Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

कण के स्थानिक ट्रैकिंग के लिए मल्टिप्लेक्स इलेक्ट्रॉनिक पता लगाने के साथ microfluidic मंच

Published: March 13, 2017 doi: 10.3791/55311
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3
1School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2Institute of Electronics and Nanotechnology, Georgia Institute of Technology, 3Petit Institute for Bioengineering and Biosciences, Georgia Institute of Technology

Summary

हम एक एकीकृत सतह इलेक्ट्रोड नेटवर्क है कि कोड डिवीजन मल्टीपल एक्सेस (सीडीएमए) के साथ प्रतिरोधक पल्स संवेदन (आर पी एस) को जोड़ती है के साथ एक microfluidic मंच का प्रदर्शन, का पता लगाने और कई microfluidic चैनलों में कणों के आकार मल्टीप्लेक्स।

Abstract

जैविक नमूने का Microfluidic प्रसंस्करण आम तौर पर आदेश स्थानिक ब्याज की एक जैविक संपत्ति के आधार पर नमूना fractionate करने के लिए विभिन्न बल क्षेत्रों के तहत निलंबित कणों का अंतर जोड़तोड़ शामिल है। के लिए परिणामी स्थानिक वितरण परख readout के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा, microfluidic उपकरणों अक्सर सूक्ष्म विश्लेषण के उच्च लागत और कम पोर्टेबिलिटी के साथ जटिल इंस्ट्रूमेंटेशन की आवश्यकता के अधीन हैं। इस सीमा को संबोधित करने के लिए, हम एक microfluidic चिप पर विभिन्न स्थानों पर कणों की मल्टिप्लेक्स पता लगाने के लिए एक एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक संवेदन तकनीक विकसित की है। हमारी तकनीक, microfluidic कोड कहा जाता है, एक -1 डी बिजली के संकेत में 2 डी स्थानिक जानकारी सेक करने के लिए कोड डिवीजन मल्टीपल एक्सेस के साथ प्रतिरोधक पल्स सेंसिंग को जोड़ती है। इस पत्र में, हम Microfluidic कोड प्रौद्योगिकी का एक व्यावहारिक प्रदर्शन का पता लगाने के लिए और आकार सुसंस्कृत कैंसर की कोशिकाओं को कई microfluidic चैनलों पर वितरित प्रस्तुत करते हैं। जैसाउच्च गति माइक्रोस्कोपी द्वारा मान्य, हमारी प्रौद्योगिकी सही घने सेल आबादी सभी इलेक्ट्रॉनिक एक बाहरी साधन के लिए आवश्यकता के बिना विश्लेषण कर सकते हैं। जैसे, Microfluidic कोड संभावित कि अच्छी तरह से बिंदु का ख्याल जैविक नमूने के परीक्षण के लिए अनुकूल हैं कम लागत वाली एकीकृत प्रयोगशाला पर एक चिप उपकरणों सक्षम कर सकते हैं।

Introduction

सटीक पता लगाने और इस तरह की कोशिकाओं, बैक्टीरिया या वायरस तरल में निलंबित कर दिया के रूप में जैविक कणों का विश्लेषण अनुप्रयोगों 1, 2, 3 की एक श्रृंखला के लिए महान ब्याज की है। आकार में अच्छी तरह से मिलान, microfluidic उपकरणों जैसे उच्च संवेदनशीलता, कोमल नमूना हेरफेर और अच्छी तरह से नियंत्रित microenvironment 4, 5, 6, 7 के रूप में इस उद्देश्य के लिए अद्वितीय लाभ प्रदान करते हैं। इसके अलावा, microfluidic उपकरणों द्रव गतिशीलता और बल क्षेत्रों का एक संयोजन को रोजगार के लिए निष्क्रिय विभिन्न गुणों 8, 9, 10, 11, 12 के आधार पर जैविक कणों की एक विषम जनसंख्या fractionate लिए तैयार किया जा सकता है। उन डिवाइस मेंएस, परिणामी कण वितरण readout के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन स्थानिक जानकारी केवल माइक्रोस्कोपी के माध्यम से आम तौर पर पहुँचा जा सकता है, एक प्रयोगशाला बुनियादी सुविधाओं के लिए इसे बांधने से microfluidic युक्ति की व्यावहारिक उपयोगिता सीमित। इसलिए, एक एकीकृत सेंसर है कि आसानी से, कण 'spatiotemporal मानचित्रण रिपोर्ट कर सकते हैं के रूप में वे एक microfluidic डिवाइस पर छेड़छाड़ कर रहे हैं, संभावित कम लागत, एकीकृत प्रयोगशाला पर एक चिप उपकरणों है कि मोबाइल में नमूनों की जांच के लिए विशेष रूप से आकर्षक हैं सक्षम कर सकते हैं , संसाधन सीमित सेटिंग्स।

पतली फिल्म इलेक्ट्रोड विभिन्न अनुप्रयोगों के 13, 14 के लिए microfluidic उपकरणों में एकीकृत सेंसर के रूप में इस्तेमाल किया गया है। प्रतिरोधक पल्स सेंसिंग (आर पी एस) microfluidic चैनलों में छोटे कणों के रूप में यह बिजली के माप 15 से एक मजबूत, संवेदनशील, और उच्च throughput का पता लगाने तंत्र सीधे प्रदान की एकीकृत संवेदन के लिए विशेष रूप से आकर्षक है। आर पी एस में, इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी के बीच प्रतिबाधा मॉडुलन, एक इलेक्ट्रोलाइट में डूबे, एक कण का पता लगाने के लिए एक साधन के रूप में प्रयोग किया जाता है। कण एक छेद के माध्यम से गुजरता है, कण के आदेश पर आकार, संख्या और बिजली के वर्तमान में क्षणिक दालों की गिनती करने के लिए आयाम और आकार के कणों, क्रमशः उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, सेंसर ज्यामिति क्रम में संवेदनशीलता 16, 17, 18, 19 को बढ़ाने के लिए या microfluidic चैनलों 20 में कणों की ऊर्ध्वाधर स्थिति अनुमान लगाने के लिए प्रतिरोधक पल्स waveforms आकार देने के लिए एक photolithographic संकल्प के साथ बनाया जा सकता है।

हमने हाल ही में एक स्केलेबल और सरल मल्टिप्लेक्स प्रतिरोधक पल्स संवेदन तकनीक Microfluidic कोडित विषयेतर जांच विद्युत सेंसिंग (Microfluidic कोड) 21 से बुलाया शुरू की है। Microfluidic कोड एक पर निर्भर करता हैप्रतिरोधक पल्स सेंसरों के परस्पर नेटवर्क, एक अद्वितीय, अलग पहचाना ढंग से चालन मिलाना micromachined इलेक्ट्रोड की एक सरणी से मिलकर प्रत्येक इतनी के रूप में बहुसंकेतन सकें। हम विशेष रूप से प्रत्येक संवेदक डिजिटल कोड डिवीजन मल्टीपल एक्सेस में इस्तेमाल किया कोड के समान orthogonal विद्युत संकेतों का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है 22 (सीडीएमए) दूरसंचार नेटवर्क, व्यक्तिगत प्रतिरोधक पल्स सेंसर संकेत विशिष्ट एक एकल उत्पादन तरंग से बरामद किया जा सकता है ताकि, यहां तक कि यदि संकेतों से विभिन्न सेंसर हस्तक्षेप। इस रास्ते में, हमारी प्रौद्योगिकी एक -1 डी बिजली के संकेत में कणों के 2 डी स्थानिक जानकारी compresses, एक microfluidic चिप पर विभिन्न स्थानों पर कणों की निगरानी की अनुमति, जबकि एक न्यूनतम करने के लिए दोनों डिवाइस और सिस्टम स्तर जटिलता रखे हुए हैं।

