Biz yararlı tartışmalar için University of Illinois at Urbana-Kenis grubuna teşekkür ediyorum ve cömertçe temiz oda kullanımı sağlayan. Bu çalışma Hibe No 4R00HG004183-03 (Charles M. Schröder ve Melikhan Tanyeri) Bağımsızlık PI Ödülü altında bir NIH Pathway tarafından finanse edildi. Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı tarafından Eric M. Johnson-Chavarria Yüksek Lisans Araştırma Bursu ile desteklenmiştir.

Hidrodinamik tuzak parçacık hapsi için iki katmanlı hibrid (polidimetilsiloksan (PDMS) / cam) mikroakışkan cihaz oluşur. Adımlar 1-2 mikroakışkan cihazları imalatı tanımlamak ve 3-4 tartışmak cihaz tasarımı ve işletilmesi Adımları. 1. SU-8 Kalıp İmalat (video gösterilmez) <ol><li> Aseton ve izopropil alkol (IPA) ile iki silikon gofret (3 &quot;çapı) temizleyin. </li><li> N 2 ve 65 ° C &#39;de 1 dakika süreyle kalan nem kaldırmak için bir ocak üzerine koyun Kuru gofret. </li><li> Akışkan katman için bir ~ 40 mikron kalınlığında kalıp oluşturmak için 4000 rpm&#39;de 30 sn SU-8 2050 fotorezist (PR) ile kat gofret # 1 Spin. Kontrol katmanı için ~ 150 mikron kalınlığında bir kalıp oluşturmak için 1500 rpm&#39;de 30 sn PR kat gofret # 2 spin. </li><li> Yumuşak fırında gofret # 1 - 65 ° C, 3 dakika sonra 95 ° C 6 dk. 65 Yumuşak fırında gofret # 2 ° C sonra 5 dakika 95 ° C&#39;de 20 dk. </li><li> Ve uygun pozlama yoğunluğu (~ 150 mJ / cm 2, ~ 260 mJ / cm 2 sırasıyla) kendi maskeleri (: limanlar ve akışkan kanalları, gofret # 2 portu ve kontrol katmanı gofret # 1) UV gofret Açığa. </li><li> 65 Post fırında gofret # 1 ° C 1 dakika sonra 95 ° C 6 dk. 65 Post fırında gofret # 2 ° C daha sonra 95 ve 5 dakika ° C de 10 dakika süreyle. </li><li> Sertleşmemiş PR çıkarılana kadar, propilen glikol, metil eter asetat (PGMEA) ile gofret geliştirin. IPA ve N 2 kuru gofret durulayın. </li></ol> 2. Mikroakışkan Cihaz imalat <ol><li> Trichlorosilane bir birkaç damla içeren bir cam tabak ~ 10 dk vakum altında desikatöre gofret koyarak SU-8 kalıp yüzey Silanize. Yüzey silanization SU-8 kalıpları kapalı (PDMS) kopyaları soyma yardımcı olur. </li><li> Baz karıştırın ve gazını PDMS: akışkan ve kontrol katmanları sırasıyla 15:01 ve 05:01 çapraz bağlayıcı oranları. </li><li> 750 rpm&#39;de 30 sn için akışkan bir tabaka kalıp (gofret # 1) üzerine kat Spin 15:01 PDMS karışımı ve gofret sonra bir Petri kabı içine yerleştirin. Petri kabı içine yerleştirin ve denetim katmanı kalıp ~ 4 mm kalınlığa kadar kalıp üzerine 05:01 PDMS karışımı dökün. </li><li> Bake gofret / PDMS az 30 dakika süreyle 70 ° C PDMS katmanları kısmen tedavi etmek. </li><li> Oda sıcaklığına kadar gofret / PDMS Soğuduktan sonra, SU-8 kalıp kapalı bir neşter ve kabuğu ile Petri kabı, kontrol katmanı (gofret # 2) oluşturacak PDMS çoğaltma, kesti. Delik delme için bir erişim portu, 21 gauge iğne ile on-chip membran kapak gibi hareket edeceğini Mikrokanallı. </li><li> Gofret # 1 (spin kaplı PDMS akışkan katman) üzerine kontrol katmanı ile PDMS çoğaltma yerleştirin. Dikkatlice hizalayın ve stereo mikroskop kullanılarak akışkan katman kontrol katmanı mühür. 70 katmanları ve fırında arasındaki hava boşlukları kaldırmak için emin olun ° C iki katmanı tamamen tedavi etmek için bir gecede. Bu pişirme adım, iki kat monolitik bir PDMS levha yol açacaktır. </li><li> Bir neşter kullanılarak kontrol ve SU-8 kalıp kapalı akışkan katmanları içeren oda sıcaklığında, kesme ve soyma PDMS çoğaltma Soğuduktan sonra. Aşırı PDMS çıkarın ve bir jilet ile her bir cihaz ünitesi ayrı. 21 gauge iğne ile akışkan katmanında mikro delikli zımba erişim portları. </li><li> Bir lamel Bond PDMS levha tam bir aygıt elde etmek için. Aseton ve IPA: İlk olarak, temiz bir lamel (1,5, 24 x 45 mm). Daha sonra, 30 saniye için 500 mTorr altında lamel ve oksijen plazma ile PDMS çoğaltma yüzeyleri tedavi, ve hemen geri dönüşü olmayan bir mühür formu iki yüzey temas getirmek. </li><li> PDMS katmanları ve lamel arasında yapıştırma artırmak için bir gecede cihazlar pişirin. </li></ol> Adımlar 3-4 hidrodinamik tuzak uygulanması yukarıda açıklanan mikroakışkan cihaz kullanarak açıklar. 3. Hidrodinamik Tuzak Deneysel Kurulum <ol><li> Mikroakışkan cihaz ters bir mikroskop sahneye yerleştirin ve sahne klipler ile sabitleyin. </li><li> Tampon ve örnek çözümleri ile ayrı ayrı iki gaz sıkı şırınga doldurun ve Harvard Apparatus Şırınga pompası (PHD 2000 Programlanabilir) üzerine koyun. Tampon ve örnek çözümler sırasıyla, 1 ml ve 250 ul şırınga aracılığıyla mikroakışkan cihaz teslim edilir. Tipik olarak, 50 mM Tris / Tris HCl tampon çözeltisi (pH 8.0) v / v Triton X-100 tampon çözelti olarak kullanılan% 0.02 içeren. Örnek çözeltisi, tampon çözelti içinde bir parçacık süspansiyon (örneğin flüoresan polistiren boncuklar) oluşur. </li><li> Şırınga (Örnek ve tampon teslim) ve mikroakışkan bir cihaz arasındaki akışkan bağlantıları kurmak. Luer-lock adaptör kullanılarak (ID) perfluoroalkoxy (PFA) boru 1 / 16 &quot;dış çapı (OD) x 0.020&quot; iç çapı şırınga bağlayın. 24 gauge meta mikroakışkan cihazın giriş limanlarına PFA hortumun diğer ucunul boru. Bir T-valf kontrolü için numune teslim mikroakışkan cihaz üzerinde örnek şırınga ve örnek bağlantı noktası arasına yerleştirilir. </li><li> Mikroakışkan cihaz çıkış kanalları için akışkan bağlantıları kurmak. 24 gauge metal boru kullanılarak iki çıkış kanalı PFA boru (1 / 16 &quot;OD x 0.020&quot; ID) bağlayın. PFA boru çıkışları için eşit uzunlukta olmalıdır. Batmak çıkış tüpleri, şırınga ve çıkış kanalları arasında sabit bir basınç düşüşü sağlamak için hizmet veren tampon çözelti ile dolu bir 1.5 mL santrifüj tüpü içine hem de. </li><li> 3 ml&#39;lik bir Luer-lock plastik şırınga ile hava operasyon sırasında akışkan tabakası içine sızmasını önlemek için florlu taşıyıcı yağ ile on-chip kapak doldurun. Vana odası hava akışkan katman Mikrokanallı PDMS zarından itti ve daha sonra çıkış bağlantı noktaları üzerinden sıvı akışı ile cihaz kaldırıldı. </li><li> Çip üzerinde kapak çalışması için kontrol katmanı liman basınçlı bir asal gaz (azot) kaynağı bağlayın. Bu amaçla, biz bir nitrojen tankı (2200 psi) ve 0-30 psi mikroakışkan cihaz on-chip kapak ihtiyacını karşılamak için bir elektronik basınç regülatörü kullanın. Nitrojen tankı ¼ &quot;OD x 0.170&quot; ID boru ile basınç regülatörü bağlanır. Basınç regülatörü, terminus az 24 gauge metal boru ile 1 / 16 &quot;OD x 0.020&quot; ID PFA tüp aracılığıyla mikroakışkan cihaza bağlı. </li><li> Akışkan bağlantıları ve mikroakışkan cihaz, tüm hava kabarcığı çıkış kanalları dahil sistemi kaldırılmış olduğundan emin olmak için 0,5 mL tampon çözelti ile durulayın. 