Summary
Dielectrophoresis (रवानगी) कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए एक प्रभावी तरीका है. मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) संपर्क मुक्त microfluidic उपकरणों के भीतर सेल हेरफेर के लिए सस्ती, पुन: प्रयोज्य और प्रभावी इलेक्ट्रोड प्रदान कर सकते हैं. PCBs पर coverslips साथ PDMS आधारित microfluidic चैनलों के संयोजन से, हम multichannel microfluidic उपकरणों के भीतर मनका और सेल हेरफेर और जुदाई प्रदर्शित करता है.
Abstract
Microfluidic उपकरणों सेल के पैमाने पर अध्ययन, छेड़खानी, छँटाई और कोशिकाओं की गिनती के लिए एक गतिशील fluidic वातावरण उपलब्ध कराने के द्वारा कोशिका अध्ययन उन्नत है. हालांकि, fluidic डोमेन के भीतर सेल से छेड़छाड़ एक चुनौती बनी हुई है और बनाने वाल्व और इलेक्ट्रोड के लिए जटिल निर्माण प्रोटोकॉल की आवश्यकता है, या ऑप्टिकल चिमटी की तरह विशेषता उपकरणों की मांग. यहाँ, हम दिखाना है कि पारंपरिक मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) bioactuation लिए लामिना का प्रवाह क्षेत्र में मनका और सेल हेरफेर के लिए dielectrophoresis (रवानगी) द्वारा रोजगार कक्षों की गैर संपर्क हेरफेर के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और multichannel microfluidic में सेल और मनका जुदाई के लिए उपकरणों. सबसे पहले, हम रवानगी इलेक्ट्रोड और microfluidic उपकरणों कोडांतरण, और रवानगी के लिए कोशिकाओं की तैयारी के लिए वर्तमान प्रोटोकॉल. फिर, हम polystyrene मोतियों के साथ रवानगी आपरेशन विशेषताएँ. अन्त में, हम एक multichannel microfluidic डिवाइस में मनका और सेल जुदाई के प्रतिनिधि परिणाम दिखाते हैं. सारांश में, रवानगी microfluidic उपकरणों के भीतर कणों (मोती या कक्षों) जोड़ तोड़ के लिए एक कारगर तरीका है.
Protocol
उपकरणों की स्थापना के एक सामान्य आरेख चित्र 1A में दिखाया गया है. पीसीबी - नमूना विधानसभा आगे चित्रा 1 बी में एक पार के अनुभागीय योजनाबद्ध में विस्तृत है.
1. पीसीबी इलेक्ट्रोड की तैयारी:
- इच्छित ज्यामिति डिजाइन पीसीबी इलेक्ट्रोड के लिए एक गैर वर्दी विद्युत क्षेत्र उत्पन्न. स्वनिर्धारित पीसीबी इलेक्ट्रोड चिप्स वाणिज्यिक निर्माण सुविधाओं (चित्रा 1C) के माध्यम से आदेश दिया जा सकता है.
- सोल्डर तार 16 गेज से पूर्व पीसीबी इलेक्ट्रोड गढ़े प्रत्येक मुद्रित धातु इलेक्ट्रोड (चित्रा 1D) के अंत के लिए तैयार है.
- तार इलेक्ट्रोड के अंत पर रखें. पीसीबी के धातु क्षेत्र पर गर्म सोल्डर लोहे के तार गर्मी के साथ जगह में तार पकड़ो.
- गरम तार में मिलाप की एक छोटी राशि फ़ीड मिलाप के साथ तार को भरने.
- तार मिलाप के बाद से भर जाता है, टांका लगाने का यंत्र निकालने के लिए, जगह में तार पकड़ जबकि मिलाप ठंडा.
- पीसीबी (चित्रा 1D) पर प्रत्येक बिजली के कनेक्शन के लिए टांका लगाने की प्रक्रिया को दोहराएँ.
2. Microfluidic चैनल तैयार:
- Polydimethylsiloxane (PDMS) आधारित microfluidic चैनलों PDMS elastomer, डॉव Corning से 184 Sylgard का उपयोग करने के लिए तैयार हैं. एक मास्टर ढालना है जो चैनलों को परिभाषित करता है आमतौर पर मानक microfabrication एक सिलिकॉन वफ़र और SU-8 photoresist का उपयोग प्रक्रियाओं के माध्यम से बनाया है.
- इलाज एजेंट के लिए एक 10:1 अनुपात में 5 मिनट के लिए आधार यौगिक मिक्स.
