A منصة ميكروفلويديك لتجهيز الدقة الصغيرة الحجم عينة واستخدامها لحجم الجسيمات البيولوجية منفصلة مع Microdevice الصوتية
Summary
This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15–1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.
Abstract
والميزة الرئيسية لأجهزة ميكروفلويديك هو القدرة على التعامل مع أحجام عينة صغيرة، وبالتالي تقليل النفايات كاشف والحفاظ على عينة الثمينة. ومع ذلك، من أجل تحقيق القوي التلاعب عينة من الضروري معالجة التكامل الجهاز مع البيئة macroscale. لتحقيق للتكرار، حساسة الجسيمات الفصل مع أجهزة ميكروفلويديك، ويعرض هذا البروتوكول منصة ميكروفلويديك الآلي ومتكاملة الكاملة التي تمكن معالجة الدقيق لل،15-1،5 مل العينات باستخدام أجهزة ميكروفلويديك. وتشمل جوانب مهمة من هذا النظام تخطيط وحدات الجهاز ومواعيد المباريات القوية الناتجة في العالم موثوقة ومرنة لرقاقة الاتصالات، والتعامل مع السائل مؤتمتة بالكامل والتي تنجز حلقة مغلقة جمع العينات، وتنظيف النظام وفتيلة خطوات لضمان عملية قابلة للتكرار. أجهزة ميكروفلويديك مختلفة يمكن استخدامها بالتبادل مع هذه العمارة. نحن هنا دمج جهاز acoustofluidic، التفاصيل characteriz لهاأوجه، وتحسين الأداء، وإثبات استخدامه لحجم-فصل العينات البيولوجية. باستخدام التغذية المرتدة في الوقت الحقيقي خلال التجارب الانفصال، هو الأمثل جمع العينات لحفظ وتركيز العينة. على الرغم من أن تتطلب دمج قطع متعددة من المعدات، ومزايا هذه العمارة وتشمل القدرة على معالجة العينات المجهولة مع أي التحسين الإضافي النظام، وسهولة استبدال الجهاز، ودقيقة وقوية تجهيز العينات.
Introduction
فصل العينة والتجزئة هي واحدة من أكثر المناطق الواعدة للتطبيق لتقنيات الموائع الدقيقة. مثل هذه الخطوات معالجة العينة هي جزء لا يتجزأ لتشخيص فعالة السريرية، وتطوير العلاجات، وجهود biosurveillance، والتقدم في بحوث علوم الحياة والتكنولوجيا. وقد أظهر عدد لا يحصى من الاستراتيجيات فصل الموائع الدقيقة للجسيمات والغرويات مع وقف التنفيذ السائل، فضلا عن الأنواع الكيميائية والبيولوجية؛ العديد من الاستعراضات توفر لمحات عامة عن التقدم والتطورات الأخيرة في هذه المجالات 1-9. على الرغم من أن العديد من هذه التقنيات فصل الموائع الدقيقة (يشار إليها فيما يلي باسم "أجهزة كور") قد تميزت على نطاق واسع، وقد اعتبرت تقارير قليلة مشكلة فصل العينة على مستوى النظام. الأجهزة الأساسية عادة ما تكون فردية رقائق سنتيمتر النطاق، ربطه إلى أنابيب الفلورو، مع السائل بايدي النزوح أو ضغط المضخة.ومع ذلك، وإذا وعد على microfluidics – بما في ذلك زيادة التشغيل الآلي، والموثوقية، وانخفاض حجم العينة – هو أن تصبح حقيقة واقعة، على الأقل يجب أن تكرس جهدا مساويا لتصميم نظام الفصل التام الذي يتم دمج جهاز كور .
بالإضافة إلى ذلك، يشكل تحديا كبيرا للنهج ميكروفلويديك لbiodetection هو الماكرو إلى واجهة الصغيرة. هذا لا يشير فقط إلى الصلات المادية "العالم إلى رقاقة" من جهاز ميكروفلويديك لمكونات macroscale، وإلى عدم التوافق بين أحجام نموذجية عينة السريرية أو التحليلية (~ 0،1 حتي 10 مل)، وحجم الداخلي للرقائق ميكروفلويديك (~ ،01-10 ميكرولتر)، ولكن أيضا إلى القيود أخذ العينات الإحصائية الناتجة عن سد هذه المقاييس الحجم. وتساهم هذه القضايا إلى الاعتقاد بأن ما قبل تجهيز وإعداد نموذج هي "الحلقة الضعيفة" من biodetection 10 منصة وصفها في هذا العمل تاKES خطوات كبيرة نحو التصدي لهذه التحديات.