2000-5000 mcL / saat arasında kabarcıkları aralık temizleme için kullanılan tipik akış hızları. Hava kabarcıkları mikroakışkan kanalları durulanır sonra, tipik bir parçacık yakalama debili 50-100 mcL / saat akış hızını azaltır. </li><li> Bu noktada, akışkan bağlantıları, örnek kurulan ve tampon çözeltiler, sabit bir akış hızı (50-100 mcL / saat) mikroakışkan cihaz teslim edilir ve cihaz hidrodinamik yakalama için hazırdır. </li></ol> 4. Hidrodinamik Yakalama Prosedürü <ol><li> Parçacık yakalama otomatikleştiren özel inşa LabVIEW kodu (aşağıdaki LabVIEW kodu için Kullanım Not) çalıştırın. </li><li> Kamera görüntüsü merkezinde mikroskop xy çeviri aşamasında, pozisyon yakalama bölgesi (çapraz yuvası). Bindirme bölgede objektif lens odak noktası haline getirin ve görüntüleme koşulları optimize etmek için kamera ayarlarını. </li><li> Kameranın ROI merkezi tuzak merkezi konumda olacak şekilde görüş alanı içinde, dikdörtgen bir ilgi bölge (ROI) seçin. </li><li> Çip üzerinde kapak uygulanan ofset baskılı başlatılamıyor. Çıkış kanallarının birinde, 100-200 mikron genişliğinde daralma çip üzerinde kapak için bir ofset baskı sağlamak için tanıtıldı. Sabit off-set baskı kanal çapraz yuvası merkezinin çevresinde durgunluk noktası konumunu ayarlamak için çip üzerinde vana sağlar. En deneyler için, ofset baskı kanal boyutları (yükseklik ve genişlik), daralma genişliği ve on-chip kapak (kapak boyutu, membran kalınlığı, vb.) Özelliklerine bağlı olarak 0-12 psi arasında yer alır. </li><li> Geri besleme denetleyicisi başlatın ve tuzak tepki optimize etmek için oransal kazanç ayarlayabilirsiniz. Geribildirim denetleyicisi hata veya parçacık konumu ve set noktası (tuzak merkezi) arasındaki mesafe en aza indirir durgunluk noktası konumu, hareket edebilmek için çip üzerinde vana uygulanan basıncı ayarlar. Akış hızı ve çip üzerinde vana pozisyonu bağlı olarak, tuzak istikrar artar ve istenmeyen partikül salınımlar ortadan kaldırır optimal bir oransal kazanç değeri yoktur. </li><li> Bir parçacık Tuzak. LabVIEW kod otomatik olarak bindirme bölgeye giren parçacıkların bir tuzak. Istenilen tane tuzak sonra, istenirse, numune akışı kapanır ve tampon çözelti içinde sıkışıp parçacık izole mümkündür. </li><li> Kapana kısılmış bir parçacık Monitör ve manuel netleme veya otomatik bir odak mikroskop kurulum kullanarak görüntü düzlemi içinde parçacık odak korumak. Bu biraz uzun bir zaman ölçeği yakalama olay (saat dakika) ders sırasında tuzak istikrarı sağlamak amacıyla geri besleme kontrolörü oransal kazancı ayarlamak için gerekli olabilir. </li></ol> LabVIEW Kodu: Feedback Denetleyicisi için Kullanım Not Otomatik parçacık yakalama özel bir LabVIEW kodu kullanılarak uygulanan bir doğrusal geri beslemeli kontrol algoritması kullanılarak elde edilir. LabVIEW kod bir CCD kamera görüntüleri yakalar ve aktif bir çip üzerinde dinamik pnömatik vana pozisyonlar (kısmen açık / kapalı durumu) modüle bir basınç regülatörü, bir elektrik potansiyeli (gerilim) iletir. Olarak vana pozisyon değişiklikleri, tek bir çıkış hattına hidrodinamik akış hızı iböylece durgunluk noktası yeniden konumlandırma ve hidrodinamik yakalama sağlayan ayarlanabilir. Geri besleme döngüsü adımları sırayla ve bu yüzden birçok görüntü yakalama hızı (10-60 Hz) yürütür. LabVIEW kod her bir geri besleme döngüsü döngüsü sırasında aşağıdaki adımları çalıştırır: <ul><li> Ve bir CCD kamera görüntü yakalama mikroakışkan cihazın 10x objektif lens ile floresan mikroskobu kullanarak bindirme bölgede bir &quot;hedef&quot; parçacık (0.4 NA) için bir görüntü elde edilir. </li><li> Parçacık izleme Parçacık ağırlık merkezi konumu belirlenir, ve partikül izleme algoritması başlattı. Parçacıklar ağırlık merkezi konumu belirlenen bir noktaya yayılma fonksiyonu (PSF), partikül emisyonu yoğunluğu profiline uyan lokalize. </li><li> Akış alanında kontrolü. Çip üzerinde dinamik kapak yönelik güncellenmiş basıncı oransal denetleyici bir geri besleme kontrol algoritması kullanılarak hesaplanmıştır. Bu şekilde, vana eylem parçacık parçacık tuzak merkezine doğru yönlendirmek amacıyla bir hidrodinamik kuvvet uygular durgunluk noktası, yeniden konumlandırmak için. </li></ul> LabVIEW kod yakalama parçacık sırasında çekilen her resim için aşağıdaki verileri kaydeder: 1) Zaman) ağırlık merkezi (sıkışıp parçacık, 3 x, y) pozisyonu) tuzak merkezi konumu, 4, 2 geçen) parçacık mesafe çip üzerinde vana tuzak merkezi, 5) basınç uygulanır. Buna ek olarak, kod aynı zamanda AVI dosyası formatı içinde sıkışıp parçacığın bir film kaydeder. 5. Temsilcisi Sonuçlar Biz hidrodinamik bir tuzağı kullanarak çeşitli boyut (100, 540, 830 nm ve 2.2 mikron çapında) floresan polistiren boncuklar tuzağa düşmüştür. Şekil 1 (a), mikroakışkan bir cihaz çapraz yuvası kavşakta sıkışıp bir parçacık bir görüntü gösterir. Hapsolmuş bir parçacığın yörüngesi bir yakalama olayı sırasında ya da kaydedilen film dosyası sıkışıp parçacık izleme ve lokalize LabVIEW kod tarafından kaydedilen ağırlık merkezi konum verileri doğrudan belirlenebilir. Şekil 1 (b), çıkış kanalı yönünde bir tuzağa parçacık (2.2 mikron floresan polistren boncuk) yörüngesini gösteriyor. Boncuk ilk 3 dakika (kareler) tuzağına düşer ve daha sonra bir çıkış kanalları (daireler) boyunca tuzak ve kaçar serbest. Sıkışma akış ekseni boyunca (giriş kanalı yönünde veriler gösterilmemiştir) Parçacık yörüngeleri Şekil 1 (b) &#39;de gösterildiği gibi genişlemeli akış ekseni boyunca (çıkış yönde) parçacık yörüngeleri benzer. Çıkış kanalı doğrultuda bir tuzağa boncuk (2.2 mikron çapında) için tuzak merkezine parçacık deplasman histogram Şekil 1 (c) &#39;de gösterilmiştir. Bu çalışmada açıklanan geri besleme kontrol algoritması kullanarak, ± 1 mikron giriş ve çıkış kanalı yönde boyunca tuzak merkezinin içinde sıkışıp parçacıklar sınırlı. Hidrodinamik yakalama için kullanılan mikroakışkan cihaz şematik Şekil 2&#39;de gösterilmiştir. Entegre mikroakışkan cihaz, akışkan bir tabaka ve bir kontrol katmanı oluşur ve bu makalede açıklanan standart olarak çok katlı yumuşak litografi kullanarak imal edilir. Akışkan katman tampon ve örnek kanal, yanı sıra hidrodinamik yakalama kolaylaştırmak için çapraz yuvası kanal geometri içerir. Akışkan katman çıkış kanalları biri üzerine yerleştirilmiş bir pnömatik valf kontrol katmanı oluşur ve kontrol ve akışkan tabakaları, ince bir elastomerik zar ile ayrılır. Aygıtı çalışma sırasında, denetim katmanı valf, akışkan tabakası içine ince bir zar güçleri azot gazı, basınçlı böylece çıkış kanalda bir daralma inducing. Dinamik pnömatik valf, değişken miktarlarda çıkış kanalları bağıl akış oranları ayarlar ve durgunluk noktasına ince ölçekli kontrol sağlayan kontrol katmanı, uygulanan basınç değiştirerek çıkış kanalı daraltır. <img src="/files/ftp_upload/2517/2517fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1: Partikül Yakalama. (A) tek bir boncuk Resim hidrodinamik tuzak sınırlı. Birkaç untrapped boncuk boncuk tuzak merkezine ek olarak, yakalama bölgede gösterilmiştir. (B) çıkış kanalları (kareler) birlikte kapana kısılmış bir parçacık Yörünge. Tuzak (ok) parçacık serbest bırakıldığında, çıkış kanalları (daireler) birlikte kaçar. (C) Histogram çıkış kanalları boyunca tuzak merkezi bir tuzak boncuk (2.2 mikron çapında) deplasmanları. <img src="/files/ftp_upload/2517/2517fig2.jpg" alt="Şekil 2" /> Şekil 2: hidrodinamik yakalama mikroakışkan cihaz şematik hidrodinamik tuzak iki katmanlı mikroakışkan cihazı kullanılarak inşa edilmiştir. Örnek bir giriş, f akışkan katman oluşurtampon girişleri, iki adet atık çıkışları. Akışkan katman çıkış kanallarının birinin üstünde bulunan pnömatik membran vana kontrol katmanı oluşur. Karşı çıkış kanalda bir daralma, pnömatik valf için bir ofset basınç sağlar. Tipik kanal boyutları 100-500 mikron arasında değişir. (A), bölgede numune girişi akışı iki tampon girişleri ile duruldu. Bölgede (B), karşıt giriş akışları çapraz yuvası kavşakta hapsi gerçekleşir yakınsama. Pnömatik valf (C) çıkış kanallarından biri üstüne konumlandırılmış. Durgunluk noktası konumunu bu valf basıncının düzenlenmesinde tarafından modüle.

