Name: Pneumatycznie napędzana platforma mikroprzepływowa do zagęszczania mikrocząstek (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-01T14:15:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Poznaj metodę koncentracji mikrocząstek na pneumatycznej platformie mikroprzepływowej, która eliminuje zatykanie i uszkodzenia komórek. Technika PDMS zwiększa wydajność entropii w analizach biologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez grant Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF) finansowany przez rząd Korei (Ministerstwo Nauki i ICT). (Nie. NRF-2021R1A2C1011380).

1. Projektowanie platformy mikroprzepływowej do koncentracji cząstek
<ol>
	<li>Zaprojektuj pneumatyczną platformę mikroprzepływową składającą się z jednego zaworu pneumatycznego do przepływu płynu w sieci przepływu 3D i trzech zaworów pneumatycznych do obsługi zaworu sitowego (Vs), płynu (Vf) i zaworu cząstek (Vp) (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). 
	UWAGA: Vs blokuje skoncentrowane cząstki z cieczy, a Vf i Vp umożliwiają uwolnienie płynu i cząstek po stężeniu. Trzy porty pneumatyczne dostarczają sprężone powietrze z warstwy zasilającej płyn/pneumatykę (normalnie otwartą) i wylotu światła zaworu pneumatycznego w celu uruchomienia zaworu. Sieć kanałów mikroprzepływowych została zaprojektowana za pomocą programu CAD18,19.</li>
	<li>Zaprojektuj kanał tak, aby był warstwą zasilania pneumatycznego i warstwą sieci kanałów 3D (<silna klasa="xfig">Rysunek 2). 
	UWAGA: Sieć płynów jest połączona z zakrzywionymi kanałami w przedniej części i prostokątną komorą w tylnej części. Vs blokują wlot, a cząstki gromadzą się w obszarze zbierania zakrzywionego kanału płynu. Płyny wolne od cząstek (ciecze wolne od cząstek) są wypuszczane przez wylot Qf, a skoncentrowane cząstki przez wylot Qp (<klasa silna = "xfig">Rysunek 3).</li>
	<li>Zgodnie z powyższymi warunkami przygotuj cztery rodzaje form SU-8. 
	UWAGA: Cztery formy obejmują formę, która umożliwia sterowanie zaworem za pomocą pneumatyki, dwie formy, które tworzą kanały płynu, oraz czystą formę bez kształtu (<silna klasa = "xfig">Rysunek 4 i Tabela 1). Cztery wymienione rodzaje form są wytwarzane przy użyciu standardowych procesów fotolitografii. Ta produkcja form składa się z formy SU-8 na płytce krzemowej, zgodnie z wcześniej opublikowanymi raportami18,19. Rysunek 5 przedstawia układ urządzenia.</li>
</ol>
2. Wykonanie platformy mikroprzepływowej do koncentracji cząstek
UWAGA: Rysunek 6 ilustruje produkcję platformy mikroprzepływowej, która koncentruje cząstki.
<ol>
	<li>Odtworzyć warstwę PDMS za pomocą przygotowanej formy pneumatycznego kanału zaworu SU-8 (krok 1.3) do pneumatycznego sterowania zaworem.
	<ol>
		<li>Wlać 10 ml płynnego PDMS i 1 ml utwardzacza (patrz Tabela materiałów) do przygotowanej formy kanału zaworu pneumatycznego (krok 1.3) i aktywować termicznie w temperaturze 90 °C przez 30 minut.</li>
		<li>Po utwardzeniu struktur PDMS należy oddzielić formę SU-8 z kroku 2.1.1.</li>
		<li>Przebić trzy porty pneumatyczne 1.5 mm (Vs, Vf i Vp) w kanale zaworu pneumatycznego wyprodukowanego zgodnie z krokiem 2.1.2 za pomocą nakłucia 1.5 mm (patrz Tabela materiałów).</li>
		<li>Wlać 10 ml płynnego PDMS i 1 ml utwardzacza do przygotowanej czystej formy SU-8 przygotowanej w kroku 1.3 i wirować z prędkością 1,500 obr./min przez 15 s za pomocą powlekarki wirowej (patrz Tabela materiałów). Następnie aktywować na gorąco w temperaturze 90 °C przez 30 minut.</li>
		<li>Po utwardzeniu struktur PDMS oddziel formę SU-8 z kroku 2.1.4. 
		UWAGA: Warstwa membrany zaworu kontroluje przepływ płynu zgodnie z ciśnieniem pneumatycznym.</li>
		<li>Traktować plazmę atmosferyczną (patrz Tabela Materiałów) strukturom PDMS przygotowanym w krokach 2.1.3 i 2.1.5 przez 20 sekund.</li>
		<li>Wyrównaj struktury PDMS poddane bezpośredniej obróbce plazmowej z kroku 2.1.6 zgodnie ze strukturą kanału, sprawdzając za pomocą mikroskopu.</li>
		<li>Połączyć wyrównane struktury PDMS przygotowane w kroku 2.1.7 przez ogrzewanie w temperaturze 90 °C przez 30 minut.</li>
		<li>Przebić otwór o średnicy 1.5 mm we wlocie kanału płynu (Qfp) i wylotach kanału płynu (Qf i Qp) w części kanału pneumatycznego, do której przyklejona jest cienka warstwa membrany, za pomocą nakłucia 1.5 mm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Replikuj obie strony warstwy PDMS za pomocą dwóch form SU-8, aby utworzyć kanał mikroprzepływowy. Użyj zakrzywionej i prostokątnej formy kanału mikroprzepływowego z przodu i formy kanału mikroprzepływowego z tyłu.
	<ol>
		<li>Wlej 10 ml płynnego PDMS i 1 ml utwardzacza do zakrzywionej i prostokątnej formy kanału mikroprzepływowego i wiruj z prędkością 1,200 obr./min przez 15 s. Następnie utwórz formy do zakrzywionej komory płynu i kanałów płynu poprzez aktywację termiczną w temperaturze 90 °C przez 30 minut (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6A).</li>