इस पत्र में, हम Microfluidic कोड प्रौद्योगिकी का उपयोग करने के लिए आवश्यक प्रयोगात्मक और कम्प्यूटेशनल विधियों, साथ ही अनुसंधान के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुतनकली जैविक नमूने के विश्लेषण में इसके उपयोग से epresentative परिणाम है। एक उदाहरण के रूप में चार मल्टिप्लेक्स सेंसर के साथ एक प्रोटोटाइप डिवाइस से परिणामों का उपयोग तकनीक को समझाने के लिए, हम, (2) सहित प्रयोगात्मक स्थापना का विवरण Microfluidic कोड प्रौद्योगिकी के साथ microfluidic उपकरणों को बनाने के लिए (1) microfabrication प्रक्रिया पर प्रोटोकॉल प्रदान इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल, और fluidic हार्डवेयर, (3) विभिन्न सेंसरों से दखल संकेतों डिकोडिंग के लिए कंप्यूटर कलन विधि, और (4) का पता लगाने और microfluidic चैनलों में कैंसर कोशिकाओं के विश्लेषण से परिणाम। हम मानते हैं कि विस्तृत प्रोटोकॉल का उपयोग यहाँ वर्णित है, अन्य शोधकर्ताओं ने अपने शोध के लिए हमारी प्रौद्योगिकी लागू कर सकते हैं।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. कोडिंग इलेक्ट्रोड का डिजाइन

नोट: चित्रा 1 ए micropatterned इलेक्ट्रोड का 3-डी संरचना से पता चलता है।

  1. Microfluidic चैनलों 23 एन्कोडिंग के लिए चार 7 बिट गोल्ड कोड का एक सेट डिजाइन।
    1. दो रैखिक प्रतिक्रिया बदलाव-रजिस्टरों (LFSRs), प्रत्येक एक आदिम बहुपद का प्रतिनिधित्व करने का निर्माण।
    2. LFSRs प्रयोग करें 7 बिट मीटर -sequences की एक पसंदीदा जोड़ी उत्पन्न करते हैं।
    3. Cyclically मीटर -sequences के वरीय जोड़ी को पारी और उन्हें आधुनिक 2 में जोड़ने के चार अलग गोल्ड कोड उत्पन्न करने के लिए।
  2. कोडिंग इलेक्ट्रोड (चित्रा 1 बी) के लेआउट डिजाइन।
    1. तीन इलेक्ट्रोड टर्मिनलों प्लेस, तीन कोनों पर सकारात्मक, नकारात्मक, और संदर्भ इलेक्ट्रोड का प्रतिनिधित्व।
    2. रूट सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्रत्येक microfluidic चैनल के विपरीत दिशा में बताते हैं।
    3. में सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड का विस्तारइलेक्ट्रोड उंगलियों के रूप में microfluidic चैनलों, विशिष्ट सौंपा गोल्ड कोड (चित्रा -1 सी) के बाद।
    4. सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड उंगलियों के बीच में संदर्भ इलेक्ट्रोड रखें।
    5. आदेश कोडिंग क्षेत्र के बाहर बिजली के चालन कम करने के लिए सबसे बाहरी संदर्भ इलेक्ट्रोड उंगलियों से दूर सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड निशान रखें।

2. सतह इलेक्ट्रोड के Microfabrication

नोट: चित्रा 2 बी सतह इलेक्ट्रोड के निर्माण की प्रक्रिया से पता चलता है।

  1. साफ एक पिरान्हा समाधान में एक 4 इंच borosilicate ग्लास मे (98% सल्फ्यूरिक एसिड: 30% हाइड्रोजन पेरोक्साइड = 5: 1) 20 मिनट के लिए सभी कार्बनिक दूषित पदार्थों को दूर करने के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर। 20 मिनट के अवशिष्ट पानी को निकालने के लिए फिर एक 200 डिग्री सेल्सियस गर्म थाली पर वेफर जगह है।
  2. एक स्पिनर को वेफर स्थानांतरण। वेफर पर 2 एमएल नकारात्मक photoresist बांटना और 3 घंटा की रफ्तार से वेफर स्पिनसमान रूप से कोट करने के लिए 40 S 1.5 माइक्रोन photoresist परत के साथ वेफर के लिए 000 आरपीएम।
  3. एक 150 डिग्री सेल्सियस गर्म थाली पर वेफर की जगह और 1 मिनट के लिए काता photoresist सेंकना।
  4. एक मुखौटा aligner का उपयोग कर एक क्रोम मुखौटा के माध्यम से 365 एनएम पराबैंगनी प्रकाश (225 MJ / 2 सेमी) के लिए photoresist बेनकाब।
  5. एक 100 डिग्री सेल्सियस गर्म थाली पर वेफर की जगह और 1 मिनट के लिए उजागर photoresist सेंकना।
  6. 15 एस के लिए एक photoresist डेवलपर (RD6) में वेफर डुबो कर photoresist का विकास करना। धीरे स्प्रे विआयनीकृत (डीआई) पानी और वेफर धो लें। संकुचित नाइट्रोजन उड़ाने से सूखी।
  7. नमूनों photoresist के साथ वेफर एक ई-किरण धातु बाष्पीकरण में रखें, और साथ 3 × 10 -6 Torr का एक आधार के दबाव में वेफर पर एक 20 एनएम मोटी क्रोम फिल्म, एक 80 एनएम मोटी सोने की फिल्म के द्वारा पीछा जमा 1 ए / एस के एक बयान की दर।
  8. कमरे गुस्सा कम 30 मिनट के लिए 100% आयाम के साथ 40 kHz के एक आवृत्ति पर एक अल्ट्रासोनिक स्नान सेट में एसीटोन में धातु लेपित वेफर विसर्जितअंतर्निहित photoresist खोदना और लिफ्ट बंद प्रक्रिया को पूरा करने के लिए ature।
  9. एक पारंपरिक dicing देखा का उपयोग कर छोटे टुकड़ों में वेफर पासा।

3. microfluidic चैनलों के लिए SU-8 मोल्ड का निर्माण

नोट: चित्रा 2A microfluidic चैनलों के लिए मिट्टी के निर्माण की प्रक्रिया से पता चलता है।