إلقاء نظرة على مستوى النظام، هذا البروتوكول تفاصيل تجهيز موثوقة من وحدات التخزين على نطاق والتحليلية على وجه التحديد-المقننة (تتراوح ،15-1،5 مل) على ~ الجداول الزمنية 10 دقيقة. هذا هو "واحدة على زر" العملية: مرة واحدة يتم وضع قارورة تحتوي على مصدر العينة وجهة قارورة لجمع جزء في النظام، يبدأ الأمر "تشغيل" الإجراء، وجميع الخطوات والكمبيوتر التي تسيطر عليها. في نهاية المدى، يمكن إزالة قارورة جمع من نظام لتحليل المصب من الكسور فصل.
الجهاز الأساسية في هذا النظام هو رقاقة acoustophoresis التي تستخرج الثدييات (5-20 ميكرون) جزيئات الخلية الحجم من العينة. يتم اختيار الانفصال Acoustophoretic هنا في المقام الأول لأنها عالية الإنتاجية (إلى 100s من ميكرولتر / دقيقة)، خالية من التسمية، وعدم الاتصال، وبهذا توفر ميزات في فصل فيرو قابلة للحياةإس إي إس من الخلايا التي بعض التقنيات ميكروفلويديك أخرى يمكن أن المباراة. فيزياء الجسيمات الصوتية التركيز، وقد وصفت على نطاق واسع، 11-13، وهي ليست محور هذا البروتوكول، ولكن ملخص موجز للمفاهيم الأساسية يتبع للمساعدة في فهم تطبيق لفصل ميكروفلويديك.
موجات دائمة الموجات فوق الصوتية صدى في microchannels مملوءة بسائل تنتج حقول الضغوط التي تؤدي إلى ظهور قوى التي تدفع الجسيمات نحو عقد من الضغط المنخفض. حجم قوة يعتمد على حجم الجسيمات، وعلى النقيض عامل الصوتية المستمدة من الكثافة وcompressibilities من الجسيمات النسبية والسوائل تعليق. 14 وعلى هذا النحو، ومناسبة بشكل مثالي الصوتية التركيز على فصل الخلايا الحجم (~ 7-15 ميكرون) من (~ 50-200 نانومتر) جزيئات الفيروسات الحجم. الجسيمات أكبر تهاجر نحو عقدة الضغط؛ ومع ذلك، منذ أن حجم قوة صغيرة جدا لجسيمات أصغر من 2-3 ميكرون، هذه الجزيئات الصغيرة أو الأنواع الذائبة بالكاد تتحرك على الإطلاق. لدينا محددة للتنفيذ الانفصال الصوتية، كما هو موضح سابقا، 15 يشتمل على جدار رقيق لتقسيم القناة السوائل ويسمح الانضباطي، والتنسيب غير المتماثلة من موقف التركيز. وهذا يضيف مرونة في تصميم الجهاز، والفوائد، بما في ذلك أداء زيادة جودة الانفصال والسرعة موصوفة بشكل كامل في أي مكان آخر. 16،17
ومع ذلك، فإن الميزة الرئيسية لهذا النهج التصميم على مستوى النظام المذكور في هذا العمل هو أنه قابل للتكيف مع مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأجهزة الأساسية ميكروفلويديك. على سبيل المثال، معظم وسائط فصل الدفق المستمر أخرى، بما في ذلك بالقصور الذاتي، تجزئة حقل التدفق، والنزوح الأفقي القطعية (DLD)، وأنواع مختلفة من الأجهزة حركي كهربي يمكن إدراجها بسهولة، مع إدخال التعديلات المناسبة لمراعاة التغيرات في مدخل / تكوين منفذ ، معدلات التدفق،وأحجام العينة. الأجهزة مع أنواع مختلفة من المجالات على رقاقة (الكهربائية، والمغناطيسية) أو التدرجات (الحرارية والكيميائية) قد تتطلب اتصالات إضافية إلى شرائح، أو دمج أجهزة إضافية، والتي تتسع هذه المنصة.