<ol>
	<li>Tanyeri, M., Johnson-Chavarria, E. M., Schroeder, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+Trap+for+Single+Particles+and+Cells.">Hydrodynamic Trap for Single Particles and Cells.</a> Applied Physics Letters. 96, 224101-224101 (2010).</li><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+a+Single-Beam+Gradient+Force+Optical+Trap+for+Dielectric+Particles.">Observation of a Single-Beam Gradient Force Optical Trap for Dielectric Particles.</a> Optics Letters. 11, 288-290 (1986).</li><li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping.">Optical trapping.</a> Review of Scientific Instruments. 75, 2787-2809 (2004).</li><li>Gosse, C., Croquette, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+tweezers:+Micromanipulation+and+force+measurement+at+the+molecular+level.">Magnetic tweezers: Micromanipulation and force measurement at the molecular level.</a> Biophysical Journal. 82, 3314-3329 (2002).</li><li>Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C., C, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images.">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436, 370-372 (2005).</li><li>Cohen, A. E., Moerner, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+trapping+and+manipulating+nanoscale+objects+in+solution.">Method for trapping and manipulating nanoscale objects in solution.</a> Applied Physics Letters. 86, 093109-09 (2005).</li><li>Evander, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+acoustic+cell+trapping+in+a+microfluidic+perfusion+system+for+online+bioassays&amp;quot;,+Analytical+Chemistry+79.">Noninvasive acoustic cell trapping in a microfluidic perfusion system for online bioassays&amp;quot;, Analytical Chemistry 79.</a> , 2984-2991 (2007).</li><li>Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolithic+microfabricated+valves+and+pumps+by+multilayer+soft+lithography.">Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography.</a> Science. 288, 113-116 (2000).</li><li>Kim, M. C., Wang, Z. H., Lam, R. H. W., Thorsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+a+better+cell+trap:+Applying+Lagrangian+modeling+to+the+design+of+microfluidic+devices+for+cell+biology.">Building a better cell trap: Applying Lagrangian modeling to the design of microfluidic devices for cell biology.</a> Journal of Applied Physics. 103, (2008).</li><li>Lutz, B. R., Chen, J., Schwartz, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+tweezers:+1.+Noncontact+trapping+of+single+cells+using+steady+streaming+microeddies.">Hydrodynamic tweezers: 1. Noncontact trapping of single cells using steady streaming microeddies.</a> Analytical Chemistry. 78, 5429-5435 (2006).</li></ol>

