Einem mikrofluidischen-basierte Hydrodynamische Trap für einzelne Teilchen
Summary
In diesem Artikel präsentieren wir einen mikrofluidischen-basiertes Verfahren zur Teilcheneinschluss auf hydrodynamische Strömung. Wir zeigen, stabile Partikel Trapping auf die Flüssigkeit Staupunkt mit einem Feedback-Kontrollmechanismus, wodurch der Entbindung und Mikromanipulation von beliebigen Teilchen in einem integrierten Kleinstgerätes.
Abstract
Die Fähigkeit, zu beschränken und zu manipulieren einzelne Partikel in freier Lösung ist eine Schlüsseltechnologie für die Grundlagenforschung und angewandter Forschung. Verfahren zur Partikel-Trapping auf optischen, magnetischen, elektrokinetischen und akustische Techniken haben zu großen Fortschritten in der Physik und der Biologie von der molekularen bis zellulärer Ebene geführt. In diesem Artikel stellen wir eine neue mikrofluidische-basierte Methode zur Bestimmung der Überfüllung und Manipulation ausschließlich auf hydrodynamische Strömung basiert. Mit dieser Methode zeigen wir, von Mikro-und Nano-Partikel Trapping in wässrigen Lösungen zur langen Zeitskalen. Der hydrodynamische Falle besteht aus einem integrierten mikrofluidischen Gerät mit einem Kreuz-Schlitz-Geometrie, wo zwei gegensätzliche laminaren Strömungen konvergieren, wodurch eine ebene Dehnströmung mit einer Flüssigkeit Staupunkt (Null-Geschwindigkeit Punkt). In diesem Gerät werden die Partikel in der Falle Zentrum durch eine aktive Steuerung des Strömungsfeldes beschränkt sich auf Partikel Position an der Flüssigkeit Staupunkt aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise werden Partikel effektiv in freier Lösung gefangen mit einem Feedback-Algorithmus mit einer custom-built LabVIEW-Code implementiert. Der Regelalgorithmus besteht aus Bildaufnahme für ein Teilchen in der mikrofluidischen Gerät, das von particle tracking, Bestimmung der Partikelgröße Schwerpunkt Position und aktive Anpassung der Strömung durch die Regelung der Druck, der auf einem On-Chip pneumatisches Ventil mit einem Druckregler gefolgt. Auf diese Weise auf die On-Chip-dynamischen Dosierventil Funktionen der relativen Strömungsgeschwindigkeiten im Auslasskanäle regulieren, wodurch feine angelegte Kontrolle der Staupunkt Position und Partikel-Trapping. Die Mikrofluidik-basierten hydrodynamischen Falle weist mehrere Vorteile, wie eine Methode zur Partikel-Trapping. Hydrodynamische Trapping ist für beliebige Partikel ohne spezifische Anforderungen an die physikalischen oder chemischen Eigenschaften der eingeschlossenen Objekt möglich. Darüber hinaus ermöglicht hydrodynamischen Trapping Einschluss einer "single" Zielobjekt in konzentrierter oder überfüllten Partikelsuspensionen, was schwierig ist mit alternativen Kraftfeld-basierte Fangmethoden. Der hydrodynamische Falle ist benutzerfreundlich, einfach zu implementieren und zu bestehenden mikrofluidischen Systemen hinzugefügt werden, um Überfüllung und langjähriger Analyse von Partikeln zu erleichtern. Insgesamt ist die hydrodynamische Falle eine neue Plattform für Entbindung, Mikromanipulation und Beobachtung von Teilchen ohne Oberflächenimmobilisierung und eliminiert die Notwendigkeit für den Einsatz in perturbative optische, magnetische und elektrische Felder in der freien Lösung Fang von kleinen Partikeln.
Protocol
Discussion
Aktuelle mikrofluidische Methoden zur Bestimmung der Manipulation auf hydrodynamischen Fluss basieren, können als Kontakt-oder berührungslose Methoden charakterisiert werden. Kontakt-basierte Methoden Strömung physisch zu beschränken und zu immobilisieren Partikel gegen mikrofabrizierten Kanalwände 9, während berührungslose Methoden auf zirkulierende Strömung oder microeddies 10 verlassen. In dieser Arbeit präsentieren wir eine Methode zur freien Lösung Partikel Trapping mit der alleinige…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken der Kenis Gruppe an der University of Illinois at Urbana-Champaign für hilfreiche Diskussionen und großzügig bietet Einsatz von Reinräumen.
Diese Arbeit wurde durch ein NIH Pathway to Independence PI-Preis finanziert wird, unter Grant No 4R00HG004183-03 (Charles M. Schroeder und Melikhan Tanyeri).
Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation durch eine Graduate Research Fellowship an Eric M. Johnson-Chavarria unterstützt.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| 21 gauge blunt needle | Zephyrtronics | ZT-5-021-1-L | For punching port holes in PDMS | |
| 3 ml plastic syringe | BD | 309585 | For filling valve with oil | |
| Si wafers | University Wafer | 3” P(100) single side polished 380 μm test grade | ||
| Cover glass | VWR | 48404-428 | 24 x 40 mm #1.5 | |
| DAQ card | National Instruments | PCI 6229 | ||
| Fluorescent beads | Spherotech | FP-2056-2 | 2.2 μm Nile red | |
| Fluorinert | 3M | FC 40 | Fluorinated carrier oil | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX-71 | ||
| LabVIEW | National Instruments | Version 9.0f3 (32bit) | ||
| Stereo Microscope | Leica | MZ6 | For aligning PDMS control layer to fluidic layer. | |
| Mechanical Convection Oven | VWR | 1300U | For baking devices to create monolithic PDMS slabs with two layers. | |
| Microfluidic tubing and connectors | Upchurch Scientific | 1/16 x .020 PFA tubing and super flangeless fittings | ||
| PDMS | GE Silicones | RTV 615 A&B | ||
| Plasma Chamber | Harrick | PDC-001 | ||
| Pressure Transducer | Proportion Air | DQPV1 | ||
| Spin Coater | Specialty Coating Systems | G3P-8 Spin Coat | ||
| Photoresist | MicroChem | SU 8 2050 | ||
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | PHD 2000 Programmable | ||
| Terminal Block | National Instruments | BNC 2110 | For analog output to pressure regulator and read out. | |
| UV Collimated Light Source and Exposure System | OAI | Model 30 Enhanced Light Source |
References
- Tanyeri, M., Johnson-Chavarria, E. M., Schroeder, C. M. Hydrodynamic Trap for Single Particles and Cells. Applied Physics Letters. 96, 224101-224101 (2010).
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