- पूर्वनिर्मित SU 8 मास्टर मोल्ड पर PDMS तरल डालो और तरल PDMS उजागर करने के लिए कुछ मिनट के लिए वैक्यूम द्वारा हवाई बुलबुले को दूर. अगर पूरी तरह से सभी बुलबुले को दूर करने की जरूरत निर्वात प्रक्रिया को दोहराएँ.
- 70 में PDMS ° सी 2 घंटे के लिए चिकित्सा.
- एक धार के साथ वफ़र से microfluidic चैनलों, वफ़र नहीं तोड़ सावधान के साथ PDMS स्लैब निकालें.
- Microfluidic डिवाइस में तरल पदार्थ और कोशिकाओं को शुरू करने के लिए पंच छेद. (नोट: गुरुत्वाकर्षण सिरिंज पंप, या सतह तनाव आधारित प्रवाह सभी रवानगी के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है.)
- Microfluidic युक्ति का निरीक्षण सुनिश्चित करना है यह धूल और मलबे से मुक्त है. PDMS सफाई आसानी से 3M स्कॉच जादू टेप का प्रयोग कर प्राप्त कर सकते हैं.
- प्लाज्मा बंधन PDMS एक साफ no.0 (80-130 सुक्ष्ममापी) मोटाई coverslip microfluidic चैनलों. 100 ° सी में 15 मिनट की एक न्यूनतम के लिए microfluidic विधानसभा coverslip हीट.
3. कम चालकता मीडिया तैयार:
- कम चालकता मीडिया 8.5% sucrose के मिश्रण से तैयार है + विआयनीकृत जल (डीआई) में 0.3% (w / v) ग्लूकोज 1.
नोट: हम पहले के बाद संक्षिप्त अवधि (लगभग 30 मिनट) के लिए कम चालकता को उजागर किया जा रहा प्रदर्शन किया है कि कोशिकाओं पारंपरिक सेल संस्कृति मीडिया में दिनों के लिए सुसंस्कृत किया जा सकता है है 11
4. पीसीबी इलेक्ट्रोड पर Microfluidic चैनल इकट्ठा:
- पीसीबी पर खनिज तेल की एक छोटी राशि (लगभग 10 μL) प्लेस के लिए पीसीबी और coverslip के बीच तंग संपर्क सुनिश्चित करने के लिए.
नोट: इलेक्ट्रोड दृश्य घटते के लिए एक वैकल्पिक कदम काले स्थायी मार्कर या रंग की एक बहुत पतली परत के साथ पीसीबी सतह कोट करने के लिए है. - Coverslip microfluidic तेल से सना हुआ पीसीबी पर चैनल coverslip तेल (coverslip नीचे) के साथ संपर्क बनाने के साथ, विधानसभा रखें. धीरे coverslip - microfluidic विधानसभा प्रेस नीचे एक अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए और हवा बुलबुले कि सेल और मनका दृश्य से इनकार कर सकते हैं कम से कम. पूरा डिवाइस का एक उदाहरण चित्रा 1D में दिखाया गया है.
5. सॉर्ट करें और मोती और रवानगी का उपयोग कर कक्ष का ध्यान:
- डि पानी या कम चालकता मीडिया के साथ microfluidic चैनलों भरें, प्लाज्मा संबंध प्रक्रिया में अस्थायी रूप से सामान्य हाइड्रोफोबिक PDMS सतह हाइड्रोफिलिक बनाकर microfluidic चैनलों में जलीय समाधान के आसान लोड हो रहा है की सुविधा है.
- चैनल जलाशय (चित्रा 1C) में कोशिकाओं और / या polystyrene मोती परिचय. यहाँ हम मानव बृहदान्त्र (HT-29) ग्रंथिकर्कटता कोशिकाओं का उपयोग करें.
- एक एसी शक्ति एम्पलीफायर के इनपुट के लिए एक समारोह जनरेटर के उत्पादन में कनेक्ट करने के लिए, तो इलेक्ट्रोड तारों प्रवर्धक के उत्पादन में कनेक्ट. बिजली के टेप के साथ सेटअप के सभी विद्युत तारों और सतहों को कवर करने के लिए सदमे के लिए संभावित जोखिम से उपयोगकर्ताओं की रक्षा. उपकरणों की स्थापना के एक योजनाबद्ध आरेख 1A चित्र में दिखाया गया है.
