Çift frekanslı uyarilmalar ile yüzey akustik dalgalar ayakta tarafından Microparticle manipülasyon
21 Ağustos 2018
Microparticles bir çift frekanslı uyarma ile bir mikrosıvısal kanal değiştirmek için bir iletişim kuralı sunulur.
Bu yöntem, mikropartiküllerin manipüle edilmesi gibi biyomedikal alandaki temel sorunların ele alınmasına yardımcı olabilir ve çip üzerindeki laboratuvarlar için mikroakışkan bir kanalda sıralamaya yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, ayakta duran yüzey akustik dalgası komisyonunun ayarlanabilirliğini artırabilmesidir. Prosedürü gösteren, grubumdan bir yüksek lisans öğrencisi olan Yannapol olacak.
Mikroakışkan kanal için bir kalıpla başlayın. Bu, bir silikon gofret üzerinde negatif tonlu bir fotorezist desenidir. Bunu oluşturmak için kullanılan fotolitografi deseni ile daha fazla ayrıntı sağlanır.
10 parça PDMS'yi bir parça elastomer taban hacim oranıyla karıştırın. Karışımı vakumlu fırında yaklaşık 15 dakika gazını alın. Gazdan arındırma işleminden sonra karışımı kalıba alın.
Orada, silikon gofret üzerindeki fotorezistin üzerine dökün. Şimdi, kapalı silikon gofreti 15 dakika daha gazdan alın. Bundan sonra, PDSM'yi katılaştırmak için gofreti bir inkübatörde ısıtın.
PDMS soğuduğunda gofretten çıkarın. Mikroakışkan kanal, protokoldeki sonraki adımlar için hazırdır. Dönüştürücüleri imal etmek için bir alt tabaka hazırlayın.
Bu durumda, dört inç çapında bir lityum niobat gofret kullanın. Bir sıkma kaplayıcıda, gofretin pozitif fotorezist ile sıkma kaplayın. Ardından, fotorezisti iki santimetrelik bir açıklıkta 20 adet 150 nanometre şeritle modellemek için fotolitografi kullanın.
Fotolitografiden sonra, bu, alt tabakanın enine kesitindeki değişimin şematik tasviridir. Fotorezist geliştirildikten sonra, alt tabakaya 20 nanometre krom ve ardından 400 nanometre alüminyum püskürtün. Açıkta olmayan alanlardaki krom ve alüminyum tabakayı çıkarmak için aseton kullanın.
Oksijen plazmasında yüzey işlemi için substratı alın. 30 saniye boyunca 60 watt güçle ikiye bir nitrojen / oksijen oranı kullanın. İşiniz bittiğinde, hem alt tabaka hem de mikro kanal ile çalışın.
PDMS mikro kanalını hizalayın ve lityum niyobat substratı ile bağlayın. Yapıştırmak için ikisini birbirine birkaç saniye bastırın. Entegre cihazı üç saat boyunca 60 derecede ısıtma odasına yerleştirin.
Odayı ısıttıktan sonra, cihaz, ayakta duran yüzey akustik dalgalarının çift frekanslı uyarımlarını kullanarak çalışmalara hazırdır. Gözlemler için, cihaz sahnendeyken ters çevrilmiş bir mikroskop kullanın. Dijitaller arası dönüştürücülere sahip gofretin sahne ile temas etmesini sağlayın ve mikro kanalı üstte bulundurun.
Dönüştürücüleri bir fonksiyon üretecinin güçlendirilmiş sinyaline bağlayın. Bir şırınga pompasından gelen sıvıların manyetik bir karıştırıcıdan geçmesini sağlayın. Deneyler için çözümü hazırlayın.
Dört mikrometre polistiren boncuğu deiyonize suda karıştırın. Karışımı iki ila üç dakika boyunca bir girdapta döndürün. Karışımı 10 dakika boyunca bir ultrason sonikatörüne yerleştirerek bunu takip edin.
Karışımı üç mililitrelik bir şırıngaya aktarın. Ayrıca şırıngaya bir karıştırma çubuğu ekleyin. Ardından, şırıngayı şırınga pompasına yerleştirin.
