A Armadilha hidrodinâmica microfluídicos baseados em partículas individuais

Summary

Neste artigo, apresentamos um método baseado em microfluídicos para o confinamento de partículas com base no fluxo hidrodinâmico. Demonstramos prendendo partículas estáveis ​​em um ponto de estagnação de fluidos utilizando um mecanismo de controle feedback, permitindo assim confinamento e micromanipulação de partículas arbitrário em um microdispositivo integrado.

Abstract

A capacidade de limitar e manipular partículas individuais em solução livre é uma tecnologia capacitadora essencial para a ciência fundamental e aplicada. Métodos para a captura de partículas baseado em técnicas ópticas, magnéticas eletrocinética, e acústico têm levado a grandes avanços na física e na biologia molecular que vão desde o de nível celular. Neste artigo, apresentamos uma técnica nova baseada microfluídicos para a captura e manipulação de partículas com base exclusivamente no fluxo de fluido hidrodinâmico. Usando este método, nós demonstramos aprisionamento de partículas micro e nano-escala em soluções aquosas para escalas de tempo. A armadilha hidrodinâmicas consiste de um dispositivo integrado microfluídicos com uma geometria do canal cruz-slot onde duas correntes opostas laminar convergir, gerando um fluxo extensional planar com um ponto de estagnação do fluido (velocidade zero pontos). Neste dispositivo, as partículas estão confinadas no centro armadilha por controle ativo do campo de fluxo para manter a posição da partícula no ponto de estagnação do fluido. Desta forma, as partículas são efetivamente presos em solução livre usando um algoritmo de controle de feedback implementado com um código LabVIEW custom-built. O algoritmo de controle consiste de aquisição de imagem para uma partícula no dispositivo micro, seguido pelo rastreamento de partículas, a determinação da posição da partícula centróide e ajuste ativo de fluxo de fluido através da regulação da pressão aplicada a uma válvula pneumática on-chip usando um regulador de pressão. Desta forma, o on-chip funções da válvula de medição dinâmica para regular as taxas de fluxo relativa nos canais de saída, permitindo fina escala de controle de posição estagnação ponto e captura de partículas. A armadilha hidrodinâmico microfluídicos baseados apresenta várias vantagens como um método para a captura de partículas. Trapping hidrodinâmica é possível para qualquer partícula arbitrária sem requisitos específicos sobre as propriedades físicas ou químicas do objeto preso. Além disso, prendendo hidrodinâmica permite o confinamento de um objeto alvo "single" de partículas em suspensões concentradas ou lotado, o que é difícil usar a força métodos alternativos baseada em campo com armadilhas. A armadilha hidrodinâmico é user-friendly, fácil de implementar e pode ser adicionado ao existente dispositivos microfluídicos para facilitar a análise de captura e de longa data de partículas. No geral, a armadilha hidrodinâmica é uma nova plataforma para o confinamento, micromanipulação, e observação de partículas, sem a imobilização de superfície e elimina a necessidade de potencialmente perturbativos campos ópticas, magnéticas e elétricas no aprisionamento solução livre de partículas pequenas.

Protocol

A armadilha consiste em uma hidrodinâmica de duas camadas híbridas dispositivo (PDMS (polidimetilsiloxano) / vidro) microfluídicos para confinamento de partículas. Os passos 1-2 descrevem a fabricação de dispositivos microfluídicos e Passos projeto de dispositivos 3-4 discutir e operação.

1. SU-8 Fabricação Mold (não mostrado no vídeo)

1. Limpe duas lâminas de silício (3 "de diâmetro) com acetona e álcool isopropílico (IPA).
2. Bolachas secas com N ₂ e colocá-los numa placa de aquecimento a 65 ° C por 1 min para remover a umidade residual.
3. Spin-coat wafer # 1 com SU-8 2050 fotorresiste (PR) por 30 segun....

Discussion

Os métodos atuais de microfluídicos para a manipulação de partículas com base no fluxo hidrodinâmico pode ser caracterizada como métodos baseados em contato ou sem contato. Contato com os métodos baseados em uso de fluxo de fluido para confinar e imobilizar fisicamente partículas contra as paredes do canal microfabricated ^9, enquanto o contato de métodos não dependem de circulação de fluxo ou microeddies ^10. Neste trabalho, apresentamos um método para solução livre de captura de partículas usando a.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agulha romba de 21 gauge	Zephyrtronics	ZT-5-021-1-L	Para perfurar furos de porta em
seringa de plástico PDMS 3 ml	BD Biosciences	309585	Para encher válvula com óleo
Si wafers	University Wafer		3” P (100) lado único polido 380 μ m grau de teste
Vidro	de cobertura VWR international	48404-428	24 x 40 mm #1.5
Cartão DAQ	National Instruments	PCI 6229
Contas fluorescentes	Spherotech, Inc.	FP-2056-2	2.2 μ m Fluorinerte vermelho do Nilo
	3M	FC 40	Microscópio invertido de óleo de suporte fluorado
	Olympus Corporation	IX-71
LabVIEW	National Instruments	Versão 9.0f3 (32 bits)
Microscópio estéreo	Leica Microsystems	MZ6	Para alinhar a camada de controle PDMS à camada fluídica.
Forno de Convecção Mecânico	VWR international	1300U	Para dispositivos de cozedura para criar placas PDMS monolíticas com duas camadas.
Tubos e conectores microfluídicos	Upchurch Scientific		Tubulação 1/16 x .020 PFA e conexões super flangeless
PDMS	GE Healthcare	RTV 615 A& Câmara
	Harrick Scientific Products, Inc.	PDC-001
Transdutor de Pressão	Proporção Ar	DQPV1
Spin Coater	Sistemas de Revestimento Especial	G3P-8 Spin Coat
Fotorresistente	MicroChem Corp.	SU 8 2050
Bomba de seringa	Harvard Apparatus	PHD 2000
	National Instruments	BNC 2110	Para saída analógica para regulador de pressão e leitura.
Fonte de luz colimada UV e sistema de exposição	OAI	Modelo 30 Fonte