使用介电泳分离珠和多通道微流控芯片细胞和层流

一个设备安装总图如图1a所示。 PCB样品的大会，是进一步详细在一个横断面示意图，在图1B。 1。印刷电路板电极的准备： 设计PCB电极所需的几何形状，产生非均匀的电场。定制印刷电路板电极的芯片，可以责令通过商业制造设备（图1C）。 准备预装配的印刷电路板电极焊接16号线的每一个印刷金属电极（图1D）结束。 广场上的电极年底丝。举办​​的印刷电路板的金属面积与热的烙铁加热丝导线到位。 加热丝送入少量的焊锡，焊锡线，以填补。 导线与焊料填充后，取出烙铁，导线，而焊料冷却到位。 每个PCB上（图1D）的电气连接，重复的焊接工艺。 2。微流体通道做准备： 准备使用184 Sylgard从道康宁硅橡胶弹性体，聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基础的微流体通道。一个母模定义的渠道通常是通过标准的微细加工用硅片和SU – 8胶过程。 在10:1的比例混合基复合固化剂为5分钟。 泼到液体硅橡胶预制SU – 8母模和消除气泡暴露液态硅橡胶真空几分钟。重复真空过程中，如果需要彻底清除所有气泡。 治愈的PDMS 70 ° 2小时。 删除与微流体通道，从晶圆用刀片，不小心打破晶圆硅橡胶板。 引入微流体装置的体液和细胞打孔。 （注：注射器抽，重力或表面张力的流量都可以使用DEP的保护。） 检查微流体装置，以确保它是免费的灰尘和碎屑。清洁的PDMS，就可以轻松实现使用3M苏格兰魔术贴。 等离子体债券的PDMS微流体通道，以一个干净的0号厚度（80-130微米）盖玻片。在100 ° C热盖玻片，微流体大会至少15分钟。 3。准备低电导率介质： 低电导率介质准备混合8.5％的蔗糖+葡萄糖0.3％（W / V），在去离子（DI）水。 注：之前我们已经证实，可以在传统的细胞培养介质天培养细胞暴露后短时间（约30分钟），低电导率 11 4。组装到印刷电路板电极的微流体通道： 放置到PCB矿物油少量（约10微升），以确保印刷电路板和盖玻片之间的紧密接触。 注：为减少电极的可视化的可选步骤是大衣PCB表面用黑色记号笔或油漆层非常薄。 将盖玻片，微流体通道上的油污PCB盖玻片形成与油的接触（盖玻片下）大会，。轻压盖玻片，微流体大会，以确保良好的接触，并尽量减少气泡，可以从细胞和珠可视减损。完成设备的一个例子是显示在图1D。 5。排序和集中珠细胞使用的DEP： 与去离子水或低电导率介质填充的微流体通道;血浆粘接工艺有利于暂时通常疏水的PDMS表面亲水性的水溶液易于加载到微流体通道。 引入渠道水库（图1C）的细胞和/或聚苯乙烯珠。在这里，我们使用人类结肠癌细胞（HT – 29）。 函数发生器的输出连接到交流电源放大器的输入，然后连接放大器的输出电极导线。涵盖所有的电线和表面安装用电工胶带，以保护用户，从潜在的暴露在冲击。一个设备安装示意图如图1a所示。 设置函数发生器产生1.0-1.5 MHz的正弦波输出。射频功率放大器的输出幅度应调整，以产生一个80 – 100V输出到PCB。在这项工作中的射频功率放大器需要大约220-330毫伏的输入电压。分开的细胞和珠，层流率与DEP的力量，必须符合移动到目标通道（宽W = 100微米的主渠道（宽度w = 100微米，高度H = 27微米）内的细胞和珠高度H = 27微米）。 注意：PCB制造商进行磋商，以确定Maximum工作电压，以避免PCB过热或熔化等问题。检查函数发生器和功率放大器制造商的设备制造商的规格，以确定安全工作设置。 启动DEP的排序细胞和珠。细胞的经验，积极的DEP的，而聚苯乙烯珠经验，在一个非均匀的电场，在指定的频率范围内负的DEP。这使DEP的力量，激活bioactuation和分离细胞和其他粒子在作为电极使用负担得起的和可重复使用的多氯联苯的微流体装置。 6。代表性的成果： 当DEP是有效的驱动细胞或颗粒，在非均匀电场中的一个强大的对齐观察静态浴缸或流速缓慢。高流速的条件下，细胞或粒子的行为取决于轴流电场和流速相对方向。此外，细胞和粒子的行为也时的电场强度和电气领域内的非均匀性程度依赖。细胞或粒子的典型行为包括“珍珠链，”骑自行车，拖延，或转折点。 条件作出妥协或取消的DEP包括盐或其他流体，电场强度较弱，流速过大，盖玻片太厚，或盖玻片和印刷电路板电极之间的导电性的解决方案离子分子的存在（如可诱发裂纹盖玻片水和矿物油的混合）。 