		<li>Oddziel warstwę PDMS, na której tworzy się kanał mikroprzepływowy, a następnie wykonaj aktywowaną termicznie formę pokrywającą uszczelnioną ścianę wentylacyjną, łącząc się z płytką szklaną poprzez obróbkę plazmy atmosferycznej przez 20 sekund (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6B).</li>
		<li>Wlej 3 ml płynnego PDMS do kanału połączeniowego formy SU-8 (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6C).</li>
		<li>Ułóż strukturę wytworzoną w kroku 2.2.2 z formą kanału połączeniowego w ciekłym PDMS na formie kanału mikroprzepływowego i susz nałożoną strukturę w temperaturze 130 °C przez 30 minut (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6D). 
		UWAGA: Podczas utwardzania tylnej struktury, forma PDMS wytworzona w kroku 2.2.2 jest nadmuchiwana przez ciśnienie termiczne warstwy powietrza, a zdeformowana warstwa PDMS jest aktywowana termicznie (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 6E) 16.</li>
		<li>Po utwardzeniu wyjmij przednią formę SU-8 z warstwy sieci kanałów mikroprzepływowych i ostrożnie oderwij tylną formę PDMS (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 6F). 
		UWAGA: Warstwa sieci fluidycznej 3D umożliwia utworzenie przedniej zakrzywionej komory płynu i kanałów mikroprzepływowych.</li>
		<li>Wlej 10 ml płynnego PDMS i 1 ml utwardzacza do czystej formy SU-8. Następnie aktywować na gorąco w temperaturze 90 °C przez 30 minut.</li>
		<li>Po utwardzeniu struktur PDMS oddziel formę SU-8. 
		UWAGA: Ten krok tworzy dodatkową warstwę uszczelniającą.</li>
		<li>Traktować plazmę atmosferyczną strukturami PDMS przygotowanymi w krokach 2.2.3 i 2.2.7 przez 20 sekund.</li>
		<li>Wyrównaj struktury PDMS poddane bezpośredniej obróbce plazmowej zgodnie ze strukturą kanału, sprawdzając za pomocą mikroskopu.</li>
		<li>Połączyć wyrównane struktury PDMS poprzez ogrzewanie w temperaturze 90 °C przez 30 minut.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyrównaj struktury PDMS przygotowane w krokach 2.1 i 2.2 zgodnie ze strukturą kanału i połącz je, traktując plazmę atmosferyczną przez 20 sekund.</li>
</ol>
3. Konfiguracja urządzenia
UWAGA: Rysunek 7 pokazuje wytwarzanie platformy mikroprzepływowej, która koncentruje cząsteczki.
<ol>
	<li>Ręcznie napełnij kanał mikroprzepływowy bezpęcherzykową wodą demineralizowaną za pomocą strzykawki o pojemności 10 ml.</li>
	<li>Aby sterować P_Qfp i trzema zaworami pneumatycznymi (P_Vs, P_Vf i P_Vp), które sterują przepływem mikrogranulek, należy włożyć precyzyjny regulator ciśnienia z czterema lub więcej kanałami wyjściowymi (patrz Tabela materiałów) dla płynu roboczego (Qfp) do platformy mikroprzepływowej. 
	UWAGA: Precyzyjny regulator ciśnienia z czterema kanałami wyjściowymi można zastąpić wieloma precyzyjnymi regulatorami ciśnienia. W tym eksperymencie ciśnienie robocze P_Qfp wynosiło 10 kPa, P_Vs 15 kPa, a P_Vf i P_Vp wynosiły 18 kPa (<silna klasa="xfig">Rysunek 8 i Tabela 2). <silna klasa="xfig">Rysunek 8 pokazuje natężenie przepływu płynu roboczego w czasie, gdy cząstki są skupiane przez platformę mikroprzepływową z P_Vs 15 kPa, a Tabela 2 pokazuje wyniki uruchamiania zgodnie z zaworami pneumatycznymi.</li>
	<li>Przygotować cząstki testowe polistyrenu karboksylowego o różnych rozmiarach w wodzie destylowanej (patrz Tabela materiałów). 
	UWAGA: Rozmiary cząstek użyte w tym eksperymencie wynosiły 24,9, 8,49 i 4,16 μm; W zależności od ciśnienia P_Vs można stosować cząstki o różnych rozmiarach.</li>
	<li>Aby kontrolować natężenie przepływu płynu roboczego, napełnij szklaną butelkę do połowy wodą (płynem roboczym) i podłącz szklaną nakrętkę butelki do kanału wyjściowego sterownika i mikrozaworu. 
	UWAGA: Podłącz jedną rurkę do mikrozaworu, aby odbierać sprężone powietrze ze sterownika, a drugą rurkę do wstrzykiwania wody.</li>
	<li>Obserwuj działanie platformy przez odwrócony mikroskop dla wszystkich operacji platformy i zmierz robocze natężenie przepływu w czasie na wylocie za pomocą przepływomierza cieczy (patrz Tabela materiałów).</li>
</ol>
4. Działanie urządzenia
<ol>
	<li>Wstrzyknąć mieszaninę cząstek/płynów pod ciśnieniem na wlocie (Qfp) za pomocą Vp (<silna klasa="xfig">Rysunek 9A). 
	UWAGA: Przepływ cząstek i czystego płynu z wylotu przez połączone kanały jest kontrolowany odpowiednio przez Vp i Vf (Tabela 2).</li>
	<li>Zastosuj ciśnienie do Vs przy 15 kPa i Vp przy 18 kPa, aby uruchomić zawór. 
	UWAGA: W tym czasie membrana jest zdeformowana, cząstki płynu Qfp są blokowane w przestrzeni styku między zakrzywionym kanałem płynu a zakrzywionym wspornikiem płynu, a niepożądany płyn Qfp jest uwalniany przez otwarty Qf (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 9B,C).</li>
	<li>Gdy cząstki są zagęszczone, należy przyłożyć ciśnienie tylko do Vf. 
	UWAGA: W tym momencie, gdy ciśnienie jest wywierane tylko na Vf, zatkane cząstki są uwalniane przez Qp (<silna klasa="xfig">Rysunek 9D).</li>
</ol>