يوفر هذا البروتوكول الخطوات المطلوبة لتصميم جهاز فصل ميكروفلويديك، وافتعال رقائق السيليكون والزجاج التي كتبها العميق الحفر أيون رد الفعل (DRIE، وهي عملية البلازما حفر متوفرة في العديد من مرافق التصنيع الدقيق، والذي يستخدم بالتناوب دورات الحفر والتخميل لتحقيق عميق الميزات مع الجوانب الرأسية 18). المقبل، وصفنا توصيف الجهاز acoustofluidic لتحديد معايير التشغيل المثلى للانفصال، وأخيرا بالتفصيل نظام الفصل متكاملة وإجراءات تجهيز العينات البيولوجية. ثم يتم عرض النتائج النموذجية توصيف الجهاز والبيانات تجهيز العينات ومناقشتها، والمزايا الرئيسية لهذا APPROوأبرزت منظمة العمل ضد الجوع، بما في ذلك نمطية، متانة، والدقة والأتمتة.
Protocol
Representative Results
Discussion
يعرض هذا البروتوكول التكامل على مستوى النظام من أجهزة ميكروفلويديك لمعدات macroscale لأداء الآلي تجهيز العينات البيولوجية. ونمطية من هذا المنبر يسمح لها أن تكون قابلة للتكيف مع أي جهاز التدفق المستمر، وكمثال على ذلك، يركز على بروتوكول المعروضة على تميز وتحسين أداء جهاز فصل الجسيمات acoustofluidic. ويسلط الضوء على ثلاث مزايا رئيسية من هذا البروتوكول: (ط) نمطية ورقاقة إلى عالم التواصل، (ب) توصيف قوية من أداء الجهاز، و (ج) المعالجة الآلية من وحدات التخزين عينة المقننة على وجه التحديد لفصل الجسيمات.
أنا. نمطية ورقاقة إلى عالم التواصل
كما هو مبين في الشكل 2، هي التي شنت على رقاقة ميكروفلويديك على اللوح المخصص لتناسب بسهولة على مرحلة المجهر للمراقبة المباشرة. اللوح يحتوي # 6-40 الثقوب مؤسسة الأمم المتحدة الخيوط على 5 مم الشبكة الملعب، ENAبلينغ رقاقة لتأمينها، والاتصالات السوائل في هذا الشأن. ونظرة خاطفة الاتصالات السوائل أنابيب مع نهايات تشكيله، والذي ختم ضد رقاقة فلويديك مع المطاط ختم وجه حشية وطوق الفولاذ المقاوم للصدأ. هذا المخطط واجهة يجعل لاستبدال سهلة رقاقة وإعادة تصميم الجهاز السريع، مما يتطلب قليل أو أي تغييرات على مكونات النظام الأخرى، وآثار أقدام رقاقة المقدمة مطابقة لشكل شبكة. على سبيل المثال، وقد استخدمنا هذه المنصة مع رقائق ميكروفلويديك لالكهربائي الدفق المستمر، تحلل الخلايا الحرارية، 29 خلط السريع من الكواشف لتخليق المواد الكيميائية، والقبض على خلية واحدة والاستجواب.
ثانيا. توصيف قوية من أداء الجهاز
من أجل تحسين أداء أي جهاز فصل ميكروفلويديك، يجب أولا أن تتسم عملياتها بدقة. النظام هو موضح هنا يدعم وضع بروتوكولات السريع والآلي للقيام بذلك. لأمثل محددلو لالصوتية التركيز الأجهزة، ونوعية التركيز، تردد التشغيل، والموقف من الجسيمات التي تركز في قناة ميكروفلويديك يجب أن تقاس لكل جهاز على حدة. هذه القياسات تتطلب تجتاح من خلال مجموعة من الترددات محرك piezoceramic، الفولتية ومعدلات التدفق، لتحديد مجموعات المعلمة المثلى للانفصال ذات جودة عالية. بروتوكول المعروضة تختلف تلقائيا هذه المعلمات الانضباطي ويلتقط ذات الصلة data- أي والصور الفلورسنت من الجزيئات المتدفقة في القناة التي هي في مرحلة ما بعد معالجتها لتوليد القياسات المطلوبة من الجسيمات التي تركز الجودة، والتردد، وموقف (الشكل 3).
