Диэлектрофорез (DEP) является эффективным методом для манипулирования клеток. Печатные платы (PCB) может обеспечить недорогой, повторного использования и эффективной электродов для бесконтактного манипуляции ячейки в микрожидкостных устройств. Объединив PDMS основе микрожидкостных каналов с покровные на печатных платах, мы демонстрируем шарик и клеточной манипуляции и разделения внутри многоканального микрожидкостных устройств.
Микрожидкостных устройств Advanced Cell исследования, предоставляя динамические жидкостный среды в масштабе ячейки для изучения, обработки, сортировки и подсчета клеток. Однако, манипулируя ячейки в жидкостный по-прежнему остается проблемой и требует сложных протоколов изготовления для формирования клапана и электроды, или требования специальности оборудования, например, оптический пинцет. Здесь мы показываем, что обычных печатных плат (PCB) может быть использован для бесконтактного манипулирования клетки, используя диэлектрофореза (DEP) для бортовых и клеточных манипуляций в областях ламинарного потока для bioactuation, так и для клеток и шарик разделения в многоканальных микрожидкостных устройств. Во-первых, мы представляем протокол для сборки электродов и DEP микрожидкостных устройств, а также подготовку клеток для DEP. Затем, мы характеризуем DEP работы с полистирола. Наконец, мы показываем репрезентативные результаты из бисера и клеточной разделение в многоканальных микрожидкостных устройств. Таким образом, DEP является эффективным методом для манипулирования частицами (бусы или клеток) в микрожидкостных устройств.
Сотовые манипуляции в микрожидкостных устройств желательно для сортировки или селективное размещение отдельных клеток или для популяционных исследований. 2 ламинарного потока используется в сочетании с клапанами и насосами для манипулирования клеток в микрожидкостных устройств. Однако, эти методы сами по себе являются сложными и требуют детального процессов изготовления и навыки 3 Центрифугирование может упростить требования к размещению клетки, но одновременные снимки является вызовом;. Кроме того, канал архитектура для центрифугирования должны быть тщательно учитывая при проектировании желаемого манипуляций и с учетом эффектов центростремительных сил. 4 Лазерный пинцет может быть использована для сотовых размещения, но метод является дорогостоящим и не поддается на высокой пропускной сортировки клеток 5. Тем не менее, DEP было продемонстрировано, как эффективная система "электрический пинцет" для эффективного размещения клетке, характеристика и манипуляции. 6,7
В частности, DEP был использован для выборочного захвата и сортировки клеток для на-чипе обработки живых и мертвых клеток, 7-10 и для сбора клеток на резонансных датчиков для измерения клеточной массы. 11 Ранее мы показали, что за счет увеличения DEP силы на бактерии или бусы выше жидкостный силы сопротивления, на-чипе концентрации и захвата полистирола и Listeria моноцитогенес V7 может быть достигнуто 12. Смешанные популяции E. палочки и L. моноцитогенес бактерии могут быть также направлены и выпустили через импульсы DEP. Кроме того, более крупные частицы могут быть дифференциально захватили и сосредоточился на электроды на основе большого размера частиц, в то время как более мелкие частицы, не захвата, а удаляются с жидкостный поток. 13 Когда DEP силы не преодолевают жидкостный перетаскивания сил на частицы, бусинка или ячейка не захватили, а переехал в жидкостный поток. Как показано на рис 2С, бусины могут быть сосредоточены в центральной части потока жидкости достаточно сохранить бусины в центральный канал. Это может быть связано с совместным действием частицы к частице влияний в электрическом поле, жидкость скоростей, превышающих скорость DEP перетаскивания сил, сочетание этих или других непредсказуемый эффект.
Новейшие достижения в области бесконтактных DEP позволяет максимально захватить клетку и манипуляции с минимальным обязательным полем, защищая таким образом типы клеток, в наибольшей степени, во время манипуляций DEP. 1,9 Бесконтактные DEP открывает перспективы для сообщества микрофлюидики для сортировки, сбора и позиционирования клетки в микрожидкостных устройств. Мы ожидаем, что с ростом спроса на, и реализация, DEP для манипуляций в микрожидкостных устройств, дальнейших открытий и инноваций позволит расширить понимание и влияние сил DEP.
ПХБ могут быть изготовлены за счет высоких объемов процессов по доступной цене с быстрым сроки выполнения работ изготовления, что делает их хорошей платформой для коммерциализации. Кроме того, ПХБ просты в использовании и доступным для ученых в ряду дисциплин для на-чипе ячейки манипуляции и сортировки.