Şu mikroakışkan hidrodinamik akış dayalı parçacık manipülasyon için yöntemler, iletişim tabanlı veya temassız yöntemler olarak karakterize edilebilir. Temassız yöntemleri, akış veya microeddies 10 dolaşımdaki güveniyor ise İletişim-tabanlı yöntemler, fiziksel sınırlandırmak ve microfabricated kanal duvarları 9 karşı parçacıklar hareketsiz sıvı akışını kullanın . Bu çalışmada, sıvı akışı tek eylemini kullanarak ücretsiz çözüm parçacık yakalama için bir yöntem mevcut. Hidrodinamik tuzak mikroakışkan çapraz yuvası cihazda bir sıvı durgunluk noktada küçük parçacıkların hapsi ve manipülasyon sağlar. Bu cihaz, otomatik bir geri beslemeli kontrol mekanizması akan bir akışkan durgunluk noktası konumunu ince çaplı ve etkin ayarı ile parçacıklar sınırlandırmak için kullanılır. Hidrodinamik tuzak partiküller için doğumdan gerginlik ve bunun nasıl optimize edilebilir? Parçacık konumunu lokalize bir tuzak merkezi bir parçacık hapsetmesi doğruluğu centroid belirlenmesi hassas bağlıdır. Güçlü parçacık yakalama ulaşmak için, kullanıcı, parçacık ve arka plan arasındaki optimum izleme ve lokalizasyonu için maksimum görüntü kontrastı güvence altına almalıdır. Buna ek olarak, özel bakım parçacık izleme etkileyebilir mikro kabarcıkları veya enkaz önlemek için alınmalıdır. Durgunluk noktası konumunu istikrar akış dalgalanmalara karşı duyarlı olduğu gibi istikrarlı bir akım kaynağı, sıvı akışı tedirginlikler en aza indirmek için kullanılmalıdır. Bu yaklaşımı kullanarak, hidrodinamik tuzak sertliği için ~ elektrokinetik tuzakları ya da optik cımbız dahil olmak üzere alternatif yöntemler karşılaştırılabilir ~ 2 mikron partiküller 1, 1E-4 pN / nm olarak ölçüldü. Partikülleri hassas konumlandırma ve manipülasyon serbest çözüm sağlar uzun süre için tuzak merkezinde 1 mikron mikron ölçekli parçacıklar içinde sınırlı. Daha fazla teknoloji geliştirme ile, tuzağa parçacıklar mikro laminer akış kullanılarak oluşturulan kimyasal degradelerle hidrodinamik tuzak kaplin geçici değişken mikroçevrelerde maruz olabilir. Son olarak, hidrodinamik yakalama sıvı konveksiyon sıfır eğilimindedir bir durgunluk noktada oluşur. Ideal bir tuzak, parçacıklar, parçacık hareketi, büyük ölçüde Brown hareketi egemen sıfır sıvı hızının bir yerde sınırlı. Bu açıdan bakıldığında, hidrodinamik tuzak sürekli akış dayalı yakalama pertubative olmayan bir yöntemdir. Hidrodinamik yakalama ve manipülasyon kolayca parçacık optik mikroskop kullanılarak görüntülü takip ve lokalize edilebilir olduğu göz önüne alındığında, herhangi bir keyfi &quot;hedef&quot; parçacık için elde edilir. Bu nedenle, floresan ve floresan olmayan parçacıklar ve izotropik olmayan nesneleri sıkışıp parçacığın kimyasal / fiziksel / optik doğası dikkate alınmaksızın sıkışmış olabilir. Buna ek olarak, hidrodinamik tuzak karmaşık imalat, elektrot desenlendirme veya geniş optik kurulumları için gerek kalmadan kolayca mevcut yumuşak litografi tabanlı mikroakışkan sistemlerine entegre edilebilir. Hidrodinamik tuzak mikroakışkan bir cihaz, bir basınç regülatörü, ve bilgisayar tabanlı geribildirim denetleyicisi de dahil olmak üzere en az laboratuvar ekipmanları gereksinimleri ile parçacık yakalama için düşük maliyetli ve kullanıcı dostu bir araçtır. Genel olarak, hidrodinamik tuzak, mikro ve nano ölçekli parçacıkların temel ve uygulamalı bilim çalışmaları dönüştürmek için bir potansiyele sahiptir.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>21 gauge blunt needle</td>
<td>&nbsp;</td>
<td> Zephyrtronics</td>
<td> ZT-5-021-1-L</td>
<td>For punching port holes in PDMS</td>
</tr>
<tr>
<td>3 ml plastic syringe</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>BD</td>
<td>309585</td>
<td>For filling valve with oil</td>
</tr>
<tr>
<td>Si wafers</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>University Wafer</td>
<td>&nbsp;</td>
<td> 3&#x201D; P(100) single side polished 380 &mu;m test grade</td>
</tr>
<tr>
<td>Cover glass</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>VWR</td>
<td>48404-428</td>
<td>24 x 40 mm #1.5</td>
</tr>
<tr>
<td>DAQ card</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>National Instruments</td>
<td>PCI 6229</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Fluorescent beads</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Spherotech</td>
<td>FP-2056-2</td>
<td>2.2 &mu;m Nile red</td>
</tr>
<tr>
<td>Fluorinert </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>3M</td>
<td>FC 40</td>
<td>Fluorinated carrier oil</td>
</tr>
<tr>
<td>Inverted Microscope</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Olympus</td>
<td>IX-71</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>LabVIEW</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>National Instruments</td>
<td>Version 9.0f3 (32bit)</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Stereo Microscope</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Leica</td>
<td>MZ6</td>
<td>For aligning PDMS control layer to fluidic layer.</td>
</tr>
<tr>
<td>Mechanical Convection Oven</td>
<td>&nbsp;</td>
<td> VWR</td>
<td>1300U</td>
<td>For baking devices to create monolithic PDMS slabs with two layers.</td>
</tr>
<tr>
<td>Microfluidic tubing and connectors</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Upchurch Scientific</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>1/16 x .020 PFA tubing and super flangeless fittings</td>
</tr>
<tr>
<td>PDMS</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>GE Silicones</td>
<td>RTV 615 A&amp;B</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Plasma Chamber</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Harrick</td>
<td>PDC-001</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Pressure Transducer</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Proportion Air</td>
<td>DQPV1</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Spin Coater</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Specialty Coating Systems</td>
<td>G3P-8 Spin Coat</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Photoresist</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>MicroChem</td>
<td>SU 8 2050</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Syringe Pump</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Harvard Apparatus</td>
<td>PHD 2000 Programmable</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Terminal Block</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>National Instruments</td>
<td>BNC 2110</td>
<td>For analog output to pressure regulator and read out.</td>
</tr>
<tr>
<td>UV Collimated Light Source and Exposure System</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>OAI</td>
<td>Model 30 Enhanced Light Source</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