<ol><li>Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+origins+and+the+future+of+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The origins and the future of microfluidics.</a> Nature. 442 (7107), 368-373 (2006).</li>
<li>Desitter, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+device+for+rapid+isolation+by+size+and+characterization+of+rare+circulating+tumor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Anticancer+Research%22%5BJournal%5D)">A new device for rapid isolation by size and characterization of rare circulating tumor cells.</a> Anticancer Research. 31 (2), 427-441 (2011).</li>
<li>Hayes, D. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circulating+tumor+cells+at+each+follow-up+time+point+during+therapy+of+metastatic+breast+cancer+patients+predict+progression-free+and+overall+survival%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Circulating tumor cells at each follow-up time point during therapy of metastatic breast cancer patients predict progression-free and overall survival.</a> Clinical Cancer Research. 12 (14), 4218-4224 (2016).</li>
<li>Choi, S., Park, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+system+for+dielectrophoretic+separation+based+on+a+trapezoidal+electrode+array%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic system for dielectrophoretic separation based on a trapezoidal electrode array.</a> Lab on a Chip. 5 (10), 1161-1167 (2005).</li>
<li>Jung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Six-stage+cascade+paramagnetic+mode+magnetophoretic+separation+system+for+human+blood+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Six-stage cascade paramagnetic mode magnetophoretic separation system for human blood samples.</a> Biomedical Microdevices. 12 (4), 637-645 (2010).</li>
<li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+separation+of+circulating+tumor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Acoustic separation of circulating tumor cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (16), 4970-4975 (2015).</li>
<li>Lin, Y. H., Lee, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optically+induced+flow+cytometry+for+continuous+microparticle+counting+and+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Optically induced flow cytometry for continuous microparticle counting and sorting.</a> Biosensors and Bioelectronics. 24 (4), 572-578 (2008).</li>
<li>Gramotnev, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+tweezers+for+surface+manipulation+with+nanoscale+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Thermal tweezers for surface manipulation with nanoscale resolution.</a> Applied Physics Letters. 90 (5), 054108(2007).</li>
<li>Huang, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+particle+separation+through+deterministic+lateral+displacement%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Continuous particle separation through deterministic lateral displacement.</a> Science. 304 (5673), 987-990 (2004).</li>
<li>Yin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-stage+particle+separation+based+on+microstructure+filtration+and+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Multi-stage particle separation based on microstructure filtration and dielectrophoresis.</a> Micromachines. 10 (2), 103(2019).</li>
<li>Yoon, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clogging-free+microfluidics+for+continuous+size-based+separation+of+microparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Clogging-free microfluidics for continuous size-based separation of microparticles.</a> Scientific Reports. 6 (1), 1-8 (2016).</li>
<li>Alvankarian, J., Majlis, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+microfluidic+devices+for+hydrodynamic+fractionation+of+cells+and+beads%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Tunable microfluidic devices for hydrodynamic fractionation of cells and beads: a review.</a> Sensors. 15 (11), 29685-29701 (2015).</li>
<li>Irimia, D., Toner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+handling+using+microstructured+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Cell handling using microstructured membranes.</a> Lab on a Chip. 6 (3), 345-352 (2006).</li>
<li>Huang, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tunable+micro+filter+modulated+by+pneumatic+pressure+for+cell+separation%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">A tunable micro filter modulated by pneumatic pressure for cell separation.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 142 (1), 389-399 (2009).</li>
<li>Chang, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tunable+microfluidic-based+filter+modulated+by+pneumatic+pressure+for+separation+of+blood+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">A tunable microfluidic-based filter modulated by pneumatic pressure for separation of blood cells.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 12 (1-4), 85-94 (2012).</li>
<li>Oh, C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+pneumatic+valves+with+spherical+dome-shape+fluid+chambers%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Fabrication of pneumatic valves with spherical dome-shape fluid chambers.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 19 (5), 1091-1099 (2015).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+trapping+and+high-throughput+patterning+of+cells+using+pneumatic+microstructures+in+an+integrated+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Dynamic trapping and high-throughput patterning of cells using pneumatic microstructures in an integrated microfluidic device.</a> Lab on a Chip. 12 (9), 1702-1709 (2012).</li>
<li>Jang, J. H., Jeong, O. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+a+pneumatic+microparticle+concentrator%5BTitle%5D)+AND+%22Micromachines%22%5BJournal%5D)">Fabrication of a pneumatic microparticle concentrator.</a> Micromachines. 11 (1), 40(2020).</li>
<li>McDonald, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%28dimethylsiloxane%29+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic device.</a> Accounts of Chemical Research. 35 (7), 491-499 (2002).</li>
<li>Brivio, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+MALDI-chip+integrated+system+with+a+monitoring+window%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A MALDI-chip integrated system with a monitoring window.</a> Lab on a Chip. 5 (4), 378-381 (2005).</li>
<li>Jeong, O. C., Konishi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+self-generated+peristaltic+motion+of+cascaded+pneumatic+actuators+for+micro+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">The self-generated peristaltic motion of cascaded pneumatic actuators for micro pumps.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 18 (8), 085017(2008).</li>
<li>Taff, B. M., Voldman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scalable+addressable+positive+dielectrophoretic+cell-sorting+array%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A scalable addressable positive dielectrophoretic cell-sorting array.</a> Analytical Chemistry. 77 (24), 7976-7983 (2005).</li>
<li>Pamme, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-chip+free-flow+magnetophoresis%3A+Separation+and+detection+of+mixtures+of+magnetic+particles+in+continuous+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetism+and+Magnetic+Materials%22%5BJournal%5D)">On-chip free-flow magnetophoresis: Separation and detection of mixtures of magnetic particles in continuous flow.</a> Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 307 (2), 237-244 (2006).</li>
<li>Harris, N. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+of+a+micro-engineered+ultrasonic+particle+manipulator%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Performance of a micro-engineered ultrasonic particle manipulator.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 111, 481-486 (2005).</li>
<li>Yoon, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clogging-free+microfluidics+for+continuous+size-based+separation+of+microparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Clogging-free microfluidics for continuous size-based separation of microparticles.</a> Scientific Reports. 6 (1), 1-18 (2016).</li>
<li>Beattie, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clog-free+cell+filtration+using+resettable+cell+traps%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Clog-free cell filtration using resettable cell traps.</a> Lab on a Chip. 14 (15), 2657-2665 (2014).</li>
<li>Cheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bubble-+and+clogging-free+microfluidic+particle+separation+platform+with+multi-filtration%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A bubble- and clogging-free microfluidic particle separation platform with multi-filtration.</a> Lab on a Chip. 16 (23), 4517-4526 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Platforma ta zapewnia prosty sposób oczyszczania i zagęszczania cząstek o różnych rozmiarach. Cząstki są gromadzone i uwalniane przez pneumatyczne sterowanie zaworami i nie obserwuje się zatykania, ponieważ nie ma struktury pasywnej. Za pomocą tego urządzenia prezentowane jest stężenie cząstek o trzech rozmiarach. Jednak ciśnienie robocze, czas potrzebny do koncentracji i szybkość mogą się różnić w zależności od wymiarów urządzenia, wielkości cząstek, powiększenia i ciśnienia przy Vs 18,20,21.<sup...

