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Bioengineering

एक microfluidic आधारित एकल कण के लिए द्रव्यगतिकी जाल

doi: 10.3791/2517 Published: January 21, 2011

Summary

इस अनुच्छेद में, हम कण hydrodynamic प्रवाह पर आधारित प्रसूति के लिए एक microfluidic आधारित विधि प्रस्तुत करते हैं. हम एक प्रतिक्रिया नियंत्रण तंत्र का उपयोग कर एक तरल पदार्थ ठहराव बिंदु पर स्थिर कण फँसाने का प्रदर्शन, जिससे एक एकीकृत microdevice में सक्षम कारावास और मनमाने ढंग से कणों का micromanipulation.

Protocol

hydrodynamic जाल एक दो परत संकर (polydimethylsiloxane (PDMS) / कांच) कण प्रसूति के लिए microfluidic डिवाइस के होते हैं. 1-2 कदम microfluidic उपकरणों के निर्माण का वर्णन है, और 3-4 पर चर्चा डिवाइस डिजाइन और ऑपरेशन कदम.

1. SU-8 मोल्ड निर्माण (वीडियो में दिखाया गया)

  1. एसीटोन और isopropyl शराब (आईपीए) के साथ दो सिलिकॉन wafers (3 "व्यास) साफ करें.
  2. 2 एन और उन्हें डिग्री सेल्सियस 1 मिनट के लिए अवशिष्ट नमी हटाने के लिए 65 में एक hotplate पर जगह के साथ सूखी वेफर्स .
  3. SU-8 २०५० photoresist (पीआर) के साथ 4000 rpm पर 30 सेकंड के लिए # 1 कोट वफ़र स्पिन करने के लिए एक ~ 40 सुक्ष्ममापी fluidic परत के लिए मोटी मोल्ड बना. कोट वफ़र 30 सेकंड के लिए # 2 पीआर के साथ 1500 rpm पर स्पिन करने के लिए एक 150 ~ सुक्ष्ममापी नियंत्रण परत के लिए मोटी मोल्ड बनाने.
  4. शीतल सेंकना वफ़र # 65 में 1 ° सी 3 मिनट और 95 में तो ° सी 6 मिनट के लिए के लिए. 65 में शीतल सेंकना वफ़र # 2 डिग्री सेल्सियस डिग्री सेल्सियस 20 मिनट के लिए 5 और 95 में तो मिनट के लिए.
  5. और उचित जोखिम तीव्रता यूवी (~ ~ MJ 150 / 2 सेमी, 260 क्रमशः MJ / 2 सेमी) उनके संबंधित मास्क (: बंदरगाहों और fluidic चैनलों, # 2 वफ़र बंदरगाह और नियंत्रण परत # 1 वफ़र) के साथ वेफर्स बेनकाब .
  6. पोस्ट 65 में सेंकना वफ़र # 1 ° सी 1 मिनट और 95 में तो ° सी 6 मिनट के लिए के लिए. पोस्ट 65 में सेंकना वफ़र # 2 ° 5 और 95 में तो मिनट के लिए सी ° सी 10 मिनट के लिए.
  7. Propylene glycol मिथाइल ईथर एसीटेट (PGMEA) के साथ वेफर्स विकास जब तक uncured पीआर निकाल दिया जाता है. आईपीए और एन के साथ 2 सूखी के साथ वेफर्स कुल्ला .