توصيف كامل للأداء الجهاز السمعي يتطلب تكرار الخطوات 4.4 و 4.5 حسب الحاجة في ظل ظروف تجريبية مختلفة. على سبيل المثال، تم العثور على موقف التركيز المطلق للشريحة عن طريق تشغيل التفحص تردد في معدلات تدفق منخفضة نسبيا والجهد العاليالصورة لضمان الهجرة كاملة إلى الموقع عقدة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه بالاشعة تردد تقييم جودة التجمع الجهاز (عند تشغيل مع الخرز البوليسترين من حجم معروفة)، أو لتحديد كيف يمكن لنوع الجسيمات سابقا مجهول سوف تتصرف في نظام (بعد اتسم رقاقة مع الخرز). وهناك رقاقة مع نقل الطاقة جيدة من piezoceramic إلى القناة ميكروفلويديك يؤدي إلى التركيز ضيق في معدلات تدفق عالية (> 1 مل / دقيقة) والفولتية المنخفضة (12-15 V ص)، في حين أن تلك مع نقل الطاقة الفقراء لا يركز حتى في انخفاض معدلات تدفق (<100 ميكرولتر / دقيقة) والفولتية العالية (> 20 V ص). لقد وجدنا أن اتصال حميم بين رقاقة ميكروفلويديك وpiezoceramic أمر بالغ الأهمية لنقل الطاقة كفاءة في السائل. مزيد من التحقيق في الطريقة الأمثل للالترابط رقاقة ميكروفلويديك وpiezoceramic سيمكن إنتاج موثوق للأجهزة عالية الأداء.
وأخيرا، كاملةصورة لعملية عبوة acoustophoretic ويمكن الحصول عليها من خلال الجمع بين القياسات تردد مسح الصورة القائمة في الخطوة 4 (والشكل 3) مع التهم الجسيمات التي تم جمعها من مكتب التخطيط الاستراتيجي وLPO وظائف المعلمات التشغيل ذات الصلة، من تجارب الانفصال التي أجريت مع المجهرية كما هو موضح في الخطوة 5. كما هو مبين في الشكل (6)، مثل سلسلة من التجارب الآلي يمكن أن تميز بسرعة أداء جهاز الفردية وtunability، إعلام المستخدم من الفضاء المعلمة الأمثل لتشغيل الجهاز لفصل الجسيمات.
ثالثا. المعالجة الآلية عينة صغيرة لفصل الجسيمات
لميكروفلويديك القائم على رقاقة معالجة عينة ناجحة ودقيقة، فمن الأهمية بمكان أن يعتمد عليه وعلى وجه التحديد متر، والحمل، وتقديم، وجمع كميات من السوائل لأنها تمر من خلال. هذه الدقة هي أهمية خاصة عندما يكون حجم العينة صغير(~ 0،1-1 مل)، وهو أمر شائع في بيئة معملية السريرية أو البحثية. 30 دقيقة التعامل مع العينة يمثل تحديا في التجارب ميكروفلويديك التقليدية التي تستخدم انسحاب اليدوي من العينة في حقنة والتسريب في جهاز مع عدم وجود ردود فعل من عند العينة وقد تم فصل ومتى ينبغي جمعها. بروتوكول المعروضة توظف الآلي عينة لفائف التحميل والاستغناء يقترن مع ردود الفعل في الوقت الحقيقي من أجهزة الاستشعار تدفق لتمكين فصل استنساخه من وحدات التخزين عينة صغيرة.