  1. स्वच्छ और एक 4 इंच सिलिकॉन वेफर एक ही प्रक्रिया 2.1 में वर्णित का उपयोग कर सेंकना।
  2. एक स्पिनर को वेफर स्थानांतरण। वेफर पर 4 एमएल photoresist डालो। कोट photoresist के साथ वेफर।
    1. 15 एस के लिए 500 rpm पर वेफर स्पिन।
    2. 15 एस के लिए 1000 rpm पर वेफर स्पिन।
    3. 3000 rpm पर वेफर स्पिन 60 एस एक समान रूप से लेपित 15 माइक्रोन मोटी परत photoresist प्राप्त करने के लिए।
  3. वेफर चेहरा एक cleanroom पोंछ एसीटोन में भिगो पर रखें और पीठ और वेफर के किनारों से अवशिष्ट photoresist को हटा दें।
  4. एक गर्म Pl पर वेफर स्थानांतरणमुलायम पाक के लिए खा लिया। सबसे पहले, 1 मिनट के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर वेफर सेंकना। फिर जल्दी से एक 95 डिग्री सेल्सियस गर्म थाली करने के लिए कदम वेफर और 2 मिनट के लिए सेंकना।
  5. एक मुखौटा aligner का उपयोग करके एक क्रोम मुखौटा के माध्यम से 365 एनएम पराबैंगनी प्रकाश (180 MJ / 2 सेमी) के लिए photoresist बेनकाब।
  6. 1 मिनट के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर वेफर निम्न जोखिम सेंकना और 2 मिनट के लिए फिर 95 डिग्री सेल्सियस।
  7. डेवलपर में वेफर विसर्जित कर दिया और धीरे से 3 मिनट के लिए कंटेनर हिला। फिर, isopropanol शराब (आईपीए) के साथ वेफर कुल्ला और संकुचित नाइट्रोजन उड़ाने से सूखी। एक सफेद रंग का अवशेषों वेफर पर प्रकट होता है, फिर डेवलपर में विसर्जित और अब समय और सूखे के लिए विकसित करना।
  8. 30 मिनट के लिए एक 200 डिग्री सेल्सियस गर्म थाली पर वेफर सेंकना यह पूरी तरह से सूखे के लिए।
  9. नमूनों photoresist की मोटाई मापने वेफर भर में विभिन्न स्थानों पर एक profilometer का उपयोग कर एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए।
  10. वाष्प जमाव की तकनीक का उपयोग करके ढालना वेफर Silanize। टीआर के 200 μL जोड़े8 घंटे के लिए SU-8 ढालना वेफर के साथ-साथ एक निर्वात desiccator में एक पेट्री डिश और जगह में ichlorosilane।

4. Microfluidic कोड डिवाइस के विधानसभा

  1. एक 150 मिमी व्यास पेट्री डिश में ढालना के साथ 4 इंच सिलिकॉन वेफर प्लेस, और इसके किनारों से टेप से यह तय कर लो।
  2. 10 के अनुपात में polydimethylsiloxane (PDMS) पूर्व बहुलक और पार linker मिक्स: 1, और पेट्री डिश में मिश्रण की 50 ग्राम डालना। 1 घंटे के लिए मिश्रण देगास के लिए एक निर्वात desiccator में पेट्री डिश प्लेस, और फिर कम से कम 4 घंटे (चित्रा 2A) के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में इलाज।
  3. एक छुरी का उपयोग कर ठीक PDMS परत बाहर कट और एक चिमटी से नोचना का उपयोग कर इसे बंद छील ढालना वेफर। सबूत के सिद्धांत डिवाइस का आकार लगभग 20 मिमी × 7 मिमी है। तब इनलेट और एक बायोप्सी छेदने का उपयोग करते हुए microfluidic चैनल के आउटलेट के लिए PDMS के माध्यम से 1.5 मिमी की एक व्यास के साथ छेद मुक्का।
  4. मैं रखकर PDMS भाग के नमूनों की ओर साफएक साफ-रूम चिपकने वाला टेप पर टी।
  5. एसीटोन, आईपीए, डि पानी के साथ यह rinsing द्वारा सतह इलेक्ट्रोड के साथ कांच के अध साफ और संकुचित नाइट्रोजन का उपयोग सूखी।
  6. एक आरएफ प्लाज्मा जनरेटर 100 मेगावाट पर सेट में सामना करना पड़ रहा प्रत्येक भाग के micromachined पक्ष के साथ 30 एस के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा में PDMS की सतहों और गिलास सब्सट्रेट सक्रिय करें।
  7. कांच सब्सट्रेट पर सतह इलेक्ट्रोड एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग और फिर लाने के शारीरिक संपर्क में दो प्लाज्मा सक्रिय सतहों के साथ PDMS microfluidic चैनल संरेखित करें।
  8. 5 मिनट के लिए एक 70 डिग्री सेल्सियस गर्म थाली पर डिवाइस सेंकना, गर्म थाली का सामना करना पड़ गिलास पक्ष के साथ।
  9. टांका लगाने से तारों के साथ इलेक्ट्रोड के संपर्क पैड से कनेक्ट।

5. नकली जैविक नमूने की तैयारी

  1. संस्कृति HeyA8 मानव डिम्बग्रंथि के कैंसर RPMI 1640 में कोशिकाओं को 37 डिग्री सेल्सियस पर 10% भ्रूण गोजातीय सीरम (FBS) और 1% पेनिसिलिन स्ट्रेप्टोमाइसिन 5% सीओ 2 माहौल में साथ पूरकजब तक वे 80% संगम तक पहुँचने।
  2. एक गिलास पिपेट का उपयोग संस्कृति कुप्पी से मीडिया aspirate। बांटना और फिर महाप्राण 1x फॉस्फेट बफर खारा (पीबीएस) कोशिकाओं को धोने के लिए।
  3. 2 में कोशिकाओं को सेते एमएल 0.05% (w / v) 37 डिग्री सेल्सियस पर 2 मिनट के लिए trypsin समाधान पक्षपाती कोशिकाओं को निलंबित करने के लिए। फिर, trypsin बेअसर करने के लिए संस्कृति मीडिया के 4 एमएल जोड़ें।
  4. अपकेंद्रित्र 5 मिनट के लिए 100 × छ पर सेल निलंबन एक टेस्ट ट्यूब में गोली कोशिकाओं। फिर, महाप्राण सतह पर तैरनेवाला पूरी तरह से।
  5. धीरे से ऊपर pipetting द्वारा और यंत्रवत् अलग कर देना सेल झुरमुटों के नीचे 1-2 एमएल 1x पीबीएस में कोशिकाओं को फिर से निलंबित।
  6. एक पिपेट में सेल निलंबन की एक छोटी राशि ड्रा और hemocytometer का उपयोग कोशिकाओं की संख्या गिनती।
  7. पीबीएस के साथ सेल निलंबन पतला 10 5 -10 6 कोशिकाओं / एमएल के अंतिम सेल एकाग्रता के साथ एक नमूना तैयार करने के लिए।

