Perle di separazione e celle a multi-canale dispositivi Microfluidic Utilizzando dielettroforesi e flusso laminare

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di manipolare celle e perline all'interno di dispositivi microfluidici utilizzando l'elettroforesi D o il DEP utilizzando circuiti stampati o PCB. Ciò si ottiene progettando e preparando prima gli elettrodi PCB e i canali microfluidici. La seconda fase della procedura consiste nel preparare l'assemblaggio microfluidico PCB e le soluzioni di perline e celle.

Il terzo passo della procedura consiste nel riempire i canali con mezzi a bassa conducibilità, quindi caricare le perle e le celle. La fase finale della procedura consiste nel collegare l'assemblaggio PCB con l'amplificatore di potenza e il generatore di funzioni, quindi avviare il DEP. In definitiva, è possibile ottenere risultati che mostrano la separazione e la manipolazione di celle e perline in dispositivi microfluidici attraverso l'uso del DEP.

In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà perché i principi del DEP devono essere compresi dall'utente al fine di sviluppare un elettrodo efficace che funzioni con un dispositivo microfluidico per la cella desiderata o la manipolazione delle perline. D'altra parte, l'utilizzo di PCB come elettrodi rende l'attuazione di celle e perline nei dispositivi microfluidici accessibile a una vasta gamma di discipline scientifiche. Il primo passo di questa procedura consiste nel progettare il circuito stampato o gli elettrodi PCB in modo che abbiano la geometria desiderata per generare un campo elettrico non uniforme.

Al termine del progetto, ordinare i chip di elettrodi PCB personalizzati tramite un impianto di fabbricazione commerciale. Dopo l'arrivo del PCB su misura, aprilo e ispezionalo per questa dimostrazione. Il PCB è lungo 8,4 centimetri e largo 2,1 centimetri.

Gli elettrodi metallici sono larghi cinque millimetri. In questo esempio, gli elettrodi hanno due lunghe strisce di metallo e due regioni trasversali lunghe 4,5 millimetri in cui gli elettrodi sono interdigitati. Queste regioni interdigitate generano un forte campo elettrico non uniforme per creare una connessione dallo stimolatore all'elettrodo PCB.

Posizionare un filo calibro 16 all'estremità dell'elettrodo. Utilizzare un saldatore caldo per tenere il filo in posizione sull'area metallica del PCB. Questo riscalda il filo.

Tenere la saldatura sul filo riscaldato e lasciare che una piccola quantità di saldatura fluisca nel filo. Dopo che il filo è stato riempito di saldatura, rimuovere il saldatore che tiene il filo in posizione mentre la saldatura si raffredda. Ripetere il processo di saldatura per l'altro collegamento elettrico sul PCB.

Il passo successivo consiste nel preparare i canali microfluidici con il modello di ramificazione desiderato. Utilizzando tecniche di microfabbricazione standard, crea uno stampo master per definire i canali utilizzando un wafer di silicio e un fotoresist SU otto. Questo stampo master ha un canale di ingresso e tre canali di destinazione.

La larghezza dei canali è di 100 micrometri e l'altezza dei canali è di 27 micrometri. Una volta creato lo stampo master, mescolare il polimetilLAANE o l'elastomero PDMS con un agente indurente con un rapporto in peso di 10 a uno per cinque minuti. Versare il PDMS liquido sullo stampo master SU eight prefabbricato e rimuovere le bolle d'aria esponendo il PDMS liquido a vuoto per tre minuti.

Ripetere il processo di vuoto, se necessario, per rimuovere completamente tutte le bolle. Se necessario, è possibile utilizzare un flusso di azoto gassoso per rimuovere le bolle in eccesso. Polimerizzare il PDMS in forno a 70 gradi Celsius per due ore.

Utilizzare una lama di rasoio per rimuovere il laboratorio P-D-M-S-S con i canali microfluidici dal wafer. Fare attenzione a non rompere il wafer con lo spazio del canale rivolto verso l'alto. Utilizzare un punzone per biopsia per praticare i fori per l'introduzione di fluidi e cellule nel dispositivo microfluidico. Tagliare.

Eventuali PDMS in eccesso. Ispezionare il dispositivo microfluidico per assicurarsi che sia privo di polvere e detriti. Utilizzare il nastro 3M Scotch Magic per pulire il PDMS.

Esporre i canali PDMS e un vetrino coprinte con numero zero pulito di spessore da 80 a 130 micrometri al gas plasma per 1,5 minuti. Rimuovere il laboratorio PDMS e il vetrino coprioggetto dal pulitore al plasma in una piastra di Petri, i canali microfluidici PDMS basati sul vetrino coprioggetti riscaldano il gruppo microfluidico del vetrino coprioggetto su una piastra calda impostata a 100 gradi Celsius per un minimo di 15 minuti. Il passaggio finale nella preparazione del dispositivo microfluidico consiste nel posizionare i canali PDMS e il vetrino coprioggetti sopra gli elettrodi del PCB.