ويبين الشكل 5 لمحات تدفق قياس في مكتب التخطيط الاستراتيجي وLPO من تجربة الفصل نموذجية. أولا، يتم تحميل المخزن الرئيسي لللا يقل عن 35 ميكرولتر لضمان تدفق مستقر قبل أن تصل عينة الشريحة الصوتية. لا ينصح عينة كميات أقل من 100 ميكرولتر لهذا التكوين النظام، لأن عينة التخفيف نظرا إلى المخزن المؤقت الرائدة يصبح المفرط. ويتم استخدام المكونات من الهواء في بداية الالبريد الحقن قبل المخزن المؤقت مما يؤدي إلى فصل المكونات عينة من السائل الذي يلي، ومنع الاختلاط والتخفيف من العينة، والتي تخدم كمؤشر على أجهزة استشعار التدفق. بعد عابرة الأولي كسائل يبدأ تتحرك من خلال النظام، وإشارات ارتفاع حاد في كل وسائل تشير إلى مرور الهواء فقاعة الأولى. يتم اتباع هذه العابرين قبل فترة طويلة من تدفق مستقر كما تدفقات العينة من خلال النظام، ثم موجة أخرى عندما يمر الهواء فقاعة الثانية، وأخيرا انخفاض في نهاية المطاف في معدل التدفق إلى الصفر بعد توقف ضخ حقنة.
يتم استخدام مرور المقابس الهواء من خلال أجهزة استشعار تدفق كنقاط الزناد لتبديل صمامات لتشغيل وإيقاف جمع العينات، وبالتالي التقليل من عينة المفقودة والتخفيف كتبها كميات السوائل غير العينة. حلقة مغلقة قياس أحجام العينة المجهزة يلغي الحاجة إلى إعادة برمجة هذه القيم قبل بدء التجربة في كل مرة يتم تغيير نموذج الإدخال. هذه الميزةأهمية خاصة عندما يكون حجم عينة محدودة، على سبيل المثال في حالة العديد من العينات السريرية. يساعد في الوقت الحقيقي رصد تدفق أيضا في استكشاف الأخطاء وإصلاحها. تشغيل الفقراء (على سبيل المثال، تسد تشكل في واحدة من وسائل) هو واضح على الفور من التشكيلات الجانبية الناتجة عن تدفق، كما في الشكل 5B.
للتدليل على المرونة والفعالية في فصل acoustofluidic باستخدام بنية النظام قدم، DENV تنقيته ومخزونات فيروس GGV وقد ارتفعت في الأسهم الخلية ومفصولة معالجة من خلال رقاقة ميكروفلويديك. ويبين الشكل 7A أن الخلايا راجي تم فصل جيدا من الفيروسات، و97 تم العثور٪ من الخلايا راجي الخروج من رقاقة أن يكون في أمر الشراء المحلي، وبالتالي يترك عينة عالي التخصيب من DENV في مكتب التخطيط الاستراتيجي. في المقابل، كانت كفاءة DENV فصل أقل، مع 70٪ من DENV الخروج من رقاقة وجدت في مكتب التخطيط الاستراتيجي. ويمكن أن يعزى هذا إلى طفيفا خلط الحمل الحراري الناجمة عن يتحول من separatiعلى القناة، ولكن من المرجح أن بعض الجسيمات DENV المهاجرة جنبا إلى جنب مع الخلايا راجي في LPO. الخلايا المهاجرة أفقيا عبر يبسط جر بعض السوائل معهم، حتى في انخفاض عدد رينولدز. من خلال هذه الآلية، وكذلك امتصاص السطح غير محدد، نقل الجزيئات الفيروسية في LPO. ومع ذلك، فإن العينة عالي التخصيب من DENV في مكتب التخطيط الاستراتيجي هي فائدة كبيرة، على سبيل المثال عندما يستخدم دي نوفو تسلسل لكشف وتحديد الفيروسات.
ويبين الشكل 7B أنه في إحدى التجارب، تم العثور فقط حوالي 70٪ من خلايا بوا الخروج من رقاقة في LPO، مقارنة مع ما يقرب من 100٪ كفاءة فصل الخلايا راجي. الفرق في الأداء الفصل بين أنواع الخلايا اثنين قد يعزى إلى متوسط حجم أصغر أو أقل كثافة الخلايا بوا بالمقارنة مع الخلايا راجي، وبالتالي يؤدي إلى القوات الصوتية أصغر. لتأكيد أو دحض هذه الافتراضات، وحجم وكثافة ومورفولوجية بواالخلايا في تعليق (التي تنمو عادة ملتصقة) من الخلايا بوا يجب أن تقاس بدقة، محاولة لمزيد من التحقيق. في نفس التجارب، على غرار التجارب مع DENV، الجزء الأكبر من GGV تعافى خرجت من مكتب التخطيط الاستراتيجي، مما يشير إلى إثراء جزء الفيروسي.
