Name: Fenômenos AC eletrocinéticas Gerado por Estruturas microeletrodos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-07-28T20:28:00.000+00:00
Duration: 20 min 38 s
Description: Aprenda os fundamentos da eletrocinética AC para manipulação de partículas e fluidos em microescala. Este método demonstra fabricação de dispositivos e interpretação de resultados experimentais em aplicações de biochips.

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Fabricação de Cr / Au eletrodos em substratos de vidro Parte 1A: Método Etch Wet * Para os dispositivos de alta qualidade, o processo de fabricação deve ser realizada em um ambiente de sala limpa ou em capelas de fluxo laminar para que a poeira e outros contaminantes não afetará o padrão. <ol><li> 2 polegadas por slides de 4 polegadas de vidro são colocados em uma aquecida (80 ° C) solução de Piranha (05:07 H 2 O 2: H 2 SO 4) por 30 minutos para remover os contaminantes (principalmente orgânicos) e depois lavado em DI água e secas com ar comprimido. </li><li> 20 nm Cr e 200 nm Au são depositados sobre os substratos com um evaporador feixe de elétrons. </li><li> Shipley fotorresiste 1827 positivo é depositado sobre as lâminas de vidro com um spincoater (3000 rpm, 1000 rpm rampa / s, 30 o tempo de rotação segundo). </li><li> Substratos são, então, macios cozidos durante 2 minutos a 100 ° C. </li><li> O padrão da máscara é transferido para o fotorresiste com a exposição de contato UV por 8,4 segundos para um total de 206 mJ / cm 2. </li><li> O fotorresiste é desenvolvido em Microposit MF 351: água (1:3) por 30 segundos com agitação boa seguido por uma água DI enxaguar. </li><li> Após a inspeção com um microscópio para assegurar um bom desenvolvimento, os substratos são então gravados em Au O condicionamento e etchant Chrome por 15 segundos e 30 segundos respectivamente com DI lava no meio e depois. </li></ol> 1B parte: Protocolo alternativa - Método Lift-off <ol><li> 2 polegadas por slides de 4 polegadas de vidro são colocados em uma aquecida (80 ° C) solução de Piranha (5:7 H2O 2: H 2 SO 4) por 30 minutos para remover os contaminantes (principalmente orgânica) e, em seguida, lavadas em água DI e secas com ar comprimido. </li><li> Futurrex NR-7 1500 fotorresiste PY negativo foi spincoated sobre o substrato (2000 rpm, 1000 rpm rampa / s, 40 o tempo de rotação segundo). </li><li> Substratos foram macio cozido por 1 minuto a 150 ° C. </li><li> Contato com a exposição UV durante 21 segundos (400 mJ / cm 2). </li><li> Os substratos foram então colocados em uma placa quente a 100 ° C por 1 minuto para concluir a etapa postbake. </li><li> Desenvolvimento foi realizado por 6 segundos em Futurrex desenvolvedor RD6. </li><li> 30 nm Cr e Au 200 nm são então depositados sobre os substratos com um evaporador feixe de elétrons. </li><li> Lift-off é realizada por colocar a substratos em um banho de acetona ultra-som até o ouro estava visivelmente retirado e confirmou com a observação de microscópio. </li></ol> Instalação Experimental Parte 2: injeção Microesfera e observação <ol><li> PDMS canais (de fabricação descritos em outros lugares) estão ligados ao substrato de vidro com adesão direta para que o canal passa sobre os eletrodos fabricado. </li><li> Aproximadamente 10 7 ml microesferas de poliestireno são suspensas em qualquer DI água (0,0002 S / m) ou uma solução de KCl (0,05 S / m). Em seguida, são injetados, colocando a entrada do tubo na solução de micro e aplicação de sucção para a saída com uma seringa. </li><li> O dispositivo carregada é então colocada no palco microscópio e ligada a um gerador de sinal. </li><li> Um curso de tempo de ajustes de freqüência (1 kHz a 1 MHz) e as configurações de tensão (1 ou 2 V) são aplicadas quando as observações são feitas com o microscópio. </li></ol> Nota: É importante não levantar a tensão muito alta ou permitir que a freqüência ficar muito baixa ou eletrólise da água irá ocorrer. As configurações exatas de tensão ou de freqüência para que isso ocorra são dependentes do projeto do eletrodo. Diretrizes nosso laboratório devem evitar freqüências abaixo de 500 Hz ou tensões acima de 8 V.