6. Microfluidic कोड डिवाइस चल

नोट: फाईआंकड़ा 3 प्रयोगात्मक स्थापना से पता चलता है।

  1. एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के मंच पर Microfluidic कोड डिवाइस रखें।
  2. एक इलेक्ट्रॉनिक समारोह जनरेटर का उपयोग कर चिप पर संदर्भ इलेक्ट्रोड के लिए एक 400 किलोहर्ट्ज़ साइन लहर को लागू करें।
  3. दो स्वतंत्र पार प्रतिबाधा एम्पलीफायरों के लिए सकारात्मक और नकारात्मक संवेदन इलेक्ट्रोड कनेक्ट वोल्टेज का संकेत करने के लिए प्रत्येक से वर्तमान संकेतों में परिवर्तित करने के लिए।
  4. नकारात्मक संवेदन इलेक्ट्रोड वोल्टेज संकेत के क्रम में एक द्विध्रुवी संकेत प्राप्त करने के लिए एक अंतर वोल्टेज एम्पलीफायर का उपयोग करने से सकारात्मक संवेदन इलेक्ट्रोड वोल्टेज संकेत घटाना।
  5. मान्यता और लक्षण प्रयोजनों के लिए डिवाइस के ऑप्टिकली रिकॉर्ड आपरेशन करने के लिए एक उच्च गति कैमरे का उपयोग करें।
  6. एक निरंतर प्रवाह की दर (50-1,000 μL / एच) एक सिरिंज पंप का उपयोग करने पर Microfluidic कोड डिवाइस के माध्यम से सेल निलंबन ड्राइव।
  7. उपाय प्रतिबाधा मॉडुलन संकेत लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग।
    1. रेफरी के संदर्भ में एसी संकेत कनेक्टलॉक-इन एम्पलीफायर के erence इनपुट। इनपुट संकेत के रूप में लॉक-इन एम्पलीफायर को अंतर द्विध्रुवी संकेत कनेक्ट।
    2. लॉक-इन एम्पलीफायर उत्पादन से अंतर संकेत के आरएमएस आयाम प्राप्त करते हैं।
  8. आगे के विश्लेषण के लिए एक डाटा अधिग्रहण बोर्ड के माध्यम से एक कंप्यूटर में 1 मेगाहर्ट्ज की दर से लॉक-इन एम्पलीफायर उत्पादन संकेत नमूना।

7. सेंसर संकेतों के प्रसंस्करण

  1. बाद के प्रसंस्करण और डिकोडिंग के लिए MATLAB में दर्ज की गई बिजली के डेटा स्थानांतरण।
  2. डिजिटल डोमेन उच्च आवृत्ति शोर (> 2.5 किलो हर्ट्ज) को हटाने के लिए एक बटरवर्थ फिल्टर (MATLAB में निर्मित समारोह) का उपयोग करने में दर्ज संकेत फ़िल्टर।
  3. सेंसर संकेतों से एक खाका कोड पुस्तकालय उत्पन्न करता है।
    1. प्रतिनिधि गैर अतिव्यापी कोड डिवाइस में प्रत्येक संवेदक के लिए इसी संकेतों को पहचानें और अलग तरंग वैक्टर के रूप डाटासेट से इन ब्लॉकों संकेत निकाल सकते हैं।
    2. प्रत्येक टेम्पलेट कोड तरंग वेक्टर को सामान्यअपनी शक्ति के द्वारा। सिग्नल शक्ति को मापने के लिए MATLAB में निर्मित समारोह (bandpower) का प्रयोग करें।
    3. MATLAB समारोह (प्रतिदर्श चैनल) का उपयोग डिजिटल durations के अलग-अलग इलेक्ट्रोड पर सेल प्रवाह की गति में बदलाव को समायोजित करने के साथ सामान्यीकृत कोड संकेतों के संस्करण बनाने की टेम्प्लेट पुस्तकालय का विस्तार करने के लिए।
  4. तरंग छान में: (SNR> 12 डीबी दहलीज) संकेत ब्लॉक कि गतिविधि सेंसर के अनुरूप पहचानें। सीमा के तहत SNR साथ तरंग शोर के रूप में माना जाएगा।
  5. एक चलने लगातार हस्तक्षेप रद्द करने पर आधारित एल्गोरिथ्म, आमतौर पर बहु उपयोगकर्ता सीडीएमए संचार नेटवर्क 24, 25 में कार्यरत एक तकनीक का उपयोग करके दर्ज संकेत में सेंसर गतिविधि के अलग-अलग ब्लॉकों व्याख्या करना।
    1. पुस्तकालय में टेम्पलेट्स डॉट उत्पाद फिसलने का उपयोग कर सब के साथ प्रत्येक संकेत ब्लॉक के पार से संबंध की गणना।
    2. टेम्पलेट है कि larg का उत्पादन पहचानेंस्था ऑटो सहसंबंध चोटी प्रमुख व्यक्ति सेंसर कोड संकेत निर्धारित करने के लिए। दोनों समय और autocorrelation चोटी के आयाम रिकॉर्ड।
    3. मापा autocorrelation शिखर आयाम के आधार पर पहचान कोड टेम्पलेट स्केलिंग और समय की जानकारी (कदम 7.5.2 में निर्धारित) द्वारा एक अनुमान सेंसर कोड संकेत का निर्माण।
    4. मूल डेटा से अनुमान लगाया सेंसर कोड संकेत घटाना।
    5. 7.5.1 से प्रक्रिया पुनरावृति, जब तक अवशिष्ट संकेत टेम्पलेट लायब्रेरी में किसी भी संकेत, गणितीय सहसंबंध गुणांक कम से कम 0.5 होने के रूप में परिभाषित नहीं समान है।
  6. कदम 7.5 से प्रारंभिक सेंसर संकेत अनुमानों एक अनुकूलन प्रक्रिया का उपयोग कर परिष्कृत करें।
    1. प्रत्येक यात्रा से अनुमान अलग-अलग सेंसर संकेतों जोड़कर संकेत पुनर्निर्माण।
    2. आयाम, अवधि और मूल अनुमानों के आसपास अलग-अलग सेंसर संकेतों के समय स्वीप दर्ज की गई बिजली के संकेत के साथ सबसे अच्छा फिट उत्पादन करने के लिएके आधार पर कम से कम वर्गों 26 सन्निकटन।
  7. ऑप्टिकल छवियों के खिलाफ विद्युत संकेतों औजार से सेल आकार में अनुमान सेंसर संकेतों के आयाम कन्वर्ट।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चार सेंसर चार microfluidic चैनलों पर वितरित से मिलकर एक microfluidic कोड डिवाइस चित्रा 1 बी में दिखाया गया है। इस प्रणाली में, प्रत्येक microfluidic चैनल के पार अनुभाग इतना है कि (1) एकाधिक कोशिकाओं समानांतर और (2) कोशिकाओं इलेक्ट्रोड के करीब रहने के प्रति संवेदनशीलता बढ़ाने में इलेक्ट्रोड पर पारित नहीं कर सकते एक सेल के आकार के करीब होने के लिए डिजाइन किया गया था । प्रत्येक संवेदक एक अनूठा 7 बिट डिजिटल कोड उत्पन्न करने के लिए बनाया गया है। डिवाइस तो एक सेल निलंबन का उपयोग कर परीक्षण किया गया था। दर्ज की गई बिजली के चार अलग-अलग सेंसर करने के लिए इसी संकेतों चित्रा 4 में जुड़े आदर्श डिजिटल कोड के साथ दिखाया गया है। रिकॉर्डेड संकेतों बारीकी से, आदर्श वर्ग दालों के साथ मैच है, जबकि छोटे विचलन मौजूद है। इस तरह के विचलन समतलीय इलेक्ट्रोड के बीच गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र सहित कई कारकों के संयोजन से परिणाम, विभिन्न इलेक्ट्रोड जोड़े, की गोलाकार आकृति के बीच युग्मनकोशिकाओं, साथ ही microfluidic चैनलों में कोशिकाओं की निरंतर प्रवाह की गति। हम recoded सेंसर संकेतों के आधार पर एक टेम्पलेट के पुस्तकालय बनाया। पुस्तकालय में टेम्पलेट्स के सभी के साथ दर्ज संकेतों correlating करके, हम (चित्रा 4) एक टेम्पलेट है कि अधिक से अधिक ऑटो सहसंबंध चोटी का उत्पादन निर्धारित की। जैसा कि microfluidic चैनलों के लिए डिजिटल कोड एक दूसरे के लिए ओर्थोगोनल तैयार हो रहे हैं, एक प्रमुख ऑटो सहसंबंध चोटी मजबूती के साथ इस प्रक्रिया में पहचाना जा सकता है। इस दृष्टिकोण का प्रयोग, हम computationally microfluidic चैनल सेल के माध्यम से पारित कर दिया, सेंसर संकेत की अवधि, और सेल की इसलिए प्रवाह की गति का निर्धारण कर सकता।