Ze względu na znaczenie analizy biologicznej, technologie mikroprzepływowych i biomedycznych systemów mikroelektromechanicznych (BioMEMS)1,2 są wykorzystywane do opracowywania i badania urządzeń do oczyszczania i zbierania mikromateriałów2,3,4. Wychwytywanie cząstek jest klasyfikowane jako aktywne lub pasywne. Aktywne pułapki zostały użyte dla zewnętrznych sił dielektrycznych5, magnetophoretic6, auditory7, visual8, lub thermal9 działających na niezależne cząstki, umożliwiając precyzyjną kontrolę ich ruchów. Wymagana jest jednak interakcja między cząstką a siłą zewnętrzną; W związku z tym przepustowość jest niska. W układach mikroprzepływowych kontrolowanie natężenia przepływu jest bardzo ważne, ponieważ siły zewnętrzne są przenoszone na cząstki docelowe.
Ogólnie, pasywne urządzenia mikroprzepływowe mają mikrofilary w mikrokanałach10,11. Cząstki są filtrowane poprzez interakcję z przepływającym płynem, a urządzenia te są łatwe do zaprojektowania i niedrogie w produkcji. Powodują one jednak zatykanie się cząstek w mikrofilarach, dlatego opracowano bardziej złożone urządzenia, aby zapobiec zatykaniu się cząstek12. Urządzenia mikroprzepływowe o złożonej strukturze są generalnie odpowiednie do zarządzania ograniczoną liczbą cząstek13,14,15,16,17,18.
Ten artykuł opisuje metodę wytwarzania i obsługi pneumatycznie napędzanej platformy mikroprzepływowej dla dużych stężeń cząstek, która przezwycięża niedociągnięcia18, jak wspomniano powyżej. Platforma ta może blokować i koncentrować cząstki poprzez deformację i aktywację cienkiej warstwy membrany płyty zaworu sitowego (Vs), która gromadzi się w zakrzywionych kanałach mikroprzepływowych. Cząstki gromadzą się w zakrzywionych kanałach mikroprzepływowych, a skoncentrowane cząstki mogą się rozdzielać poprzez odprowadzanie płynu roboczego poprzez uruchomienie dwóch zaworów włączających/wyłączających uszczelki PDMS18. Metoda ta umożliwia przetwarzanie ograniczonej liczby cząstek lub zagęszczenie dużej liczby małych cząstek. Warunki pracy, takie jak wielkość natężenia przepływu i ciśnienie sprężonego powietrza, mogą zapobiec niepożądanym uszkodzeniom komórek i zwiększyć wydajność wychwytywania komórek.

