Plate-forme microfluidique à entraînement pneumatique pour la concentration de microparticules
Summary
Le présent protocole décrit une plate-forme microfluidique pneumatique qui peut être utilisée pour une concentration efficace de microparticules.
Abstract
Le présent article présente une méthode de fabrication et d’exploitation d’une vanne pneumatique pour contrôler la concentration de particules à l’aide d’une plate-forme microfluidique. Cette plate-forme dispose d’un réseau tridimensionnel (3D) avec des canaux de fluide incurvés et trois vannes pneumatiques, qui créent des réseaux, des canaux et des espaces grâce à la réplication duplex avec du polydiméthylsiloxane (PDMS). Le dispositif fonctionne en fonction de la réponse transitoire d’un débit de fluide contrôlé par une vanne pneumatique dans l’ordre suivant: (1) chargement de l’échantillon, (2) blocage de l’échantillon, (3) concentration de l’échantillon et (4) libération de l’échantillon. Les particules sont bloquées par la déformation de la fine couche de diaphragme de la plaque de la vanne de tamis (Vs) et s’accumulent dans le canal microfluidique incurvé. Le fluide de travail est évacué par l’actionnement de deux vannes marche/arrêt. À la suite de l’opération, toutes les particules de divers grossissements ont été interceptées et désengagées avec succès. Lorsque cette technologie est appliquée, la pression de fonctionnement, le temps nécessaire à la concentration et le taux de concentration peuvent varier en fonction des dimensions de l’appareil et du grossissement de la taille des particules.
Introduction
En raison de l’importance de l’analyse biologique, les technologies des systèmes microélectromécaniques microfluidiques et biomédicaux (BioMEMS) 1,2 sont utilisées pour développer et étudier des dispositifs de purification et de collecte de micromatériaux 2,3,4. La capture de particules est classée comme active ou passive. Des pièges actifs ont été utilisés pour les forces diélectriquesexternes 5, magnétophorétiques6,auditives 7,visuelles 8 outhermiques 9 agissant sur des particules indépendantes, permettant un contrôle précis de leurs mouvements. Cependant, une interaction entre la particule et la force externe est nécessaire; ainsi, le débit est faible. Dans les systèmes microfluidiques, le contrôle du débit est très important car les forces externes sont transmises aux particules cibles.
En général, les dispositifs microfluidiques passifs ont des micropiliers dans des microcanaux10,11. Les particules sont filtrées par interaction avec un fluide qui s’écoule, et ces dispositifs sont faciles à concevoir et peu coûteux à fabriquer. Cependant, ils provoquent un colmatage des particules dans les micro-piliers, de sorte que des dispositifs plus complexes ont été développés pour empêcher le colmatage des particules12. Les dispositifs microfluidiques à structures complexes conviennent généralement à la gestion d’un nombre limité de particules 13,14,15,16,17,18.
Cet article décrit une méthode de fabrication et d’exploitation d’une plate-forme microfluidique à entraînement pneumatique pour de grandes concentrations de particules qui surmonte les lacunes18 mentionnées ci-dessus. Cette plate-forme peut bloquer et concentrer les particules par déformation et actionnement de la fine couche de diaphragme de la plaque de vanne de tamis (Vs) qui s’accumule dans les canaux microfluidiques incurvés. Les particules s’accumulent dans des canaux microfluidiques incurvés, et les particules concentrées peuvent se séparer en déchargeant le fluide de travail via l’actionnement de deux joints PDMS sur / hors valves18. Cette méthode permet de traiter un nombre limité de particules ou de concentrer un grand nombre de petites particules. Les conditions de fonctionnement telles que l’ampleur du débit et la pression de l’air comprimé peuvent prévenir les dommages indésirables aux cellules et augmenter l’efficacité du piégeage des cellules.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cette plate-forme offre un moyen simple de purifier et de concentrer des particules de différentes tailles. Les particules sont accumulées et libérées par la commande pneumatique de la vanne, et aucun colmatage n’est observé car il n’y a pas de structure passive. En utilisant ce dispositif, la concentration de particules de trois tailles est présentée. Cependant, la pression de fonctionnement, le temps nécessaire à la concentration et le débit peuvent varier en fonction des dimensions de l’appareil, du gr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la subvention de la National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen (ministère des Sciences et des TIC). (Non. NRF-2021R1A2C1011380).
Materials
| 1.5 mm puncture | Self procduction | Self procduction | This puncture was made by requesting a mold maker based on the Miltex® Biopsy Punch with Plunger (15110-15) product. |
| 4 inch Silicon Wafer/SU-8 mold | 4science | 29-03573-01 | 4 inch (100) Ptype silicon wafer/SU-8 mold |
| Carboxyl Polystyrene Crosslinked Particle(24.9 μm) | Spherotech | CPX-200-10 | Concentrated bead sample1 |
| Flow meter | Sensirion | SLI-1000 | Flow measurement |
| High-speed camera | Photron | FASTCAM Mini | Observation of concentration |
| Hot plate | As one | HI-1000 | heating plate for curing of liquid PDMS |
| KOVAX-SYRINGE 10 mL/Syringe | Koreavaccine | 22G-10ML | Fill the microfluidic channel with bubble-free demineralized water. |
| Laboratory Conona treater/Atmospheric plasma | Electro-Technic | BD-20AC | Chip bonding/atmospheric plasma |
| Liquid polydimethylsiloxane, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | Components of chip |
| Microscope | Olympus | IX-81 | Observation of concentration |
| PEEK Tubes | SAINT-GOBAIN PPL CORP. | AAD04103 | Inject or collect particles |
| Polystyrene Particle(4.16 μm) | Spherotech | PP-40-10 | Concentrated bead sample3 |
| Polystyrene Particle(8.49 μm) | Spherotech | PP-100-10 | Concentrated bead sample2 |
| Pressure controller/μflucon | AMED | μflucon | Control of air pressure |
| Spin coater | iNexus | ACE-200 | spread the liquid PDMS on SU-8 mold |
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