוליסטירן (8.49 &mu; m)</td> <td>Spherotech</td><td>PP-100-10</td><td>דגימת חרוז מרוכזת 2</td></tr><tr><td>בקר לחץ/&mu; flucon</td><td>AMED</td><td>&mu; flucon</td><td>בקרת לחץ אוויר</td></tr><tr><td>ציפוי ספין</td><td>iNexus</td><td>ACE-200</td><td>מפזר את הנוזל PDMS על תבנית SU-8</td></tr></tbody></table>

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

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.

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 ...

הפרוטוקול הנוכחי מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית פנאומטית שיכולה לשמש לריכוז יעיל של מיקרו-חלקיקים.

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...

פרוטוקול זה מתאר את השיטה שלנו לייצר ולפעול על פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית עבור ריכוזים מרובי חלקיקים המתגברת על חסרונות כגון סתימת חלקיקים ומבנים מורכבים. שיטה זו מאפשרת לעבד מספר בלתי מוגבל של חלקיקים, להתרכז במספר רב של חלקיקים קטנים ולמנוע נזק לא רצוי לתאים, ומגבירה את יעילות האנטרופיה. בשל חשיבות האנליזה הביולוגית, טכנולוגיות מערכות מכניות מיקרופלואידיות וביו-רפואיות של מיקרו-אלקטרו משמשות לפיתוח וחקר התקנים לטיהור ואיסוף של מיקרו-חומרים.כדי להתחיל, השתמש בתבנית SU8 של תעלת שסתום פנאומטית שהוכנה מראש כדי לשכפל את שכבת ה- PDMS לשליטה פנאומטית בשסתום. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר מרפא לתבנית תעלת שסתום פנאומטית מוכנה, והחום מופעל ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. לאחר ריפוי מבני PDMS, הפרד את תבנית SU8.אגרוף שלוש יציאות פנאומטיות של 1.5 מילימטר לתעלת המסתם הפנאומטית באמצעות נקב של 1.5 מילימטר. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר ריפוי לתבנית SU8 נקייה. סובבו את המעיל במשך 15 שניות ב-1500 סיבובים לדקה באמצעות מעיל ספין, ואז הפעילו את החום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.הפרד את תבנית SU8 לאחר ריפוי מבני PDMS. טפל במבנה PDMS עם פלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות. באמצעות מיקרוסקופ, יישרו את מבני ה-PDMS שטופלו בפלזמה בהתאם למבנה התעלה.קשרו את מבני ה-PDMS המיושרים על ידי חימום שלהם ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. באמצעות נקב של 1.5 מילימטר, צור חור בקוטר 1.5 מילימטר בפתח תעלת הנוזלים ושקעים בתוך חלק התעלה הפנאומטית המחוברים לשכבת הסרעפת הדקה. שכפל את שני הצדדים של שכבת PDMS באמצעות שתי תבניות SU8 כדי ליצור תעלה מיקרופלואידית.השתמש בתבנית תעלה מיקרופלואידית מעוקלת ומלבנית בחזית, ובתבנית תעלת חיבור מיקרופלואידית מאחור. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר מרפא לתבנית התעלה המיקרופלואידית המעוקלת והמלבנית, ומצפים אותה ב-1200 סיבובים לדקה למשך 15 שניות, ואז יוצרים תבניות לתא הנוזל המעוקל ולתעלות הנוזל על ידי הפעלת חום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. הפרד את שכבת ה- PDMS שעליה נוצרת הערוץ המיקרופלואידי.לאחר מכן טפלו בו עם פלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות כדי ליצור תבנית המופעלת על ידי חום המכסה את דופן האוורור האטומה על ידי היצמדות לוופל הזכוכית. יוצקים שלושה מיליליטרים של PDMS נוזלי לערוץ הקישוריות של תבנית SU8. סדר את המבנה, המיוצר עם תבנית תעלת החיבור, ב- PDMS נוזלי בתבנית ערוץ החיבור המיקרופלואידית.