- समारोह जनरेटर सेट 1.0-1.5 मेगाहर्ट्ज के एक साइन लहर उत्पादन का उत्पादन. उत्पादन के आयाम आरएफ शक्ति एम्पलीफायर के लिए समायोजित किया जाना चाहिए करने के लिए पीसीबी को 80-100V की एक उत्पादन का उत्पादन. इस काम में आरएफ शक्ति एम्पलीफायर 220-330 एम वी के चारों ओर एक इनपुट वोल्टेज की आवश्यकता है. अलग कोशिकाओं और मोती, लामिना का प्रवाह की दर के अनुरूप रवानगी बल के साथ लक्ष्य चैनल (चौड़ाई सुक्ष्ममापी w = 100 में मुख्य चैनल (चौड़ाई w = 100 सुक्ष्ममापी, ऊंचाई घंटे = 27 सुक्ष्ममापी) के भीतर कोशिकाओं और मोती चाल करना चाहिए , ऊंचाई ज = 27) सुक्ष्ममापी.
सावधानी: पीसीबी निर्माता के साथ परामर्श करने के लिए मीटर निर्धारितaximum ऑपरेटिंग voltages पीसीबी overheating या पिघलने जैसे मुद्दों से बचने के लिए. समारोह जनरेटर और शक्ति एम्पलीफायर निर्माताओं के लिए उपकरण निर्माताओं विनिर्देशों की जाँच करें सुरक्षित ऑपरेटिंग सेटिंग्स निर्धारित करने के लिए. - सॉर्ट कोशिकाओं और मोती रवानगी आरंभ करें. कक्ष एक सकारात्मक रवानगी अनुभव है जबकि polystyrene मनकों एक गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र में निर्दिष्ट आवृत्तियों के भीतर एक नकारात्मक रवानगी अनुभव. यह रवानगी बल सक्रिय bioactuation और microfluidic इलेक्ट्रोड के रूप में सस्ती और पुन: प्रयोज्य PCBs के उपकरणों का उपयोग कर के भीतर कोशिकाओं और अन्य कणों की जुदाई में सक्षम बनाता है.
6. प्रतिनिधि परिणाम:
जब रवानगी actuating कक्षों या कणों में प्रभावी है, गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र के भीतर एक मजबूत संरेखण स्थिर स्नान या धीमी गति द्रव वेग के लिए मनाया जाता है. उच्च द्रव वेग की शर्तों के तहत, कक्ष या कण के व्यवहार के बिजली के क्षेत्र और प्रवाह वेग axial प्रवाह के रिश्तेदार उन्मुखीकरण पर निर्भर करता है. इसके अलावा, सेल और कण के व्यवहार को भी विद्युत क्षेत्र शक्ति और बिजली के क्षेत्र के भीतर गैर एकरूपता की डिग्री पर निर्भर है. कक्षों या कणों के विशिष्ट व्यवहार मोती चेन, 'साइकिल चालन, रोकने, या मोड़ शामिल हैं.
स्थितियां कि समझौता या समाप्त रवानगी या तरल पदार्थ, बिजली क्षेत्र की ताकत कमजोर अत्यधिक प्रवाह वेग, coverslips जो भी मोटी हैं, या coverslip और पीसीबी इलेक्ट्रोड के बीच प्रवाहकीय समाधान में लवण अन्य ईओण अणुओं की उपस्थिति शामिल (जैसे एक फटे coverslip प्रेरित कर सकते हैं पानी और खनिज तेल के मिश्रण).
यहाँ, जब no.0 मोटाई (80-130 सुक्ष्ममापी) coverslips और एक इलेक्ट्रोड की रिक्ति (231 सुक्ष्ममापी) का उपयोग, बिजली के क्षेत्र तीव्रता के वर्ग की ढाल HT 29-कोशिकाओं और मोती लागू करने के लिए 2 के बीच होने का अनुमान है -8 6 वी -8 2 / 3 सुक्ष्ममापी 1.
रवानगी बल कण, स्थिर तरल पदार्थ (चित्रा 2A बी) में रवानगी से छेड़छाड़ के वेग को मापने के द्वारा अनुमान लगाया जा सकता है. कण और microfluidic चैनल के अत्यधिक चिपचिपा पर्यावरण के छोटे जड़त्व के कारण, hydrodynamic खींचें बल के बराबर हो, लेकिन रवानगी बल के साथ विपरीत दिशा में. औसत मनका वेग कम चालकता मीडिया में रवानगी 93 VPP वोल्टेज और 1.5 मेगाहर्ट्ज के साथ 34.5 सुक्ष्ममापी / एस है. hydrodynamic खींचें बल निम्नलिखित समीकरण के साथ गणना की जा सकती है 1.