<table><tbody><tr><td>Nakłucie 1,5 mm</td><td>Samodzielna produkcja</td><td>Samodzielna obróbka</td><td>To nakłucie zostało wykonane na prośbę producenta form w oparciu o Miltex&reg; Dziurkacz do biopsji z tłokiem (15110-15) produkt.</td></tr><tr><td>4-calowy wafel krzemowy / forma SU-8</td><td>4science</td><td>29-03573-01</td><td>4-calowy (100) wafel krzemowy typu P / forma SU-8</td></tr><tr><td>Cząstki usieciowane polistyrenu karboksylowego (24,9 i mu; m)</td> <td>Spherotech</td><td>CPX-200-10</td><td>Skoncentrowana próbka kulek1</td></tr><tr><td>Przepływomierz</td><td>Sensirion</td><td>SLI-1000</td><td>Pomiar przepływu</td></tr><tr><td>Szybka kamera</td><td>Photron</td><td>FASTCAM Mini</td><td>Obserwacja stężenia</td></tr><tr><td>Płyta grzejna</td><td>Jako jedna</td> płyta grzewcza <td>HI-1000</td><td>do utwardzania płynu PDMS</td></tr><tr><td>KOVAX-STRZYKAWKA 10 mL/strzykawka</td><td>Koreavaccine</td><td>22G-10ML</td><td>Napełnij kanał mikroprzepływowy wodą demineralizowaną bez pęcherzyków.</td></tr><tr><td>Laboratorium Conona Treater/Plazma atmosferyczna</td><td>Electro-Technic</td><td>BD-20AC</td><td>Klejenie chipów/plazma atmosferyczna Płynny</td></tr><tr><td>polidimetylosiloksan, PDMS</td><td>Dow Corning Inc.</td><td>Sylgard 184</td><td>Elementy mikroskopu chipowego</td></tr><tr><td></td><td>Olympus</td><td>IX-81</td><td>Obserwacja stężenia</td></tr><tr><td>Rurki PEEK</td><td>SAINT-GOBAIN PPL CORP.</td><td>AAD04103</td><td>Wstrzyknij lub zbierz cząstki</td></tr><tr><td>polistyrenu (4,16 i mu; m)</td> <td>Spherotech</td><td>PP-40-10</td><td>Skoncentrowana próbka kulek3</td></tr><tr><td>Cząstki polistyrenu (8,49 &mu; m)</td> <td>Spherotech</td><td>PP-100-10</td><td>Skoncentrowana próbka kulek2</td></tr><tr><td>Regulator ciśnienia/&mu; flucon</td><td>AMED</td><td>&mu; flucon</td><td>Kontrola ciśnienia powietrza</td></tr><tr><td>Powlekarka wirowa</td><td>iNexus</td><td>ACE-200</td><td>rozprowadza płyn PDMS na formie SU-8</td></tr></tbody></table>

pneumatycznie napędzana platforma mikroprzepływowa do zagęszczania mikrocząstek

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

Niniejszy artykuł przedstawia metodę wytwarzania i obsługi zaworu pneumatycznego do kontroli stężenia cząstek za pomocą platformy mikroprzepływowej. Platforma ta ma trójwymiarową (3D) sieć z zakrzywionymi kanałami płynów i trzema zaworami pneumatycznymi, które tworzą sieci, kanały i przestrzenie poprzez dupleksową replikację za pomocą polidimetylosiloksanu (PDMS). Urządzenie działa w oparciu o przejściową reakcję natężenia przepływu płynu kontrolowanego przez zawór pneumatyczny w następującej kolejności: (1) ładowanie próbki, (2) blokowanie próbki, (3) stężenie próbki i (4) uwalnianie próbki. Cząstki są blokowane przez deformację cienkiej warstwy membrany płyty zaworu sitowego (Vs) i gromadzą się w zakrzywionym kanale mikroprzepływowym. Płyn roboczy jest odprowadzany przez uruchomienie dwóch zaworów włączających/wyłączających. W wyniku operacji udało się przechwycić i odłączyć wszystkie cząstki o różnych powiększeniach. W przypadku zastosowania tej technologii ciśnienie robocze, czas wymagany do zagęszczenia i szybkość koncentracji mogą się różnić w zależności od wymiarów urządzenia i powiększenia wielkości cząstek.