<ol><li>Ramos, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+Electrokinetics%3A+a+review+of+forces+in+microelectrode+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">AC Electrokinetics: a review of forces in microelectrode structures.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 31, 2338-2353 (1998).</li>
<li>Morgan, H. ywel, Green, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+Electrokinetics%3A+colloids+and+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">AC Electrokinetics: colloids and nanoparticles.</a> , SRP Ltd.. England. (2002).</li>
<li>Toner, M., Irimia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Blood-on-a-chip.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 2005, 77-103 (2005).</li>
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<li>Rajaraman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid%2C+low+cost+microfabrication+technologies+toward+realization+of+devices+for+dielectrophoretic+manipulation+of+particles+and+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Rapid, low cost microfabrication technologies toward realization of devices for dielectrophoretic manipulation of particles and nanowires.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 114, 392-401 (2006).</li>
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<li>Voldman, J. oel, Rosenthal, A. dam <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoretic+Traps+for+Single-particle+Patterning%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoretic Traps for Single-particle Patterning.</a> Biophysical Journal. 88, 2193-2205 (2005).</li>
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<li>Sigurdson, M. arin, Wang, D., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrothermal+stirring+for+heterogeneous+immunoassays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrothermal stirring for heterogeneous immunoassays.</a> Lab Chip. 5, 1366-1373 (2005).</li>
<li>Urbanski, J. ohn P. aul, Levitan, J. eremyA., Bazant, M. artinZ., Thorsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+ac+electro-osmotic+micropumps+with+non-planar+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fast ac electro-osmotic micropumps with non-planar electrodes.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 143508- (2006).</li>
<li>Fatoyinbo, H. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrated+dielectrophoretic+quartz+crystal+microbalance+%28DEP-QCM%29+device+for+rapid+biosensing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">An integrated dielectrophoretic quartz crystal microbalance (DEP-QCM) device for rapid biosensing applications.</a> Biosens Bioelectron. 23, 225-232 (2007).</li>
</ol>

Neste vídeo, temos demonstrado uma grande variedade de comportamentos de partículas e de fluidos manipulação causados ​​por fenômenos AC eletrocinética. Os eletrodos que geram esses fenômenos são fáceis de fabricar e pode ser facilmente integrado a muitos outros sistemas. Como temos mostrado, existem inúmeras aplicações para o uso de AC electrokinetics. A versatilidade destes dispositivos, bem como a natureza rápida da manipulação, os torna particularmente atraentes. Como as indústrias de saúde e outros começam a abraçar lab-on-a-chip siste...

<table><tbody><tr><td>2&quot; por 4&quot; Lâmina de Vidro Pyrex</td><td>Substrato</td><td></td><td></td><td>Pyrex 7740</td></tr><tr><td>máscara de cromo</td><td>material</td><td></td><td></td><td>Esta fotomáscara terá as microestruturas&amp;#8211;padrões de eletrodos sobre eles e podem ser encomendados de diversos centros de microfabricação.</td></tr><tr><td>Microcanais de PDMS</td><td>material</td><td></td><td></td><td>Estes podem ser fabricados e utilizados internamente ou uma lâmina simples de microscópio será suficiente.</td></tr><tr><td>Peróxido de hidrogênio 30%</td><td>Reagente</td><td>Fisher Scientific</td><td>7722-84-1</td><td>Certificado ACS, Fisher Scientific</td></tr><tr><td>Ácido Sulfúrico</td><td>Reagente</td><td>Fisher Scientific</td><td>A300-212</td><td>Certificado ACS Plus</td></tr><tr><td>Acetona Grau Eletrônico</td><td>Reagente</td><td>Fisher Scientific</td><td>A946-4</td><td></td></tr><tr><td>Shipley 1827 Resistência Fotopositiva</td><td>Reagente</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shipley 351 Developer</td><td>Reagente</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gravador de Ouro</td><td>Reagente</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Tipo TFA</td><td></td></tr><tr><td>Chrome Photomask Etchant</td><td>Reagente</td><td>Cyantek Corporation</td><td>CR-7S</td><td></td></tr><tr><td>NR-7 1500 PY Resistência Negativa</td><td>Reagente</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Desenvolvedor RD6</td><td>Reagente</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fenômenos ac eletrocinéticas gerado por estruturas microeletrodos