البيانات المقدمة تسلط الضوء على التحديات الكامنة في الهندسة منصات على نطاق واسع المطبقة لمعالجة مجموعة متنوعة من العينات البيولوجية. الأهم من ذلك، يمكن للتفاعلات البيولوجية تبدأ للعب كبير كدور إلى التأثيرات الفيزيائية والميكانيكية. ومع ذلك، تظهر أيضا هذه التجارب الأولية للقوة ووعد باستخدام هذا بنية النظام لتجهيز العينات في التطبيقات السريرية والبحوث. ونتيجة ل، جيدا اتسم نظام المهندسة قوي، وتوفر هذه المنصة القدرة على البحث عن إجابات على أسئلة علمية جديدة.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was performed under the auspices of the U.S. Department of Energy by Lawrence Livermore National Laboratory under Contract DE-AC52-07NA27344, and partially supported by LLNL’s Laboratory Directed Research and Development (LDRD) program, 14-LW-077. The authors thank Michael Wilson, Mark Stenglein and Joe DeRisi at the Univeristy of California, San Francisco for generously providing GGV and Boa cell samples. EJF acknowledges support from the LLNL Lawrence Scholar Graduate Program. MS acknowledges support from the UC Office of the President Lab Fees Research Program. LLNL-JRNL-665235
Materials
| Materials required for Steps 1-3: Device Design, Fabrication and Assembly | |||
| Double Sided Polished Silicon Wafer | Silicon Quest International, Inc. San Jose, CA, USA | 100 mm <100> prime wafer | 1-20 ohm-cm, 495 +/- 25µm Double-side polished |
| Glass Wafer | Bullen Ultrasonics, Eaton, OH, USA | 100mmx0.5mm Boro | |
| Photoresist, AZ 1518 | MicroChemicals GmbH, Ulm, Germany | AZ 1518 | Photoresist used to adhere wafer to blank wafer for DRIE etching |
| Photoresist, AZ 4620 | MicroChemicals GmbH, Ulm, Germany | AZ 4620 | Photoresist to define fluidic and via mask patterns |
| DRIE plasma etcher | STPS, Newport, NP, United Kingdom | Multiplex Advance Oxide Etch (AOE) ICP system | |
| Wafer Bonder | Electronic Visions Group, St.Florian am Inn, Austria | EVG 501 | |
| Dicing saw | Kulicke & Soffa Industries, Singapore | K&S 982 | |
| Epoxy kit | Epoxy Technology, Billerica, MA, USA | EPO-TEK 301 | Epoxy used to couple piezo and microfluidic chip |
| PZT piezoceramic | Piezo Systems, Woburn, MA, USA | PSI-5A4E | 37.5 × 10 × 0.5 mm |
| 28 AWG Kynar-insulated solid wire | Squires Electronics, Cornelius, OR, USA | UL1422 | |
| 2-part silver epoxy | MG Chemicals, Surrey, BC, Canada | 8331 | Conductive adhesive for attaching wire leads to PZT |
| L-edit | Tanner EDA, Monrovia, CA, USA | Ledit v15.1 64-bit | CAD software for mask layout |
| Materials required for Step 4: Characterizaiton of Acoustic Focusing Performance | |||
| Dual Pump | Harvard Apparatus, Holliston, MA, USA | PHD ULTRA Series, 703007 | |
| 5ml syringes | Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ, USA | 309646 | |
| Luer to Threaded port adapter | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | P-659 | Connects syringe to tubing |
| Union | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | P-623 | Connects world to chip connections to fluoropolymer tubing. Can also use webbed |
| Ferrule 1/4-28 flat bottom | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | P-200 | Used with nut to make connections between tubing and syringe, flow sensors and world to chip hardware |
| Nut 1/4-28 flat bottom | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | P-202 | Used with ferrule to make connections between tubing and syringe, flow sesnsors and world to chip hardware |
| 1/16" OD Fluoropolymer tubing | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | 1912L | Tubing to connect syringe pumps to world to chip connections. Tubing size is not critical during claibration steps (.01-.03" ID typically used, other suitable part numbers: 1907L, 1902L). |