2. Microfluidic युक्ति निर्माण

  1. Desiccator में वेफर्स ~ trichlorosilane की कुछ बूँदें युक्त एक गिलास पकवान के साथ 10 मिनट के लिए वैक्यूम के अंतर्गत रखकर SU-8 नए नए साँचे की सतह Silanize. भूतल silanization SU 8 molds के बंद प्रतिकृतियां (PDMS) छीलने में मदद करता है.
  2. बेस में मिलाई और Degas PDMS: fluidic और नियंत्रण परतों के लिए क्रमशः 15:01 और 05:01 के अनुपात crosslinker.
  3. कोट 750 rpm पर 30 सेकंड के लिए fluidic परत (वफ़र # 1) मोल्ड पर 15:01 PDMS मिश्रण घुमाओ और फिर एक पेट्री डिश में वफ़र जगह. एक पेट्री डिश में नियंत्रण परत मोल्ड प्लेस और मोल्ड पर ~ 4 ​​मिमी की मोटाई 05:01 PDMS मिश्रण डालना.
  4. सेंकना 70 पर 30 मिनट के लिए / वेफर्स PDMS डिग्री सेल्सियस आंशिक रूप से PDMS परतों का इलाज करने के लिए.
  5. नीचे कमरे के तापमान के लिए ठंडा वेफर्स / PDMS के बाद, PDMS प्रतिकृति, जो नियंत्रण परत (# 2 वफ़र) के रूप में एक स्केलपेल और मोल्ड SU 8 बंद इसे छील के साथ पेट्री डिश से कटौती. होल पंच एक का उपयोग पोर्ट microchannel कि एक 21 गेज सुई के साथ पर चिप झिल्ली वाल्व के रूप में कार्य करेंगे.
  6. वफ़र # 1 (जो स्पिन लेपित PDMS fluidic परत है) पर PDMS प्रतिकृति नियंत्रण परत के साथ रखें. ध्यान से संरेखित करें और fluidic एक स्टीरियो माइक्रोस्कोप का उपयोग परत के लिए नियंत्रण परत सील. करने के लिए परतों और सेंकना के बीच 70 बजे सभी हवा जेब को दूर करने के लिए सुनिश्चित करें कि डिग्री सेल्सियस के लिए पूरी तरह से दोनों परतों का इलाज रातोंरात. इस पाक कदम दो परतों के साथ एक अखंड PDMS स्लैब में परिणाम होगा.
  7. कमरे के तापमान, कटौती PDMS प्रतिकृति छील और दोनों नियंत्रण और SU-8 मोल्ड बंद fluidic परतों एक स्केलपेल का उपयोग युक्त करने के लिए ठंडा करने के बाद. अतिरिक्त PDMS निकालें और एक धार के साथ प्रत्येक डिवाइस इकाई अलग है. होल पंच एक 21 गेज सुई के साथ fluidic परत में microchannels उपयोग बंदरगाहों.
  8. बॉण्ड PDMS एक coverslip स्लैब के लिए एक पूरी डिवाइस प्राप्त. एसीटोन और आईपीए के साथ: सबसे पहले, एक coverslip (1.5, 24 x 45 मिमी नहीं) साफ. अगले, 500 mTorr के तहत दोनों coverslip और 30 सेकंड के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा के साथ PDMS प्रतिकृति सतहों, इलाज और तुरंत संपर्क में दो सतहों को लाने के लिए एक अपरिवर्तनीय मुहर फार्म.
  9. PDMS परतों और coverslip के बीच संबंध बढ़ाने के रातोंरात उपकरणों बनाओ.

चरण 3-4 hydrodynamic microfluidic डिवाइस ऊपर वर्णित का उपयोग कर जाल को लागू करने का वर्णन.