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

O campo da AC electrokinetics está crescendo rapidamente, devido à sua capacidade de executar fluido dinâmico e manipulação de partículas na micro e nano-escala, que é essencial para Lab-on-a-Chip aplicações. Fenômenos AC eletrocinética uso de campos elétricos para gerar forças que atuam sobre os fluidos ou partículas em suspensão (incluindo aqueles feitos de material dieléctrico ou material biológico) e levá-los a se mover em maneiras surpreendentes 1, 2. Dentro de um único canal, AC electrokinetics pode realizar muitos essenciais on-chip operações como o posicionamento de partículas ativas micro-mistura de partículas, separação e micro-tamborilar. Um único dispositivo pode realizar várias dessas operações simplesmente ajustando os parâmetros operacionais, tais como freqüência ou amplitude da voltagem aplicada. Adequado campos elétricos podem ser facilmente criados por micro-eletrodos integrados microcanais. É claro o enorme crescimento nesse campo que AC electrokinetics provavelmente terá um efeito profundo sobre o diagnóstico de saúde 3-5, 6 de monitoramento ambiental e segurança nacional 7. Em geral, existem três fenômenos AC eletrocinéticas (AC Eletroosmose, dieletroforese e AC efeito eletrotérmica) cada um com dependências única sobre os parâmetros de funcionamento. Uma mudança nestes parâmetros operacionais pode causar um fenômeno de se tornar dominante sobre outra, mudando assim o comportamento das partículas ou fluido. É difícil prever o comportamento das partículas e fluidos, devido à complicada física que estão por trás AC electrokinetics. É o objetivo desta publicação para explicar a física de partículas e elucidar e comportamento de fluidos. Nossa análise também abrange a forma de fabricar as estruturas eletrodo que gerá-los, e como interpretar um grande número de observações experimentais utilizando vários projetos de dispositivos popular. Este artigo vídeo ajudará os cientistas e engenheiros entender esses fenômenos e pode incentivá-los a começar a usar o AC Electrokinetics em suas pesquisas.

Manipulação de líquidos e partículas em suspensão nas tecnologias de micro e nano-escala é cada vez mais de uma realidade tão propício, como o AC electrokinetics, continue a se desenvolver. Aqui, discutimos a física por trás AC electrokinetics, como fabricar estes dispositivos e como interpretar as observações experimentais.

Fenômenos AC eletrocinéticas Gerado por Estruturas microeletrodos

O campo da eletrocinética de corrente alternada (CA) está crescendo rapidamente devido à sua capacidade de realizar a manipulação dinâmica de fluidos e partículas em micro e nanoescala, ...

Nos últimos anos, a comunidade de laboratório em um chip adotou uma tecnologia empolgante conhecida como eletrocinética de corrente alternada. Esse conjunto de fenômenos pode ser usado para manipular partículas e fluidos na escala de mícrons a nanômetros de forma rápida e versátil, tornando-se rapidamente essencial para diversas aplicações em biochips. Neste vídeo, vamos abordar os fundamentos da eletrocinética de corrente alternada com detalhes suficientes para auxiliar outros cientistas e engenheiros que possam se beneficiar do uso desses fenômenos em suas pesquisas.Olá, meu nome é Robert Hart e sou aluno de doutorado aqui na Drexel, no departamento de Engenharia Biomédica, Ciência e Sistemas de Saúde. Iniciaremos este vídeo com uma breve descrição da física por trás da eletrocinética em corrente alternada. Em seguida, passaremos para a fabricação do dispositivo e, finalmente, mostraremos alguns vídeos de eletrocinética em corrente alternada, explicando o que está acontecendo.A primeira das três forças que descreveremos é conhecida como dieléctroforese. Aqui observamos um campo elétrico gerado entre dois eletrodos submersos. Se colocarmos uma partícula dielétrica nesse campo elét

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Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Este vídeo demonstra o método para induzir a modulação da atividade neural em neurônios derivados de iPSC humanos cultivados em uma matriz de microeletrodos de vários poços, ou sistema MEA usando um transdutor de ultrassom focalizado.

Neuromodulação induzida por ultrassom usando um sistema de matriz de microeletrodos

Um microdispositivo com elevado potencial de transferência é utilizado para demonstrar tridimensional (3D) dieletroforese (DEP) com novos materiais. Papel nanoplatelet grafeno e fita dupla face foram alternadamente empilhados; um micro-poços 700 um foi perfurado transversal às camadas. DEP comportamento de esferas de poliestireno, foi demonstrada em micro-poços.