Rycina 8 przedstawia przepływność strumieni cieczy dla czteroelementowej operacji platformy, wspomnianej w Tabeli 2. Pierwszy etap to stan ładowania (stan a). Platforma została zaopatrzona w ciecz przy otwartych wszystkich zaworach, a strumień cieczy roboczej (Qf) i strumień cząstek (Qp) były niemal identyczne, ponieważ sieć kanałów mikroprzepływowych wykazuje symetrię strukturalną. W drugim etapie (stan b) sprężone powietrze zostało doprowadzone do Vs, aby zablokować cząstk...

Obecny protokół opisuje pneumatyczną platformę mikroprzepływową, która może być używana do efektywnego koncentracji mikrocząstek.

Pneumatycznie napędzana platforma mikroprzepływowa do zagęszczania mikrocząstek

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...

Protokół ten opisuje naszą metodę wytwarzania i działania na pneumatycznie sterowanej platformie mikroprzepływowej do stężeń wielocząsteczkowych, która przezwycięża niedociągnięcia, takie jak zatykanie cząstek i złożone struktury. Metoda ta umożliwia przetwarzanie nieograniczonej liczby cząstek, skoncentrowanie się na dużej liczbie małych cząstek i zapobieganie niepożądanym uszkodzeniom komórek, a także zwiększa wydajność entropii. Ze względu na znaczenie analizy biologicznej, technologie mikroprzepływowych i biomedycznych systemów mikroelektromechanicznych są wykorzystywane do opracowywania i badania urządzeń do oczyszczania i zbierania mikromateriałów.Na początek użyj wstępnie przygotowanej pneumatycznej formy kanału zaworowego SU8, aby odtworzyć warstwę PDMS do pneumatycznego sterowania zaworem. Wlej 10 mililitrów płynnego PDMS i jeden mililitr utwardzacza do przygotowanej pneumatycznej formy kanału zaworowego i aktywuj ciepło w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez 30 minut. Po utwardzeniu struktur PDMS należy oddzielić formę SU8.Przebij trzy 1.5-milimetrowe porty pneumatyczne w kanale zaworu pneumatycznego za pomocą 1.5-milimetrowego nakłucia. Wlej 10 mililitrów płynnego PDMS i jeden mililitr utwardzacza do czystej formy SU8. Wiruj przez 15 sekund z prędkością 1500 obrotów na minutę za pomocą powlekarki wirowej, a następnie aktywuj ciepło w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez 30 minut.Oddziel formę SU8 po utwardzeniu struktur PDMS. Traktuj strukturę PDMS plazmą atmosferyczną przez 20 sekund. Za pomocą mikroskopu wyrównaj struktury PDMS poddane obróbce plazmowej zgodnie ze strukturą kanału.Połącz wyrównane struktury PDMS, podgrzewając je w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez 30 minut. Za pomocą nakłucia o średnicy 1,5 milimetra wykonaj otwór o średnicy 1,5 milimetra we wlocie i wylocie kanału płynu w części kanału pneumatycznego połączonej z cienką warstwą membrany. Powielaj obie strony warstwy PDMS za pomocą dwóch form SU8, aby utworzyć kanał mikroprzepływowy.Użyj zakrzywionej i prostokątnej formy kanału mikroprzepływowego z przodu oraz formy kanału mikroprzepływowego z tyłu. Wlej 10 mililitrów płynnego PDMS i jeden mililitr utwardzacza do zakrzywionej i prostokątnej formy kanału mikroprzepływowego i obracaj ją z prędkością 1200 obrotów na minutę przez 15 sekund, a następnie utwórz formy do zakrzywionej komory płynów i kanałów płynu przez aktywację cieplną w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez 30 minut. Oddziel warstwę PDMS, na której tworzy się kanał mikroprzepływowy.Następnie potraktuj go plazmą atmosferyczną przez 20 sekund, aby utworzyć aktywowaną termicznie formę pokrywającą uszczelnioną ścianę wentylacyjną poprzez połączenie ze szklaną płytką. Wlej trzy mililitry płynnego PDMS do kanału połączeniowego formy SU8. Ułóż strukturę, wykonaną za pomocą formy kanału połączeniowego, w płynnym PDMS na formie kanału mikroprzepływowego.Następnie susz nałożoną strukturę w temperaturze 130 stopni Celsjusza przez 30 minut. Po utwardzeniu usuń przednią formę SU8 z warstwy sieci kanałów mikroprzepływowych i ostrożnie odklej tylną formę PDMS. Wlej 10 mililitrów płynnego PDMS i jeden mililitr utwardzacza do czystej formy SU8 