在这里，当使用0号盖玻片厚度（80-130微米）和一个电极间距（231微米），电场强度的平方梯度的HT – 29细胞和珠估计为2至-8到6日-8 V 2 /微米3 1 DEP的力量可以测量DEP的操纵静电液（图2A – B的）的粒子，速度估计。由于惯量小的粒子和微流体通道，高度粘稠的环境，流体拖曳力将会相等，但在与DEP力的方向相反。珠在低电导率介质速度平均为34.5微米/小号与DEP 93 Vpp的电压和1.5兆赫。 1水力阻力的力量，可以用下面的公式计算。 F 拖动 =6πηRv 低电导率介质的平均粘度η在20 ° C是1.27 MPA•s和珠半径R为7.5微米。聚苯乙烯微珠的流体拖曳力估计为6.19 PN。为了证明驱动微流体通道内的珠子（图2C – F）的能力，我们开始采用表面张力介导的流量低电导率介质的流量。珠在单输入通道的速度平均为1540微米/秒，而各个通道内的平均流速降低到565微米/秒（图2C）。发起的DEP，珠被保留在中央通道，而不是被释放到侧通道。因此，在这些情况下，DEP的力量足以克服流体拖曳力成两个侧通道。 同样的原理也被用来疏导的渠道和珠流的方向通过简单地改变DEP的电极（图2E – F）的珠子从中央烛到一个单端通道。通过钓鱼DEP时开始的单进风通道，两侧的金属电极上，珠引导通道一侧珠走近trifurcation点。目前，DEP的力量是足够拉入珠层流继续推动他们的通道（图2F）侧面渠道之一。 由于细胞和聚苯乙烯珠在他们有能力在非均匀的电场极化和驱动有明显的差异，我们使用DEP，证明执行能力的细胞和珠片上分离，同时。我们使用相同的微流体通道的结构和配置图2E – F的印刷电路板电极，但引入的单进风通道（图3）的HT – 29细胞和珠暂停低电导率介质。 DEP时介绍，在这些条件下，HT – 29细胞在左侧的两输出通道的保留，而珠保留在右侧的个人输出通道。在这里，细胞显示出一个特点的“珍珠链”的行为，因为它们是在左输出通道收集。偶尔珠和细胞在其中，他们收集在一起，在电池的输出渠道往往成为连接在一起。从这个实验人的数据，我们确定排序率713颗粒（细胞和珠），每分钟或相当于14,260细胞和珠在20分钟内。检索细胞和珠是相关的，有用的分子生物学，影像学，生物化学和单芯片上的实验室应用。 图1。细胞和微流体通道中的颗粒。基于PCB的DEP（一）DEP基于驱动设备的设置与函数发生器开始定义的频率和幅度的电信号，然后功率放大器来增强信号强度PCB上产生的电场。 （二）样品驱动的微流体装置大会组成的PDMS微流体通道，不可逆转地绑定到一个没有。 0盖玻片厚度（80-130微米）通过氧等离子体，非导电介质洗澡的细胞和/或珠子。 （三）印刷电路板电极使用，这里包括两个电极叉产生强烈的非均匀电场地区。 （四）完成设备：PCB与一个trifurcated单一盖玻片上的微流体装置，插图显示整个装置与电极导线。 （CD）的规模，PCB测量8.4厘米（L），2.1​​厘米（宽），5毫米宽的电极。 图2。代表图像之前和期间的DEP驱动渠道的细胞和珠（一）15微米的荧光聚苯乙烯珠在低电导率介质在PDMS微流体通道，无层流，（时间过去了，1.23秒）的解决方案。 （b）在DEP的启动，珠迁移对PCB的电极图案（黑色条纹），而不是电极之间（时间过去了，8.18秒）。 （三）珠层流下相同的渠道分为三个独立的通道（时间过去了，5.3秒）;启动DEP时（D）珠驱动只有在中央通道流（时间已过，4.3秒）。 （五）通过改变渠道的方向在PCB电极，珠可以被不同的侧面渠道（d）所示，使用DEP的，而不是中央通道（F）的指示进入。 （EF）失效时间是8.23秒和5.16秒，分别。所有比例尺= 100微米。 图3。之前和期间的DEP驱动通道 （AB） 的细胞和珠代表的图像开始前的DEP，混合溶液（HT – 29）的人结肠腺癌细胞和珠流量从一个通道3个独立的输出通道。开放的箭头标识层流和渠道的方向为方向和澄清虚线的概述。 （光盘版）诱导的DEP，珠子和细胞选择性驱动成单独的渠道确定。 HT – 29细胞退出中央和左声道，而珠退出通道。特色的珍珠链珠和细胞观察期间的DEP驱动。 （A，C）微分干涉相衬成像微细胞和珠呈现的珠子很容易看到。的发光规模强度图像相同的DIC的图像（A，C）（B，D），提高细胞通道中的可视化。反光金属电极（（A，C）光条纹（B，D）黄色和绿色）为使有效的DEP基于驱动的微电极提供了一个突出的地标。比例尺= 100微米。