Desenvolvimento de um dispositivo 3D Grafeno Eletrodo dieletroforética

Os transportadores nas membranas celulares permitem a segregação diferencial de íons através das membranas celulares ou camadas celulares e desempenham papéis cruciais durante a fisiologia, reparo e patologia dos tecidos. Descrevemos o microeletrodo de auto-referência íon-seletivo que permite a medição de fluxos de íons específicos em células e tecidos individuais in vivo.

Medição de Extracelular Ion Fluxos Usando a técnica microeletrodos de auto-referência íon-seletivo

Muitos dispositivos microfluídicos foram desenvolvidos para uso no estudo da eletrotaxia. No entanto, nenhum desses chips permite o estudo eficiente dos efeitos simultâneos de campo químico e elétrico (EF) nas células. Desenvolvemos um dispositivo à base de polimetilmetacrilato que oferece FE coexistente melhor controlada e estimulação química para uso em pesquisa de eletrotaxia.

Electrotaxis Estudos de pulmão células de câncer usando um Multichannel Dual-elétrico-campo Microfluidic Chip

Íons de potássio contribuem para o descanso potencial de membrana das células e a concentração extracelular de K+ é um regulador crucial da excitabilidade celular. Descrevemos como fazer, calibrar e usar monopolar K+-seletivos microeletrodos. Usar tais eletrodos permite a medição da dinâmica de concentração de K+ eletricamente evocada em fatias hippocampal adultas.

Fazendo, testando e usando potássio íon seletivo microeletrodos em fatias de tecido do cérebro de um adulto

A rectificação de vias de transporte do íon é um método eficaz de gerar fluxos de electrohydrodynamic de íon-arrastado unidirecional. Definindo uma membrana de troca iônica em um canal de fluxo, uma condição eletricamente polarizada é gerada e faz com que um fluxo de líquido a ser conduzido quando um campo elétrico é aplicado externamente.

Geração e controle de Electrohydrodynamic flui em soluções aquosas de eletrólito

Este protocolo visa demonstrar como combinar em vitro matrizes de microeletrodos com dispositivos microfluídicos para estudar a transmissão do potencial de ação em culturas neuronal. Análise de dados, ou seja, a detecção e caracterização de potenciais de ação, de propagação é realizada utilizando um novo avançado, ainda amigável e livremente disponível, ferramenta computacional.

Microfluídica interfaceamento com matrizes de microeletrodos para estudar comunicação Neuronal e propagação de sinal Axonal

Mostramos que a gravura da nanoarquitetura em dispositivos de microeletrodo intracortical pode reduzir a resposta inflamatória e tem o potencial de melhorar as gravações eletrofisiológicas. Os métodos descritos aqui descrevem uma abordagem para gravar nano-arquiteturas na superfície de microeletrodos intracortical de silício de haste única não funcionais e funcionais.

Litografia de feixe de íons focada para etch nano-arquiteturas em microeletrodos

Este artigo apresenta uma estratégia para a construção de modelos de elementos finitos de materiais condutores fibrosos expostos a um campo elétrico (EF). Os modelos podem ser usados para estimar a entrada elétrica que as células semeadas nesses materiais recebem e avaliar o impacto da alteração das propriedades, estrutura ou orientação do material constituinte do andaime.

Modelagem de elementos finitos de um microambiente elétrico celular

Para estudar as respostas de células excitáveis in vitro, o protocolo descreve o monitoramento óptico de mudanças na geração de potencial de ação devido à eletroporação em um modelo de célula excitável simples de células HEK de pico tet-on geneticamente modificadas, bem como mudanças na voltagem transmembrana com extração automatizada de parâmetros relevantes.

Monitoramento de mudanças induzidas por eletroporação na geração de potencial de ação em células Tet-On Spiking HEK geneticamente modificadas

Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar um dispositivo microfluídico exclusivo de duas camadas para estudar a regulação eletromecânica da homeostase do tecido epitelial. O dispositivo aplica correntes elétricas fisiológicas estáticas perpendiculares ao plano do tecido, impactando a adesão, proliferação e extrusão célula-célula. Imagens de células vivas e medições de estresse mecânico revelam mecanismos desses processos.

Revelando o controle eletromecânico da homeostase tecidual usando um dispositivo microfluídico de duas camadas

Aprenda os fundamentos da eletrocinética AC para manipulação de partículas e fluidos em microescala. Este método demonstra fabricação de dispositivos e interpretação de resultados experimentais em aplicações de biochips.

Fenômenos AC eletrocinéticas Gerado por Estruturas microeletrodos

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