3. द्रव्यगतिकी ट्रैप प्रायोगिक सेटअप

  1. एक औंधा माइक्रोस्कोप के मंच पर microfluidic युक्ति प्लेस और यह चरण क्लिप के साथ सुरक्षित.
  2. दो गैस तंग सीरिंज को अलग से बफर और नमूना समाधान के साथ भरें उन्हें एक हार्वर्ड उपकरण सिरिंज पंप (पीएचडी निर्देशयोग्य 2000) पर जगह. बफर और नमूना समाधान एक 1 मिलीग्राम और 250 μl सिरिंज के माध्यम से microfluidic युक्ति करने के लिए वितरित कर रहे हैं, क्रमशः. आमतौर पर, एक 50 मिमी / Tris Tris एचसीएल समाधान बफर (पीएच 8.0) 0.02% युक्त v / v ट्राइटन X-100 बफर समाधान के रूप में प्रयोग किया जाता है. नमूना समाधान बफर समाधान में एक कण निलंबन (जैसे फ्लोरोसेंट polystyrene मनकों) के होते हैं.
  3. सीरिंज (नमूना और बफर देने) और microfluidic डिवाइस के बीच fluidic कनेक्शन स्थापित करना. 1 / 16 "बाहरी व्यास (ओवर ड्राफ्ट) x .020" (आईडी) perfluoroalkoxy (पीएफए) luer ताला एडेप्टर का उपयोग टयूबिंग भीतरी व्यास सीरिंज कनेक्ट. Microfluidic डिवाइस के प्रवेश बंदरगाहों के लिए 24 गेज मेटा के साथ पीएफए ​​टयूबिंग के दूसरे छोर कनेक्टमैं टयूबिंग. एक टी वाल्व microfluidic नमूना प्रसव को नियंत्रित करने के लिए डिवाइस पर नमूना सिरिंज और नमूना बंदरगाह के बीच रखा जा सकता है.
  4. Microfluidic डिवाइस में आउटलेट चैनल के लिए fluidic कनेक्शन स्थापित करना. पीएफए ​​टयूबिंग (1 / 16 "आयुध डिपो .020 x" आईडी) को 24 गेज धातु टयूबिंग का उपयोग करके दो आउटलेट चैनल कनेक्ट. दुकानों के लिए पीएफए ​​टयूबिंग लंबाई बराबर होना चाहिए. डूब दोनों एक 1.5 एमएल अपकेंद्रित्र समाधान बफर, जो सीरिंज और आउटलेट चैनल के बीच एक निरंतर दबाव ड्रॉप बनाए रखने करता है के साथ भर ट्यूब में आउटलेट ट्यूबों.
  5. Fluorinated वाहक तेल के साथ एक 3 एमएल luer ताला प्लास्टिक सिरिंज का उपयोग करने के लिए आपरेशन के दौरान fluidic परत में लीक से हवा को रोकने पर चिप वाल्व भरें. microchannel में वाल्व चैम्बर में हवा PDMS झिल्ली के माध्यम से धक्का दिया है और fluidic परत में बाद में दुकान बंदरगाहों के माध्यम से द्रव प्रवाह के साथ डिवाइस से हटा दिया.
  6. दबाव नियंत्रण परत में अक्रिय गैस (नाइट्रोजन) पर चिप वाल्व आपरेशन के लिए बंदरगाह के लिए आपूर्ति कनेक्ट. इस प्रयोजन के लिए, हम एक नाइट्रोजन (2200 साई) टैंक और एक इलेक्ट्रॉनिक दबाव पर चिप microfluidic डिवाइस में वाल्व 0-30 साई आपूर्ति नियामक का उपयोग करें. नाइट्रोजन टैंक दबाव नियामक ¼ "आयुध डिपो .170 x" आईडी टयूबिंग का उपयोग करने के लिए जुड़ा हुआ है. दबाव नियामक 1 / 16 "आयुध डिपो एक्स .020" अपने टर्मिनस पर 24 गेज धातु टयूबिंग के साथ आईडी पीएफए ​​टयूबिंग के माध्यम से microfluidic डिवाइस से जुड़ा है.
  7. बफर समाधान के 0.5 एमएल करने के लिए सुनिश्चित करें कि सभी हवाई बुलबुले आउटलेट चैनलों सहित प्रणाली से हटा रहे हैं के साथ fluidic कनेक्शन और microfluidic युक्ति कुल्ला. विशिष्ट प्रवाह दरों 2000-5000 μL / घंटा के बीच बुलबुले रेंज समाशोधन के लिए इस्तेमाल किया. बाद हवाई बुलबुले microfluidic चैनलों के बाहर rinsed हैं, 50-100 μL / घंटा है, जो कण फँसाने के लिए एक विशिष्ट बड़ा प्रवाह की दर के लिए प्रवाह दर को कम.
  8. इस बिंदु पर, fluidic कनेक्शन स्थापित कर रहे हैं नमूना और बफर समाधान एक निश्चित प्रवाह दर (5-10 μL / घंटा) microfluidic युक्ति करने के लिए वितरित कर रहे हैं, और डिवाइस hydrodynamic फँसाने के लिए तैयार है.

