この記事では、流体力学的流れに基づいて粒子の閉じ込めのためのマイクロ流体ベースの手法を提案する。我々はそれによって統合されたマイクロデバイスの任意の粒子の閉じ込めとマイクロマニピュレーションを可能にする、フィードバック制御のメカニズムを使用して流体よどみ点での安定した粒子のトラッピングを示しています。
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この記事について
サマリー
要約
無料のソリューションで単一の粒子を閉じ込めると、操作する機能は、基本と応用科学のための鍵となる技術です。 、光磁気、電学、および音響技術に基づいて粒子捕獲のための方法は、分子から細胞レベルまでの物理学と生物学の大きな進歩につながっている。この記事では、我々は、単に流体力学流体の流れに基づいて、粒子の捕捉と操作のための新しいマイクロベースのテクニックを紹介します。この方法を使用して、我々は、長い時間スケールのための水溶液中でマイクロナノスケールの粒子の捕集を示しています。流体力学的トラップは、それによって流体よどみ点（ゼロ速度の点）と平面伸張流動を発生させる、二つの相反層流の流れが収束クロススロットのチャネル形状で統合されたマイクロ流体デバイスで構成されています。この装置では、粒子は流体のよどみ点での粒子の位置を維持するために流れ場のアクティブ制御によるトラップの中心に限定されています。このように、粒子が効果的にカスタムビルドのLabVIEWコードで実装されたフィードバック制御のアルゴリズムを使用して自由溶液中で閉じ込められている。制御アルゴリズムは、粒子追跡、粒子重心位置の決定、および圧力レギュレータを使用してオンチップの空気弁にかかる圧力を調節することによって流体の流れのアクティブな調整が続いてマイクロ流体デバイスにおける粒子、のための画像取得で構成されています。この方法では、オンチップの動的計量バルブ機能は、それによってよどみ点の位置と粒子のトラッピングの細かいスケールの制御を可能にする、コンセントのチャネルで相対的な流量を調節する。マイクロ流体ベースの流体力学のトラップは、粒子捕獲のための方法としていくつかの利点を示す。流体力学的トラップは、トラップされたオブジェクトの物理的または化学的特性上の特定の要件なしに、任意のパーティクルが可能です。さらに、流体力学的なトラッピングは、代替の力場ベースのトラッピング方法を使用して困難である濃縮若しくは混雑した粒子の懸濁液中の"単一の"ターゲットオブジェクト、の閉じ込めが可能になります。流体力学的トラップは、実装する簡単なユーザーフレンドリーであり、粒子のトラッピングと長い時間分析を容易にするために、既存のマイクロ流体デバイスに追加されることがあります。全体的に、流体力学的トラップは、表面固定化することなく閉じ込め、マイクロマニピュレーション、および粒子の観察のための新しいプラットフォームであり、小さな粒子の自由ソリューションのトラップで潜在的に摂動的、光学的、磁気的、電気フィールドが不要になります。
プロトコル
流体力学的トラップは、二層ハイブリッド（ポリジメチルシロキサン（PDMS）/ガラス）粒子閉じ込めのためのマイクロ流体デバイスで構成されています。 1-2は、マイクロ流体デバイスの作製を記述し、ステップ3-4デバイスの設計と操作について議論繰り返します。
1。 SU - 8モールド作製（ビデオには示されていません）
- アセトンとイソプロピルアルコール（IPA）を持つ2つのシリコンウェーハ（3"直径）を清掃してください。
- N 2と℃で1分間残留水分を除去するために65℃ホットプレート上に置くと、乾燥ウェーハ。
- 流体層のための〜40μmの厚さの金型を作成するために4000rpmで30秒間SU - 8 2050レジスト（PR）で被覆ウェハ＃1を回転させる。制御層のための〜150μmの厚さの金型を作成するために1500rpmで30秒間のPRで被覆ウェハ＃2を回転させる。
- ソフトベークウェハ65℃＃1 95℃、3分および℃で6分間のためのC。 65でソフトベークウエハ＃2℃95℃で5分間とするため℃で20分間。
- と適切な露光強度（〜150ミリジュール/ cm 2で 、〜260 mJの/ cm 2でそれぞれ）には、それぞれのマスク（：：ポートと流体チャネル、ウェハ＃2ポートと制御層ウエハ＃1）とUVにウェハを公開。
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ディスカッション
流体力学的流れに基づいてパーティクルを操作するための現在のマイクロ流体の方法は、接触型と非接触の方法として特徴づけることができる。非接触方式では循環流やmicroeddies 10日に依存するのに対し、接触型の方法は、物理的に閉じ込めると微細チャネル壁9に対して粒子を固定化するために流体の流れを使用してください。本研究では、我々は流体の流れの唯一のアクションを使用してフリーソリューションの粒子捕獲のための手法を提案する。流体力学的トラップは、マイクロ流体、クロススロットのデバイス内の流体のよどみ点での微小粒子の閉じ込めと操作が可能になります。この装置では、自動フィードバック制御機構は、流れる流体のよどみ点の位置の微規模とアクティブな調整により、粒子を閉じ込めるために使用されます。