a microfluidic-based hydrodynamic trap for single particles

Ücretsiz çözüm tek parçacıklar sınırlandırmak ve manipüle etme yeteneği, temel ve uygulamalı bilim için bir anahtar sağlayan bir teknolojidir. , Optik, manyetik, elektrokinetik ve akustik teknikler dayalı parçacık yakalama yöntemleri, fizik ve biyoloji, moleküler hücre düzeyine kadar uzanan büyük gelişmelere yol açmıştır. Bu makalede, biz sadece hidrodinamik akış dayalı parçacık yakalama ve manipülasyon için yeni bir mikroakışkan tabanlı tekniği tanıtmak. Bu yöntemi kullanarak, uzun süre ölçekler için sulu çözeltileri, mikro ve nano ölçekli parçacıkların yakalama göstermektedir. Hidrodinamik tuzak iki karşıt laminer akışları, yakınsama böylece bir sıvı durgunluk noktası (zero-hız point) ile düzlemsel gerilme akım üreten bir çapraz-slot kanallı geometri ile entegre bir mikroakışkan cihaz oluşur. Bu cihazın, parçacıklar sıvı durgunluk noktada parçacık konumunu korumak için, akış alanının aktif kontrol tuzak merkezinde sınırlı. Bu şekilde, parçacıklar etkili özel bir dahili LabVIEW kodu ile uygulanan bir geri besleme kontrol algoritması kullanılarak ücretsiz çözüm sıkışıp kalırlar. Kontrol algoritması, bir parçacık, parçacık izleme, parçacık ağırlık merkezi konumunun belirlenmesi ve basınç regülatörü kullanarak bir çip üzerinde pnömatik valf uygulanan basıncı düzenleyen sıvı akışının aktif ayar mikroakışkan cihaz görüntü elde oluşur. Bu şekilde, on-chip dinamik ölçüm kapak fonksiyonları, böylece durgunluk noktası konumunu ve parçacık yakalama ince çaplı kontrolü sağlayan göreceli debilerde çıkış kanalları düzenlemektir. Mikroakışkan tabanlı hidrodinamik tuzak parçacık yakalama için bir yöntem gibi çeşitli avantajlar sergiliyor. Hidrodinamik yakalama, kapana kısılmış bir nesnenin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine özel gereksinimleri olmadan herhangi bir keyfi parçacık için mümkündür. Buna ek olarak, alternatif kuvvet alan tabanlı yakalama yöntemleri kullanarak zor konsantre veya kalabalık parçacık süspansiyonlar bir &quot;tek&quot; hedef nesne, doğumdan hidrodinamik yakalama sağlar. Hidrodinamik tuzak uygulamak için, kullanıcı dostu, kolay ve parçacıkların yakalama ve uzun süre analizi kolaylaştırmak için mevcut mikroakışkan cihazlar eklenebilir. Genel olarak, hidrodinamik tuzak hapsi, mikromanipülasyon ve yüzey immobilizasyon olmaksızın parçacıkların gözlem için yeni bir platform ve ücretsiz çözüm yakalama küçük parçacıkların potansiyel pertürbatif, optik, manyetik ve elektrik alanları için ihtiyacını ortadan kaldırır.