При проектировании расположения электродов PCB, внимание должно быть уделено частиц требуемого / элемент траектории. Ключевыми факторами для рассмотрения включают размер частиц и тип (шарик и / или ячейки), тип клеток, микроканальных размер, скорость потока, расстояние между электродами (которая определяет напряженность электрического поля), покровное толщины и жидкости проводимости. Эти факторы влияют силы, необходимой и доступной для манипулирования частицы или клетки, и в конечном итоге эффективность сепарации. Наш протокол, представленные здесь демонстрирует эффективную установку для начала DEP для микросфер и клеточной сепарации. Для потенциальных приложений, пользователей должна соответствовать архитектуре микрожидкостных дизайн канала требуемый расход пути для клеток и бусы, а также электродов моделей для оптимизации эффективности для каждого приложения. Расстояние электрода и толщины покровного могут быть использованы в соответствии с ранее сообщалось рекомендации при проектировании макета микрожидкостных канала 1.
Проводимость и диэлектрическая проницаемость клеток / частиц и окружающей среды должна отличаться достаточно, чтобы способствовать положительным или отрицательным DEP, сохраняя при этом клетки нетронутыми. Полярность DEP для сферической частицы можно определить из действительной части комплекса значение следующего Клаузиуса-Mosotti фактор на частоте ω напряжения DEP.
Уравнение 1
В этом уравнении ε, является проницаемость, σ есть проводимость, ε * является комплексной диэлектрической проницаемости. Индексы р и мобозначают частицы и средств массовой информации, соответственно. Когда клетка имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем средства массовой информации, или действительная часть Клаузиуса-Mosotti фактором становится положительной, частица становится более поляризованным, чем окружающий среды. Из-за неоднородном электрическом поле, поляризация частицы становится неоднородным, и это создает положительный DEP (+ DEP) группировка, которая ячейки в область с более высокой напряженности электрического поля. Если ячейка имеет более низкую диэлектрическую проницаемость, чем окружающие СМИ или действительная часть Клаузиуса-Mosotti фактором становится отрицательной, она будет проходить отрицательный DEP (-DEP), и клетка вынуждена к минимальным регионе области. Если клетки и средств массовой информации имеют примерно одинаковый комплексной диэлектрической проницаемости, никакая сила не может быть создан для работы клеток. По этой причине, чистая вода является предпочтительным СМИ для манипуляции частиц DEP. Однако, чтобы избежать осмотического стресса на клетку от чистой воды, низкой проводимостью СМИ была сформулирована сохранить проводимость без изменений, но и увеличить осмолярность для уменьшения осмотического стресса в клетках. Обычные культуры клеток или физиологических буферы, такие как DMEM или PBS, имеют высокую проводимость, которая не подходит для манипуляций DEP.
Кроме того, мы ранее показали, что клетки могут быть захвачены на датчики с DEP использованием низкой проводимости среды. После краткого периода для сотовых вложения, низкая проводимость СМИ могут быть заменены на необходимые средства массовой информации клеточной культуры для поддержки роста клеток в течение нескольких дней 11.
Исходя из нашего опыта, люминесцентные бусины очень яркие по отношению к живой флуоресценции клетки, таким образом это может быть проблемой, чтобы соответствовать бусинка интенсивности к интенсивности живой клетки и флуоресцирующих. Для улучшения визуализации обеих клеток и бусы, мы использовали DIC микроскопии на прямой микроскоп для работы с изображениями, и другое. Для отображения клеток и бусы, мы представили данные в интенсивности свечения масштаба изображения, которая сохраняет данные в широком спектре цветов для более удобного просмотра. Таким образом, при проектировании изучение интересов, визуализация параметров и ресурсы должны быть рассмотрены.
Таким образом, мы демонстрируем возможность избирательно приводить бисером и клеток в отдельных каналов с помощью DEP. С ростом полезности микрожидкостных каналов клеточной биологии, биохимии и биотехнологии приложений, DEP является желательным вариантом для мобильного сбора, размещения и сортировки. Изготовление печатных плат электродов является недорогим и удобным, электроды проста в использовании, и быстрым временем изготовления идеально подходят для реализации DEP.
The authors have nothing to disclose.
Мы выражаем признательность Ву Чанг-Джин за предоставление trifurcating каналов для DEP срабатывания и Митчелл Колленс за его помощь в настройки оборудования. Работа выполнена при поддержке США NSF через Грант OISE-0951647 и Тайвань НСК через Грант 99-2911-1-002-007.
Material Name | Type | 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 |