एफ खींचें = 6πηRv
20 में औसत कम चालकता मीडिया का चिपचिपापन η ° सी 1.27 MPA • एस और मनका त्रिज्या आर 7.5 सुक्ष्ममापी है. polystyrene microbead के लिए hydrodynamic खींचें बल 6.19 PN होने का अनुमान है. Microfluidic चैनलों के भीतर मोती उकसाना (चित्रा -2 सी एफ) की क्षमता प्रदर्शित करने के लिए, हम सतह तनाव मध्यस्थता प्रवाह रोजगार से - कम चालकता मीडिया के प्रवाह शुरू की. एकल इनपुट चैनल में औसत मनका वेग 1540 सुक्ष्ममापी / सेक किया गया था, जबकि अलग - अलग चैनलों के भीतर औसत वेग 565 सुक्ष्ममापी / सेक (चित्रा 2C) के लिए कम हो गया था. रवानगी की शुरुआत करके, मोती पक्ष चैनल में जारी किया जा रहा बजाय केंद्रीय चैनल के भीतर बनाए रखा गया. इस प्रकार, इन शर्तों के तहत, रवानगी बलों के दो पक्ष चैनलों में तरल पदार्थ की खींचें बल पर काबू पाने के लिए पर्याप्त थे.
इसी सिद्धांत भी बस रवानगी इलेक्ट्रोड (चित्रा 2 ई एफ) की है कि चैनलों और मनका प्रवाह के उन्मुखीकरण को बदलने के द्वारा केंद्रीय कैनेल से एक पक्ष चैनल मोती हटाने के लिए इस्तेमाल किया गया था. एकल इनलेट चैनल, जब रवानगी शुरू किया गया था के पक्ष पर धातु इलेक्ट्रोड angling, मोती चैनल की ओर निर्देशित किया गया है के रूप में मोती तीन भागों में बांटने बिंदु के पास है. वहाँ, रवानगी बलों के एक पक्ष चैनलों जहां लामिना का प्रवाह नीचे चैनल (चित्रा 2 एफ) के लिए उन्हें प्रेरित करने के लिए जारी रखा में मोती खींच के लिए पर्याप्त थे.
क्योंकि कोशिकाएं और polystyrene मनकों उनके गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र में polarized और actuated करने की क्षमता में स्पष्ट मतभेद है, हम रवानगी का उपयोग करने के लिए कोशिकाओं और मोतियों की जुदाई पर चिप, साथ ही प्रदर्शन करने की क्षमता का प्रदर्शन. हम एक ही microfluidic चैनल संरचना और पीसीबी इलेक्ट्रोड के रूप में 2 ई एफ चित्रा में कॉन्फ़िगर करते थे, लेकिन एकल इनलेट चैनल (चित्रा 3) में कम चालकता मीडिया में HT-29 कोशिकाओं और मोतियों की एक निलंबन की शुरुआत की. जब रवानगी शुरू की है, और इन शर्तों के तहत, HT 29-कोशिकाओं दो बाएँ उत्पादन चैनलों में बनाए रखा गया है जबकि मोती सही पर व्यक्तिगत उत्पादन चैनल में बनाए रखा गया. यहाँ कोशिकाओं श्रृंखलन एक विशेषता 'मोती' के व्यवहार दिखाने के रूप में वे बाएँ आउटपुट चैनल में एकत्र कर रहे हैं. कभी कभी एक मनका और सेल के साथ संलग्न हो जाते हैं जिसमें वे एक साथ एकत्र कर रहे हैं, सेल उत्पादन चैनलों में अक्सर. इस प्रयोग सेअल डेटा, हम छँटाई दर निर्धारित करने के लिए प्रति मिनट 713 कणों (कोशिकाओं और मोती), या 20 मिनट में 14,260 कोशिकाओं और मोती के बराबर हो. कोशिकाओं और मोतियों की संख्या को पुनः प्राप्त प्रासंगिक और आणविक जीव विज्ञान, इमेजिंग, जैव रासायनिक और प्रयोगशाला-on-a-चिप अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है.