जब कई कोशिकाओं को एक साथ कोडिंग इलेक्ट्रोड के साथ बातचीत Microfluidic कोड प्रौद्योगिकी स्थितियों को हल कर सकते हैं। जब इस तरह के ओवरलैप होते हैं, अलग-अलग सेंसर से संकेत हस्तक्षेप और उसके एवज में तरंग आसानी से किसी के साथ संबद्ध नहीं किया जा सकता हैएकल एक विशिष्ट सेंसर करने के लिए इसी टेम्पलेट। सही तरह के अतिव्यापी संकेतों डिकोडिंग विश्वसनीय प्रसंस्करण उच्च घनत्व के नमूने, जहां हस्तक्षेप अधिक होने की संभावना है के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। घटनाओं ओवरलैपिंग हल करने के लिए, हम एक लगातार हस्तक्षेप रद्द (इस प्रकार) स्कीम 24, 25, जो आम तौर पर सीडीएमए संचार नेटवर्क में बहु उपयोगकर्ता का पता लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है के आधार पर एक चलने का एल्गोरिथ्म विकसित की है। चित्रा 5 दर्शाता है कि कैसे इस प्रकार से एल्गोरिथ्म एक तरंग है कि चार अलग-अलग microfluidic चैनलों में चार ओवरलैपिंग कोशिकाओं से हुई हल करने में कार्यान्वित किया जाता है। प्रत्येक यात्रा में, हम पहले प्रमुख ऑटो सहसंबंध चोटी (चित्रा 5 ए, 2 एन डी स्तंभ), निर्धारित मजबूत हस्तक्षेप संकेत को इसी टेम्पलेट पुस्तकालय के साथ इनपुट तरंग (चित्रा 5 ए, 1 सेंट स्तंभ) correlating द्वारा। चयनित टेम्पलेट और टी के आधार परवह ऑटो सहसंबंध आयाम परिणामी, हम तो सबसे मजबूत हस्तक्षेप संकेत (चित्रा 5 ए, 3 स्तंभ) का अनुमान है और इनपुट तरंग से घटाया। शेष तरंग इनपुट के रूप में अगली यात्रा के लिए पारित किया गया था। इस प्रक्रिया टेम्पलेट पुस्तकालय के साथ अवशिष्ट संकेत के सहसंबंध तक जारी एक स्पष्ट ऑटो सहसंबंध चोटी (चित्रा 5 ए, 5 वीं पंक्ति, 2 एन डी साजिश) का उत्पादन नहीं किया। हस्तक्षेप रद्द करने की प्रक्रिया की समाप्ति के बाद, हम प्रत्येक यात्रा (चित्रा 6A) से सभी अनुमान संकेतों के संयोजन से तरंग के एक अनुमान खंगाला। एक अनुकूलन एक कम से कम वर्ग सन्निकटन मूल तरंग और खंगाला संकेत के बीच का मतलब वर्ग त्रुटि को कम करने के आधार पर प्रक्रिया का उपयोग करना, हम आयाम, अवधि के लिए हमारे अनुमान अद्यतन, और व्यक्तिगत सेंसर कोड संकेतों के रिश्तेदार समय (चित्रा 6B)। हम यह भी के आकार का अनुमानकोशिकाओं का अनुमान अलग-अलग सेंसर संकेतों के आयाम के आधार पर पता लगाया है। इस लक्ष्य को हासिल करने के लिए हमें ऑप्टिकली मापा सेल आकार रेखीय प्रतिगमन (चित्रा 6B) का उपयोग कर के साथ बिजली के संकेत आयाम calibrated। एक साथ दर्ज उच्च गति माइक्रोस्कोप छवियों से प्राप्त जानकारी के साथ Microfluidic कोड से हमारे परिणामों की तुलना से पता चलता है कि सेल आकार और गति सही मापा जा सकता है, जो हमारे परिणाम (तालिका 1) पुष्टि की। चित्रा 6C एक साथ दर्ज उच्च गति माइक्रोस्कोपी डिकोडिंग परिणाम मान्य करने के लिए इस्तेमाल किया छवि को दर्शाता है।

हमारे परिणामों के reproducibility और यह भी एक उच्च throughput नमूना प्रसंस्करण के लिए microfluidic कोड प्रौद्योगिकी के प्रदर्शन का प्रदर्शन करने के लिए, हम> 1,000 कोशिकाओं को इसी विद्युत संकेतों का विश्लेषण किया। संकेतों स्वचालित रूप से चल रहा है एल्गोरिथ्म समझाया द्वारा MATLAB में डीकोड कर रहे थेऊपर और हमारे परिणामों की सटीकता सीधे एक साथ दर्ज उच्च गति वीडियो से ऑप्टिकल डेटा के साथ हमारे परिणामों की तुलना द्वारा मूल्यांकन किया गया था। हमारा विश्लेषण दर्शाता है कि कोशिकाओं के 96.15% (973 / 1,012) से विद्युत संकेतों को सही डीकोड किया गया। गैर अतिव्यापी और ओवरलैपिंग सेल संकेतों डिकोडिंग लिए सफलता की दर 98.71% (688/697) और 90.48% (285/315), क्रमशः है।

