Method Article

단일 입자 Microfluidic 기반 유체 트랩

DOI:

10.3791/2517

⸱

January 21st, 2011

 ,  , 
1Center for Biophysics and Computational Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 문서에서는, 우리는 유체 흐름에 따라 입자의 구속을위한 microfluidic 기반의 방법을 제시한다. 우리는이를 통합 microdevice에 임의의 입자의 감금 및 미세 조작을 가능하게, 피드백 제어 메커니즘을 사용하여 유체의 정체 지점에 안정적인 입자 트래핑을 보여줍니다.

Abstract

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무료 솔루션에서 단일 입자들을 가두고 조작하는 능력은 기초 및 응용 과학의 주요 사용 기술입니다. 광학, 자기 계면과 음향 기술을 기반으로 입자 트래핑을위한 방법은 분자에서 세포 수준에 이르기까지 물리학 및 생물학의 주요 발전을 주도했습니다. 이 문서에서는, 우리는 전적으로 유체 유체의 흐름에 따라 입자 트래핑 및 조작을위한 새로운 microfluidic 기반 기술을 소개합니다. 이 방법을 사용하여, 우리는 오랫동안 비늘을위한 수성 솔루션 마이크로 및 나노 스케일 입자의 트래핑 보여줍니다. 유체 트랩은 두 반대 층류 흐름은 따라서 유체 침체 포인트 (제로 속도 포인트)와 평면 extensional 흐름을 생성, 모이 교차 슬롯 채널 기하학과 통합 microfluidic 장치로 구성되어 있습니다. 이 장치에서는, 입자는 유체 정체 지점에 입자의 위치를​​ 유지하기 위해 유량 분야의 적극적인 제어에 의해 트랩 센터에 국한되어있다. 이러한 방식으로, 입자가 효과적으로 맞춤식 LabVIEW 코드로 구현 피드백 제어 알고리즘을 사용하여 무료로 솔루션에 갇혀있다. 제어 알고리즘은 입자 추적, 입자 중심 위치를 결정하고, 압력 조절기를 사용하여 온 칩 공압 밸브에 적용되는 압력을 조절하여 유체 흐름의 적극적인 조정에 의해 다음 microfluidic 장치에 입자에 대한 이미지 수집 구성되어 있습니다. 이런 방식으로, 온 칩 동적 미터링 밸브 기능함으로써 침체 지점 위치 및 입자 트래핑의 미세 규모의 제어를 가능하게, 아울렛 채널의 상대적인 흐름 속도를 조절합니다. microfluidic 기반 유체 입자 트랩은 트래핑을위한 방법으로 몇 가지 장점을 전시하고 있습니다. 유체 트래핑은 덫을 객체의 물리적 또는 화학적 성질에 대한 특정 요구 사항없이 임의의 입자 가능합니다. 또한, 유체 트래핑 대체 인력 분야 기반 트래핑 방법을 사용하여 어려운 농축이나 붐비는 입자 suspensions에서 "하나의"대상 개체의 감금 수 있습니다. 유체 함정 구현하는 사용자 친화적인, 간단하고 입자의 트래핑과 긴 시간 분석을 촉진하기 위하여 기존의 microfluidic 장치에 추가할 수 있습니다. 전체 유체 함정 감금, 미세 조작 및 표면 고정하지 않고 입자의 관찰을위한 새로운 플랫폼입니다 작은 입자의 자유 솔루션 트래핑에 잠재적으로 섭동의, 광학 자성, 전기 분야에 대한 필요가 없습니다.

Protocol

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유체 입자 트랩은 감금에 대한 두 계층 하이브리드 (polydimethylsiloxane (PDMS) / 유리) microfluidic 장치로 구성되어 있습니다. 단계 1-2 microfluidic 장치의 제조를 설명하고, 3-4 토론 장치 설계 및 운영 단계를 반복합니다.