चित्रा 1. कोशिकाओं और microfluidic चैनलों में कणों. पीसीबी आधारित रवानगी (ए) रवानगी आधारित actuation के लिए उपकरण सेटअप एक समारोह जनरेटर के साथ शुरू होता है आवृत्ति और बिजली के संकेत के आयाम को परिभाषित है, तो एक शक्ति एम्पलीफायर के सिग्नल की शक्ति को बढ़ावा देने के लिए पीसीबी पर उत्पन्न बिजली के क्षेत्र. (बी) नमूना actuation के लिए microfluidic युक्ति विधानसभा PDMS microfluidic चैनलों के अचल एक नहीं करने के लिए बाध्य होते हैं. 0 मोटाई (80-130 सुक्ष्ममापी) coverslip ऑक्सीजन प्लाज्मा के माध्यम से, मीडिया गैर प्रवाहकीय कोशिकाओं और / या मोती स्नान करने के लिए. (सी) पीसीबी इलेक्ट्रोड दो क्षेत्रों में जहां इलेक्ट्रोड के लिए एक मजबूत गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र उत्पन्न interdigitated से मिलकर यहां इस्तेमाल किया. (डी) पूरा युक्ति: एक एकल coverslip पर एक trifurcated microfluidic डिवाइस के साथ एक पीसीबी, इनसेट इलेक्ट्रोड तारों के साथ पूरे डिवाइस से पता चलता है. (सीडी) पैमाने के लिए, पीसीबी माप 5 मिमी चौड़ा इलेक्ट्रोड के साथ 8.4 (एल) सेमी, 2.1 सेमी (डब्ल्यू), कर रहे हैं.
चित्रा 2. प्रतिनिधि कोशिकाओं और पहले और रवानगी actuation के दौरान चैनलों में मोतियों की छवियाँ (ए) एक कम चालकता लामिना का प्रवाह के बिना एक PDMS microfluidic चैनल (समय व्यपगत 1.23 सेकंड) के भीतर मीडिया समाधान में 15 सुक्ष्ममापी फ्लोरोसेंट polystyrene मनकों. (बी) रवानगी दीक्षा पर, मोती पीसीबी इलेक्ट्रोड पैटर्न (काली धारियों) की ओर बजाय इलेक्ट्रोड (समय व्यपगत 8.18 सेकंड) के बीच ओर पलायन. (सी) मोती लामिना का प्रवाह के तहत एक ही चैनल में तीन अलग - अलग चैनलों (समय व्यपगत, 5.3 सेकंड) के बीच विभाजित कर रहे हैं, जब रवानगी शुरू की है (डी), मोती के लिए केंद्रीय चैनल में केवल प्रवाह actuated (समय व्यपगत, 4.3 सेक). (ई) पीसीबी इलेक्ट्रोड चैनलों के उन्मुखीकरण को बदलने करके, मोती विभिन्न बजाय केंद्रीय चैनल रवानगी का उपयोग कर के रूप में (डी) में दिखाया गया है ओर चैनलों (एफ) में निर्देशित किया जा सकता है. (एफई) व्यपगत समय 8.23 सेकंड और 5.16 सेकंड क्रमशः है,. सभी पैमाने सलाखों = 100 सुक्ष्ममापी.
चित्रा 3. प्रतिनिधि कोशिकाओं और पहले और रवानगी actuation के दौरान चैनलों (एबी) में मोतियों की रवानगी, मानव बृहदान्त्र adenocarcinoma के एक मिश्रित समाधान (HT-29) कोशिकाओं और 3 अलग उत्पादन चैनलों के लिए एक चैनल से मोती प्रवाह की शुरुआत से पहले छवियाँ . खुला तीर को पहचानती है लामिना का प्रवाह और चैनलों की दिशा अभिविन्यास और स्पष्टीकरण के लिए धराशायी लाइनों के साथ रेखांकित कर रहे हैं. (सीडी) उत्प्रेरण रवानगी करके, माला और कोशिकाओं चुनिंदा अलग - अलग चैनलों में actuated के रूप में पहचान कर रहे हैं. HT 29-कोशिकाओं को केंद्रीय और बाएं चैनल से बाहर निकलें जबकि मोती सही चैनल से बाहर निकलें. माला और कोशिकाओं की विशेषता मोती श्रृंखलन रवानगी actuation के दौरान मनाया जाता है. (ए, सी) और कोशिकाओं microchannels में मोतियों की विभेदकों हस्तक्षेप कंट्रास्ट इमेजिंग renders मोती आसानी से दिखाई. एक ही डीआईसी छवियाँ (ए, सी) की चमक पैमाने पर तीव्रता छवियों (बी, डी) चैनल में कोशिकाओं के दृश्य में सुधार होगा. चिंतनशील धातु इलेक्ट्रोड ((ए, सी) प्रकाश धारी और (बी, डी) पीले और हरे रंग) प्रभावी आधारित actuation के रवानगी के लिए इलेक्ट्रोड के लिए microchannels aligning के लिए एक प्रमुख ऐतिहासिक प्रदान. स्केल सलाखों = 100 सुक्ष्ममापी.