आकृति 1
चित्रा 1. चार चैनल Microfluidic कोड डिवाइस का डिजाइन। (क) प्रत्येक microfluidic चैनल में इलेक्ट्रोड एक अद्वितीय डिजिटल कोड उत्पन्न करने के लिए micropatterned रहे हैं। इलेक्ट्रोड जोड़े के साथ कोशिकाओं बहने की अनुक्रमिक संबंधों के कारण प्रतिबाधा मॉडुलन बिजली दालों की ओर जाता है। (ख) Microfluidic कोड डिवाइस का एक माइक्रोस्कोप छवि। निर्माण प्रक्रिया के दौरान, कोडिंग सतह इलेक्ट्रोड के साथ कांच के अध गठबंधन किया है एक खुर्दबीन के नीचे PDMS microfluidic चैनलों के साथ। (ग) एक क्लोज़-अप कोडित सतह 7 बिट गोल्ड दृश्यों का निर्माण इलेक्ट्रोड की छवि: "1010110", "0111111", "0100010", "0011000"। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. Microfabrication प्रक्रिया। (क) PDMS microfluidic चैनलों नरम लिथोग्राफी 27 का उपयोग कर निर्मित कर रहे हैं। (ख) सतह इलेक्ट्रोड एक लिफ्ट बंद प्रक्रिया का उपयोग कर निर्मित कर रहे हैं। (ग) अंतिम डिवाइस का एक पार के अनुभागीय योजनाबद्ध। PDMS microfluidic चैनलों गठबंधन और सतह इलेक्ट्रोड के साथ कांच सब्सट्रेट करने के लिए बंधुआ रहे हैं। jove.com/files/ftp_upload/55311/55311fig2large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. प्रायोगिक स्थापना। एक सिरिंज पंप का प्रयोग, सेल निलंबन एक निरंतर प्रवाह दर पर Microfluidic कोड डिवाइस के माध्यम से चलाया जाता है। 400 किलोहर्ट्ज़ एसी संकेत एक समारोह जनरेटर का उपयोग संदर्भ इलेक्ट्रोड के लिए लागू किया जाता है। सकारात्मक और नकारात्मक संवेदन इलेक्ट्रोड से वर्तमान संकेतों के पहले दो transimpedance एम्पलीफायरों का उपयोग कर वोल्टेज संकेतों में बदल दिया और एक अंतर एम्पलीफायर का उपयोग कर एक दूसरे से घटाया जाता है। अंतर द्विध्रुवी संकेत लॉक-इन एम्पलीफायर द्वारा निकाला जाता है और उसके बाद सिग्नल प्रोसेसिंग और डिकोडिंग के लिए एक कंप्यूटर में जांचा। उच्च गति ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी सत्यापन और लक्षण वर्णन प्रयोजनों के लिए डिवाइस के ऑप्टिकली रिकॉर्ड आपरेशन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।e.jove.com/files/ftp_upload/55311/55311fig3large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा अलग-अलग सेंसर और उनके सह-संबंध से 4. दर्ज की गई बिजली का संकेत है। रिकॉर्डेड संकेतों और एक दूसरे के साथ उनके संबंध में चार कोड-मल्टिप्लेक्स प्रतिरोधक पल्स सेंसरों के लिए दिया जाता है। संवेदक 1 (क), सेंसर 2 (ख), सेंसर 3 (सी) और सेंसर 4 (घ) 7-बिट डिजिटल waveforms उत्पादन करने के लिए डिजाइन किए गए थे "1010110", "0111111", "0100010", और "0011000", क्रमशः । प्रत्येक संवेदक के लिए, शीर्ष आंकड़ा पता चलता है कि सामान्यीकृत संकेत प्रत्येक संवेदक से दर्ज आदर्श वर्ग पल्स अनुक्रम कि संवेदक के उत्पादन के लिए डिजाइन किया गया था के साथ मेल खाता है। प्रत्येक संवेदक के लिए, कम पैनल दर्ज सेंसर संकेत से पता चलता है9 की autocorrelation और नेटवर्क में तीन अन्य कोड-मल्टिप्लेक्स सेंसर करने के लिए इसी संकेतों के साथ पार से संबंध। सभी मामलों में, एक autocorrelation चोटी मजबूती के साथ की पहचान की जा सकती है, क्योंकि अलग-अलग सेंसर से डिजिटल कोड एक दूसरे के लिए ओर्थोगोनल तैयार हो रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5. लगातार हस्तक्षेप निरस्तीकरण के साथ एक अतिव्यापी तरंग डिकोडिंग। प्रत्येक यात्रा में, इनपुट तरंग (1 सेंट स्तंभ) को अधिकतम सहसंबंध के आयाम (2 एन डी स्तंभ) में यह परिणाम विशिष्ट टेम्पलेट की पहचान करने के preassembled टेम्पलेट पुस्तकालय के साथ जोड़ा जाता है। इस विशिष्ट टेम्पलेट का उपयोग करना, मजबूत हस्तक्षेप संकेत आयाम के आधार पर अनुमान लगाया गया हैऔर सहसंबंध शिखर (3 स्तंभ) से समय की जानकारी। अनुमान संकेत तो सबसे बड़ा सेल के कारण मूल तरंग से घटाया जाता है, प्रभावी रूप से मजबूत हस्तक्षेप रद्द। प्रक्रिया दोहराया जाता है जब तक कोई संबंध शिखर निर्धारित किया जा सकता है (यानी, सहसंबंध गुणांक <0.5) अवशिष्ट संकेत में। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 डिकोडिंग परिणाम विश्लेषण। (क) अनुमानित संकेतों परिष्कृत एक अनुकूलन एल्गोरिथ्म है कि खंगाला और मूल दर्ज की तरंग कम से कम वर्गों सन्निकटन उपयोग कर के बीच सबसे अच्छा फिट प्राप्त करने के लिए करना है पर आधारित हैं। (ख) अनुकूलन प्रक्रिया के अंत में,समय और calibrated संकेतों के आयाम को सही रूप में उच्च गति माइक्रोस्कोपी द्वारा मापा सेल मानकों को प्रतिबिंबित। (ग) एक साथ दर्ज उच्च गति माइक्रोस्कोपी छवि बिजली के माप से हमारे परिणाम पुष्टि की। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

मापन के प्रकार आर Ch1 (माइक्रोन) आर CH2 (माइक्रोन) आर CH3 (माइक्रोन) आर CH4 (माइक्रोन) Δt 1 (एमएस) Δt 2 (एमएस) Δt 3 (एमएस)
विद्युतीय 8.010 6.490 5.300 6.550 0.465 1.705 0.744
ऑप्टिकल 8.320 6.770 5.680 7.040 0.375 1.625 0.750

तालिका 1. चित्रा 6B की विद्युत और ऑप्टिकली मापा सेल मानकों की तुलना। हमारे अनुमानों को मान्य करने के लिए, हम ऑप्टिकली उच्च गति माइक्रोस्कोपी छवि से सेल के आकार को मापा। विभिन्न कोशिकाओं के बीच सापेक्ष समय ऑप्टिकली उच्च गति प्रति सेकंड 8000 तख्ते पर दर्ज की गई वीडियो में कोशिकाओं के बीच तख्ते की संख्या से मापा जाता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

