Микрожидкостных основе гидродинамической Ловушка для одиночных частиц

Общая цель этого метода заключается в ограничении и манипулировании отдельными микро- и наноразмерными частицами с помощью ламинарного потока в микрофлюидном устройстве. Гидродинамическая ловушка состоит из микрофлюидного устройства с геометрией поперечного щелевого канала, которое порождает застойный ток в месте соединения микроканалов. Встроенный клапан, расположенный в одном из выпускных каналов, используется для активного управления потоком жидкости и улавливания частиц.

Частицы удерживаются в заданной пользователем заданной точке путем активного управления положением точки застоя. Контроллер обратной связи используется для отслеживания положения частиц и регулировки встроенного клапана для поддержания положения частиц в заданной точке. С помощью гидродинамической ловушки одиночные частицы захватываются в растворах разбавленных или концентрированных частиц и могут быть визуализированы с помощью флуоресцентной или светлопольной микроскопии.

Одна частица может быть ограничена в пределах одного микрона от центра ловушки, как показано на траектории частицы и гистограмме смещения частицы из центра ловушки. Здравствуйте, я Эрик Джонсон Рио из лаборатории профессора Чарльза Шроера на факультете химической и биомолекулярной инженерии и Центра биофизики и вычислительной биологии в Университете штата Иллинойс. Здравствуйте, меня зовут Ари, я научный сотрудник лаборатории Шрёдера.

Здравствуйте, меня зовут Шерил Шрёдер, и сегодня мы покажем вам, как изготовить и внедрить микрофлюидное устройство для гидродинамического захвата одиночных частиц. Основное преимущество этого метода по сравнению с существующими методами, такими как оптические или электрокинетические ловушки, заключается в том, что гидродинамическая ловушка достигается исключительно действием потока жидкости, тем самым устраняя потенциально проактивные четыре поля для захвата наночастиц или клеток. Этот метод может преобразовать фундаментальную и прикладную науку, позволяя захватывать микро- и наночастицы в свободном растворе без каких-либо требований к химическим или физическим свойствам захваченной частицы.

Итак, приступим. Для того чтобы облегчить отслаивание реплик от форм SU eight, обработайте поверхность форм SU eight, поместив пластины в влагопоглотитель под вакуум на 10 минут с помощью стеклянной чашки, содержащей несколько капель трихлорселина, с использованием смешанного и DGAs PDMS для жидкостного и контрольного слоев. Нанесите смесь PDMS в соотношении 15 к одному на форму с жидким слоем в течение 30 секунд при 750 оборотах в минуту, а затем поместите пластину в чашку Петри.

Аналогичным образом поместите форму для контрольного слоя в чашку Петри и вылейте смесь PDMS в соотношении пять к одному на форму толщиной четыре миллиметра. Чтобы частично отверждать слои PDMS, выпекайте, разрежьте PDM в течение 30 минут при температуре 70 градусов Цельсия и дайте им остыть до комнатной температуры. Разрежьте скальпелем реплику PDMS и снимите ее с формы SU eight.

Затем с помощью иглы 21 калибра проделайте отверстие в PDMS в качестве порта доступа к микроканалу, который будет действовать как мембранный клапан на кристалле. Поместите реплику PDMS с контрольным слоем на пластину с жидкостным слоем PDMS с спиновым покрытием. Тщательно выровняйте и приклейте контрольный слой к жидкостному слою с помощью стереомикроскопа.

Обязательно удалите все воздушные карманы между слоями и запекайте при температуре 70 градусов Цельсия в течение ночи, чтобы полностью отверждение обоих слоев в монолитную плиту PDMS с двумя слоями после охлаждения до комнатной температуры, используйте скальпель, чтобы вырезать и отклеить реплику PDMS от формы SU eight, и используйте лезвие бритвы, чтобы удалить излишки PDMS и отделить каждый блок устройства. Теперь цельные отверстия для доступа пуансона к микроканалам в жидкостном слое с помощью иглы 21 калибра. Очистите крышку крышкой ацетоном IPA и высушите азотом.

Обработайте поверхность защитного стекла и поверхности реплики PDMS кислородной плазмой под давлением менее 500 миллиторр в течение 30 секунд. А затем сразу же привести две поверхности в соприкосновение, чтобы образовалось необратимое уплотнение. Наконец, запекайте устройства на ночь, чтобы увеличить сцепление между слоями PDMS и покровным покрытием.

Сначала поместите микрофлюидное устройство на предметный столик инвертированного микроскопа и закрепите его зажимами. Затем, чтобы подать растворы в микрофлюидное устройство, наполните герметичный шприц объемом один миллилитр и шприц объемом 250 микролитров буферным раствором и раствором образца соответственно. Используйте Т-образный клапан между шприцем для образца и портом для образца на микрофлюидном устройстве для контроля подачи образца.