i podgrzej, aktywuj ją w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez 30 minut.Oddziel formę SU8 po utwardzeniu struktur PDMS. Traktuj formy kanałów połączeń mikroprzepływowych PDMS plazmą atmosferyczną przez 20 sekund. Za pomocą mikroskopu wyrównaj struktury PDMS poddane obróbce plazmowej zgodnie ze strukturą kanału.Połącz wyrównane struktury PDMS, podgrzewając w temperaturze 90 stopni Celsjusza przez 30 minut. Wyrównaj struktury PDMS przygotowane podczas tego procesu zgodnie ze strukturą kanału i połącz je poprzez traktowanie plazmą atmosferyczną przez 20 sekund. Za pomocą 10-mililitrowej strzykawki napełnij kanał mikroprzepływowy pozbawioną pęcherzyków, zdemineralizowaną wodą.Aby kontrolować ciśnienie płynu roboczego i trzech zaworów pneumatycznych, które sterują przepływem mikrogranulek, należy włożyć precyzyjny regulator ciśnienia z czterema lub więcej kanałami wylotowymi płynu roboczego do platformy mikroprzepływowej. Przygotować cząstki testowe polistyrenu karboksylowego o różnych rozmiarach w wodzie destylowanej. Aby kontrolować natężenie przepływu płynu roboczego, napełnij wodą połowę szklanej butelki i podłącz szklaną nakrętkę butelki do kanału wyjściowego sterownika i mikrozaworu.Za pomocą odwróconego mikroskopu obserwuj wszystkie operacje platformy i zmierz robocze natężenie przepływu w czasie na wylocie za pomocą przepływomierza cieczy. Wstrzyknąć mieszaninę cząstek lub płynów pod ciśnieniem na wlocie za pomocą zaworu cząstek. Zastosuj ciśnienie do zaworu CIV na poziomie 15 kilopaskali i zaworu cząstek stałych na 18 kilopaskalach, aby uruchomić zawór.Gdy cząstki są skoncentrowane, należy wywierać ciśnienie tylko na zawór płynu. Natężenie przepływu płynów zostało podzielone na czterostopniową pracę na platformie. Pierwszym etapem był stan obciążenia.Płyn roboczy i cząstki były prawie identyczne, ponieważ sieć kanałów mikroprzepływowych wykazywała symetrię strukturalną. Drugim etapem był stan blokujący. Ścieżka przepływu zwęziła się, a natężenie przepływu mierzone na króćcu wylotowym zostało zmniejszone przez opór hydrauliczny.Trzecim etapem był stan koncentracji. Zmierzony QP był bliski zeru, a QF był około 1,42 razy większy niż w stanie blokującym. Ostatnim etapem był stan wydania.Uzyskane w ten sposób natężenia przepływu i stężenia dowiodły, że sekwencyjne uruchamianie zaprogramowane za pomocą zaworu pneumatycznego działa dobrze ze względu na zmiany przepływu. Cząstki były skoncentrowane i gromadzone w obszarze zbierania, gdy zawór CIV i zawór cząstek były zamknięte, a wszystkie zebrane, skoncentrowane cząstki były uwalniane w ciągu czterech sekund, gdy zamknięty był tylko zawór płynu. Istotną częścią tej procedury jest utwardzenie tylnej struktury, w której warstwa PDMS jest wszczepiana przez nieco większy nacisk warstwy powietrza.A zdeformowana warstwa folii zostaje nagle aktywowana. Platforma ta może być używana do automatycznej obróbki wstępnej bardzo skoncentrowanych, prostych i zawieszonych biocząstek, ponieważ właściwości cząstek fizycznych nie mają wpływu na operację.

pneumatically-driven-microfluidic-platform-for-micro-particle

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opracowano nowy system mikrofluidyczny wykorzystujący zjawisko pompowania pasywnego oraz sterowany przez użytkownika system dostarczania płynów. Ze względu na niski koszt, łatwość obsługi, precyzję objętościową, wysoką prędkość, powtarzalność i automatyzację, system mikrofluidyczny ten ma potencjał do zastosowania w szerokim zakresie aplikacji biologicznych.

Szybki system dostarczania oparty na kropelkach do pompowania pasywnego w urządzeniach mikroprzepływowych

W niniejszym artykule przedstawiamy metodę ograniczania cząstek opartą na mikroprzepływach i przepływie hydrodynamicznym. Demonstrujemy stabilne pułapkowanie cząstek w punkcie stagnacji płynu przy użyciu mechanizmu sterowania sprzężeniem zwrotnym, co umożliwia ograniczanie i mikromanipulację dowolnymi cząstkami w zintegrowanym urządzeniu mikroprzepływowym.