4. द्रव्यगतिकी फँसाने प्रक्रिया

  1. कस्टम निर्मित LabVIEW कोड, (उपयोग LabVIEW कोड के लिए नीचे नोट देख), जो कण फँसाने automates चलाएँ.
  2. खुर्दबीन xy अनुवाद चरण स्थिति, कैमरा देखने के केंद्र में फँसाने क्षेत्र (पार स्लॉट) का उपयोग करना. उद्देश्य लेंस का फोकस और कैमरा सेटिंग्स समायोजित करने के लिए इमेजिंग स्थिति अनुकूलन में फँसाने क्षेत्र लाओ.
  3. ऐसी है कि रॉय के केंद्र जाल केंद्र की स्थिति हो जाएगा देखने के कैमरे के क्षेत्र के भीतर ब्याज की एक आयताकार क्षेत्र (आरओआई) चुनें.
  4. ऑफसेट पर चिप वाल्व के लिए दबाव लागू इनिशियलाइज़. एक आउटलेट चैनलों के में, एक 100-200 सुक्ष्ममापी विस्तृत कसना पर चिप वाल्व के लिए एक ऑफसेट दबाव प्रदान करने के लिए शुरू की है. लगातार दबाव बंद सेट पर चिप वाल्व चैनल पार स्लॉट के केंद्र के आसपास के क्षेत्र में ठहराव बिंदु की स्थिति को समायोजित सक्षम बनाता है. अधिकांश प्रयोगों के लिए, ऑफसेट दबाव 0-12 चैनल आयाम (ऊंचाई और चौड़ाई), कसना चौड़ाई, और पर चिप वाल्व (वाल्व के आकार, झिल्ली मोटाई, आदि) के विनिर्देशों के आधार पर साई के बीच सेट कर दिया जाता है.
  5. प्रतिक्रिया नियंत्रक आरंभ करें और आनुपातिक लाभ को समायोजित करने के लिए जाल प्रतिक्रिया का अनुकूलन. प्रतिक्रिया नियंत्रक पर चिप वाल्व के लिए लागू क्रम में ठहराव बिंदु की स्थिति है, जो या कण की स्थिति और सेट बिंदु (जाल केंद्र) के बीच की दूरी त्रुटि minimizes कदम दबाव को समायोजित करेगा. प्रवाह दर और वाल्व पर चिप स्थिति पर निर्भर करता है, वहाँ एक इष्टतम आनुपातिक लाभ मूल्य है, जो जाल स्थिरता बढ़ जाती है और अवांछित कण दोलनों समाप्त है.
  6. एक कण जाल. LabVIEW कोड स्वत: फँसाने क्षेत्र में प्रवेश के कणों का एक जाल है. एक बार एक वांछित कण फंस गया है, यह संभव है बंद नमूना प्रवाह बंद है और बफर समाधान में फंस कण को ​​अलग करने के लिए, अगर वांछित.
  7. फंस कण मॉनिटर और मैनुअल ध्यान केंद्रित करने या एक स्वचालित ध्यान खुर्दबीन सेटअप का उपयोग कर छवि विमान के भीतर कण ध्यान बनाए रखने. यह थोड़ा प्रतिक्रिया नियंत्रक के आनुपातिक लाभ को समायोजित करने के लिए एक लंबे समय के पैमाने पर फँसाने घटना (घंटे मिनट) के पाठ्यक्रम के दौरान जाल स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हो सकता है.