1. SU - 8 몰드 제작 (비디오에 표시되지 않음)

  1. 아세톤과 이소 프로필 알코올 (IPA) 두 개의 실리콘 웨이퍼 (3 "직경) 닦으십시오.
  2. N 2 ° C 1 분에 대한 잔류 수분을 제거하는 65 열판 그들을 이곳 건조 웨이퍼.
  3. 유체 레이어 ~ 40 μm의 두께 금형을 만들 수 4,000 rpm으로 30 초에 대한 SU - 8 2050 포토 레지스트 (PR)와 코트 웨이퍼 # 1 스핀. 컨트롤 레이어 ~ 150 μm의 두께가 금형을 만들 수 1,500 rpm으로 30 초에 대한 홍보와 함께 코트 웨이퍼 # 2를 스핀.
  4. 소프트 베이킹 웨이퍼 65 # 1 ° 95에서 다음 3 분 및 ° 6 분 C에 대한 C. 65 소프트 베이킹 웨이퍼 # 2 ° C 95에서 다음 5 분 및 대한 ° C 20 분.
  5. 적절한 노출 강도 (~ 150 MJ / cm 2,

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Discussion

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유체 흐름에 따라 입자의 조작에 대한 현재 microfluidic 방식은 문의 - 기반 또는 비 접촉 방식으로 특징 수 있습니다. 비 - 연락 방법이 흐름이나 microeddies 10 순환에 의존하는 반면, 연락처 기반의 방법은, 물리적 경계 및 microfabricated 채널 벽면 구에 대한 입자를 고정하기 위해 유체 흐름을 사용합니다. 이 작품에서 우리는 유체 흐름의 단독 작업을 사용하여 자유 솔루션 입자 트래핑하는 방법을 제시. 유체 함정 microfluidic 교차 슬롯 장치에 유체 침체 지점에 작은 입자의 감금 및 조작이 가능합니다. 이 장치에서 자동 피드백 제어 메커니즘은 흐르는 유체의 정체 지점 위치의 미세 규모와 적극적인 조정에 의해 입자를 한정하는 데 사용됩니다.

어떤 유체의 입자 트랩 구속의 죄어져 있음 무엇이며 어떻게이 최적화할 수 있습니까? 입자의 위치를​​ 현지화 때 트랩 센터 입자를 confining의 정확성.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

Acknowledgements

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우리는 도움이 토론 어바나 - 샴페인 일리노이 대학에서 Kenis 그룹을 감사하고 넉넉한 청정실 시설의 사용을 제공합니다.

이 작품은 그랜트 번호 4R00HG004183 - 03 (찰스 M. 슈뢰더와 Melikhan Tanyeri)에서 독립 PI 수상에 NIH 패스에 의해 투자되었다.

이 작품은 에릭 M. 존슨 - Chavarria에 졸업 연구 활동을 통해 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에 의해 지원되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
21 게이지 무딘 바늘ZephyrtronicsZT-5-021-1-LPDMS의 포트 구멍 펀칭
용 3 ml 플라스틱 주사기BD Biosciences309585오일 충전 밸브
Si 웨이퍼University Wafer 3” P (100) 단면 광택 380 μ m 테스트 등급
커버 유리VWR 국제48404-42824 x 40 mm # 1.5
DAQ 카드National InstrumentsPCI 6229
형광 구슬Spherotech, Inc.FP-2056-22.2 μ m Nile red
Fluorinert 3MFC 40불소화 캐리어 오일
도립 현미경Olympus CorporationIX-71
LabVIEWNational Instruments버전 9.0f3 (32비트)
스테레오 현미경Leica MicrosystemsMZ6PDMS 제어 계층을 유체 층에 정렬합니다.
기계 대류 오븐VWR 국제1300U두 개의 레이어가 있는 모놀리식 PDMS 슬래브를 만드는 베이킹 장치용.
미세유체 튜빙 및 커넥터Upchurch Scientific1/16 x .020 PFA 튜빙 및 슈퍼 플랜지리스 피팅
PDMSGE HealthcareRTV 615 A& B
플라즈마 챔버Harrick Scientific Products, Inc.PDC-001
압력 변환기비례 공기DQPV1
스핀 코터특수 코팅 시스템G3P-8 스핀 코트
포토레지스트MicroChem Corp.SU 8 2050
주사기 펌프Harvard ApparatusPHD 2000 프로그래밍 가능한
단자 블록National InstrumentsBNC 2110압력 조절기에 대한 아날로그 출력 및 판독용.
UV 시준 광원 및 노출 시스템OAI모델 30 향상된 광원

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tanyeri, M., Johnson-Chavarria, E. M., Schroeder, C. M. Hydrodynamic Trap for Single Particles and Cells. Applied Physics Letters. 96, 224101-224101 (2010).
  2. 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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Hydrodynamic TrapMicrofluidic DeviceParticle TrappingCross Slot JunctionOn Chip ValveFeedback ControlFluid Flow RegulationParticle TrackingLabVIEW AlgorithmStagnation Point Flow

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