Şırınganın manyetik karıştırıcının üzerinde olduğundan ve cihaz girişine bağlı olduğundan emin olun. Şırınga pompası akış hızını dakikada birkaç mikrolitreye ayarlayın. Şimdi, cihazı interdigital dönüştürücülerin temel ve üçüncü harmoniği ile sürün.
Mikroskop altında stabilize edilmiş mikropartikülleri gözlemleyin ve dijital kamera ile görüntüleri kaydedin. Uyarma olmadan başlayın ve iki frekans arasındaki faz farkını değiştirin. Her bir basınç düğümündeki mikropartikül konsantrasyonunu belirlemek için kaydedilen görüntüleri kullanın.
Bu, 6.2 ve 18.6 megahertz uyarma frekanslarında duran bir yüzey akustik dalgasının basınç dalgası formlarının bir grafiğidir. Dikey eksen, 300 mikrometre genişliğinde bir mikro kanal boyunca konumdur. Eğriler, farklı güç oranlarını, temel moddaki güç yüzdesini 146 miliwatt'lık toplam güce karşı temsil eder.
İşte aynı güç koşulları altında aynı kanaldaki dört mikrometre mikroküreciklere uygulanan akustik radyasyon kuvveti. %90'ın üzerindeki bir güç oranında, kuvvet her zaman fazdadır ve kanalda 150 mikrometre konumunda tek bir basınç düğümü üretir. %90'ın altındaki bir güç oranı için ek düğümler ortaya çıkarDört mikrometre polistiren mikro küre başlangıçta kanalın bir duvarına yerleştirildiğinde, hareketleri güç oranı tarafından belirlenir.
Not:% 90'ın üzerindeki güç oranları için parçacıklar merkezi düğüme gider. % 90 ve altındaki güç oranları için yan düğümlere giderler. Semboller kullanılarak çizilen deneysel verilerin, güç oranının bir fonksiyonu olarak parçacık konumu için kesikli çizgilerle çizilen simülasyonlarla karşılaştırılması iyi bir uyum sağlar.
Bu çizimin hem üst hem de alt yan düğümleri gösterdiğini unutmayın. Benzer bir anlaşma, güç oranının bir fonksiyonu olarak parçacık konsantrasyonunun bir grafiğinde de belirgindir. Bu prosedürü denerken, çift frekanslı uyarmanın güç oranını ayarlayarak mikroakışkan kanalda duran akustik dalgayı ayarlamayı unutmamak önemlidir.
Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, biyomedikal mühendisliği alanındaki araştırmacıların, çip üzerindeki laboratuvarlarda mikropartiküllerin hızlı, etkili ve esnek manipülasyonunu keşfetmelerinin yolunu açtı. Elektrikli aletlerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken her zaman elektrik çarpmasını önlemek için önlem alınması gerektiğini unutmayın.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, çift frekanslı uyarım kullanarak bir mikroakışkan kanal içindeki mikropartiküllerin manipülasyonuna yönelik bir protokol sunmaktadır. Bu teknik, biyomedikal alanındaki, özellikle de çip üstü laboratuvar (lab-on-a-chip) uygulamalarındaki temel sorunlara çözüm getirmektedir.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Mikroakışkanlar
- Biyomedikal Mühendisliği
- Partikül Manipülasyonu
Arka Plan
- Mikroakışkan kanallar, çeşitli biyomedikal uygulamalar için temel öneme sahiptir.
- Mikropartiküllerin manipüle edilmesi, bu kanallardaki ayırma ve işleme süreçlerini geliştirebilir.
- Duran yüzey akustik dalgaları, mikropartikül manipülasyonunun ayarlanabilirliğini artırabilir.
- Bu çalışma, kanal üretimi için silikon bir gofret üzerinde negatif tonlu bir fotoresist deseni kullanmaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Mikroakışkan kanallarda mikropartikül manipülasyonu için bir yöntemi göstermek.
- Çip üstü laboratuvarlardaki ayırma kapasitelerini artırmak.
- Akustik dalga manipülasyon tekniklerinin ayarlanabilirliğini geliştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Fotolitografi kullanılarak mikroakışkan kanalların üretimi.
- Partikül manipülasyonu için çift frekanslı uyarımın uygulanması.
- Prosedürün bir lisansüstü öğrencisi tarafından gösterilmesi.
- Tekniğin mikropartiküllerin ayrıştırılmasındaki etkinliğinin değerlendirilmesi.
Temel Sonuçlar
- Yöntem, mikropartikülleri kontrollü bir şekilde başarıyla manipüle etmektedir.
- Mikroakışkan kanalda geliştirilmiş ayırma yetenekleri gözlemlenmiştir.
- Çift frekanslı uyarım, akustik dalgaların ayarlanabilirliğini artırmıştır.
- Demostrasyon, tekniğin çip üstü laboratuvarlar (labs-on-a-chip) için uygulanabilirliğini doğrulamıştır.
Sonuçlar
- Bu protokol, mikropartikül manipülasyonu için güvenilir bir yöntem sunmaktadır.
- Biyomedikal uygulamalar ve araştırmalar için önemli çıkarımları vardır.
- Gelecekteki çalışmalar, bu tekniğin uygulama alanlarını genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Bu yöntem, lab-on-a-chip sistemlerinde mikropartikül manipülasyonu için duran yüzey akustik dalgalarının ayarlanabilirliğini artırarak biyomedikal mühendisliğindeki temel bir zorluğu, yani biyolojik partiküllerin tanısal ve terapötik uygulamalar için hassas ve invaziv olmayan kontrolünü ele almaktadır. Çift frekanslı uyarım yoluyla yeniden yapılandırılabilir akustik kuvvet alanlarına olanak tanıyarak, partikül ayıklama ve konsantrasyon iş akışlarındaki öngörülebilirlik güvenini artırır; böylece erken aşama hedef doğrulama ve assay geliştirmeyi destekler. Bu yaklaşım, mikroakışkan partikül yönetimine ilişkin mekanistik belirsizliği azaltarak, keşif biyolojisi ve translasyonel araştırma süreçlerinde risk ayarlı kararlar alınmasını kolaylaştırır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Hedef etkileşimini veya yolak modülasyonunu incelemek amacıyla mikropartikül konsantrasyonunu belirli basınç düğümlerinde kontrol ederek terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Kontrollü mikroortamlarda fonksiyonel hedef davranışını açıklığa kavuşturan, tekrarlanabilir ve ayarlanabilir partikül manipülasyonu aracılığıyla biyolojik risklerin azaltılmasını destekler.
- Öngörücü Değer: Alt analizler için hassas partikül konumlandırmaya izin vererek lider bileşik tanımlamadaki güveni artırır ve tarama kampanyalarındaki yanlış pozitifleri azaltır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Tanımlanmış akustik düğümlerde tutarlı mikropartikül desenlemesi sağlayarak, sonraki iş akışları için valide edilmiş biyolojik sistemler hazırlar.
- Operasyonel Değer: Basınç düğümü sayısı ve konumunun güç oranı bağımlı kontrolü aracılığıyla analiz standardizasyonu ve tekrarlanabilirliği sağlayarak, güvenilir bileşik değerlendirmesine olanak tanır.
- Platform Değeri: Minimum kurulum değişikliğiyle lab-on-a-chip sistemlerine invaziv olmayan entegrasyon sayesinde yüksek kapasiteli uygulamaları destekleyerek, tarama hazırlığını ve ölçeklenebilirliği vurgular.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Fizyolojik akış koşullarını modelleyen mikroakışkan kanallarda biyomimetik mikropartiküllerin manipülasyonuna olanak tanıyarak hastalıkla ilgili önemini tartışır.
- Operasyonel Değer: Boylamsal çalışmalar için çoklu düğümler boyunca partikül dağılımının faz ayarlı kontrolüne izin vererek, keşiften preklinik doğrulamaya kadar olan sürekliliği tanımlar.
- Riskten Arındırılmış İlerleme: Farklı güç oranlarında elde edilen kantitatif partikül konsantrasyonu çıktılarına dayalı kararları destekleyerek, mekanistik risk azaltma hedefleriyle uyum sağlar.
İş Akışı ve Pipeline Entegrasyonu
Bu yöntem, erken biyoloji aşamasındaki hipotez testlerinden aday belirleme aşamasındaki analiz hazırlığına kadar uzanan keşif sürekliliğine uygundur; özellikle partikül manipülasyonunun mikroakışkan platformlarda fonksiyonel okumaları veya biyobelirteçle uyumlu ayrıştırmayı mümkün kıldığı durumlar için geçerlidir.
- Keşif Biyolojisi: Yöntemin, hedef bağımlı yanıtları aydınlatmak için tek veya birden fazla düğümde partikül agregasyonunu kontrol etmek amacıyla güç oranlarını değiştirerek hipotez testini nasıl desteklediğini açıklar.
- Tarama: Bileşik kaynaklı partikül davranış değişikliklerinin güvenilir şekilde tespit edilmesini sağlayan, tekrarlanabilir mikropartikül konsantrasyon modelleri aracılığıyla deney hazır olma durumunu tanımlar.
- Analitikler: Güç oranı ve faz farkının fonksiyonu olarak partikül konumu ve konsantrasyonu gibi kantitatif çıktıları vurgulayarak, deneysel koşullar arasında istatistiksel karşılaştırma yapılmasına olanak tanır.
- Translasyonel Araştırma: Hastalıkla ilişkili sistemlerde dinamik partikül taşınımını modellemek için üç basınç düğümünün faz ayarlı kontrolüne izin vererek, yöntemi preklinik sürekliliğe bağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Yöntemi, birden fazla projede mikroakışkan partikül manipülasyonu için yeniden kullanılabilir bir yetkinlik olarak çerçeveler ve her hedef için özel deney geliştirme ihtiyacını azaltır.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Parçacık manipülasyon sonuçlarında öngörü güveninin artırılması, mikroakışkan sistemlerdeki mekanistik belirsizliğin azaltılması ve kontrollü parçacık konumlandırması yoluyla geliştirilmiş hedef doğrulaması.
- Operasyonel Değer: Güç oranı eşikleri (örneğin, tek düğüm kontrolü için >%90 temel frekans) aracılığıyla standardizasyon, çalışmalar arasında tekrarlanabilirlik ve çip üstü laboratuvar formatlarında çift frekanslı eksitasyonun ölçeklenebilirliği.
- Stratejik Değer: Biyolojik gürültüyü azaltan hassas parçacık ayıklamasını mümkün kılarak lider bileşik tanımlamasında daha iyi karar verme süreçleri, yeniden yapılandırılabilir dalga formları ile sermaye verimliliği ve geliştirilmiş preklinik öngörülebilirlik sayesinde geç aşama risklerinin azaltılması.
- Portföy Etkisi: Mekanistik risk azaltmaya dayalı ilerleme kararlarını destekleyerek, nicel parçacık konsantrasyon verilerine dayalı hedeflerin riske göre ayarlanmış önceliklendirilmesi.
Uygulama Hususları
- Mikroakışkan cihaz üretimi, akustik dalga teorisi ve çift frekanslı uyarma için sinyal işleme konularında bilimsel uzmanlık gereklidir.
- Enstrümantasyon ihtiyaçları arasında fonksiyon jeneratörleri, amplifikatörler, piezoelektrik altlıklar (ör. lityum niyobat) üzerindeki interdigital transdüsörler ve partikül takibi için mikroskopi yer almaktadır.
- Ekipler arası standardizasyon; güç oranı eşikleri, faz kalibrasyon protokolleri ve partikül konsantrasyonu ölçüm yöntemleri konusunda uyum gerektirir.
- Model sistemler arası adaptasyon değerlendirmeleri; akustik rezonansı ve manipülasyon verimliliğini korumak için kanal boyutlarının, partikül boyutunun ve akışkan özelliklerinin ayarlanmasını içerir.
- Pratik sınırlamalar arasında, istenmeyen düğüm kaymalarını önlemek için hassas faz kontrolü ihtiyacı ve polistiren mikrokürelerle yapılan deneysel gözlemlerde belirtildiği üzere, etkili manipülasyon için partikül akustik kontrastına olan bağımlılık yer almaktadır.
Biyofarma SSS
Chapters in this video
0:04
Title
0:34
Preparation of the Microfluidic Channel
1:29
Fabrication of the Interdigital Transducers
3:00
Experimental Observation
4:30
Results: Effect of Dual-frequency Standing Surface Acoustic Waves on the Motion of Polystyrene Microparticles in a Microchannel
6:01
Conclusion