LabVIEW कोड: प्रतिक्रिया नियंत्रक के लिए उपयोग नोट

स्वचालित कण फँसाने एक रेखीय प्रतिक्रिया नियंत्रण एल्गोरिथ्म कार्यान्वित एक कस्टम LabVIEW कोड का उपयोग कर का उपयोग करने के लिए हासिल की है. LabVIEW कोड एक सीसीडी कैमरे से छवियों captures और एक दबाव नियामक है, जो सक्रिय रूप से एक चिप पर गतिशील न्युमेटिक वाल्व (आंशिक रूप से खुला / बंद राज्य) की स्थिति modulates एक बिजली के संभावित (वोल्टेज) पहुंचाता है. जैसा कि मैंने वाल्व की स्थिति में परिवर्तन, एक आउटलेट लाइन में hydrodynamic प्रवाह दरएस समायोजित, जिससे ठहराव बिंदु फिर से स्थिति और hydrodynamic फँसाने सक्षम. प्रतिक्रिया पाश में कदम क्रमिक रूप से कर रहे हैं और iteratively छवि पर कब्जा (10-60 हर्ट्ज) के दर पर मार डाला. LabVIEW कोड प्रत्येक प्रतिक्रिया पाश चक्र के दौरान चरणों का पालन निष्पादित:

  • और एक सीसीडी कैमरा: छवि पर कब्जा एक छवि microfluidic डिवाइस के एक 10x उद्देश्य लेंस के साथ प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का उपयोग फँसाने क्षेत्र में एक "लक्ष्य" कण (0.4 एनए) के लिए अधिग्रहण कर लिया है.
  • कण ट्रैकिंग. केन्द्रक कण की स्थिति निर्धारित है, और कण ट्रैकिंग एल्गोरिथ्म शुरू की है. कण कण का उत्सर्जन तीव्रता प्रोफ़ाइल एक बात फैल (पीएसएफ) समारोह है, जिसमें से केन्द्रक स्थान निर्धारित किया जाता है फिटिंग द्वारा स्थानीयकृत रहे हैं.
  • प्रवाह फ़ील्ड नियंत्रण. अद्यतन दबाव पर चिप गतिशील वाल्व के लिए इरादा एक आनुपातिक नियंत्रक के साथ एक राय नियंत्रण एल्गोरिथ्म का उपयोग कर की गणना है . इस तरह, वाल्व की कार्रवाई फिर से ठहराव बिंदु है, जो कण पर एक hydrodynamic बल डालती क्रम में जाल केंद्र की ओर कण बधिया स्थिति है.

LabVIEW कोड हर फँसाने कण के दौरान कब्जा कर लिया छवि के लिए निम्नलिखित डेटा रिकॉर्ड: 1) समय, 2 बीत) केन्द्रक (x फंस 3, कण, वाई) की स्थिति) जाल केंद्र की स्थिति, 4) से कण की दूरी जाल केन्द्र, 5) दबाव पर चिप वाल्व के लिए लागू होता है. इसके अलावा, कोड भी AVI फ़ाइल प्रारूप में फंस कण की एक फिल्म रिकॉर्ड.