粒子流体力学的トラップの方法と、これは最適化できるための閉じ込めの気密性とは何ですか？粒子の位置をローカライズする際にトラップの中心に粒子を閉じ込めるの精度は、重心測定の精度に依存します。堅牢な粒子のトラッピングを達成するために、ユーザが最適なトラッキングとロー.......
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開示事項
利害の衝突は宣言されません。
謝辞
我々は有用な議論のためのイリノイ大学アーバナシャンペーン校でKenisグループを感謝し、寛大にクリーンルーム施設の使用を提供する。
この作品は、グラント第4R00HG004183 - 03（チャールズM.シュレーダーとMelikhan Tanyeri）の下、独立PIの賞にNIHの経路によって賄われていた。
この作品は、エリックM.ジョンソン- Chavarriaに大学院研究フェローシップを通じて、全米科学財団によってサポートされていました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 21ゲージ鈍針 | Zephyrtronics | ZT-5-021-1-L | PDMSへのポート穴あけ用 |
| 3 ml プラスチック製シリンジ | BD Biosciences | 309585 | バルブへのオイル充填用 |
| Siウェーハ | University Wafer | 3” P(100) 片面研磨 380 μm テストグレード | |
| カバーガラス | VWR international | 48404-428 | 24 x 40 mm #1.5 |
| DAQカード | National Instruments | PCI 6229 | |
| 蛍光ビーズ | Spherotech, Inc. | FP-2056-2 | 2.2 μm Nile red |
| Fluorinert | 3M | FC 40 | フッ素系キャリアオイル |
| 倒立顕微鏡 | Olympus Corporation | IX-71 | |
| LabVIEW | National Instruments | Version 9.0f3 (32bit) | |
| 実体顕微鏡 | Leica Microsystems | MZ6 | PDMS制御層と流路層の合わせ用 |
| 強制対流式オーブン | VWR international | 1300U | デバイスの焼成による2層構造の一体型PDMSスラブ作成用 |
| マイクロ流路用チューブおよびコネクタ | Upchurch Scientific | 1/16 x .020 PFAチューブおよびスーパーフランジレスフィッティング | |
| PDMS | GE Healthcare | RTV 615 A&B | |
| プラズマチャンバー | Harrick Scientific Products, Inc. | PDC-001 | |
| 圧力トランスデューサ | Proportion Air | DQPV1 | |
| スピンコーター | Specialty Coating Systems | G3P-8 Spin Coat | |
| フォトレジスト | MicroChem Corp. | SU 8 2050 | |
| シリンジポンプ | Harvard Apparatus | PHD 2000 Programmable | |
| 端子台 | National Instruments | BNC 2110 | 圧力レギュレータへのアナログ出力および読み出し用 |
| UVコリメート光源および露光システム | OAI | Model 30 Enhanced Light Source |
参考文献
- Tanyeri, M., Johnson-Chavarria, E. M., Schroeder, C. M. Hydrodynamic Trap for Single Particles and Cells. Applied Physics Letters. 96, 224101-224101 (2010).
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a Single-Beam Gradient Force Optical Trap for Di....
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再版と許可