Watch this Scientific Journal Video about A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles at JoVE.com

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

Bu makalede, hidrodinamik akış dayalı parçacık hapsi mikroakışkan tabanlı bir yöntem mevcut. Biz böylece entegre bir microdevice keyfi parçacıkların hapsi ve mikromanipülasyon sağlayan bir geribildirim kontrol mekanizması kullanılarak bir sıvı durgunluk noktasında kararlı parçacık yakalama göstermektedir.

Tek Parçacıklar için mikroakışkan tabanlı Hidrodinamik Tuzak

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

a-microfluidic-based-hydrodynamic-trap-for-single-particles

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Bioengineering

Unit 1

Center of Gravity and Centroid

SCIENTISTS IN ACTION

16.6K Görüntüleme.  University of Illinois at Urbana-Champaign. Bu makalede, hidrodinamik akış dayalı parçacık hapsi mikroakışkan tabanlı bir yöntem mevcut. Biz böylece entegre bir microdevice keyfi parçacıkların hapsi ve mikromanipülasyon sağlayan bir geribildirim kontrol mekanizması kullanılarak bir sıvı durgunluk noktasında kararlı parçacık yakalama göstermektedir.

Video: A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

The nematode Caenorhabditis elegans is a versatile model organism for biomedical research because of its conservation of disease-related genes and pathways as well as its ease of cultivation. Several C. elegans disease models have been reported, including neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease (PD), which involves the degeneration of dopaminergic (DA) neurons 1. Both transgenes and neurotoxic chemicals have been used to induce DA neurodegeneration and consequent movement defects in worms, allowing for investigations into the basis of neurodegeneration and screens for neuroprotective genes and compounds 2,3.
Screens in lower eukaryotes like C. elegans provide an efficient and economical means to identify compounds and genes affecting neuronal signaling. Conventional screens are typically performed manually and scored by visual inspection; consequently, they are time-consuming and prone to human errors. Additionally, most focus on cellular level analysis while ignoring locomotion, which is an especially important parameter for movement disorders.
We have developed a novel microfluidic screening system (Figure 1) that controls and quantifies C. elegans' locomotion using electric field stimuli inside microchannels. We have shown that a Direct Current (DC) field can robustly induce on-demand locomotion towards the cathode ("electrotaxis") 4. Reversing the field's polarity causes the worm to quickly reverse its direction as well. We have also shown that defects in dopaminergic and other sensory neurons alter the swimming response 5. Therefore, abnormalities in neuronal signaling can be determined using locomotion as a read-out. The movement response can be accurately quantified using a range of parameters such as swimming speed, body bending frequency and reversal time.
Our work has revealed that the electrotactic response varies with age. Specifically, young adults respond to a lower range of electric fields and move faster compared to larvae 4. These findings led us to design a new microfluidic device to passively sort worms by age and phenotype 6.
We have also tested the response of worms to pulsed DC and Alternating Current (AC) electric fields. Pulsed DC fields of various duty cycles effectively generated electrotaxis in both C. elegans and its cousin C. briggsae 7. In another experiment, symmetrical AC fields with frequencies ranging from 1 Hz to 3 KHz immobilized worms inside the channel 8.
Implementation of the electric field in a microfluidic environment enables rapid and automated execution of the electrotaxis assay. This approach promises to facilitate high-throughput genetic and chemical screens for factors affecting neuronal function and viability.

Microfluidic-based Electrotaxis for On-demand Quantitative Analysis of Caenorhabditis elegans' Locomotion

A semi-automated micro-electro-fluidic method to induce on-demand locomotion in Caenorhabditis elegans is described. This method is based on the neurophysiologic phenomenon of worms responding to mild electric fields (&#x201C;electrotaxis&#x201D;) inside microfluidic channels. Microfluidic electrotaxis serves as a rapid, sensitive, low-cost, and scalable technique to screen for factors affecting neuronal health.

On-talep Kantitatif Analiz için mikroakışkan tabanlı Electrotaxis<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; &#39;Locomotion

The nematode Caenorhabditis elegans is a versatile model organism for biomedical research because of its conservation of disease-related genes and ...

Biyomühendislik

Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of tri-leaflet polymer valve prostheses. However, identification of a protocol for initial assessment of polymer valve hydrodynamic functionality is paramount during the early stages of the design process. Traditional in vitro pulse duplicator systems are not configured to accommodate flexible tri-leaflet materials; in addition, assessment of polymer valve functionality needs to be made in a relative context to native and prosthetic heart valves under identical test conditions so that variability in measurements from different instruments can be avoided. Accordingly, we conducted hydrodynamic assessment of i) native (n = 4, mean diameter, D = 20 mm), ii) bi-leaflet mechanical (n= 2, D = 23 mm) and iii) polymer valves (n = 5, D = 22 mm) via the use of a commercially available pulse duplicator system (ViVitro Labs Inc, Victoria, BC) that was modified to accommodate tri-leaflet valve geometries. Tri-leaflet silicone valves developed at the University of Florida comprised the polymer valve group. A mixture in the ratio of 35:65 glycerin to water was used to mimic blood physical properties. Instantaneous flow rate was measured at the interface of the left ventricle and aortic units while pressure was recorded at the ventricular and aortic positions. Bi-leaflet and native valve data from the literature was used to validate flow and pressure readings. The following hydrodynamic metrics were reported: forward flow pressure drop, aortic root mean square forward flow rate, aortic closing, leakage&#160;and regurgitant volume, transaortic closing, leakage, and total energy losses. Representative results indicated that hydrodynamic metrics from the three valve groups could be successfully obtained by incorporating a custom-built assembly into a commercially available pulse duplicator system and subsequently, objectively compared to provide insights on functional aspects of polymer valve design.