Теперь установите жидкостные соединения между шприцами и микрофлюидным устройством с помощью фторкислородной трубки, адаптеров для фиксации приманки и металлических трубок 24 калибра. Затем установите жидкостные соединения для выходных каналов в микрофлюидном устройстве с помощью трубки PFA и металлической трубки 24 калибра. Для поддержания постоянного перепада давления между шприцами и выходными каналами трубки PFA для выпускных отверстий должны быть одинаковой длины и обе должны быть погружены в центрифужную трубку объемом 1,5 миллилитра, заполненную буферным раствором.

Заполните встроенный клапан фторированным несущим маслом с помощью пластикового шприца с замком приманки объемом три миллилитра, чтобы предотвратить утечку воздуха в слой жидкости во время работы. Протолкните воздух из камеры клапана через мембрану PDMS в микроканал. В жидкостном слое.

Для работы на интегрированном клапане. Подключите подачу инертного газа под давлением к порту в слое управления. Промойте соединения жидкости и микрофлюидное устройство 0,5 миллилитрами буферного раствора, чтобы убедиться, что все пузырьки воздуха удалены из системы, включая выпускные каналы.

Типичный расход, используемый для очистки пузырьков, колеблется от 2000 до 5 000 микролитров в час после того, как пузырьки воздуха вымываются из микрофлюидных каналов, уменьшите расход до 50-100 микролитров в час, что является типичным объемным расходом для улавливания частиц. Теперь переключите Т-образный клапан, чтобы образец мог поступать в микрофлюидное устройство. Выполнение пользовательского кода лабораторного представления, который автоматизирует улавливание частиц за счет реализации алгоритма управления с линейной обратной связью.

Код захватывает изображения с ПЗС-камеры и передает электрический потенциал на регулятор давления, который активно модулирует положение встроенного пневматического клапана. С помощью предметного столика для перемещения XY с помощью микроскопа расположите область захвата в центре обзора камеры. Поместите область захвата в фокус объектива и отрегулируйте параметры камеры для оптимизации условий изображения.

Выберите прямоугольную область интереса в поле зрения камеры таким образом, чтобы центром ROI было положение центра ловушки. Теперь инициализируйте давление смещения, приложенное к встроенному клапану. Сужение шириной от 100 до 200 микрон, расположенное в противоположном выходном канале.

Обеспечивает давление смещения для работы встроенного клапана. Запустите контроллер обратной связи и отрегулируйте пропорциональное усиление для оптимизации отклика ловушки. В зависимости от расхода и положения клапана на кристалле существует оптимальная величина пропорционального усиления, которая повышает устойчивость ловушки и исключает нежелательные колебания частиц.

Код лабораторного просмотра автоматически захватывает одну из частиц, попадающих в область улавливания. В этом видео движение частиц в направлении притока возникает из-за того, что входной поток образца остается открытым, чтобы максимизировать герметичность ловушки удержания в направлении притока. Пользователь может закрыть поток образца во время захвата, который равномерно уравновешивает поток в перекрестном переходе, контролировать захваченную частицу и поддерживать фокусировку частицы в плоскости изображения с помощью ручной фокусировки или автоматической настройки фокусного микроскопа.

Интегрированное микрофлюидное устройство состоит из фокуса образца, поперечно-щелевого перехода и пневматического клапана, захват которого происходит на поперечно-щелевом переходе, а положение частиц контролируется путем активной регулировки поля потока на микроканальном переходе через пневматический клапан. Здесь изображение одной бусины заключено в гидродинамическую ловушку. В дополнение к ловушке в центре, несколько непойманных бусин показаны в области ловли на перекрестке лотов.

Нанесена на карту траектория захваченного флуоресцентного полистирольного шарика толщиной 2,2 микрона. Первоначально частица задерживается на три минуты. Затем он освобождается из ловушки и убегает по одному из выпускных каналов.

Гистограмма смещения захваченной бусины от центра ловушки вдоль направления выходных каналов показывает, что частица ограничена в пределах одного микрона от центра ловушки. Сегодня мы представили ЭМ-ловушку как метод захвата микро- и наноразмерных частиц в свободном растворе с использованием потока точек, генерируемого в микрофлюидном устройстве. Гидродинамическая ловушка позволяет удерживать одну частицу-мишень в концентрированных суспензиях частиц, что трудно при использовании альтернативных методов захвата силового поля.

После дальнейшего развития этот новый метод позволит проводить научные исследования в области биофизики, клеточной механики, гидродинамики, энзимологии и системной биологии. Спасибо за просмотр и надеемся, что эта методика будет полезна для ваших экспериментов.