एकाधिक प्रतिरोधक पल्स सेंसर पहले से microfluidic चिप्स 28, 29, 30, 31, 32 में शामिल किया गया है। इन प्रणालियों में, प्रतिरोधक पल्स सेंसर या तो मल्टिप्लेक्स नहीं कर रहे थे, 28, 29, 30, 31 या वे आवश्यक व्यक्तिगत सेंसर विभिन्न आवृत्तियों 32 में संचालित किया जाना है। दोनों ही मामलों में, समर्पित बाहरी कनेक्शन चिप पर प्रत्येक प्रतिरोधक पल्स सेंसर के लिए की जरूरत थी और इसलिए सेंसर की एक बड़ी संख्या में अधिक से अधिक हार्डवेयर जटिलता के बिना एकीकृत नहीं किया जा सकता है। Microfluidic कोड के महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह एक सरल डिवाइस में एक ही उत्पादन से कई प्रतिरोधक पल्स सेंसरों के एक साथ पढ़ने की अनुमति देता है। हम मीटर का उपयोग करके इस लक्ष्य को हासिलultiplexing तकनीक आमतौर पर दूरसंचार में इस्तेमाल किया micromachined प्रतिरोधक पल्स microfluidic उपकरणों में एकीकृत सेंसर डिजाइन करने के लिए। संक्षेप में, हमारी प्रौद्योगिकी प्रत्येक डिजाइनिंग एक अलग पहचाना संकेत उत्पादन करने के लिए जब एक कण का पता चला है द्वारा पर चिप कल्टर काउंटर का एक नेटवर्क कोड-बहुसंकेतन पर भरोसा करती है। नेटवर्क में प्रत्येक micromachined सेंसर कई समतलीय सतह इलेक्ट्रोड ऐसे विन्यास भिन्न है कि इन इलेक्ट्रोड के साथ कणों बहने की अनुक्रमिक बातचीत orthogonal प्रतिबाधा modulations waveforms उत्पादन में आदेश दिया के होते हैं। अतुल्यकालिक कण-सेंसर बातचीत को समायोजित करने के लिए, हम विशेष रूप से प्रत्येक संवेदक गोल्ड कोड 33, छद्म ओर्थोगोनल डिजिटल कोड है कि आम तौर पर सीडीएमए दूरसंचार नेटवर्क के अपलिंक में इस्तेमाल कर रहे हैं उत्पादन करने के लिए बनाया गया है। सोने के कोड भी एक निश्चित स्तर orthogonality बनाए रखने के लिए जब वे यादृच्छिक मतभेद चरण 34 के साथ misaligned हैं।

Microfluidic कोड आसानी से स्केलेबल है। हालांकि हम इस पत्र में चार सेंसर के साथ एक प्रोटोटाइप Microfluidic कोड डिवाइस से परिणाम प्रस्तुत किया, अधिक सेंसर डिवाइस में जब उत्पादन संकेतों के बाकी हिस्सों से अलग पहचाना उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया शामिल किया जा सकता है। एक तरह से सेंसर नेटवर्क का विस्तार करने के लिए अब डिजिटल कोड के साथ बड़ा ओर्थोगोनल कोड सेट पर आधारित सेंसर डिजाइन करने के लिए है। अब और अधिक बिट्स के साथ ओर्थोगोनल कोड डिकोडिंग में उच्च प्रसंस्करण लाभ प्रदान करते हैं और एक दूसरे से प्रतिष्ठित किया जा सकता है जब वहाँ हस्तक्षेप है। दूसरी ओर, इस उपकरण में लंबे समय तक सोने के कोड भी बड़ा संवेदन मात्रा है, जो हस्तक्षेप सेंसर की उम्मीद की संख्या बढ़ जाती है मतलब है। इसी तरह, किसी नमूने घनत्व के लिए सेंसर की संख्या बढ़ रही अधिक कणों समग्र संवेदन मात्रा में वृद्धि के कारण ओवरलैपिंग को बढ़ावा मिलेगा। जैसे, नमूने में कणों का घनत्व एक महत्वपूर्ण पैरामीटर Microfluidic कोड प्रौद्योगिकी का उपयोग कर में विचार करने की जरूरत है। अधिकतम पीलेख घनत्व है कि (एक सीडीएमए दूरसंचार नेटवर्क के चैनल क्षमता के साथ सादृश्य में) सुलझाया जा सकता है ऐसे व्यक्ति सेंसर संकेतों और उनके संबंध, डिकोडिंग योजना, microfluidic युक्ति के लेआउट, और इलेक्ट्रॉनिक शोर स्तर के रूप में कई कारकों पर निर्भर करता है। आवेदन के आधार पर, नमूना एक कण घनत्व है कि एक स्वीकार्य त्रुटि दर का उत्पादन तक पहुँचने के लिए पतला किया जा सकता।

सिग्नल प्रोसेसिंग के नजरिए से एक microfluidic कोड डिवाइस से समय waveforms के डिकोडिंग के रूप में तथ्य यह है कि एक सीडीएमए नेटवर्क पर सेल फोन संचार वास्तविक समय में demultiplexed जा सकती है, इसका सबूत मौजूदा सिस्टम का उपयोग कर computationally गहन नहीं है। इसके अलावा, शारीरिक घटनाओं microfluidic उपकरणों में डीकोड किया जा करने के लिए हमें और अधिक उन्नत और समय लेने वाली और इस तरह के रूप में इस प्रकार से एल्गोरिदम एक अनुकूलन प्रक्रिया है, जो हम iteratively सी ओवरलैपिंग को हल करने के लिए इस्तेमाल उपयोग करने की अनुमति सेल फोन संचार में बिट संचरण दर की तुलना में धीमी होसेंसर से gnals।