לאחר מכן יבשו את המבנה העל-קרקעי ב-130 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. לאחר הריפוי, הסר את תבנית ה- SU8 הקדמית משכבת הרשת של התעלה המיקרופלואידית וקלף בזהירות את תבנית ה- PDMS האחורית. יוצקים 10 מיליליטרים של PDMS נוזלי ומיליליטר אחד של חומר מרפא לתבנית SU8 נקייה וחום מפעילים אותו ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.הפרד את תבנית SU8 לאחר ריפוי מבני PDMS. טפלו בתבניות תעלות החיבור המיקרופלואידיות של PDMS באמצעות פלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות. באמצעות מיקרוסקופ, יישרו את מבני ה-PDMS שטופלו בפלזמה בהתאם למבנה התעלה.קשרו את מבני ה-PDMS המיושרים על ידי חימום ב-90 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. יישרו את מבני ה-PDMS שהוכנו בתהליך זה בהתאם למבנה התעלה וקשרו אותם על ידי טיפול בפלזמה אטמוספרית למשך 20 שניות. באמצעות מזרק 10 מיליליטר, מלאו את התעלה המיקרופלואידית במים נטולי בועות שעברו דה-מינרליזציה.כדי לשלוט בלחץ של נוזל העבודה ובשלושת השסתומים הפנאומטיים השולטים בזרימת המיקרובד, הכנס בקר לחץ מדויק עם ארבע תעלות מוצא או יותר לנוזל העבודה לתוך הפלטפורמה המיקרופלואידית. הכן חלקיקי בדיקה של קרבוקסיל פוליסטירן בגדלים שונים במים מזוקקים. כדי לשלוט בקצב הזרימה של נוזל העבודה, מלאו חצי בקבוק זכוכית במים וחברו את פקק בקבוק הזכוכית לתעלת היציאה של הבקר ולמיקרו-וואלה.באמצעות מיקרוסקופ הפוך, צפו בכל פעולות הפלטפורמה ומדדו את קצב זרימת ההפעלה לאורך זמן בשקע על ידי מד זרימה נוזלי. להזריק את תערובת החלקיקים או הנוזלים בלחץ בכניסה עם שסתום החלקיקים. הפעילו לחץ על שסתום CIV ב-15 קילופסקלים, ושסתום חלקיקים ב-18 קילופסקלים כדי להפעיל את השסתום.כאשר החלקיקים מרוכזים, הפעילו לחץ רק על שסתום הנוזל. קצב הזרימה של הנוזלים חולק לפעולת פלטפורמה בת ארבעה שלבים. השלב הראשון היה מצב הטעינה.נוזל העבודה והחלקיקים היו כמעט זהים מכיוון שרשת התעלות המיקרופלואידיות הפגינה סימטריה מבנית. השלב השני היה מצב החסימה. נתיב הזרימה הצטמצם, וקצב הזרימה שנמדד ביציאת היציאה הופחת על ידי התנגדות הידראולית.השלב השלישי היה מצב הריכוז. ה-QP שנמדד היה קרוב לאפס, וה-QF היה בערך פי 1.42 מזה של מצב החסימה. השלב האחרון היה מצב השחרור.קצבי הזרימה והריכוז שהתקבלו הוכיחו כי ההפעלה הרציפה המתוכנתת עם השסתום הפנאומטי פועלת היטב עקב שינויי זרימה. החלקיקים רוכזו והצטברו באזור האיסוף כאשר שסתום CIV ושסתום החלקיקים נסגרו, וכל החלקיקים שנאספו, המרוכזים, שוחררו תוך ארבע שניות כאשר רק שסתום הנוזלים היה סגור. חלק חיוני בהליך זה הוא ריפוי המבנה האחורי שבו מושתלת שכבת ה-PDMS על ידי הלחץ הרב יותר של שכבת האוויר.ושכבת הסרט המעוותת מופעלת לפתע. פלטפורמה זו יכולה לשמש לטיפול מקדים אוטומטי של ביו-חלקיקים מרוכזים מאוד וישרים ותלויים, מכיוון שהפעולה אינה מושפעת מתכונות החלקיקים הפיזיקליים.

pneumatically-driven-microfluidic-platform-for-micro-particle

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

מערכת microfluidic הרומן פותחה באמצעות תופעת שאיבה פסיבית נוזל מבוקר המשתמש מערכת המסירה. מערכת זו microfluidic יש פוטנציאל לשמש במגוון רחב של יישומים ביולוגיים נתון, עלות נמוכה שלה וקלות השימוש, דיוק נפחי, מהירות גבוהה, הדירות ואוטומציה.