Mikrofluidyczna pułapka hydrodynamiczna dla pojedynczych cząstek

Mikrofluidyczne platformy kropelkowe są obiecującymi narzędziami do eksperymentów wysokoprzepustowych, ponieważ umożliwiają one niskokosztowe generowanie piko-litrowych, samoczynnie odseparowanych komór z częstotliwością rzędu kHz. Dzięki integracji z szybkimi, czułymi i wysokorozdzielczymi metodami spektroskopii fluorescencyjnej, duże ilości informacji generowanych w tych systemach mogą być efektywnie wydobywane, przetwarzane i wykorzystywane.

Metody detekcji fluorescencyjnej dla mikroprzepływowych platform kroplkowych

Ten protokół opisuje architekturę systemu do wykonywania automatycznych separacji cząstek o małej objętości (0,15–1,5 ml) za pomocą urządzenia mikroprzepływowego i omawia metody optymalizacji wydajności i działania urządzenia akustycznego.

Platforma mikroprzepływowa do precyzyjnego przetwarzania próbek o małej objętości i jej wykorzystanie do wymiarowania oddzielnych cząstek biologicznych za pomocą mikrourządzenia akustycznego

Tutaj demonstrujemy prostą metodę produkcji mikrokropelek o kontrolowanej wielkości, monodyspersyjnych, typu woda w oleju (W/O) za pomocą kapilarnego odśrodkowego urządzenia mikroprzepływowego. Metoda ta wymaga jedynie niewielkiej objętości próbki i umożliwia produkcję o wysokiej wydajności. Spodziewamy się, że ta metoda będzie przydatna do szybkich analiz biochemicznych i komórkowych.

Kapilarne odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do formowania mikrokropel monodyspersyjnych o kontrolowanej wielkości

Proponujemy prostą technikę samoorganizacji koloidalnych nanocząstek krzemionki w celu stworzenia nanofluidycznego połączenia między dwoma mikrokanałami w polidimetylosiloksanie (PDMS). Korzystając z tej techniki, nanoporowatą membranę perełkową o wielkości porów do ~45 nm wbudowano w mikrokanał i zastosowano do elektrokinetycznego wstępnego zagęszczenia próbek DNA.

Tworzenie połączeń nanofluidycznych poniżej 50 nm w chipie mikroprzepływowym PDMS poprzez proces samoorganizacji cząstek koloidalnych

Systemy reakcji typu lab-in-a-drop pozwalają na wszechstronne przeprowadzanie złożonych reakcji w skali mikroprzepływowej. Opracowano zautomatyzowaną platformę uruchamiającą składającą się z matrycy cewek elektromagnetycznych o wymiarach 3 x 3, która z powodzeniem została wykorzystana do połączenia dwóch mikroreaktorów o pojemności 10 μl, a tym samym zainicjowania reakcji enzymatycznej w powstałych płynnych kulkach.

Kropelki wodne stosowane jako mikroreaktory enzymatyczne i ich elektromagnetyczne uruchamianie

Prezentujemy platformę mikroprzepływową ze zintegrowaną siecią elektrod powierzchniowych, która łączy rezystancyjne wykrywanie impulsów (RPS) z wielokrotnym dostępem z podziałem kodu (CDMA), do wielokrotnego wykrywania i wymiarowania cząstek w wielu kanałach mikroprzepływowych.

Platforma mikroprzepływowa z multipleksowaną detekcją elektroniczną do przestrzennego śledzenia cząstek

Opisano proces wytwarzania wielowarstwowego, mikroprzepływowego urządzenia opartego na PDMS, które umożliwia przeprowadzanie reakcji transkrypcji i translacji in vitro (IVTT) przez dłuższy czas. Ponadto zapewniony jest kompleksowy przegląd sprzętu i oprogramowania wymaganego do automatyzacji i utrzymania tych reakcji przez dłuższy czas.

Wielowarstwowa platforma mikroprzepływowa do prowadzenia przedłużonej ekspresji genów bez komórek

Prezentacja dwuwarstwowego urządzenia opartego na polidimetylosiloksanie (PDMS) do produkcji bibliotek kombinatorycznych w emulsjach (korkach) typu woda w oleju jest przedstawiona. Niezbędny sprzęt i oprogramowanie wymagane do automatyzacji produkcji zatyczek jest szczegółowo opisane w protokole, a także pokazano produkcję ilościowej biblioteki zatyczek fluorescencyjnych.

Dwuwarstwowe urządzenie mikroprzepływowe do kombinatorycznej produkcji korków

Ten protokół przedstawia system mikrofluidyczny do badania mikrobiologiczne precipitacji minerałów tlenku manganu. Powstawanie biomineralu jest mierzone in situ za pomocą mikroskopii optycznej i analizy obrazu. To podejście może być dostosowane do badania precipitacji innych charakterystycznie zabarwionych biogenicznych minerałów w środowiskach porowatych.

Mikropłytka platforma do badania mikrobiologicznego wytrącania tlenków metali w mediach porowatych

Poznaj metodę koncentracji mikrocząstek na pneumatycznej platformie mikroprzepływowej, która eliminuje zatykanie i uszkodzenia komórek. Technika PDMS zwiększa wydajność entropii w analizach biologicznych.

Pneumatycznie napędzana platforma mikroprzepływowa do zagęszczania mikrocząstek

Przeglądaj więcej filmów