In dit artikel presenteren we een microfluïdisch-gebaseerde methode voor deeltjesfysica opsluiting op basis van hydrodynamische stroming. Tonen we stabiel deeltje trapping in op een vloeiende stagnatie punt met behulp van een feedback control mechanisme, waardoor opsluiting en micromanipulatie van willekeurige deeltjes in een geïntegreerde microdevice.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een Microfluïdische-gebaseerde Hydrodynamische Trap voor Single Particles
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De mogelijkheid om te beperken en enkele deeltjes te manipuleren in gratis oplossing is een belangrijke enabling technology voor fundamenteel en toegepast wetenschap. Methoden voor het vangen van deeltjes op basis van optische, magnetische, elektrokinetische, en akoestische technieken hebben geleid tot grote vooruitgang in de natuurkunde en de biologie, variërend van het moleculaire tot cellulair niveau. In dit artikel introduceren we een nieuw microfluïdisch-gebaseerde techniek voor deeltjesfysica vangen en manipulatie uitsluitend op basis van hydrodynamische stroming. Met behulp van deze methode aan te tonen we vangen van micro-en nano-schaal deeltjes in waterige oplossingen voor lange tijdschalen. De hydrodynamische val bestaat uit een geïntegreerde microfluïdische apparaat met een cross-channel slot geometrie waar twee tegengestelde laminaire stromingen convergeren, waardoor het genereren van een vlakke extensionele stroom met een vloeistof stagnatie punt (zero-point velocity). In dit apparaat worden deeltjes opgesloten in de val centrum met actieve controle van de stroom veld om deeltjes positie te handhaven in de vloeistof stagnatie punt. Op deze manier worden deeltjes effectief gevangen in gratis oplossing om met een feedback control algoritme geïmplementeerd met een custom-built LabVIEW code. De controle algoritme bestaat uit beeld acquisitie voor een deeltje in de microfluïdische apparaat, gevolgd door de deeltjes volgen, bepaling van de deeltjes zwaartepunt positie, en actieve aanpassing van de vloeistofstroom door het reguleren van de druk die op een on-chip pneumatisch ventiel met behulp van een drukregelaar. Op deze manier, om de on-chip dynamische doseerventiel functies reguleren van de relatieve stroom tarieven in de uitlaatkanalen, waardoor fijne schaal de controle van stagnatie punt positie en deeltje trapping. De microfluïdische op basis van hydrodynamische trap vertoont een aantal voordelen als een methode voor het deeltje vangen. Hydrodynamische trapping is mogelijk voor elk willekeurig deeltje zonder specifieke eisen aan de fysische of chemische eigenschappen van de gevangen object. Daarnaast, hydrodynamische vangen maakt opsluiting van een "single" doelobject in geconcentreerde of overvolle deeltjessuspensies, die moeilijk met behulp van alternatieve krachtveld op basis van vangmethoden. De hydrodynamische val is gebruiksvriendelijk, eenvoudig te implementeren en kunnen worden toegevoegd aan de bestaande microfluïdische apparaten op het vangen en lange-time analyse van de deeltjes te vergemakkelijken. Over het geheel genomen de hydrodynamische val is een nieuw platform voor opsluiting, micromanipulatie, en observatie van deeltjes zonder oppervlakte immobilisatie en elimineert de noodzaak voor potentieel perturbatieve optische, magnetische en elektrische velden in de vrije-oplossing vangen van kleine deeltjes.
Protocol
De hydrodynamische val bestaat uit een twee-laags hybride (polydimethylsiloxaan (PDMS) / glas) microfluïdische apparaat voor deeltjesfysica opsluiting. Stappen 1-2 beschrijven fabricage van microfluïdische apparaten, en de stappen 3-4 te bespreken apparaat opzet en werkwijze.
1. SU-8 Mold Fabrication (niet in video)
- Schoon twee silicium wafers (3 "diameter) met aceton en isopropylalcohol (IPA).
- Droge wafels met N 2 en leg ze op een kookplaat bij 65 ° C gedurende 1 minuut om de resterende vocht te verwijderen.
- Spin coat wafer # 1 met SU-8 2050 fotolak (PR) gedurende 30 seconden bij 4000 rpm naar ee....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De huidige methoden voor het microfluïdische deeltjes manipulatie op basis van hydrodynamische stroming kan worden gekarakteriseerd als contact-of non-contact methodes. Contact-gebaseerde methoden te gebruiken stroming om fysiek te beperken en deeltjes te immobiliseren tegen microfabricated kanaal muren 9, terwijl de non-contact methode vertrouwen op circulerende stroom of microeddies 10. In dit werk, presenteren we een methode voor het free-oplossing deeltjes vangen met behulp van de enige actie v.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Geen belangenconflicten verklaard.
Dankbetuigingen
Wij danken de Kenis groep van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign voor nuttige discussies en royaal voorzien gebruik van de cleanroom-faciliteiten.
Dit werk werd gefinancierd door een NIH Pathway naar Independence PI Award, onder Grant No 4R00HG004183-03 (Charles M. Schröder en Melikhan Tanyeri).
Dit werk werd ondersteund door de National Science Foundation door middel van een Graduate Research Fellowship aan Eric M. Johnson-Chavarria.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| stompe naald van 21 gauge | Zephyrtronics | ZT-5-021-1-L | Voor het ponsen van poortgaten in PDMS |
| plastic spuit 3 ml | BD Biosciences | 309585 | Voor het vullen van de klep met olie |
| Si-wafers | University Wafer | 3” P(100) enkelzijdig gepolijst 380 μm testgrade | |
| Dekglas | VWR international | 48404-428 | 24 x 40 mm #1.5 |
| DAQ-kaart | National Instruments | PCI 6229 | |
| Fluorescerende beads | Spherotech, Inc. | FP-2056-2 | 2.2 μm Nile red |
| Fluorinert | 3M | FC 40 | Gefluoreerde draagolie |
| Omgekeerde microscoop | Olympus Corporation | IX-71 | |
| LabVIEW | National Instruments | Versie 9.0f3 (32bit) | |
| Stereomicroscoop | Leica Microsystems | MZ6 | Voor het uitlijnen van de PDMS-controllaag op de vloeistoflaag. |
| Mechanische convectieoven | VWR international | 1300U | Voor het bakken van apparaten om monolithische PDMS-platen met twee lagen te creëren. |
| Microfluïdische buisjes en connectoren | Upchurch Scientific | 1/16 x .020 PFA-buisjes en super flangeless fittingen | |
| PDMS | GE Healthcare | RTV 615 A&B | |
| Plasmakamer | Harrick Scientific Products, Inc. | PDC-001 | |
| Druktransducer | Proportion Air | DQPV1 | |
| Spincoater | Specialty Coating Systems | G3P-8 Spin Coat | |
| Fotolithografische resist | MicroChem Corp. | SU 8 2050 | |
| Spuitpomp | Harvard Apparatus | PHD 2000 Programmable | |
| Aansluitblok | National Instruments | BNC 2110 | Voor analoge output naar drukregelaar en uitlezing. |
| UV-gecollimeerde lichtbron en belichtingssysteem | OAI | Model 30 Enhanced Light Source |
Referenties
- 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....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
