Tek Parçacıklar için mikroakışkan tabanlı Hidrodinamik Tuzak
Summary
Bu makalede, hidrodinamik akış dayalı parçacık hapsi mikroakışkan tabanlı bir yöntem mevcut. Biz böylece entegre bir microdevice keyfi parçacıkların hapsi ve mikromanipülasyon sağlayan bir geribildirim kontrol mekanizması kullanılarak bir sıvı durgunluk noktasında kararlı parçacık yakalama göstermektedir.
Abstract
Ücretsiz çözüm tek parçacıklar sınırlandırmak ve manipüle etme yeteneği, temel ve uygulamalı bilim için bir anahtar sağlayan bir teknolojidir. , Optik, manyetik, elektrokinetik ve akustik teknikler dayalı parçacık yakalama yöntemleri, fizik ve biyoloji, moleküler hücre düzeyine kadar uzanan büyük gelişmelere yol açmıştır. Bu makalede, biz sadece hidrodinamik akış dayalı parçacık yakalama ve manipülasyon için yeni bir mikroakışkan tabanlı tekniği tanıtmak. Bu yöntemi kullanarak, uzun süre ölçekler için sulu çözeltileri, mikro ve nano ölçekli parçacıkların yakalama göstermektedir. Hidrodinamik tuzak iki karşıt laminer akışları, yakınsama böylece bir sıvı durgunluk noktası (zero-hız point) ile düzlemsel gerilme akım üreten bir çapraz-slot kanallı geometri ile entegre bir mikroakışkan cihaz oluşur. Bu cihazın, parçacıklar sıvı durgunluk noktada parçacık konumunu korumak için, akış alanının aktif kontrol tuzak merkezinde sınırlı. Bu şekilde, parçacıklar etkili özel bir dahili LabVIEW kodu ile uygulanan bir geri besleme kontrol algoritması kullanılarak ücretsiz çözüm sıkışıp kalırlar. Kontrol algoritması, bir parçacık, parçacık izleme, parçacık ağırlık merkezi konumunun belirlenmesi ve basınç regülatörü kullanarak bir çip üzerinde pnömatik valf uygulanan basıncı düzenleyen sıvı akışının aktif ayar mikroakışkan cihaz görüntü elde oluşur. Bu şekilde, on-chip dinamik ölçüm kapak fonksiyonları, böylece durgunluk noktası konumunu ve parçacık yakalama ince çaplı kontrolü sağlayan göreceli debilerde çıkış kanalları düzenlemektir. Mikroakışkan tabanlı hidrodinamik tuzak parçacık yakalama için bir yöntem gibi çeşitli avantajlar sergiliyor. Hidrodinamik yakalama, kapana kısılmış bir nesnenin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine özel gereksinimleri olmadan herhangi bir keyfi parçacık için mümkündür. Buna ek olarak, alternatif kuvvet alan tabanlı yakalama yöntemleri kullanarak zor konsantre veya kalabalık parçacık süspansiyonlar bir "tek" hedef nesne, doğumdan hidrodinamik yakalama sağlar. Hidrodinamik tuzak uygulamak için, kullanıcı dostu, kolay ve parçacıkların yakalama ve uzun süre analizi kolaylaştırmak için mevcut mikroakışkan cihazlar eklenebilir. Genel olarak, hidrodinamik tuzak hapsi, mikromanipülasyon ve yüzey immobilizasyon olmaksızın parçacıkların gözlem için yeni bir platform ve ücretsiz çözüm yakalama küçük parçacıkların potansiyel pertürbatif, optik, manyetik ve elektrik alanları için ihtiyacını ortadan kaldırır.
Protocol
Discussion
Şu mikroakışkan hidrodinamik akış dayalı parçacık manipülasyon için yöntemler, iletişim tabanlı veya temassız yöntemler olarak karakterize edilebilir. Temassız yöntemleri, akış veya microeddies 10 dolaşımdaki güveniyor ise İletişim-tabanlı yöntemler, fiziksel sınırlandırmak ve microfabricated kanal duvarları 9 karşı parçacıklar hareketsiz sıvı akışını kullanın . Bu çalışmada, sıvı akışı tek eylemini kullanarak ücretsiz çözüm parçacık yakalama i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz yararlı tartışmalar için University of Illinois at Urbana-Kenis grubuna teşekkür ediyorum ve cömertçe temiz oda kullanımı sağlayan.
Bu çalışma Hibe No 4R00HG004183-03 (Charles M. Schröder ve Melikhan Tanyeri) Bağımsızlık PI Ödülü altında bir NIH Pathway tarafından finanse edildi.
Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı tarafından Eric M. Johnson-Chavarria Yüksek Lisans Araştırma Bursu ile desteklenmiştir.
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).
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a Single-Beam Gradient Force Optical Trap for Dielectric Particles. Optics Letters. 11, 288-290 (1986).
- Neuman, K. C., Block, S. M. Optical trapping. Review of Scientific Instruments. 75, 2787-2809 (2004).
- Gosse, C., Croquette, V. Magnetic tweezers: Micromanipulation and force measurement at the molecular level. Biophysical Journal. 82, 3314-3329 (2002).
- Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C., C, M. Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images. Nature. 436, 370-372 (2005).
- Cohen, A. E., Moerner, W. E. Method for trapping and manipulating nanoscale objects in solution. Applied Physics Letters. 86, 093109-09 (2005).
- Evander, M. Noninvasive acoustic cell trapping in a microfluidic perfusion system for online bioassays", Analytical Chemistry 79. , 2984-2991 (2007).
- Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography. Science. 288, 113-116 (2000).
- Kim, M. C., Wang, Z. H., Lam, R. H. W., Thorsen, T. Building a better cell trap: Applying Lagrangian modeling to the design of microfluidic devices for cell biology. Journal of Applied Physics. 103, (2008).
- Lutz, B. R., Chen, J., Schwartz, D. T. Hydrodynamic tweezers: 1. Noncontact trapping of single cells using steady streaming microeddies. Analytical Chemistry. 78, 5429-5435 (2006).