Inizia mettendo circa 10 microlitri di olio minerale sul PCB. Per garantire un contatto stretto tra il PCB e il vetrino coprioggetti, posizionare il gruppo canale microfluidico del vetrino coprioggetto sul PCB oliato con il vetrino coprioggetti. A contatto con l'olio, premere delicatamente il gruppo microfluidico del vetrino coprioggetto verso il basso per garantire un buon contatto e ridurre al minimo le bolle d'aria che possono compromettere la visualizzazione della cella e del cordone.

Un altro passaggio importante consiste nel preparare la miscela di terreni a bassa conducibilità, 8,5% di saccarosio e 0,3% di glucosio in peso in volume in acqua deionizzata. Il dispositivo microfluidico è ora pronto per l'uso utilizzando una pipetta, riempire ogni canale microfluidico con 15-20 microlitri di terreno a bassa conducibilità, se necessario. Utilizzare l'aspirazione a vuoto per rimuovere eventuali bolle nei canali.

Il passo successivo consiste nell'introdurre le particelle di prova nel dispositivo microfluidico. Questa dimostrazione utilizza una sospensione di 550 perle di polistirene per microlitro di mezzo a bassa conducibilità, poiché le perle possono depositarsi nel tempo res, sospendendo le perle con agitazione. Quindi, utilizzando una pipetta, introdurre 200 microlitri di sospensione di perle di polistirene nel canale.

Il passo successivo consiste nel preparare gli elettrodi, collegare l'uscita di un generatore di funzioni all'ingresso di un amplificatore di potenza CA. Quindi collegare l'uscita dell'amplificatore ai fili degli elettrodi. Coprire tutti i cavi elettrici e le superfici dell'impianto con nastro isolante per proteggere gli utenti da una potenziale esposizione agli urti.

Impostare il generatore di funzioni in modo che produca un'uscita sinusoidale da uno a 1,5 megahertz. Avviare DEP per iniziare a ordinare le celle e le perline in questa configurazione. Il canale di aspirazione si trova a destra e i tre canali di destinazione si separano in corrispondenza della giunzione triforcata.

Gli elettrodi PCB corrispondono alle strisce nere senza flusso laminare e senza DEP. Le perle sono essenzialmente stazionarie all'inizio del DEP, ma senza flusso. Le perle migrano verso gli elettrodi del PCB e si allontanano dallo spazio tra gli elettrodi quando il flusso laminare è attivo.

Ma il DEP è spento: le perle che scorrono attraverso i canali di ingresso sono divise tra i tre canali target. Quando il DEP viene avviato e il flusso laminare è attivo, le perline vengono azionate per fluire solo nel canale centrale. Nei video successivi, il dispositivo microfluidico è stato ruotato sopra gli elettrodi del PCB con conseguente cambiamento nell'orientamento dei canali.

Per quanto riguarda gli elettrodi PCB. Il canale di ingresso, che in precedenza era perpendicolare agli elettrodi del PCB, è ora quasi parallelo agli elettrodi con il flusso laminare attivo. Ma il DEP delle perline entra ugualmente in tutti e tre i canali di destinazione.

Quando viene avviato il DEP, le perle si avvicinano al punto di triforcazione e la forza DEP tira le perline nel canale laterale sopra l'elettrodo. La prossima serie di figure nel video mostra una miscela di adenocarcinoma del colon umano o cellule HT 29 e perline fluorescenti nel dispositivo microfluidico. In questa immagine DIC, la freccia aperta identifica la direzione del flusso laminare e i canali sono delineati con linee tratteggiate.

Gli elettrodi metallici riflettenti possono essere visti come la striscia di sfondo chiaro, la microscopia DIC viene utilizzata per visualizzare le perle mentre si illuminano. Intensità della scala. Le immagini vengono utilizzate per rendere le celle più visibili.

Questa figura è la stessa immagine dell'altra figura, tranne per il fatto che viene mostrata come un'immagine di intensità della scala del bagliore, quindi deve visualizzare le celle e le perline. Gli elettrodi metallici riflettenti vengono visualizzati come strisce gialle e verdi in questa figura. Con il DEP, le perle escono dal canale destro come mostrato nell'immagine DIC, mentre le celle HT 29 escono dal canale centrale e sinistro come mostrato nell'immagine della scala del bagliore prima di iniziare il DEP, una soluzione mista di celle e perline scorre da un canale di ingresso ai tre canali target separati.

Dopo aver indotto il DEP, le perle e le celle vengono azionate selettivamente in canali separati. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come iniziare a implementare l'elettroforesi a quadrante per la manipolazione di cellule e perline all'interno di dispositivi microfluidici.