5. प्रतिनिधि परिणाम

हम विभिन्न आकार (100, 540, 830 एनएम, और 2.2 सुक्ष्ममापी व्यास) के फ्लोरोसेंट polystyrene मनकों एक hydrodynamic जाल का उपयोग फंस. चित्रा 1 (एक) एक एक microfluidic डिवाइस में पार स्लॉट जंक्शन में फंस कण की एक छवि दिखाता है. फंस कण की गति केन्द्रक स्थिति फँसाने घटना के दौरान या ट्रैकिंग और स्थानीयकृत दर्ज फिल्म फ़ाइल से फंस कण द्वारा LabVIEW कोड द्वारा दर्ज आंकड़ों से सीधे निर्धारित किया जा सकता है. चित्रा 1 (ख) आउटलेट चैनल दिशा के साथ फंस कण (2.2 सुक्ष्ममापी फ्लोरोसेंट polystyrene मनका) की गति से पता चलता है. मनका 3 मिनट के लिए शुरू (वर्ग) और फँस तो जाल और एक आउटलेट चैनल (हलकों) के साथ बच से जारी है. Compressional प्रवाह (इनलेट चैनल दिशा, नहीं दिखाया डेटा) अक्ष के साथ कण trajectories extensional प्रवाह (बहिर्वाह दिशा) अक्ष के रूप में चित्रा 1 (ख) में दिखाया गया है के साथ कण trajectories के समान हैं. कण विस्थापन के आउटलेट चैनल दिशाओं साथ जाल फंस मनका (2.2 सुक्ष्ममापी व्यास) के लिए केंद्र से एक हिस्टोग्राम चित्रा 1 (ग) में दिखाया गया है. प्रतिक्रिया नियंत्रण एल्गोरिथ्म इस काम में वर्णित का प्रयोग, फँस कणों ± 1 सुक्ष्ममापी Inlet और आउटलेट चैनल दिशाओं साथ जाल केंद्र के भीतर तक ही सीमित हैं.

Hydrodynamic फँसाने के लिए इस्तेमाल किया microfluidic डिवाइस के एक योजनाबद्ध चित्रा 2 में दिखाया गया है. एकीकृत microfluidic डिवाइस एक fluidic परत और एक नियंत्रण परत के होते हैं और मानक बहुपरत नरम लिथोग्राफी का उपयोग कर के रूप में इस आलेख में वर्णित गढ़े है. fluidic परत बफर और नमूना चैनल, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से चैनल पार स्लॉट hydrodynamic फँसाने की सुविधा ज्यामिति शामिल हैं. नियंत्रण परत एक साँस एक fluidic परत में आउटलेट चैनल के ऊपर तैनात वाल्व होते हैं, और नियंत्रण और fluidic परतों एक पतली elastomeric झिल्ली से अलग हो रहे हैं. डिवाइस ऑपरेशन के दौरान, वाल्व नियंत्रण परत में नाइट्रोजन गैस, जो fluidic परत में पतली झिल्ली बलों के साथ दबाव है, जिससे आउटलेट चैनल में एक कसना उत्प्रेरण. गतिशील न्युमेटिक वाल्व चर मात्रा द्वारा नियंत्रण परत है, जो दुकान चैनलों में रिश्तेदार प्रवाह दरों को समायोजित कर देता है और ठीक पैमाने पर ठहराव बिंदु के नियंत्रण सक्षम करने के लिए दबाव लागू बदलकर आउटलेट चैनल constricts.

चित्रा 1
चित्रा 1: कण फँसाने. (क) एक एकल मनका की छवि hydrodynamic जाल में ही सीमित है . जाल केंद्र पर मनका अलावा, कई untrapped मोती फँसाने क्षेत्र में दिखाए जाते हैं (ख) आउटलेट चैनल (वर्गों) के साथ एक कण फंस प्रक्षेपवक्र . जब कण जाल (तीर) से जारी है, यह एक आउटलेट चैनल (हलकों) के साथ बाहर निकल जाता है. (ग) दुकान चैनलों के साथ जाल केंद्र से फंस मनका (2.2 सुक्ष्ममापी व्यास) के displacements के हिस्टोग्राम.

चित्रा 2
चित्रा 2: hydrodynamic फँसाने के लिए microfluidic डिवाइस के योजनाबद्ध hydrodynamic जाल एक दो परत microfluidic डिवाइस का उपयोग करते हुए निर्माण किया है. fluidic परत एक नमूना इनलेट, च के होते हैंहमारे बफर inlets, और दो बर्बाद आउटलेट. नियंत्रण परत एक साँस झिल्ली fluidic परत में आउटलेट चैनल के शीर्ष पर स्थित वाल्व होते हैं. आउटलेट चैनल के विरोध में एक कसना न्युमेटिक वाल्व के लिए एक ऑफसेट दबाव प्रदान करता है. विशिष्ट चैनल आयामों को 100-500 सुक्ष्ममापी के बीच सीमा होती है. (ए) के क्षेत्र में, नमूना इनलेट दो बफर inlets द्वारा ध्यान केंद्रित प्रवाह है. (बी) के क्षेत्र में, विरोध इनलेट धाराओं जंक्शन पार स्लॉट जहां फँसाने होता है पर एकाग्र है. न्युमेटिक वाल्व (सी) आउटलेट चैनल के शीर्ष पर तैनात है. ठहराव बिंदु की स्थिति इस वाल्व दबाव विनियमन के द्वारा modulated है.