Discussion
Microfluidic उपकरणों में हेरफेर सेल छँटाई या एकल कक्षों के चुनिंदा प्लेसमेंट के लिए या जनसंख्या अध्ययन के लिए वांछनीय है 2 लामिना प्रवाह वाल्व और पंप के साथ संयोजन के रूप में प्रयोग किया जाता है microfluidic उपकरणों के भीतर कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए.. हालांकि, इन तरीकों अकेले चुनौती दे रहे हैं और विस्तृत प्रक्रिया छलरचना और कौशल की आवश्यकता होती है 3 centrifugation सेल प्लेसमेंट लेकिन साथ इमेजिंग एक चुनौती है के लिए मांग को सरल कर सकते हैं, इसके अलावा, centrifugation के लिए चैनल वास्तुकला ध्यान पर विचार किया जाना चाहिए जब जोड़तोड़ वांछित डिजाइन और प्रभाव पर विचार केन्द्राभिमुख बलों के 4 लेजर चिमटी सेल प्लेसमेंट के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन विधि महंगा है और उच्च throughput सेल छँटाई के लिए उत्तरदायी नहीं है 5 अभी तक.., रवानगी प्रभावी सेल प्लेसमेंट लक्षण वर्णन के लिए "बिजली चिमटी" का एक प्रभावी प्रणाली के रूप में किया गया प्रदर्शन किया है और हेरफेर. 6,7
विशेष रूप से, रवानगी के लिए चुनिंदा कब्जा करने के लिए और जीवित और मृत कोशिकाओं के प्रसंस्करण पर चिप, 7-10 के लिए कोशिकाओं और सेल द्रव्यमान का माप के लिए गुंजयमान सेंसर पर इकट्ठा कोशिकाओं के लिए तरह इस्तेमाल किया गया है 11. हम पहले से रवानगी में वृद्धि से है कि प्रदर्शन बैक्टीरिया या fluidic खींचें बल के ऊपर मोती पर बल, पर चिप एकाग्रता और polystyrene माला और लिस्टेरिया V7 monocytogenes की फँसाने ई. के 12 मिश्रित आबादी पूरा किया जा सकता है कोलाई और एल monocytogenes बैक्टीरिया को भी निर्देशित किया जा सकता है रवानगी दालों के माध्यम से जारी है. इसके अलावा, बड़े कणों के विभिन्न प्रकार और कब्जा कर लिया सकता है और बड़े कण आकार के आधार पर इलेक्ट्रोड पर ध्यान केंद्रित किया है, जबकि छोटे कणों पर कब्जा नहीं कर रहे हैं लेकिन fluidic प्रवाह के साथ हटाया 13. जब रवानगी बलों के कणों पर fluidic खींच बलों, दूर नहीं मनका या सेल पर कब्जा कर लिया नहीं है, लेकिन बल्कि fluidic धारा के भीतर चले गए. चित्रा 2C में दिखाया गया है, मोती के लिए केंद्रीय चैनल में मोती बनाए रखने के लिए पर्याप्त द्रव धारा के मध्य क्षेत्र में ध्यान केंद्रित किया जा सकता है है. यह कण कण प्रभावों के संयुक्त प्रभाव के कारण बिजली के क्षेत्र के भीतर हो सकता है, द्रव वेग रवानगी खींच बलों, इनमें से संयोजन, या कुछ अन्य अपरिभाषित प्रभाव की तुलना में अधिक से अधिक.
Contactless रवानगी में नए अग्रिमों के लिए 1,9 छँटाई, इकट्ठा करने और कोशिकाओं की स्थिति के लिए Contactless रवानगी प्रदान करता है microfluidics समुदाय वादा न्यूनतम आवश्यक फ़ील्ड के साथ सेल पर कब्जा और हेरफेर अधिकतम, इस प्रकार सेल प्रकार की रक्षा, रवानगी हेरफेर के दौरान सबसे बड़ी हद तक की अनुमति देते हैं. microfluidic उपकरणों के भीतर. हम आशा करते है कि वृद्धि हुई है के लिए मांग और microfluidic उपकरणों, आगे खोजों और नवाचारों के भीतर हेरफेर के लिए कार्यान्वयन की, रवानगी के साथ समझ और रवानगी बलों के प्रभाव का विस्तार होगा.