| Small ID fluoropolymer tubing | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | 1476-20 | Used for Flow restrictors: 0.006" ID, 1/16" OD FEP |
| PEEK tubing | Connects from chip to fluoropolymer tubing. | ||
| Cooling fan | Multicomp, Leeds, England | MC19663 | |
| Function Generator | Agilent, Santa Clara, CA, USA | 33220A | |
| RF amplifier | ENI, Rochester, NY | 325 LA | Must be able to amplify signals from <1V in the range of 1-2MHz to 25 Vpp to the piezo. |
| CCD Camera | Photometrics, Tucscon, AZ, USA | CoolSnap HQ | |
| Inverted Microscope | Zeiss, Oberkochen, Germany | Axiovert S100 | |
| FITC filter set | Chroma Tech, VT, USA | SP101 | |
| Objective, 10x | Zeiss, Oberkochen, Germany | ACHROPLAN | |
| Oscilloscope | Tektronix, Beaverton, OR, USA | TDS3014B | To monitor voltage output by RF amplifier |
| MatLab | Mathworks, Natick, MA, USA | R2014a | |
| Driver interface software to integrate Photometrics camera with LabVIEW | R Cubed Software, Lawrenceville, NJ, USA | SITK | |
| Tween 20 | Sigma Aldrich, St. Lousi, MO, USA | P9416 | |
| Dragon Green Fluorescent 5.76 or 7.32 µm Beads | Bangs Laboratory, IN, USA | FS06F | |
| Additional materials required for Step 5: Automated Separation | |||
| Multiport valves | VICI, Houston, TX, USA | C25Z-3180EUHA | In the current configuration 4 valves are needed |
| Flow Sensors | Sensirion, Westlake Village, CA, USA | SLI-1000 | |
| Fluoropolymer tubing, .01 and .03" ID | IDEX, Oak Harbor, WA, USA | 1902L and 1912L | High purity PFA preferred |
| Nut | VICI, Houston, TX, USA | ZN1PK-10 | Used with ferrule to make connections between tubing and valves. Alternative part numbers: MZN1PK-10, LZN1PK-10 |
| Ferrule | VICI, Houston, TX, USA | ZGF1PK-10 | Used with nut to make connections between tubing and valves. |
| LabVIEW | National Instruments, Austin, TX, USA | LabVIEW Professional Development system | Laboratory Automation Software |
| PBS | Teknova, Hollister, CA, USA | P0200 | |
| Raji Cells | ATTC, Manassas, VA, USA | CCL86 | |
| Boa Cells | Kindly provided by the DeRisi Laboratory at UCSF | ||
| GGV | Kindly provided by the DeRisi Laboratory at UCSF | ||
| DENV | Kindly provided by Jose Pena at LLNL | ||
| Coulter Counter Z2 | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | Z2 | |
| Hemacytometer | Fisher Scientific, Waltman, MA, USA | 0267151B | |
References
- Gossett, D. R., Weaver, W. M., et al. Label free cell separation and sorting in microfluidic systems. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 397 (8), 3249-3267 (2010).
- Lenshof, A., Laurell, T. Continuous separation of cells and particles in microfluidic systems. Chemical Society Reviews. 39 (3), 1203-1217 (2010).
- Sajeesh, P., Sen, A. K. Particle separation and sorting in microfluidic devices a review. Microfluidics and Nanofluidics. 17 (1), 1-52 (2014).
- Bhagat, A. A. S., Bow, H., Hou, H. W., Tan, S. J., Han, J., Lim, C. T. Microfluidics for cell separation. Medical & Biological Engineering & Computing. 48 (10), 999-1014 (2010).
- McGrath, J., Jimenez, M., Bridle, H. Deterministic lateral displacement for particle separation a review. Lab Chip. 14 (21), 4139-4158 (2014).
- Jubery, T. Z., Srivastava, S. K., Dutta, P. Dielectrophoretic separation of bioparticles in microdevices A review. ELECTROPHORESIS. 35 (5), 691-713 (2014).
- Jin, C., McFaul, S. M., et al. Technologies for label free separation of circulating tumor cells from historical foundations to recent developments. Lab on a Chip. 14 (1), 32 (2014).