There has been renewed interest in developing polymer valves. Here, the objectives are to demonstrate the feasibility of modifying a commercial pulse duplicator to accommodate tri-leaflet geometries and to define a protocol to present polymer valve hydrodynamic data in comparison to native and prosthetic valve data collected under near-identical conditions.

Tri-broşür Polimer Vanalar göreceli hidrodinamik Değerlendirme Protokolü

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this purpose, the cells are passively trapped in the middle of a microchamber. Upon activation of the control layer, the cell is isolated from the surrounding volume in a small chamber. The surrounding volume can then be exchanged without affecting the isolated cell. However, upon short opening and closing of the chamber, the solution in the chamber can be replaced within a few hundred milliseconds. Due to the reversibility of the chambers, the cells can be exposed to different solutions sequentially in a highly controllable fashion, e.g. for incubation, washing, and finally, cell lysis. The tightly sealed microchambers enable the retention of the lysate, minimize and control the dilution after cell lysis. Since lysis and analysis occur at the same location, high sensitivity is retained because no further dilution or loss of the analytes occurs during transport. The microchamber design therefore enables the reliable and reproducible analysis of very small copy numbers of intracellular molecules (attomoles, zeptomoles) released from individual cells. Furthermore, many microchambers can be arranged in an array format, allowing the analysis of many cells at once, given that suitable optical instruments are used for monitoring. We have already used the platform for proof-of-concept studies to analyze intracellular proteins, enzymes, cofactors and second messengers in either relative or absolute quantifiable manner.

In this article we present a microfluidic chip for single cell analysis. It allows the quantification of intracellular proteins, enzymes, cofactors, and second messengers by means of fluorescent assays or immunoassays.&#160;

Tek Hücrelerinin yönlü Kimyasal Analiz için mikroakışkan Chip

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this ...

Investigating Receptor-ligand Systems of the Cellulosome with AFM-based Single-molecule Force Spectroscopy

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the enzymes onto the noncatalytic scaffold protein is directed by interactions among a family of related receptor-ligand pairs comprising interacting cohesin and dockerin modules. The extremely strong binding between cohesin and dockerin modules results in dissociation constants in the low picomolar to nanomolar range, which may hamper accurate off-rate measurements with conventional bulk methods. Single-molecule force spectroscopy (SMFS) with the atomic force microscope measures the response of individual biomolecules to force, and in contrast to other single-molecule manipulation methods (i.e.&#160;optical tweezers), is optimal for studying high-affinity receptor-ligand interactions because of its ability to probe the high-force regime (&#62;120 pN). Here we present our complete protocol for studying cellulosomal protein assemblies at the single-molecule level. Using a protein topology derived from the native cellulosome, we worked with enzyme-dockerin and carbohydrate binding module-cohesin (CBM-cohesin) fusion proteins, each with an accessible free thiol group at an engineered cysteine residue. We present our site-specific surface immobilization protocol, along with our measurement and data analysis procedure for obtaining detailed binding parameters for the high-affinity complex. We demonstrate how to quantify single subdomain unfolding forces, complex rupture forces, kinetic off-rates, and potential widths of the binding well. The successful application of these methods in characterizing the cohesin-dockerin interaction responsible for assembly of multidomain cellulolytic complexes is further described.

Cellulosomes are multienzyme complexes designed for digesting cellulose. AFM-based SMFS was used to study the mechanical properties and folding configuration of cellulosome-associated protein assemblies. We present a complete workflow for protein immobilization, data acquisition, and data analysis to study the interactions of individual receptor-ligand complexes involved in cellulosome assembly.

AFM-tabanlı Tek-molekül Kuvvetleri Spektroskopisi ile cellulosome Reseptör-ligand Sistemleri Araştırılması

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration of pre-processing steps. Utilizing these devices towards the analysis of DNA hybridization events is important because it offers a technology for real time assessment of biomarkers at the point-of-care for various diseases. However, when the device footprint decreases the dominance of various physical phenomena increases. These phenomena influence the fabrication precision and operation reliability of the device. Therefore, there is a great need to accurately fabricate and operate these devices in a reproducible manner in order to improve the overall performance. Here, we describe the protocols and the methods used for the fabrication and the operation of a microfluidic-based electrochemical biochip for accurate analysis of DNA hybridization events. The biochip is composed of two parts: a microfluidic chip with three parallel micro-channels made of polydimethylsiloxane (PDMS), and a 3 x 3 arrayed electrochemical micro-chip. The DNA hybridization events are detected using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. The EIS analysis enables monitoring variations of the properties of the electrochemical system that are dominant at these length scales. With the ability to monitor changes of both charge transfer and diffusional resistance with the biosensor, we demonstrate the selectivity to complementary ssDNA targets, a calculated detection limit of 3.8 nM, and a 13% cross-reactivity with other non-complementary ssDNA following 20 min&#160;of incubation. This methodology can improve the performance of miniaturized devices by elucidating on the behavior of diffusion at the micro-scale regime and by enabling the study of DNA hybridization events.

We present a microfluidic-based electrochemical biochip for DNA hybridization detection. Following ssDNA probe functionalization, the specificity, sensitivity, and detection limit are studied with complementary and non-complementary ssDNA targets. Results illustrate the influence of the DNA hybridization events on the electrochemical system, with a detection limit of 3.8 nM.

