Микрожидкостных основе гидродинамической Ловушка для одиночных частиц

Summary

В этой статье мы представляем микрожидкостных основе метода удержания частиц на основе гидродинамических потоков. Мы демонстрируем стабильный захват частиц в точке застоя жидкости с помощью механизма управления с обратной связью, что позволяет камере и микроманипуляция произвольных частиц в интегрированной микроустройство.

Abstract

Возможность ограничивать и манипулировать отдельными частицами в свободном растворе является ключевой технологией, позволяющей фундаментальной и прикладной науке. Методы улавливания частиц, основанные на оптических, магнитных, электрокинетических и акустических методах, привели к значительным достижениям в физике и биологии на молекулярном и клеточном уровнях. В этой статье мы представляем новую микрофлюидную технику для улавливания и манипулирования частицами, основанную исключительно на гидродинамическом потоке жидкости. Используя этот метод, мы демонстрируем улавливание микро- и наночастиц в водных растворах в течение длительного времени. Гидродинамическая ловушка состоит из интегрированного микрофлюидного устройства с геометрией поперечно-щелевого канала, в котором сходятся два противоположных ламинарных потока, тем самым генерируя плоский растяжимый поток с точкой застоя жидкости (точкой нулевой скорости). В этом устройстве частицы удерживаются в центре ловушки за счет активного управления полем потока для поддержания положения частиц в точке застоя жидкости. Таким образом, частицы эффективно удерживаются в свободном растворе с помощью алгоритма управления с обратной связью, реализованного с помощью специально разработанного кода LabVIEW. Алгоритм управления состоит из получения изображения частицы в микрофлюидном устройстве с последующим отслеживанием частиц, определением положения центроида частицы и активной регулировкой потока жидкости путем регулирования давления, приложенного к встроенному пневматическому клапану с помощью регулятора давления. Таким образом, интегрированный динамический дозирующий клапан функционирует для регулирования относительной скорости потока в выходных каналах, тем самым обеспечивая точный контроль положения точки застоя и улавливания частиц. Гидродинамическая ловушка на основе микрофлюидов имеет ряд преимуществ в качестве метода улавливания частиц. Гидродинамическое улавливание возможно для любой произвольной частицы без особых требований к физическим или химическим свойствам захваченного объекта. Кроме того, гидродинамическая ловушка позволяет удерживать «одиночный» целевой объект в концентрированных или скученных суспензиях частиц, что затруднительно при использовании альтернативных методов ловушки на основе силового поля. Гидродинамическая ловушка удобна в использовании, проста в реализации и может быть добавлена к существующим микрофлюидным устройствам для облегчения улавливания и долгосрочного анализа частиц. В целом, гидродинамическая ловушка представляет собой новую платформу для удержания, микроманипуляций и наблюдения за частицами без поверхностной иммобилизации и устраняет необходимость в потенциально возмущающих оптических, магнитных и электрических полях при захвате мелких частиц в свободном растворе.

Protocol

Гидродинамическая ловушка состоит из двухслойной гибридных (полидиметилсилоксан (PDMS) / стекло) микрожидкостных устройство для удержания частиц. Шаги 1-2 описывают изготовление микрожидкостных устройств, а также шаги 3-4 устройство обсудить проектирования и эксплуатации.

1. SU-8 Mold Изготовление (не показано на видео)

1. Чистая два кремниевых пластин (3 "в диаметре) с ацетоном и изопропиловый спирт (IPA).
2. Сухие вафли с N ₂ и разместить их на плите при температуре 65 ° С в течение 1 мин для удаления остатков влаги.
3. Спиновые пальто пластины № 1 с SU-8 2050 фоторезиста (PR) в течение 30 сек при 4000 о....

Discussion

Текущий микрожидкостных методы манипуляции частиц на основе гидродинамического потока можно охарактеризовать как контакт основе или бесконтактные методы. Контакт-методов, основанных на использовании жидкости физически ограничивать и останавливать частицы против microfabricated стенок канала ^9, в то время как бесконтактные методы основаны на циркулирующего потока или microeddies ^10. В этой работе мы представляем метод свободных частиц решение захвата использованием единственного действия потока жидк.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Игла туповатая 21 калибра	Zephyrtronics	ZT-5-021-1-L	Для пробивки отверстий в PDMS
пластиковый шприц 3 мл	BD Biosciences	309585	Для наполнения клапана маслом
Si wafers University	Wafer		3” P(100) односторонний полированный 380 μ m тестовый класс
Защитное стекло	VWR международный	48404-428	24 x 40 мм #1.5
DAQ карта	National Instruments	PCI 6229
Флуоресцентные бусины	Spherotech, Inc.	FP-2056-2	2,2 #x03BC; m Nile red
Fluorinert	3M	FC 40	Фторированное несущее масло
Инвертированный микроскоп	Olympus Corporation	IX-71
LabVIEW	National Instruments	Версия 9.0f3 (32bit)
Стереомикроскоп	Leica Microsystems	MZ6	Для выравнивания контрольного слоя PDMS с жидкостным слоем.
Механическая конвекционная печь	VWR international	1300U	Для хлебопекарных устройств для создания монолитных плит PDMS с двумя слоями.
Микрофлюидные трубки и соединители	Upchurch Scientific		1/16 x .020 PFA трубки и супер бесфланцевые фитинги
PDMS	GE Healthcare	RTV 615 A& B
Плазменная камера	Harrick Scientific Products, Inc.	PDC-001
Преобразователь давления	Пропорция воздуха	DQPV1
Spin Coater	Специальные системы покрытий	G3P-8 Spin Coat
Photoresist	MicroChem Corp.	SU 8 2050
Шприцевой насос	Harvard Apparatus	PHD 2000 Программируемая клеммная
колодка	National Instruments	BNC 2110	Для аналогового вывода на регулятор давления и считывания.
Коллимированный УФ-источник света и система воздействия	OAI	Model 30 Enhanced Light Source