PCBs के उच्च मात्रा प्रक्रियाओं के माध्यम से एक तेजी से निर्माण प्रतिवर्तन समय के साथ एक किफायती मूल्य पर निर्मित किया जा सकता है है, उन्हें व्यावसायीकरण के लिए अच्छा प्लेटफॉर्म बनाने. इसके अलावा, PCBs का उपयोग करने के लिए आसान है और पर चिप सेल जोड़तोड़ और छँटाई के लिए विषयों की एक सीमा में वैज्ञानिकों के लिए सुलभ हैं.
जब पीसीबी इलेक्ट्रोड के लेआउट डिजाइनिंग, विचार वांछित प्रक्षेपवक्र / कण सेल को दी जानी चाहिए. विचार के लिए प्रमुख कारकों कण आकार और प्रकार (मनका और सेल या /), सेल प्रकार, microchannel आकार, प्रवाह वेग, इलेक्ट्रोड रिक्ति (जो विद्युत क्षेत्र शक्ति निर्धारित करता है), coverslip मोटाई, और तरल पदार्थ चालकता शामिल हैं. इन कारकों में आवश्यक बल और उपलब्ध कण या सेल, और अंततः जुदाई दक्षता में हेरफेर प्रभावित करते हैं. हमारे यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल microsphere और सेल जुदाई के लिए DEP शुरू करने के लिए एक प्रभावी सेटअप को दर्शाता है. संभावित अनुप्रयोगों के लिए, उपयोगकर्ताओं को वांछित कोशिकाओं और मोती के लिए प्रवाह पथ, के रूप में अच्छी तरह के रूप में इलेक्ट्रोड पैटर्न के साथ microfluidic चैनल डिजाइन की वास्तुकला मैच प्रत्येक आवेदन के लिए दक्षता का अनुकूलन करना चाहिए. इलेक्ट्रोड रिक्ति और coverslip मोटाई पहले की रिपोर्ट दिशा निर्देशों जब microfluidic चैनल लेआउट डिजाइन के अनुसार इस्तेमाल किया जा सकता है 1.
चालकता और सेल / कण और आसपास के मीडिया के permittivity काफी अलग सकारात्मक या नकारात्मक रवानगी की सुविधा हो सकता है, जबकि कोशिकाओं बरकरार रखने चाहिए. एक गोलाकार कण के लिए रवानगी के polarity निम्नलिखित कारक Clausius - Mosotti रवानगी वोल्टेज की आवृत्ति ω के एक जटिल मूल्य का असली भाग से निर्धारित किया जा सकता है.
एक समीकरण
इस समीकरण ε में, permittivity है, σ चालकता है, और ε * जटिल permittivity है. पी और मीटर subscriptsकण और मीडिया क्रमशः निरूपित. जब एक सेल मीडिया की तुलना में एक उच्च permittivity है, या Clausius - Mosotti कारक के वास्तविक भाग सकारात्मक हो जाता है, कण आसपास के मीडिया से polarized बन जाता है. एक गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र के कारण, कण गैर वर्दी ध्रुवीकरण हो जाता है और यह एक सकारात्मक (+ रवानगी) रवानगी बल है कि अधिक बिजली के क्षेत्र तीव्रता के साथ क्षेत्र की ओर सेल ड्रॉ बनाता है. यदि किसी कक्ष के आसपास मीडिया की तुलना में एक कम permittivity, या Clausius - Mosotti कारक नकारात्मक हो जाता है की असली हिस्सा है, यह नकारात्मक रवानगी (DEP) से गुजरना होगा, और सेल न्यूनतम क्षेत्र क्षेत्र की ओर मजबूर है. यदि कक्ष और मीडिया लगभग एक ही जटिल permittivity है, कोई बल के लिए सेल में हेरफेर करने के लिए उत्पन्न किया जा सकता है. इस कारण के लिए, शुद्ध पानी रवानगी कण हेरफेर के लिए एक पसंदीदा मीडिया है. हालांकि, शुद्ध पानी से सेल पर आसमाटिक तनाव से बचने के, कम चालकता मीडिया चालकता अपरिवर्तित रखने के तैयार की गई थी, लेकिन osmolarity में वृद्धि करने के लिए कोशिकाओं को आसमाटिक तनाव में कमी. पारंपरिक सेल संस्कृति मीडिया या DMEM या PBS जैसे शारीरिक बफ़र्स, उच्च चालकता, जो रवानगी हेरफेर के लिए उपयुक्त नहीं है.