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Discussion

कण हेरफेर के लिए hydrodynamic प्रवाह के आधार पर वर्तमान microfluidic तरीकों संपर्क आधारित या गैर संपर्क तरीके के रूप में लक्षण वर्णन किया जा सकता है. संपर्क - आधारित विधियों तरल प्रवाह का उपयोग करने के लिए शारीरिक रूप से सीमित और microfabricated चैनल 9 दीवारों के खिलाफ कणों स्थिर करने के लिए, जबकि गैर - संपर्क विधि प्रवाह या 10 microeddies परिसंचारी पर भरोसा करते हैं. इस काम में, हम मुक्त समाधान कण तरल प्रवाह का एकमात्र कार्रवाई का उपयोग फँसाने के लिए एक तरीका मौजूद है. एक microfluidic युक्ति पार स्लॉट में एक द्रव ठहराव बिंदु पर hydrodynamic जाल कारावास और छोटे कणों के हेरफेर में सक्षम बनाता है. इस डिवाइस में, एक स्वचालित प्रतिक्रिया नियंत्रण तंत्र के कणों के लिए एक बह तरल पदार्थ में ठहराव बिंदु की स्थिति के ठीक पैमाने पर और सक्रिय समायोजन द्वारा सीमित प्रयोग किया जाता है.

क्या hydrodynamic जाल में कणों के लिए कारावास की तंगी है और यह कैसे अनुकूलित किया जा सकता है? जाल केन्द्र के लिए एक कण सीमित की सटीकता केन्द्रक दृढ़ संकल्प की शुद्धता पर निर्भर करता है जब कण स्थिति स्थानीयकृत. मजबूत कण फँसाने को प्राप्त करने के लिए, उपयोगकर्ता को इष्टतम ट्रैकिंग और स्थानीयकरण के लिए पृष्ठभूमि और कण के बीच अधिकतम छवि के विपरीत यह सुनिश्चित करना चाहिए. इसके अलावा, विशेष देखभाल बुलबुले या microchannels में मलबे, जो कण ट्रैकिंग को प्रभावित कर सकता से बचने लिया जाना चाहिए. एक स्थिर प्रवाह के स्रोत के द्रव का प्रवाह में perturbations को कम किया जाना चाहिए, के रूप में ठहराव बिंदु की स्थिति की स्थिरता प्रवाह उतार चढ़ाव के प्रति संवेदनशील है. इस दृष्टिकोण का प्रयोग, hydrodynamic जाल कठोरता ~ PN 1E-4 / ~ 2 सुक्ष्ममापी 1 कण, जो electrokinetic जाल या ऑप्टिकल चिमटी सहित वैकल्पिक तरीकों के लिए तुलनीय है के लिए एनएम होना मापा गया था. माइक्रोन पैमाने कणों को समय की विस्तारित अवधि है, जो सटीक स्थिति और मुक्त समाधान में कणों की हेरफेर के लिए अनुमति देता है के लिए जाल केंद्र के 1 सुक्ष्ममापी के भीतर ही सीमित हैं. आगे प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, फँस कणों transiently चर microenvironments को उजागर किया जा सकता है जब रासायनिक microchannels में लामिना का प्रवाह उत्पन्न का उपयोग कर gradients के साथ hydrodynamic जाल युग्मन. अंत में, hydrodynamic फँसाने एक ठहराव बिंदु है, जहां द्रव संवहन शून्य करने के लिए आदत होती है. एक आदर्श जाल में, कण शून्य द्रव वेग जहां कण गति ब्राउनियन गति से काफी हद तक प्रभुत्व है एक स्थान पर सीमित कर रहे हैं. इस दृष्टिकोण से, hydrodynamic जाल में फँसाने का एक गैर pertubative विधि सतत द्रव प्रवाह पर आधारित है.