साथ में ले ली, microfluidic कोड एक बहुमुखी, स्केलेबल इलेक्ट्रॉनिक संवेदन तकनीक है कि आसानी से नज़र रखने के कणों के रूप में वे चिप पर कार्रवाई कर रहे हैं द्वारा मात्रात्मक assays साकार करने के लिए विभिन्न microfluidic उपकरणों में एकीकृत किया जा सकता है। प्रौद्योगिकी, को लागू करने के लिए बहुत आसान है क्योंकि (1) यह एक हार्डवेयर के नजरिए से बहुत सरल है (2) यह नरम लिथोग्राफी (3) यह किसी भी सक्रिय पर चिप घटक के बिना एक सीधा इलेक्ट्रॉनिक पढ़ने के लिए बाहर प्रदान करता है के साथ सीधे संगत है, और (4) यह सिग्नल प्रोसेसिंग और डेटा की व्याख्या के लिए सरल कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम पर निर्भर करता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
98% Sulfuric Acid    BDH Chemicals BDH3074-3.8LP
30% Hydrogen Peroxide   BDH Chemicals BDH7690-3
Trichlorosilane Aldrich Chemistry 235725-100G
NR9-1500PY Negative Photoresist Furuttex
Resist Developer RD6 Furuttex
Acetone BDH Chemicals BDH1101-4LP
SU-8 2015 Negative Photoresist Microchem SU8-2015
SU-8 Developer Microchem Y010200
Polydimethylsiloxane (PDMS) Dow Corning 3097358-1004 Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit
Isopropyl Alcohol BDH Chemicals BDH1133-4LP
RPMI 1640 Corning Cellgro 10-040-CV
Fetal Bovine Serum (FBS) Seradigm 1500-050
Penicillin-Streptomycin Amresco K952-100ML
Phosphate-Buffered Saline (PBS) Corning Cellgro 21-040-CM
PHD 22/2000 Syringe Pump Harvard Apparatus 70-2001
HF2LI Lock-in Amplifier Zurich Instrument
HF2TA Current Amplifier Zurich Instrument
Eclipse Ti-U Microscope Nikon Corporation
DS-Fi2 High-Definition Color Camera  Nikon Corporation
v7.3 High-speed Camera Phantom
PCIe-6361 Data Acquisition Board  National Instruments 781050-01
BNC-2120 Shielded Connector Block National Instruments 777960-01 
PX-250 Plasma Treatment System Nordson MARCH 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. De Roy, K., Clement, L., Thas, O., Wang, Y., Boon, N. Flow cytometry for fast microbial community fingerprinting. Water Res. 46 (3), 907-919 (2012).
  2. Vives-Rego, J., Lebaron, P., Nebe-von Caron, G. Current and future applications of flow cytometry in aquatic microbiology. FEMS Microbiol Rev. 24 (4), 429-448 (2000).
  3. Alvarez-Barrientos, A., Arroyo, J., Cantón, R., Nombela, C., Sánchez-Pérez, M. Applications of flow cytometry to clinical microbiology. Clin Microbiol Rev. 13 (2), 167-195 (2000).
  4. Toner, M., Irimia, D. Blood-on-a-chip. Annu Rev Biomed Eng. 7, 77-103 (2005).
  5. Mehling, M., Tay, S. Microfluidic cell culture. Current Opin Biotech. 25, 95-102 (2014).
  6. Sarioglu, A. F., et al. A microfluidic device for label-free, physical capture of circulating tumor cell clusters. Nat Methods. 12 (7), 685-691 (2015).
  7. Cermak, N., et al. High-throughput measurement of single-cell growth rates using serial microfluidic mass sensor arrays. Nat Biotechnol. , (2016).
  8. Gossett, D., et al. Label-free cell separation and sorting in microfluidic systems. Anal Bioanal Chem. 397 (8), 3249-3267 (2010).
  9. Tsutsui, H., Ho, C. Cell separation by non-inertial force fields in microfluidic systems. Mech Res Commun. 36 (1), 92-103 (2009).
  10. Edwards, T. L., Gale, B. K., Frazier, A. B. A microfabricated thermal field-flow fractionation system. Anal Chem. 74 (6), 1211-1216 (2002).
  11. Wang, M. M., et al. Microfluidic sorting of mammalian cells by optical force switching. Nat Biotechnol. 23 (1), 83-87 (2005).
  12. Shields, C. W. IV, Reyes, C. D., López, G. P. Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation. Lab Chip. 15 (5), 1230-1249 (2015).
  13. Gawad, S., Schild, L., Renaud, P. Micromachined impedance spectroscopy flow cytometer for cell analysis and particle sizing. Lab Chip. 1 (1), 76-82 (2001).
  14. Haandbæk, N., Bürgel, S. C., Heer, F., Hierlemann, A. Characterization of subcellular morphology of single yeast cells using high frequency microfluidic impedance cytometer. Lab Chip. 14 (2), 369-377 (2014).
  15. Bayley, H., Martin, C. Resistive-pulse sensing-from microbes to molecules. Chem Rev. 100 (7), 2575-2594 (2000).
  16. Polling, D., Deane, S. C., Burcher, M. R., Glasse, C., Reccius, C. H. Coded electrodes for low signal-noise ratio single cell detection in flow-through impedance spectrophy. Proceedings of uTAS. (The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences), Groningen, The Netherlands, , 3-7 (2010).
  17. Javanmard, M., Davis, R. W. Coded corrugated microfluidic sidewalls for code division multiplexing. IEEE Sensors J. 13 (5), 1399-1400 (2013).
  18. Balakrishnan, K. R., et al. Node-pore sensing: a robust, high-dynamic range method for detecting biological species. Lab Chip. 13 (7), 1302-1307 (2013).
  19. Emaminejad, S., Talebi, S., Davis, R. W., Javanmard, M. Multielectrode sensing for extraction of signal from noise in impedance cytometry. IEEE Sensors J. 15 (5), 2715-2716 (2015).
  20. Spencer, D., Caselli, F., Bisegna, P., Morgan, H. High accuracy particle analysis using sheathless microfluidic impedance cytometry. Lab Chip. 16 (2016), 2467-2473 (2016).
  21. Liu, R., Wang, N., Kamili, F., Sarioglu, A. Microfluidic CODES: a scalable multiplexed electronic sensor for orthogonal detection of particles in microfluidic channels. Lab Chip. 16 (8), 1350-1357 (2016).
  22. Buehrer, R. Code Division Multiple Access (CDMA). Synthesis Lectures on Communications. 1 (1), 1-192 (2006).
  23. Proakis, J. Digital Communications. , McGraw-Hill. New York, NY. (1989).
  24. Patel, P., Holtzman, J. Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system. IEEE J Sel Areas Commun. 12 (5), 796-807 (1994).
  25. Hui, A., Letaief, K. Successive interference cancellation for multiuser asynchronous DS/CDMA detectors in multipath fading links. IEEE Trans Commun. 46 (3), 384-391 (1998).
  26. Whittle, P. Prediction and regulation by linear least-square methods. J Macroecon. 7 (1), 126 (1985).
  27. Whitesides, G., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. Soft lithography in biology and biochemistry. Annu Rev Biomed Eng. 3 (1), 335-373 (2001).
  28. Zhe, J., Jagtiani, A., Dutta, P., Hu, J., Carletta, J. A micromachined high throughput Coulter counter for bioparticle detection and counting. J Micromech Microeng. 17 (2), 304-313 (2007).
  29. Song, Y., Yang, J., Pan, X., Li, D. High-throughput and sensitive particle counting by a novel microfluidic differential resistive pulse sensor with multidetecting channels and a common reference channel. Electrophoresis. 36 (4), 495-501 (2015).
  30. Watkins, N., et al. Microfluidic CD4+ and CD8+ T lymphocyte counters for point-of-care HIV diagnostics using whole blood. Sci Transl Med. 5 (214), 214ra170 (2013).
  31. Chen, Y., et al. Portable Coulter counter with vertical through-holes for high-throughput applications. Sensor Actuat B-Chem. 213, 375-381 (2015).
  32. Jagtiani, A., Carletta, J., Zhe, J. An impedimetric approach for accurate particle sizing using a microfluidic Coulter counter. J Micromech Microeng. 21 (4), 045036 (2011).
  33. Gold, R. Optimal binary sequences for spread spectrum multiplexing (Corresp). IEEE Trans. Inform. Theory. 13 (4), 619-621 (1967).
  34. Dinan, E., Jabbari, B. Spreading codes for direct sequence CDMA and wideband CDMA cellular networks. IEEE Commun Mag. 36 (9), 48-54 (1998).

Tags

जैव अभियांत्रिकी अंक 121 लैब-ऑन-ए-चिप microfluidics cytometry मल्टिप्लेक्स स्थानिक सेल ट्रैकिंग प्रतिरोधक पल्स संवेदन कल्टर काउंटर सीडीएमए orthogonal का पता लगाने
कण के स्थानिक ट्रैकिंग के लिए मल्टिप्लेक्स इलेक्ट्रॉनिक पता लगाने के साथ microfluidic मंच
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, N., Liu, R., Sarioglu, A. F.… More

Wang, N., Liu, R., Sarioglu, A. F. Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles. J. Vis. Exp. (121), e55311, doi:10.3791/55311 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter