Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow

Larry J. Millet; Kidong Park; Nicholas N. Watkins; K. Jimmy Hsia; Rashid Bashir

doi:10.3791/2545

JoVE Journal > Bioengineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Biotechnik

חרוזים ועל הפרדת תאים ריבוי ערוצים מכשירים microfluidic שימוש dielectrophoresis ו זרימה למינרית

Published: February 04, 2011

doi:

10.3791/2545

Larry J. Millet^1,2, Kidong Park^1,2, Nicholas N. Watkins^1,2, K. Jimmy Hsia^2,3, Rashid Bashir^1,2,4

¹Electrical and Computer Engineering,University of Illinois at Urbana-Champaign, ²Micro and Nanotechnology Lab,University of Illinois at Urbana-Champaign, ³Mechanical Science and Engineering,University of Illinois at Urbana-Champaign, ⁴Biotechnik,University of Illinois at Urbana-Champaign

Summary

Dielectrophoresis (DEP) היא שיטה יעילה לתפעל תאים. מעגלים מודפסים (PCB) יכול לספק אלקטרודות זול, לשימוש חוזר ויעיל מניפולציה מגע חופשי בתוך התא מכשירים microfluidic. על ידי שילוב של PDMS מבוססי ערוצי microfluidic עם coverslips על PCBs, אנחנו מדגימים מניפולציה חרוז תא הפרדה בתוך מכשירים microfluidic רב.

Abstract

מכשירים microfluidic יש מחקרים מתקדמים תא על ידי מתן סביבה fluidic דינמי בסולם של התא ללימוד, מניפולציה, מיון וספירת תאים. עם זאת, מניפולציה של תא בתוך תחום fluidic עדיין מהווה אתגר ודורשת פרוטוקולים ייצור מסובך עבור שסתומים אלקטרודות יוצרים, או דרישות ציוד מיוחדים כמו פינצטה אופטית. כאן, אנו מראים כי קונבנציונאלי מעגלים מודפסים (PCB) יכול לשמש מניפולציה ללא מגע של תאים על ידי העסקת dielectrophoresis (DEP) מניפולציה חרוז תא שדות זרימה למינרית עבור bioactuation, ועל הפרדת תאים חרוז microfluidic רב התקנים. ראשית, אנו מציגים את הפרוטוקול להרכבת האלקטרודות DEP והתקנים microfluidic, והכנת תאים DEP. לאחר מכן, אנו לאפיין את פעולת DEP עם חרוזי פוליסטירן. לבסוף, אנו מראים תוצאות נציג של הפרדה חרוז תא המכשיר microfluidic רב. לסיכום, DEP היא שיטה יעילה עבור מניפולציה חלקיקים (חרוזים או תאים) בתוך מכשירים microfluidic.

Protocol

תרשים כללי של תוכנית ההתקנה של הציוד שמוצג באיור 1 א. האסיפה-PCB מדגם מפורטת נוספת סכמטית חתך ב 1B איור. 1. הכנת אלקטרודות PCB: עיצוב PCB אלקטרודות הגיאומטריה הרצויה ליצור שדה חשמלי לא אחידה. אישית שבבי PCB אלקטרודה ניתן להזמין דרך מתקני ייצור מסחרי (תרשים 1C). הכן מראש מפוברק אלקטרודות PCB על ידי חוט 16-מד הלחמה לסוף כל אלקטרודה מתכת מודפס (1D איור). מניחים את החוט אל הקצה של האלקטרודה. החזיקו את החוט במקום על שטח המתכת של PCB עם ברזל הלחמה חם כדי לחמם את החוט. הזנה של כמות קטנה של הלחמה לתוך חוט מחומם כדי למלא את חוט עם הלחמה. אחרי חוט מלא הלחמה, להסיר את מלחם, מחזיק את החוט במקום בזמן הלחמה מתקררת. חזור על התהליך עבור כל חיבור הלחמה חשמלי על PCB (1D איור). 2. הכן ערוצי Microfluidic: Polydimethylsiloxane (PDMS) מבוססי ערוצי microfluidic מוכנים באמצעות אלסטומר PDMS, Sylgard 184 מ Dow Corning. עובש אב המגדירה את ערוצי נוצרת בדרך כלל באמצעות תהליכים סטנדרטיים microfabrication באמצעות פרוסות סיליקון ו SU-8 photoresist. מערבבים מתחם בסיס לסוכן ריפוי ביחס 10:01 במשך 5 דקות. יוצקים את הנוזל אל PDMS עובש SU-8 מאסטר טרומיים להסיר בועות אוויר על ידי חשיפת PDMS נוזל בחלל ריק במשך כמה דקות. חזור על תהליך ואקום אם יש צורך להסיר לחלוטין את כל הבועות. Cure PDMS על 70 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. הסר לוח PDMS עם ערוצי microfluidic מ רקיק בסכין גילוח, נזהר שלא לשבור רקיק. פאנץ חורים להכנסת נוזלים תאים לתוך המכשיר microfluidic. (הערה: מזרק שאיבה, כוח הכבידה או משטח מתח זרם מבוסס כולם יכולים להיות בשימוש עם DEP). בדוק את המכשיר microfluidic כדי להבטיח שהוא נטול אבק ופסולת. ניקוי PDMS יכולה להיות מושגת בקלות באמצעות נייר דבק 3M הקסם. פלזמה הקשר microfluidic PDMS ערוצי בעובי no.0 coverslip נקי (80-130 מיקרומטר). מחממים את הרכבה coverslip-microfluidic ב 100 ° C למשך תקופה מינימלית של 15 דקות. 3. הכן נמוכה מוליכות מדיה: מוליכות נמוכה מדיה מוכן על ידי ערבוב סוכרוז 8.5% + 0.3% גלוקוז (w / v) במים (DI) deionized 1. הערה:. הוכחנו בעבר כי תאי יכול להיות מתורבת ימים בתקשורת תרבות קונבנציונלי התא לאחר שנחשף מוליכות נמוכה לפרקי זמן קצרים (כ 30 דקות) 11 4. להרכיב ערוצי Microfluidic Onto אלקטרודות PCB: מניחים כמות קטנה (כ 10 μL) של שמן מינרלי על גבי PCB כדי להבטיח קשר הדוק בין PCB ואת coverslip. הערה: צעד אופציונלי להפחתת להדמיה אלקטרודה היא מעיל את פני השטח PCB בשכבה דקה מאוד של בטוש בלתי מחיק בצבע שחור או. מניחים את הרכבה coverslip-microfluidic ערוץ על גבי PCB משומנת, עם מגע coverslip להרכיב עם שמן (coverslip למטה). לחץ בעדינות את מכלול coverslip-microfluidic למטה כדי להבטיח מגע טוב כדי למזער את בועות האוויר שיכול לגרוע התא להדמיה חרוז. דוגמה של התקן הושלמה מוצג באיור 1D. 5. מיין ולהתרכז חרוזים תאים באמצעות DEP: מלאו את ערוצי microfluidic במים DI או נמוך מוליכות בתקשורת, תהליך מליטה פלזמה מאפשר טעינה קלה של תמיסות מימיות לתוך ערוצי microfluidic באופן זמני על ידי עשיית משטח הידרופובי בדרך כלל PDMS הידרופילי. הציגו את התאים ו / או חרוזי פוליסטירן לתוך המאגר ערוץ (תרשים 1C). כאן אנו משתמשים אדנוקרצינומה של המעי הגס האנושי (HT-29) תאים. חבר את הפלט של מחולל פונקציה הקלט של מגבר מתח AC, ואז לחבר את הפלט של מגבר אל חוטי אלקטרודה. מכסים את כל חוטי חשמל ומשטחי של ההתקנה עם הקלטת חשמל להגן על משתמשים מפני חשיפה פוטנציאל בהלם. תרשים סכמטי של תוכנית ההתקנה של הציוד מוצג באיור 1 א. קבע את הגנרטור פונקציה כדי להפיק גל סינוס הפלט של 1.0-1.5 MHz. משרעת של הפלט צריך להיות מותאם מגבר הספק RF לייצר תפוקה של 80-100V ל-PCB. מגבר הספק RF בעבודה זו דורשת מתח הזנה mV סביב 220-330. כדי תאים נפרדים החרוזים, את קצב הזרימה למינרית חייב להיות תואם עם הכוח DEP להעביר את התאים וחרוזים בתוך הערוץ הראשי (רוחב w = 100 מיקרומטר, גובה h = 27 מיקרומטר) לתוך תעלות היעד (רוחב w = 100 מיקרומטר , גובה h = 27 מיקרומטר). זהירות: להתייעץ עם יצרן PCB כדי לקבוע את ממתח aximum ההפעלה, כדי למנוע בעיות כגון התחממות יתר או PCB נמס. בדוק מפרטים התעשיינים ציוד הגנרטור לתפקד מגבר יצרני הכוח לקבוע הגדרות הפעלה בטוחה. ליזום DEP אל התאים למיין חרוזים. תאים חוויה חיובית-DEP ואילו חרוזי פוליסטירן חוויה שלילית DEP בתחום לא אחידה חשמלי בתוך תדרים מוגדר. זה מאפשר DEP כוח המופעל bioactuation והפרדה של תאים וחלקיקים אחרים בתוך מכשירים microfluidic באמצעות PCBs סבירים לשימוש חוזר כמו אלקטרודות. 6. נציג תוצאות: כאשר DEP הוא יעיל בכל התאים או חלקיקים actuating, יישור חזק בתוך לא אחידה שדות חשמליים הוא ציין עבור אמבטיות סטטי או מהירויות נוזל איטי. בתנאים של נוזל מהירויות גבוהות יותר, את התנהגות התא או חלקיק תלוי בכיוון היחסי של זרימת צירית השדה החשמלי ואת מהירות הזרימה. בנוסף, התנהגות התא החלקיקים הם גם תלוי בעוצמת השדה החשמלי ואת מידת אי אחידות בתחום החשמל. התנהגויות אופייניות של תאים או חלקיקי כוללים "שרשראות פנינים," רכיבה על אופניים, השתהות, או מפנה. מצבים להתפשר או לבטל DEP כוללים את נוכחותם של מלחים או מולקולות יוניות אחרות בנוזל, בשדה כוח חשמלי חלש, מהירויות זרימת יתר, coverslips כי הם עבים מדי, או פתרונות מוליכים בין coverslip ואלקטרודות PCB (למשל coverslip סדוק יכול לגרום ערבוב של מים ושמן מינרלי). הנה, בעת שימוש no.0 coverslips עובי (80-130 מיקרומטר) ואת המרווח של אלקטרודה (231 מיקרומטר), שיפוע של הכיכר של עוצמת השדה החשמלי להחיל את HT-29 תאים וחרוזים מוערך בין 2 -8 ל -8 6 V 2 / 3 מיקרומטר. 1 הכוח DEP יכול להיות מוערך על ידי מדידת מהירות של החלקיקים, שהופעלו על ידי DEP בנוזל סטטי (איור 2A-B). עקב אינרציה קטן של החלקיקים בסביבה צמיגה מאוד של ערוץ microfluidic, כוח הגרר הידרודינמית יהיה שווה, אבל בכיוון ההפוך עם הכוח DEP. המהירות חרוז הממוצע נמוך מוליכות המדיה 34.5 מיקרומטר / s עם מתח DEP של 93 Vpp ו -1.5 MHz. הכוח לגרור הידרודינמית ניתן לחשב עם המשוואה הבאה 1. F = לגרור 6πηRv הצמיגות η הממוצע של מוליכות נמוכה התקשורת ב 20 ° C הוא 1.27 מגפ"ס • s ו-R רדיוס חרוז הוא 7.5 מיקרומטר. הכוח לגרור הידרודינמית עבור microbead קלקר מוערך 6.19 PN. כדי להדגים את היכולת להניע חרוזים בתוך ערוצי microfluidic (איור 2C-F), יזמנו את זרימת נמוך מוליכות מדיה ידי העסקת מתח הפנים תזרים בתיווך. המהירות הממוצעת חרוז ערוץ קלט יחיד 1540 מיקרומטר / sec, ואילו המהירות הממוצעת בתוך ערוצים בודדים צומצם 565 מיקרומטר / sec (איור 2C). על ידי ייזום DEP, חרוזים היו נשמרות בתוך הערוץ המרכזי ולא משתחרר לתוך התעלה בצד. לכן, בתנאים אלה, הכוחות DEP היו מספיקים כדי להתגבר על כוח הגרר של נוזל לתוך שני ערוצי צד. העיקרון זהה היה בשימוש גם להסיט את החרוזים מן כרמל המרכזי לערוץ צד אחד, פשוט על ידי שינוי הכיוון של ערוצי זרימת חרוז לזה של אלקטרודות DEP (איור 2E-F). על ידי לדוג את האלקטרודה מתכת בצד של ערוץ כניסת יחיד, כאשר DEP יזם, חרוזים היו מונחים לצד הערוץ כמו חרוזים ניגש לנקודה trifurcation. שם, כוחות DEP היו מספיק כדי למשוך את החרוזים לתוך אחד הערוצים בצד שבו הזרימה למינרית המשיכו להניע אותם במורד הערוץ (תרשים 2F). מכיוון שתאי וחרוזים פוליסטירן יש הבדלים ברורים ביכולתם להיות מקוטב ומונעת שאינם אחידים שדות חשמליים, אנו משתמשים DEP להפגין את היכולת לבצע את ההפרדה על שבב של תאים חרוזים, בו זמנית. השתמשנו באותו מבנה הערוץ microfluidic ואלקטרודות PCB מוגדר באיור 2E-F, אבל הציג השעיה של HT-29 תאים וחרוזים מוליכות נמוכה התקשורת לתוך התעלה כניסת יחיד (איור 3). כאשר DEP הוא הציג, ובתנאים אלה, HT-29 תאים נשמרו בשני ערוצי פלט השמאלי ואילו חרוזים נשמרו בערוץ פלט יחיד בצד ימין. הנה התאים להראות התנהגות אופיינית 'פנינה שרשור "כפי שהם נאספים בערוץ פלט השמאלי. לפעמים חרוז ותא נקשרים יחד שבו הם נאספים יחד, לעתים קרובות בערוצי פלט התא. מניסוי זהאל הנתונים, אנו קובעים את שיעור מיון להיות 713 חלקיקים (תאים וחרוזים) לדקה, או שווה ערך של 14,260 תאים וחרוזים ב 20 דקות. מספר תאים וחרוזים לאחזר רלוונטי ושימושי עבור הביולוגיה הדמיה מולקולרית, ביוכימיות מעבדה על שבב יישומים. באיור 1. PCB מבוססות DEP של תאים חלקיקים ערוצי microfluidic. (א) הגדרת ציוד actuation DEP מבוסס מתחיל עם גנרטור פונקציה להגדיר את תדירות אמפליטודה של אות חשמלי, אז מגבר כוח כדי להגביר את עוצמת האות של השדה החשמלי שנוצר על מעגלים מודפסים. (ב) אסיפה המכשיר microfluidic עבור actuation מדגם מורכב ערוצי PDMS microfluidic מחויב באופן בלתי הפיך כדי לא. 0 עובי coverslip (80-130 מיקרומטר) באמצעות פלזמה חמצן, שאינו מוליך התקשורת לרחוץ את התאים ו / או חרוזים. (ג) אלקטרודות PCB משמש כאן מורכב משני אזורים שבהם האלקטרודות הן interdigitated ליצור שדה חזק לא אחידה חשמלי. (ד) התקן הושלמה: PCB עם מכשיר microfluidic trifurcated על coverslip יחיד, הבלעה מראה את המכשיר כולו עם חוטי אלקטרודה. (CD) עבור קנה מידה, מדידות PCB הם 8.4 ס"מ (l), 2.1 ס"מ (רוחב), עם 5 מ"מ רחב אלקטרודות. איור 2. נציג תמונות של תאים וחרוזים בערוצים לפני ובמהלך DEP actuation. (א) 15 מיקרומטר פלורסנט קלקר חרוזים פתרון מוליכות נמוכה התקשורת בתוך microfluidic PDMS ערוץ, ללא זרימה למינרית (בזמן שחלף, 1.23 שניות). (ב) עם DEP ייזום, החרוזים לנדוד כלפי דפוסי אלקטרודה PCB (פסים שחור) ולא בין האלקטרודות (בזמן שחלף, 8.18 שניות). (ג) חרוזים בערוצים אותו תחת זרם למינרית מחולקים בין שלושה ערוצים נפרדים (בזמן שחלף, 5.3 שניות); כאשר DEP הוא יזם (ד '), את החרוזים הם actuated לזרום רק בערוץ המרכזי (בזמן שחלף, 4.3 sec). (ה) על ידי שינוי הכיוון של ערוצי אל אלקטרודות PCB, חרוזים יכולה להיות מופנית באופן דיפרנציאלי לתוך תעלות הצד (F) באמצעות DEP ולא בערוץ מרכזי כפי שמוצג (ד '). (EF) הזמן שחלף הוא 8.23 שניות ו – 5.16 שניות, בהתאמה. כל הסורגים בקנה מידה = 100 מיקרומטר. איור 3. נציג תמונות של תאים וחרוזים בערוצים לפני ובמהלך DEP actuation. (AB) לפני שתתחיל DEP, פתרון מעורב של אדנוקרצינומה של המעי הגס האנושי (HT-29) תאים זרימה חרוזים מערוץ אחד 3 ערוצים נפרדים פלט. החץ פתוח מזהה את כיוון הזרימה למינרית ערוצי מתוארים בקווים מקווקווים עבור התמצאות הבהרה. (CD) על ידי גרימת DEP, חרוזים התאים ומונעת סלקטיבי לתוך ערוצים נפרדים כפי שזוהו. HT-29 תאים היציאה ערוץ מרכזי שמאל ואילו חרוזים יציאה הערוץ הנכון. שרשור פנינה אופיינית של חרוזים תאים הוא ציין במהלך DEP actuation. (A, C) הפרעה דיפרנציאלי ניגודיות הדמיה של תאים חרוזים חרוזים microchannels הופך לגלוי בקלות. סולם זוהר בעוצמה תמונות (B, D) של תמונות DIC זהה (A, C) לשפר את להדמיה של תאים ערוצים. אלקטרודות מתכת רפלקטיבי ((A, C), פס אור (B, D), צהוב וירוק) לספק נקודת ציון בולטת ליישור microchannels אל האלקטרודות עבור actuation DEP מבוסס יעיל. ברים סולם = 100 מיקרומטר.

Discussion

מניפולציה סלולרי במכשירים microfluidic רצוי מיון או מיקום סלקטיבי של תאים בודדים או ללימודים האוכלוסייה. ² זרימה למינרית משמש יחד עם שסתומים ומשאבות לתפעל תאים בתוך מכשירים microfluidic. עם זאת, שיטות אלה לבד הם מאתגרים ודורשים תהליכי ייצור מפורט ומיומנויות ³ צנטריפוגה יכולים לפשט את דרישות עבור מיקום התא אבל הדמיה בו זמנית הוא אתגר;. יתר על כן, את הארכיטקטורה ערוץ צנטריפוגה יש לשקול בזהירות בעת תכנון המניפולציות הרצוי בהתחשב אפקטים כוחות הצנטריפטלי. ⁴ פינצטה לייזר יכול לשמש עבור מיקום התא אבל השיטה הוא יקר ולא נוח למיון תפוקה גבוהה התא. ⁵ עם זאת, DEP הוכח כשיטה יעילה של "פינצטה חשמלית" עבור מיקום התא אפיון יעיל, ומניפולציה. ^6,7

באופן ספציפי, DEP נעשה שימוש כדי ללכוד באופן בררני מסוג תאים עבור עיבוד על גבי שבב החיים תאים מתים, ^70-10 ו עבור תאים איסוף על חיישנים התהודה למדידת מסת התא. ¹¹ אנחנו הוכיחו בעבר כי על ידי הגדלת DEP כוח על חיידקים או חרוזים מעל בכוח לגרור fluidic, ריכוז על שבב ו לכידה של חרוזי פוליסטירן חיידקי ליסטריה V7 יכול להיות מושלם. אוכלוסיות מעורבות של ¹² E. coli ול חיידקים חיידקי יכול גם להיות מופנית ושוחרר באמצעות פולסים DEP. יתר על כן, חלקיקים גדולים יותר ניתן ללכוד דיפרנציאלי והתרכז האלקטרודות בהתבסס על גודל החלקיקים גדול, ואילו חלקיקים קטנים אינם ללכוד אך מוסרים עם הזרם fluidic. ¹³ כאשר כוחות DEP לא להתגבר על כוחות גרירת fluidic על חלקיקים, חרוז או תא לא נתפס, אבל עבר דווקא בתוך זרם fluidic. כפי שניתן לראות בתרשים 2C, חרוזים יכול להיות ממוקד לאזור המרכזי של זרם נוזל מספיק כדי לשמור על חרוזים בערוץ מרכזי. זה יכול להיות בשל ההשפעה המשולבת של החלקיקים אל החלקיקים השפעות בתחום החשמל, מהירויות נוזל יותר כוחות גרירת DEP, שילוב של אלה, או איזה אפקט לא מוגדר אחר.

ההתקדמות חדש ב DEP מגע המאפשרים למקסם ללכוד תאים מניפולציה עם השדה המינימלי הנדרש, ובכך להגן על סוגי תאים, במידה רבה, במהלך מניפולציה DEP. ^1,9 DEP מציעה מגע מבטיח הקהילה מיקרופלואידיקה למיון, איסוף תאים מיצוב בתוך מכשירים microfluidic. אנו צופים כי עם התגברות הביקוש, ויישום, DEP עבור מניפולציה בתוך מכשירים microfluidic, תגליות נוספות וחידושים ירחיב את ההבנה ואת השפעתם של הכוחות DEP.

PCBs יכול להיות מיוצר באמצעות בנפח גבוה תהליכים במחיר סביר עם זמן אספקה מהיר ייצור, מה שהופך אותם פלטפורמות טוב למסחור. בנוסף, PCBs קלים לשימוש ונגישים עבור מדענים במגוון תחומים עבור מניפולציות על שבב התא ומיון.

בעת תכנון הפריסה של אלקטרודות PCB, יש לשקול את מסלול החלקיק / התא הרצוי. גורמי מפתח בתמורה כוללת גודל החלקיקים ואת סוג (חרוז ו / או תא), סוג התא, גודל microchannel, מהירות הזרימה, המרווח אלקטרודה (אשר קובע את עוצמת השדה החשמלי), עובי coverslip, ועל מוליכות נוזלים. גורמים אלה משפיעים הכוח הנדרש זמין כדי לתפעל את החלקיקים או התא, ובסופו של דבר את יעילות ההפרדה. פרוטוקול שלנו המוצגת כאן ממחישה ההתקנה יעיל ליזום DEP עבור microsphere והפרדה התא. עבור יישומים פוטנציאליים, המשתמשים צריכים להתאים את הארכיטקטורה של עיצוב הערוץ microfluidic עם נתיבי הזרימה הרצויה עבור תאים וחרוזים, כמו גם את דפוסי אלקטרודה כדי לייעל את נצילות עבור כל יישום. המרווח אלקטרודה ועובי coverslip ניתן להשתמש על פי הנחיות שדווח קודם לכן בעת תכנון הפריסה microfluidic ערוץ ^1.

מוליכות permittivity של התא / החלקיקים ואת התקשורת המקיפים חייב להיות שונה מספיק כדי להקל על DEP חיובי או שלילי, תוך שמירה על שלמות התאים. הקוטביות של DEP עבור חלקיק כדורי ניתן לקבוע מהחלק האמיתי של ערך מורכבים של גורם קלאוזיוס-Mosotti הבאה בשורת ω התדירות של מתח DEP.

משוואה 1

ב ε את המשוואה הזאת, היא permittivity, σ היא מוליכות ו ε * permittivity היא מורכבת. Subscripts p ו – מ 'לציין את החלקיקים ואת התקשורת, בהתאמה. כאשר תא יש permittivity גבוה יותר מאשר בכלי התקשורת, או את החלק האמיתי של גורם קלאוזיוס-Mosotti הופך חיובי, החלקיקים הופכת מקוטבת יותר בתקשורת שמסביב. בשל השדה לא אחידה חשמלי, הקיטוב של החלקיקים הופכת בלתי אחידה זו יוצרת DEP כוח חיובי (+ DEP) שמושך את התא לכיוון האזור בעוצמה גבוהה יותר השדה החשמלי. אם תא יש permittivity נמוך יותר מאשר התקשורת שמסביב, או את החלק האמיתי של גורם קלאוזיוס-Mosotti הופך שלילי, זה יעבור DEP שלילי (-DEP), והתא הוא נאלץ כלפי האזור שדה מינימלי. אם התא התקשורת בערך permittivity מורכב אותו, שום כוח לא יכול להיות שנוצר כדי לתפעל את התא. מסיבה זו, מים טהורים היא המדיה המועדפת על מניפולציה של חלקיקים DEP. עם זאת, כדי למנוע את הלחץ האוסמוטי על התא מפני מים טהורים, מדיה מוליכות נמוכה גובשה כדי לשמור על מוליכות ללא שינוי, אך כדי להגדיל את osmolarity כדי להקטין הלחץ האוסמוטי של תאים. קונבנציונלי תרבית תאים התקשורת או מאגרים פיזיולוגיים, כגון DMEM או PBS, יש מוליכות גבוהה, אשר אינו מתאים מניפולציה DEP.

יש לנו גם הוכיח בעבר כי תאי ניתן ללכוד על חיישנים עם DEP באמצעות מוליכות נמוכה התקשורת. לאחר תקופה קצרה עבור התקשרות לתא, התקשורת מוליכות נמוכה יכול להיות מוחלף על התקשורת והתרבות הדרושים כדי לתמוך בצמיחה תא תא ימים. ¹¹

מניסיוננו, חרוזי ניאון בהירים מאוד ביחס הקרינה תא חי, וכך זה יכול להיות אתגר כדי להתאים את עוצמת חרוז לעוצמת תא חי fluorescing. כדי לשפר את להדמיה של שני התאים את החרוזים, היינו מיקרוסקופיה DIC על מיקרוסקופ זקוף הדמיה שניהם. כדי להציג את התאים חרוזים, הצגנו את הנתונים בתמונה עוצמת זוהר היקף, אשר שומרת על הנתונים ספקטרום צבעים רחב יותר קל לצפייה. לפיכך, בעת תכנון המחקר של עניין, הפרמטרים הדמיה ומשאבים יש לקחת בחשבון.

לסיכום, אנחנו מדגימים את היכולת להפעיל באופן סלקטיבי תאים חרוזים לתוך ערוצים נפרדים באמצעות DEP. עם השירות הגוברת של ערוצי microfluidic עבור ביולוגיה של התא, ביוכימיה ויישומים Bioengineering, DEP היא אפשרות רצויה עבור אוסף תאים, השמה ומיון. אלקטרודות ייצור PCB הוא זול ונוח, האלקטרודות קלים לשימוש, ועל פי ייצור מהיר הם אידיאליים עבור יישום של DEP.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו מביעים הערכה וו ג'ין צ'אנג למתן ערוצי trifurcating עבור DEP actuation וכדי מיטשל Collens עזרתו בהתקנת הציוד. העבודה כבר נתמך על ידי ארצות הברית NSF דרך גרנט Oise-0951647 ועל ידי טייוואן NSC דרך גרנט 99-2911-1-002-007.

Materials

Material Name	Company	Catalogue Number	Comment
Sylgard 184 kit (PDMS)	Elsworth 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	260320	No. 0 thick, 24 x 60 mm
Miltex Biopsy Punch	VWR Scientific	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 Chemicals	4912-06
Sucrose, Crystal	Mallinckrodt Chemicals	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	Eclipse E600FN
Phantom V310 High-speed imaging camera	Phantom	V310
BX51 upright research microscope	Olympus	BX51
SpotFlex high resolution color camera	Diagnostic Instruments	FX1520
Function generator	Agilent	3325A
RF Power amplifier	EIN	2100L

Referenzen

Park, K., Suk, H. J., Akin, D. Dielectrophoresis-based cell manipulation using electrodes on a reusable printed circuit board. Lab Chip. 9, 2224-2224 (2009).
Nilsson, J., Evander, M., Hammarstrom, B. et al., Review of cell and particle trapping in microfluidic systems. Anal. Chim. Acta. 649, 141-141 (2009).
Fu, A. Y., Chou, H. P., Spence, C. An integrated microfabricated cell sorter. Anal. Chem. 74, 2451-2451 (2002).
Rhee, S. W., Taylor, A. M., Cribbs, D. H. External force-assisted cell positioning inside microfluidic devices. Biomed. Microdevices. 9, 15-15 (2007).
Zhang, H., Liu, K. K. Optical tweezers for single cells. J. R. Soc. Interface. 5, 671-671 (2008).
Hunt, T. P., Westervelt, R. M. Dielectrophoresis tweezers for single cell manipulation. Biomed. Microdevices. 8, 227-227 (2006).
Vahey, M. D., Voldman, J. An equilibrium method for continuous-flow cell sorting using dielectrophoresis. Anal. Chem. 80, 3135-3135 (2008).
Burgarella, S., Bianchessi, M., Merlo, S. A Modular Platform for Cell Characterization, Handling and Sorting by Dielectrophoresis. Cytometry A. 77A, 189-18 (2010).
Shafiee, H., Sano, M. B., Henslee, E. A. Selective isolation of live/dead cells using contactless dielectrophoresis (cDEP). Lab Chip. 10, 438-438 (2010).
Vahey, M. D., Voldman, J. High-Throughput Cell and Particle Characterization Using Isodielectric Separation. Anal. Chem. 81, 2446-2446 (2009).
Park, K., Jang, J., Irimia, D. Living cantilever arrays’ for characterization of mass of single live cells in fluids. Lab Chip. 8, 1034-1034 (2008).
Gomez-Sjoberg, R., Morisette, D. T., Bashir, R. Impedance microbiology-on-a-chip: Microfluidic bioprocessor for rapid detection of bacterial metabolism. J. Microelectromech. Syst. 14, 829-829 (2005).
Li, H. B., Zheng, Y. N., Akin, D. Characterization and modeling of a microfluidic dielectrophoresis filter for biological species. J. Microelectromech. Syst. 14, 103-103 (2005).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Diesen Artikel zitieren

Millet, L. J., Park, K., Watkins, N. N., Hsia, K. J., Bashir, R. Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow. J. Vis. Exp. (48), e2545, doi:10.3791/2545 (2011).