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.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Микрожидкостных основе гидродинамической Ловушка для одиночных частиц
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Способность удерживать и манипулировать отдельными частицами в свободном растворе является ключевой технологией для фундаментальной и прикладной науки. Методы захвата частиц, основанные на оптических, магнитных, электрокинетических и акустических принципах, привели к значительным достижениям в физике и биологии — от молекулярного до клеточного уровня. В данной статье мы представляем новый микрофлюидный метод захвата и манипулирования частицами, основанный исключительно на гидродинамическом потоке жидкости. С помощью этого метода мы демонстрируем удержание микро- и наноразмерных частиц в водных растворах в течение длительного времени. Гидродинамическая ловушка представляет собой интегрированное микрофлюидное устройство с геометрией канала в виде перекрестного паза, где сходятся два противоположных ламинарных потока, создавая плоское растягивающее течение с точкой стагнации жидкости (точкой нулевой скорости). В этом устройстве частицы удерживаются в центре ловушки посредством активного управления полем потока для поддержания положения частицы в точке стагнации жидкости. Таким образом, частицы эффективно захватываются в свободном растворе с использованием алгоритма управления с обратной связью, реализованного с помощью специально разработанного кода LabVIEW. Алгоритм управления состоит из получения изображения частицы в микрофлюидном устройстве, последующего отслеживания частицы, определения положения центроида частицы и активной регулировки потока жидкости путем изменения давления, подаваемого на встроенный пневматический клапан с помощью регулятора давления. Таким образом, встроенный динамический дозирующий клапан функционирует для регулирования относительных скоростей потока в выходных каналах, что обеспечивает высокоточный контроль положения точки стагнации и захват частиц. Микрофлюидная гидродинамическая ловушка обладает рядом преимуществ как метод захвата частиц. Гидродинамический захват возможен для любой произвольной частицы без специфических требований к физическим или химическим свойствам захватываемого объекта. Кроме того, гидродинамический захват позволяет удерживать «одиночный» целевой объект в концентрированных или плотных суспензиях частиц, что затруднительно при использовании альтернативных методов захвата, основанных на силовых полях. Гидродинамическая ловушка удобна в использовании, проста в реализации и может быть добавлена в существующие микрофлюидные устройства для облегчения захвата и длительного анализа частиц. В целом, гидродинамическая ловушка представляет собой новую платформу для удержания, микроманипулирования и наблюдения за частицами без их иммобилизации на поверхности, а также устраняет необходимость в потенциально возмущающих оптических, магнитных и электрических полях при захвате малых частиц в свободном растворе.
Протокол
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)
- Чистая два кремниевых пластин (3 "в диаметре) с ацетоном и изопропиловый спирт (IPA).
- Сухие вафли с N 2 и разместить их на плите при температуре 65 ° С в течение 1 мин для удаления остатков влаги.
- Спиновые пальто пластины № 1 с SU-8 2050 фоторезиста (PR) в течение 30 сек при 4000 о....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
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.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Нет конфликта интересов объявлены.
Благодарности
Мы благодарим группу Kenis в университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн за полезные обсуждения и щедро обеспечение использования чистых объектов.
Эта работа финансировалась Путь к NIH премии Независимости П.И., под грант № 4R00HG004183-03 (Charles M. Шредер и Melikhan Tanyeri).
Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда через стипендий для исследований Эрик М. Джонсон-Чаварриа.
....Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Тупая игла 21G | Zephyrtronics | ZT-5-021-1-L | Для проделывания отверстий в портах PDMS |
| Пластиковый шприц на 3 мл | BD Biosciences | 309585 | Для заполнения клапана маслом |
| Кремниевые пластины | University Wafer | 3” P(100), одностороннеполированные, 380 μm, тестового качества | |
| Покровное стекло | VWR international | 48404-428 | 24 x 40 мм №1.5 |
| Карта сбора данных (DAQ) | National Instruments | PCI 6229 | |
| Флуоресцентные микросферы | Spherotech, Inc. | FP-2056-2 | 2.2 μm, Nile red |
| Fluorinert | 3M | FC 40 | Фторированное масло-носитель |
| Инвертированный микроскоп | Olympus Corporation | IX-71 | |
| LabVIEW | National Instruments | Version 9.0f3 (32bit) | |
| Стереомикроскоп | Leica Microsystems | MZ6 | Для совмещения управляющего слоя PDMS с жидкостным слоем. |
| Сушильный шкаф с конвекцией | VWR international | 1300U | Для запекания устройств с целью создания монолитных двухслойных пластин из PDMS. |
| Микрофлюидные трубки и соединители | Upchurch Scientific | Трубки из ПФА 1/16 x .020 и супербесфланцевые фитинги | |
| PDMS | GE Healthcare | RTV 615 A&B | |
| Плазменная камера | Harrick Scientific Products, Inc. | PDC-001 | |
| Датчик давления | Proportion Air | DQPV1 | |
| Спин-коатер | Specialty Coating Systems | G3P-8 Spin Coat | |
| Фоторезист | MicroChem Corp. | SU 8 2050 | |
| Шприцевой насос | Harvard Apparatus | PHD 2000 Programmable | |
| Клеммная колодка | National Instruments | BNC 2110 | Для аналогового вывода на регулятор давления и считывания данных. |
| Коллимированный УФ-источник света и система экспонирования | OAI | Model 30 Enhanced Light Source |
Ссылки
- 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....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
