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.
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Artigo de método
A Armadilha hidrodinâmica microfluídicos baseados em partículas individuais
Neste artigo
Resumo
Resumo
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.
Protocolo
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)
- Limpe duas lâminas de silício (3 "de diâmetro) com acetona e álcool isopropílico (IPA).
- Bolachas secas com N 2 e colocá-los numa placa de aquecimento a 65 ° C por 1 min para remover a umidade residual.
- Spin-coat wafer # 1 com SU-8 2050 fotorresiste (PR) por 30 segun....
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Discussão
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.......
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Divulgações
Não há conflitos de interesse declarados.
Agradecimentos
Agradecemos ao grupo Kenis na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign para discussões úteis e generosamente proporcionar a utilização de instalações de salas limpas.
Este trabalho foi financiado por um Pathway NIH para Independence Award PI, sob Grant No. 4R00HG004183-03 (Charles M. Schroeder e Melikhan Tanyeri).
Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation através de uma Bolsa de Investigação Pós-Graduação para Eric M. Johnson-Chavarria.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Aguilha romba de calibre 21 | Zephyrtronics | ZT-5-021-1-L | Para perfurar orifícios de entrada em PDMS |
| Seringa plástica de 3 ml | BD Biosciences | 309585 | Para encher a válvula com óleo |
| Placas de Si | University Wafer | Placa de 3” P(100) polida em um lado, grau teste, 380 μm | |
| Vidro de cobertura | VWR international | 48404-428 | 24 x 40 mm #1.5 |
| Placa de aquisição de dados (DAQ) | National Instruments | PCI 6229 | |
| Contas fluorescentes | Spherotech, Inc. | FP-2056-2 | 2,2 μm, corante Nile red |
| Fluorinert | 3M | FC 40 | Óleo transportador fluorado |
| Microscópio invertido | Olympus Corporation | IX-71 | |
| LabVIEW | National Instruments | Version 9.0f3 (32bit) | |
| Microscópio estereoscópico | Leica Microsystems | MZ6 | Para alinhar a camada de controle de PDMS com a camada fluidica. |
| Forno mecânico com convecção | VWR international | 1300U | Para aquecer os dispositivos e criar blocos monolíticos de PDMS com duas camadas. |
| Tubos e conectores microfluídicos | Upchurch Scientific | Tubo PFA 1/16 x 0,020 e conexões super sem flange | |
| PDMS | GE Healthcare | RTV 615 A&B | |
| Câmara de plasma | Harrick Scientific Products, Inc. | PDC-001 | |
| Transdutor de pressão | Proportion Air | DQPV1 | |
| Centrífuga de revestimento | Specialty Coating Systems | G3P-8 Spin Coat | |
| Fotolitogravura | MicroChem Corp. | SU 8 2050 | |
| Bomba de seringa | Harvard Apparatus | PHD 2000 Programável | |
| Terminal elétrico | National Instruments | BNC 2110 | Para saída analógica ao regulador de pressão e leitura. |
| Fonte de luz colimada UV e sistema de exposição | OAI | Modelo 30 Enhanced Light Source |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