द्रव्यगतिकी फँसाने और हेरफेर किसी भी मनमाने ढंग से "लक्ष्य" कण के लिए आसानी से हासिल है, यह देखते हुए कि कण, imaged किया जा सकता है ट्रैक, और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके स्थानीयकृत. इसलिए, फ्लोरोसेंट और गैर फ्लोरोसेंट कणों और गैर isotropic वस्तुओं फंस कण के रासायनिक / भौतिक / ऑप्टिकल प्रकृति के संबंध के बिना फंस किया जा सकता है है. इसके अलावा, hydrodynamic जाल जटिल निर्माण, इलेक्ट्रोड के patterning या व्यापक ऑप्टिकल setups के लिए आवश्यकता के बिना आसानी से किया जा सकता है मौजूदा नरम लिथोग्राफी आधारित microfluidic प्रणालियों में एकीकृत. hydrodynamic जाल कम से कम एक microfluidic डिवाइस, एक दबाव नियामक, और कंप्यूटर आधारित एक प्रतिक्रिया नियंत्रक सहित प्रयोगशाला उपकरणों की आवश्यकताओं, के साथ एक कण फँसाने के लिए कम लागत और उपयोगकर्ता के अनुकूल उपकरण है. कुल मिलाकर, hydrodynamic जाल सूक्ष्म और nanoscale कण की मौलिक और अनुप्रयुक्त विज्ञान के अध्ययन को बदलने की क्षमता है.

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Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

हम उपयोगी विचार - विमर्श के लिए Urbana-Champaign में इलिनोइस विश्वविद्यालय में Kenis समूह धन्यवाद और उदारता cleanroom सुविधाओं का उपयोग प्रदान.

यह काम एक NIH मार्ग से आजादी PI पुरस्कार के लिए अनुदान सं 4R00HG004183 03-(चार्ल्स एम. श्रोएडर और Melikhan Tanyeri) के तहत वित्त पोषित किया गया था,.

इस काम एरिक जॉनसन Chavarria एम. एक ग्रेजुएट रिसर्च फैलोशिप के माध्यम से राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
21 gauge blunt needle Zephyrtronics ZT-5-021-1-L For punching port holes in PDMS
3 ml plastic syringe BD Biosciences 309585 For filling valve with oil
Si wafers University Wafer 3” P(100) single side polished 380 μm test grade
Cover glass VWR international 48404-428 24 x 40 mm #1.5
DAQ card National Instruments PCI 6229
Fluorescent beads Spherotech, Inc. FP-2056-2 2.2 μm Nile red
Fluorinert 3M FC 40 Fluorinated carrier oil
Inverted Microscope Olympus Corporation IX-71
LabVIEW National Instruments Version 9.0f3 (32bit)
Stereo Microscope Leica Microsystems MZ6 For aligning PDMS control layer to fluidic layer.
Mechanical Convection Oven VWR international 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 Healthcare RTV 615 A&B
Plasma Chamber Harrick Scientific Products, Inc. PDC-001
Pressure Transducer Proportion Air DQPV1
Spin Coater Specialty Coating Systems G3P-8 Spin Coat
Photoresist MicroChem Corp. 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

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References

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Johnson-Chavarria, E. M., Tanyeri, M., Schroeder, C. M. A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles. J. Vis. Exp. (47), e2517, doi:10.3791/2517 (2011).More

Johnson-Chavarria, E. M., Tanyeri, M., Schroeder, C. M. A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles. J. Vis. Exp. (47), e2517, doi:10.3791/2517 (2011).

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