- Trujillo, F. J., Juliano, P., Barbosa Cánovas, G., Knoerzer, K. Separation of suspensions and emulsions via ultrasonic standing waves – A review. Ultrasonics Sonochemistry. 21 (6), 2151-2164 (2014).
- Bridle, H., Miller, B., Desmulliez, M. P. Y. Application of microfluidics in waterborne pathogen monitoring A review. Water Research. 55, 256-271 (2014).
- Mariella Jr, R. Sample preparation the weak link in microfluidics-based biodetection. Biomedical microdevices. 10 (6), 777-784 (2008).
- Gor’kov, L. P. On the forces acting on a small particle in an acoustic field in an ideal fluid. Soviet Physics Doklady. 6, 773-775 (1962).
- Settnes, M., Bruus, H. Forces acting on a small particle in an acoustical field in a viscous fluid. Physical Review E. 85 (1), 016327 (2012).
- Barnkob, R., Augustsson, P., Laurell, T., Bruus, H. Acoustic radiation and streaming-induced microparticle velocities determined by microparticle image velocimetry in an ultrasound symmetry plane. Physical Review E. 86 (5), (2012).
- Bruus, H. Acoustofluidics 7 The acoustic radiation force on small particles. Lab Chip. 12 (6), 1014-1021 (2012).
- Fong, E. J., Johnston, A. C., et al. Acoustic focusing with engineered node locations for high performance microfluidic particle separation. Analyst. 139 (5), 1192-1200 (2014).
- Fong, E. J., Bora, M., et al. Continuously Variable Node Position in a High Throughput Acoustofluidic Device. Micro Total Analysis Systems. , 1184-1186 (2014).
- Jung, S. Y., Notton, T., Fong, E., Shusteff, M., Weinberger, L. S. Spatial tuning of acoustofluidic pressure nodes by altering net sonic velocity enables high-throughput efficient cell sorting. Lab on a Chip. 15 (4), 1000-1003 (2015).
- Franssila, S. Deep Reactive Ion Etching. Introduction to Microfabrication. , 255-270 (2010).
- Sharma Rao, B., Hashim, U. Microfluidic Photomask Design Using CAD Software for Application in Lab On Chip Biomedical Nanodiagnostics. Advanced Materials Research. 795, 388-392 (2013).
- Melin, J., Quake, S. R. Microfluidic Large Scale Integration The Evolution of Design Rules for Biological Automation. Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 36 (1), 213-231 (2007).
- Madou, M. J. . Fundamentals of microfabrication: the science of miniaturization. , (2002).
- Krulevitch, P., Benett, W., Hamilton, J., Maghribi, M., Rose, K. Polymer based packaging platform for hybrid microfluidic systems. Biomedical Microdevices. 4 (4), 301-308 (2002).
- Leslie, D. C., Easley, C. J., et al. Frequency specific flow control in microfluidic circuits with passive elastomeric features. Nature Physics. 5 (3), 231-235 (2009).
- Oh, K. W., Lee, K., Ahn, B., Furlani, E. P. Design of pressure driven microfluidic networks using electric circuit analogy. Lab on a Chip. 12 (3), 515-545 (2012).
- Mittelbrunn, M., Gutiérrez Vázquez, C., et al. Unidirectional transfer of microRNA loaded exosomes from T cells to antigen presenting cells. Nature Communications. 2, 282 (2011).
- Acosta, E. G., Castilla, V., Damonte, E. B. Functional entry of dengue virus into Aedes albopictus mosquito cells is dependent on clathrin mediated endocytosis. Journal of General Virology. 89 (2), 474-484 (2008).
- Stenglein, M. D., Sanders, C., et al. Identification Characterization and In Vitro Culture of Highly Divergent Arenaviruses from Boa Constrictors and Annulated Tree Boas Candidate Etiological Agents for Snake Inclusion Body Disease. 3 (4), e00180 12 (2012).
- Packard, M., Wheeler, E., Alocilja, E., Shusteff, M. Performance Evaluation of Fast Microfluidic Thermal Lysis of Bacteria for Diagnostic Sample Preparation. Diagnostics. 3 (1), 105-116 (2013).
- Lion, N., Reymond, F., Girault, H. H., Rossier, J. S. Why the move to microfluidics for protein analysis. Current Opinion in Biotechnology. 15 (1), 31-37 (2004).