Etiket-serbest DNA Hibridizasyon Analiz için mikroakışkan tabanlı Elektrokimyasal Biochip

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

Ordering Single Cells and Single Embryos in 3D Confinement: A New Device for High Content Screening

Biological cells are usually observed on flat (2D) surfaces. This condition is not physiological, and phenotypes and shapes are highly variable. Screening based on cells in such environments have therefore serious limitations: cell organelles show extreme phenotypes, cell morphologies and sizes are heterogeneous and/or specific cell organelles cannot be properly visualized. In addition, cells in vivo are located in a 3D environment; in this situation, cells show different phenotypes mainly because of their interaction with the surrounding extracellular matrix of the tissue. In order to standardize and generate order of single cells in a physiologically-relevant 3D environment for cell-based assays, we report here the microfabrication and applications of a device for in vitro 3D cell culture. This device consists of a 2D array of microcavities (typically 105 cavities/cm2), each filled with single cells or embryos. Cell position, shape, polarity and internal cell organization become then normalized showing a 3D architecture. We used replica molding to pattern an array of microcavities, &#8216;eggcups&#8217;, onto a thin polydimethylsiloxane (PDMS) layer adhered on a coverslip. Cavities were covered with fibronectin to facilitate adhesion. Cells were inserted by centrifugation. Filling percentage was optimized for each system allowing up to 80%. Cells and embryos viability was confirmed. We applied this methodology for the visualization of cellular organelles, such as nucleus and Golgi apparatus, and to study active processes, such as the closure of the cytokinetic ring during cell mitosis. This device allowed the identification of new features, such as periodic accumulations and inhomogeneities of myosin and actin during the cytokinetic ring closure and compacted phenotypes for Golgi and nucleus alignment. We characterized the method for mammalian cells, fission yeast, budding yeast, C. elegans with specific adaptation in each case. Finally, the characteristics of this device make it particularly interesting for drug screening assays and personalized medicine.

We report a device and a new method to study cells and embryos. Single cells are precisely ordered in microcavity arrays. Their 3D confinement is a step towards 3D environments encountered in physiological conditions and allows organelle orientation. By controlling cell shape, this setup minimizes variability reported in standard assays.

Tek Hücreleri ve 3D Sınırlaması Tek Embriyolar Sipariş: Yüksek İçerik Tarama için Yeni Bir Cihaz

Biological cells are usually observed on flat (2D) surfaces. This condition is not physiological, and phenotypes and shapes are highly variable. Screening ...

Cultivation of Mammalian Cells Using a Single-use Pneumatic Bioreactor System

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized medicine innovations. However, translating these advances into therapeutic applications will require in vitro systems that allow for robust, flexible, and cost effective bioreactor systems. There are several bioreactor systems currently utilized in research and commercial settings; however, many of these systems are not optimal for establishing, expanding, and monitoring the growth of different cell types. The culture parameters most challenging to control in these systems include, minimizing hydrodynamic shear, preventing nutrient gradient formation, establishing uniform culture medium aeration, preventing microbial contamination, and monitoring and adjusting culture conditions in real-time. Using a pneumatic single-use bioreactor system, we demonstrate the assembly and operation of this novel bioreactor for mammalian cells grown on micro-carriers. This bioreactor system eliminates many of the challenges associated with currently available systems by minimizing hydrodynamic shear and nutrient gradient formation, and allowing for uniform culture medium aeration. Moreover, the bioreactor&#8217;s software allows for remote real-time monitoring and adjusting of the bioreactor run parameters. This bioreactor system also has tremendous potential for scale-up of adherent and suspension mammalian cells for production of a variety therapeutic proteins, monoclonal antibodies, stem cells, biosimilars, and vaccines.

Using a pneumatic bioreactor, we demonstrate the assembly, operation, and performance of this single-use bioreactor system for the growth of mammalian cells.

Tek kullanımlık Pnömatik Biyoreaktör Sistemi kullanılarak memeli hücrelerinde yetiştirme

Recent advances in mammalian, insect, and stem cell cultivation and scale-up have created tremendous opportunities for new therapeutics and personalized ...

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning of such signaling can lead to many disorders. To understand cell-to-cell signaling, it is essential to study the spatial and temporal nature of the secreted molecules from the cell without disturbing the local environment. Various assays have been developed to study protein secretion, however, these methods are typically based on fluorescent probes which disrupt the relevant signaling pathways. To overcome this limitation, a label-free technique is required.
In this paper, we describe the fabrication and application of a label-free localized surface plasmon resonance imaging (LSPRi) technology capable of detecting protein secretions from a single cell. The plasmonic nanostructures are lithographically patterned onto a standard glass coverslip and can be excited using visible light on commercially available light microscopes. Only a small fraction of the coverslip is covered by the nanostructures and hence this technique is well suited for combining common techniques such as fluorescence and bright-field imaging.
A multidisciplinary approach is used in this protocol which incorporates sensor nanofabrication and subsequent biofunctionalization, binding kinetics characterization of ligand and analyte, the integration of the chip and live cells, and the analysis of the measured signal. As a whole, this technology enables a general label-free approach towards mapping cellular secretions and correlating them with the responses of nearby cells.

Inter-cellular communication is critical for controlling various physiological activities within and outside the cell. This paper describes a protocol for measuring the spatio-temporal nature of single cell secretions. To achieve this, a multidisciplinary approach is used which integrates label-free nanoplasmonic sensing with live cell imaging.

Tek Hücre Salgıları uzay-zamansal Görüntüleme için bir etiket içermeyen Tekniği

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet high-throughput, method to perform single-cell culture experiments. Here, we report a microfluidic chip-based strategy for high-efficiency single-cell isolation (~77%) and demonstrate its capability of performing long-term single-cell culture (up to 7 d) and cellular heterogeneity analysis using clonogenic assay. These applications were demonstrated with KT98 mouse neural stem cells, and A549 and MDA-MB-435 human cancer cells. High single-cell isolation efficiency and long-term culture capability are achieved by using different sizes of microwells on the top and bottom of the microfluidic channel. The small microwell array is designed for precisely isolating single-cells, and the large microwell array is used for single-cell clonal culture in the microfluidic chip. This microfluidic platform constitutes an attractive approach for single-cell culture applications, due to its flexibility of adjustable cell culture spaces for different culture strategies, without decreasing isolation efficiency.

Here, we present a protocol for isolating and culturing single cells with a microfluidic platform, which utilizes a new microwell design concept to allow for high-efficiency single cell isolation and long-term clonal culture.

Yüksek verim Tek hücreli İzolasyonu ve Kültür mikroakışkan Platformu

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

Parçacıkların Mekansal Takip için Çoklanmış Elektronik Algılama ile mikroakışkan Platformu

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...