Un Microfluidic basato Trappola idrodinamico per particelle singole

Summary

In questo articolo presentiamo una microfluidica metodo basato per il confinamento delle particelle sulla base del flusso idrodinamico. Dimostriamo cattura stabile di particelle in un punto di ristagno del fluido utilizzando un meccanismo di controllo del feedback, consentendo in tal modo confinamento e micromanipolazione di particelle arbitrari in un microdispositivo integrato.

Abstract

La capacità di limitare e manipolare singole particelle in soluzione gratuita è una tecnologia abilitante fondamentale per la scienza di base e applicata. Metodi per la cattura di particelle basati su tecniche ottiche, magnetiche, elettrocinetico e acustico hanno portato a grandi progressi nel campo della fisica e della biologia molecolare che vanno dalla a livello cellulare. In questo articolo introduciamo un nuovo microfluidica a base tecnica per la cattura e la manipolazione di particelle basato esclusivamente sul flusso del fluido idrodinamica. Utilizzando questo metodo, dimostriamo cattura di particelle micro-e nano-scala in soluzioni acquose per tempi lunghi. La trappola idrodinamica è costituita da un dispositivo integrato microfluidica con un cross-slot geometria del canale in cui due flussi laminari opposti convergono, generando così un flusso planare estensionale con un punto di ristagno del fluido (zero-velocità di punto). In questo dispositivo, le particelle sono confinate al centro trappola per il controllo attivo del campo di moto per mantenere la posizione delle particelle al punto di ristagno di liquidi. In questo modo, le particelle sono effettivamente intrappolate in soluzione libera utilizzando un algoritmo di controllo di feedback implementato con un custom-built codice LabVIEW. L'algoritmo di controllo è costituito da acquisizione di immagini per una particella nel dispositivo a microfluidi, seguita da monitoraggio delle particelle, la determinazione della posizione delle particelle baricentro, e la regolazione attiva del flusso del fluido, regolando la pressione applicata ad un on-chip valvola pneumatica con un regolatore di pressione. In questo modo, l'on-chip le funzioni dinamiche valvola dosatrice per regolare le portate relativa nei canali di uscita, consentendo così a scala fine il controllo della posizione del punto di stagnazione e di cattura delle particelle. La microfluidica a base di trappola idrodinamica mostra diversi vantaggi come metodo per la cattura delle particelle. Cattura idrodinamica è possibile per ogni particella arbitrario senza requisiti specifici sulle proprietà fisiche o chimiche dell'oggetto intrappolati. Inoltre, intrappolando idrodinamico permette il confinamento di un oggetto "unico" obiettivo di particelle in sospensione concentrata o affollati, che è difficile usare la forza alternativa di campo basati su metodi di cattura. La trappola idrodinamica è user-friendly, semplice da implementare e può essere aggiunto agli attuali dispositivi microfluidici di agevolare l'analisi cattura e di lunga data di particelle. Nel complesso, la trappola idrodinamica è una nuova piattaforma per confinamento, micromanipolazione, e l'osservazione di particelle senza immobilizzazione superficiale ed elimina la necessità per i campi ottici, magnetici ed elettrici potenzialmente perturbativi nella libera soluzione cattura di particelle di piccole dimensioni.

Protocol

La trappola idrodinamica è costituito da un doppio strato ibrido (polidimetilsilossano (PDMS) / vetro) dispositivo a microfluidi per il confinamento delle particelle. Passi 1-2 descrivere fabbricazione di dispositivi microfluidica, e Piazza di 3-4 progettazione di dispositivi discutere e il funzionamento.

1. SU-8 di fabbricazione di stampi (non mostrato in video)

1. Pulire due wafer di silicio (3 "di diametro) con acetone e alcool isopropilico (IPA).
2. Wafer a secco con N ₂ e metterli su una piastra a 65 ° C per 1 min per rimuovere l'umidità residua.
3. Spin wafer cappotto # 1 con SU-8 2050 photoresist (P....

Discussion

Gli attuali metodi di microfluidica per la manipolazione di particelle sulla base del flusso idrodinamico può essere caratterizzato come i metodi di contatto-based o senza contatto. Contatta metodi basati utilizzare il flusso del fluido per confinare fisicamente e immobilizzare particelle contro le pareti del canale microfabbricazione ^9, mentre i non-contatto metodi si basano sulla circolazione del flusso o microeddies ^10. In questo lavoro, presentiamo un metodo per la soluzione di free-cattura di .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ago smussato calibro 21	Zephyrtronics	ZT-5-021-1-L	Per la punzonatura di fori per porte in PDMS
Siringa di plastica da 3 ml	BD Biosciences	309585	Per il riempimento della valvola con wafer di olio
Si	Wafer		3” P(100) su un lato lucido 380 μ m grado di prova
Vetro di copertura	VWR international	48404-428	24 x 40 mm #1.5
Scheda DAQ	National Instruments	PCI 6229
Perline fluorescenti	Spherotech, Inc.	FP-2056-2	2.2 μ m Rosso del Nilo
Fluorinert	3M	FC 40	Olio vettore fluorurato
Microscopio invertito	Olympus Corporation	IX-71
LabVIEW	National Instruments	Versione 9.0f3 (32bit)
Stereomicroscopio	Leica Microsystems	MZ6	Per l'allineamento dello strato di controllo PDMS allo strato fluidico.
Forno a Convezione Meccanica	VWR international	1300U	Per dispositivi di cottura per la creazione di lastre PDMS monolitiche a due strati.
Tubi e connettori microfluidici	Upchurch Scientific		1/16 x .020 Tubi PFA e raccordi super flangeless
PDMS	GE Healthcare	RTV 615 A& Camera
	Harrick Scientific Products, Inc.	PDC-001
Trasduttore di pressione	Proporzione aria	DQPV1
Spin Coater	Sistemi di rivestimento speciali	G3P-8 Spin Coat
Photoresist	MicroChem Corp.	SU 8 2050
Pompa a siringa	Harvard Apparecchio	PHD 2000 Morsettiera programmabile
	National Instruments	BNC 2110	Per uscita analogica al regolatore di pressione e lettura.
Sorgente luminosa collimata UV e sistema di esposizione	OAI	Modello 30 Sorgente