हम पहले भी दिखा दिया है कि कोशिकाओं रवानगी के साथ सेंसर कम चालकता मीडिया का उपयोग करने पर कब्जा किया जा सकता है. सेल लगाव के लिए एक संक्षिप्त अवधि के बाद, कम चालकता मीडिया आवश्यक सेल संस्कृति मीडिया के लिए प्रतिस्थापित किया जा सकता है दिनों के लिए सेल के विकास का समर्थन है. 11
हमारे अनुभव से, फ्लोरोसेंट मोती रहते सेल प्रतिदीप्ति के लिए सम्मान के साथ बहुत उज्जवल है, इस प्रकार यह एक चुनौती के लिए एक जीवित और fluorescing सेल की तीव्रता मनका तीव्रता मैच किया जा सकता है. दोनों कोशिकाओं और मोतियों के दृश्य में सुधार करने के लिए, हम दोनों इमेजिंग के लिए एक ईमानदार खुर्दबीन पर डीआईसी माइक्रोस्कोपी का प्रयोग किया. कोशिकाओं और मोती प्रदर्शित करने के लिए, हम एक तीव्रता छवि चमक पैमाने पर है, जो आसान देखने के लिए एक व्यापक रंग स्पेक्ट्रम में डेटा को बरकरार रखे में डेटा प्रस्तुत. इस प्रकार, जब ब्याज की अध्ययन डिजाइन, इमेजिंग पैरामीटर और संसाधनों पर विचार किया जाना चाहिए.
संक्षेप में, हम चुनिंदा अलग चैनलों का उपयोग रवानगी में माला और कोशिकाओं को उकसाना करने की क्षमता प्रदर्शित करता है. कोशिका जीव विज्ञान, जैव रसायन और bioengineering अनुप्रयोगों के लिए microfluidic चैनलों की बढ़ती उपयोगिता के साथ, रवानगी सेल संग्रह, प्लेसमेंट और छँटाई के लिए एक वांछनीय विकल्प है. पीसीबी इलेक्ट्रोड निर्माण सस्ती और सुविधाजनक है, इलेक्ट्रोड उपयोग करने के लिए आसान कर रहे हैं, और तेजी से निर्माण बार रवानगी के कार्यान्वयन के लिए आदर्श होते हैं.
Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
हम उपकरण सेटअप में उनकी सहायता के लिए रवानगी actuation के लिए और मिशेल Collens trifurcating चैनलों प्रदान करने के लिए वू जिन चांग प्रशंसा व्यक्त करते हैं. काम Oise - 0951647 अनुदान के माध्यम से और 99-2911-1-002-007 अनुदान के माध्यम से ताइवान एनएससी द्वारा अमेरिकी NSF द्वारा समर्थित किया गया है.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sylgard 184 kit (PDMS) | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | Dow Corning Sylgard |
| 16 awg hook-up wire | Belden | 8521 | (Type MW) Mil-W-76C-PVC |
| Gold seal Cover Glass | Ted Pella, Inc. | 260320 | No. 0 thick, 24 x 60 mm |
| Miltex Biopsy Punch | VWR international | 95039-104 | Miltex, assorted sizes |
| Custom PCB electrodes | Bay Area Circuits | Custom parts | |
| Mineral oil | Fisher Scientific | O121-1 | |
| Deionized water | House DI water supply | None | Use filtered DI water |
| D-Glucose Anhydrous Granular AR | Mallinckrodt Baker Inc. | 4912-06 | |
| Sucrose, Crystal | Mallinckrodt Baker Inc. | 8360-06 | |
| Fluorescent polymer microspheres | Bangs Laboratories | FS07F/9277 | 15μm Dragon green microspheres |
| HT-29 cell line | ATCC | HTB-38D | Human colon adenocarcinoma |
| Typsin 0.05% EDTA | Invitrogen | 25300054 | |
| Eclipse E600FN upright microscope | Nikon Instruments | Eclipse E600FN | |
| Phantom V310 High-speed imaging camera | Phantom | V310 | |
| BX51 upright research microscope | Olympus Corporation | BX51 | |
| SpotFlex high resolution color camera | Diagnostic Instruments | FX1520 | |
| Function generator | Agilent Technologies | 3325A | |
| RF Power amplifier | EIN | 2100L |
References
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