מהירות גבוהה Droplet מבוססי משלוח מערכת פסיבי שאיבה מכשירים microfluidic

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.

Microfluidic מבוססי הידרודינמית מלכודת חלקיקים יחיד

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

פרוטוקול זה מתאר ארכיטקטורת מערכת לביצוע הפרדות חלקיקים אוטומטיות בנפח קטן (0.15-1.5 מ"ל) באמצעות מכשיר מיקרופלואידי, ודן בשיטות לייעול הביצועים והתפעול של מכשיר אקוסטופלואידי.

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

כאן, אנו מדגימים שיטת ייצור פשוטה עבור מיקרו-טיפות מים בשמן (W/O) הניתנות לשליטה בגודל, חד-פיזוריות, באמצעות מכשיר מיקרופלואידיקה צנטריפוגלי מבוסס נימים. שיטה זו דורשת נפח דגימה קטן בלבד ומאפשרת ייצור בתפוקה גבוהה. אנו מצפים ששיטה זו תהיה שימושית לניתוחים ביוכימיים ותאים מהירים.

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

אנו מציעים טכניקת הרכבה עצמית פשוטה של ננו-חלקיקים קולואידיים של סיליקה כדי ליצור צומת ננו-פלואידית בין שני מיקרו-ערוצים בפולידימתילסילוקסן (PDMS). באמצעות טכניקה זו, קרום חרוז ננו-נקבובי בגודל נקבוביות של עד ~45 ננומטר נבנה בתוך מיקרו-ערוץ והוחל על ריכוז מוקדם אלקטרוקינטי של דגימות DNA.

יצירת צומת תת-50 ננומטר ננו-נוזלי ב PDMS Microfluidic שבב באמצעות תהליך ההרכבה העצמית של חלקיקים קולואיד

מערכות התגובה מעבדה-ב--שחרור מאפשרים יישום רב תכליתי של תגובות מורכבות בקנה מידה microfluidic. פלטפורמה הופעה אוטומטית של מטריצה 3 x 3 של סלילים אלקטרומגנטיים פותחה נהגה בהצלחה מיזוג שני 10 µL microreactors, ובכך ליזום לתגובה אנזימטי של הקופה נוזלי המתקבל.

טיפות מימית משמש Microreactors אנזימטיות, הופעה אלקטרומגנטית שלהם

אנו מדגימים פלטפורמת microfluidic עם רשת האלקטרודה משטח משולבת המשלב חישת דופק התנגדות (RPS) עם הגישה מרובה חלוקת קוד (CDMA), לבצע ריבוב איתור אומדת חלקיקי ערוצי microfluidic מרובים.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

תהליך הייצור של מכשיר מבוסס PDMS, רב שכבתי, microfluidic המאפשר שעתוק ותרגום מבחנה (IVTT) התגובות להתבצע על פני תקופות ממושכות מתוארת. יתרה מזאת, סקירה מקיפה של החומרה והתוכנה הדרושה להפיכת תגובות אלה לאוטומטיות ולשמירה על המשך ממושך מסופקת.

פלטפורמת מיקרופלואידיג רב שכבתית לצורך הובלה של ביטוי גנים ממושך ללא תא

הייצור של התקן דו-שכבתי מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לייצור ספריות קומבינטוריות בתחליבים של מים בשמן (תקעים) מוצג כאן. החומרה והתוכנה הדרושים לאוטומציה של ייצור תקעים מפורטים בפרוטוקול, ומודגם גם ייצור ספרייה כמותית של תקעים פלואורסצנטיים.

התקן מיקרופלואידי דו-שכבתי לייצור תקע קומבינטורי

פרוטוקול זה מציג מערכת מיקרופלואידית לחקר השקיעה המיקרוביאלית של מינרלי תחמוצת מנגן. היווצרות ביומינרלים נמדדת במקום באמצעות מיקרוסקופיה אופטית וניתוח תמונות. גישה זו ניתנת להתאמה לחקר השקיעות של מינרלים ביוגניים צבעוניים אחרים בסביבות נקבוביות.

פלטפורמה מיקרופלואידית לחקר משקעים מיקרוביאליים של תחמוצות מתכת במדיה נקבובית

למד לבנות פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים. שיטה זו מונעת סתימות ושומרת על חייות התאים בתהליך הריכוז.

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

גלה סרטונים נוספים