Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Мы демонстрируем микрожидком платформу с интегрированной поверхности электрода сети, которая сочетает в себе резистивный импульса зондирования (RPS) с множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), мультиплексирование обнаружение и определение размеров частиц в нескольких микроканалов.
Микрожидкостных обработки биологических образцов, как правило, включает в себя дифференциальные манипуляции взвешенных частиц в различных силовых полях, чтобы пространственно фракционирования образца, основанный на биологическом свойстве интерес. Для результирующее пространственное распределение для использования в качестве аналитического считывания, микрофлюидальные устройства часто подвергаются микроскопическому анализу требует сложного приборы с более высокой стоимостью и уменьшенной переносимости. Для устранения этого ограничения, мы разработали интегрированную электронную технологию зондирования для мультиплексированного обнаружения частиц в различных местах на микрожидком чипе. Наша технология, получившая название микрожидком КОДЫ, сочетает в себе резистивный импульсного зондирования с кодовым разделением множественного доступа для сжатия 2D пространственной информации в 1D электрический сигнал. В этой статье мы представляем практической демонстрацией Микрожидкостных технологии КОДОВ для обнаружения и размера культивируемые раковые клетки распределены по нескольким микроканалов. В видеподтверждено высокоскоростном микроскопии, наша технология может точно анализировать плотные клеточные популяции все в электронном виде без необходимости внешнего устройства. Таким образом, Микрожидкостных КОДЫ потенциально может позволить недорогие интегрированные устройства лаборатории-на-чипе, которые хорошо подходят для тестирования точки оказания медицинской помощи биологических образцов.
Точное обнаружение и анализ биологических частиц , таких как клетки, бактерии или вирусы , взвешенных в жидкости представляет большой интерес для целого ряда приложений 1, 2, 3. Хорошо подобранная по размеру, микрофлюидальные устройства предлагают уникальные преимущества для этой цели , такие как высокая чувствительность, нежные манипуляции образца и хорошо контролируемой микросреде 4, 5, 6, 7. Кроме того, микрофлюидальные устройства могут быть разработаны , чтобы использовать комбинацию динамики жидкости и силовых полей пассивно фракционирования гетерогенную популяцию биологических частиц на основе различных свойств 8, 9, 10, 11, 12. В те устройствас, результирующее распределение частиц может быть использован в качестве считыванием но пространственной информации, как правило, доступны только через микроскопии, что ограничивает практическую полезность микрожидком устройства, связывая его к лабораторной инфраструктуре. Таким образом, встроенный датчик, который может легко сообщать о пространственно-временного отображения частиц ", так как они манипулируют на микрожидком устройстве, потенциально может дать недорогой, интегрированные устройства лаборатории-на-чипе, которые особенно привлекательны для тестирования образцов в мобильном телефоне , ограниченных ресурсов.
Тонкопленочных электродов использовались в качестве встроенных датчиков в микрофлюидальных устройств для различных применений , 13, 14. Резистивный Pulse Sensing (RPS) является особенно привлекательным для интегрированного зондирования малых частиц в микроканалов , как это предлагает надежный, чувствительный, и механизм обнаружения высокой пропускной способностью непосредственно из электрических измерений 15, В RPS, модуляция импеданса между парой электродов, погружают в электролит, используется в качестве средства для обнаружения частицы. Когда частица проходит через отверстие, размером от порядка частицы, число и амплитуда переходных импульсов в электрический ток используются для подсчета и частиц размера, соответственно. Кроме того, геометрия датчика может быть разработан с разрешением фотолитографии для формирования резистивных формы сигналов импульсов с целью повышения чувствительности 16, 17, 18, 19 или оценить вертикальное положение частиц в микроканалов 20.
Мы недавно ввели масштабируемой и простой мультиплексированный резистивной технологии импульсного зондирования под названием Микрожидкостных закодированных с ортогональным обнаружения электрическими зондированию (микрожидком кодов) 21. Микрожидком КОДЫ полагается навзаимосвязанную сеть резистивных датчиков пульса, каждый из которых состоит из множества электродов микромеханического для модуляции проводимости в уникальном, различимым способом, с тем чтобы позволить мультиплексирование. Мы специально разработаны каждый датчик для получения ортогональных электрических сигналов , аналогичных цифровых кодов , используемых в множественного доступа с кодовым разделением каналов 22 (CDMA) телекоммуникационные сети, так что индивидуальный сигнал резистивный датчик импульсов может быть однозначно восстанавливается из одного выходного сигнала, даже если сигналы от различные датчики мешают. Таким образом, наша технология сжимает 2D пространственной информации частиц в электрический сигнал 1D, что позволяет контролировать частиц в различных местах на микрожидком чипе, сохраняя при этом как Device- и на системном уровне сложности к минимуму.
В этой статье мы представляем подробный протокол для экспериментальных и расчетных методов, необходимых для использования Микрожидкостных технологии кодексах, а также гepresentative результаты его использования при анализе моделируемых биологических образцов. Используя результаты от прототипа устройства с четырьмя мультиплексированных датчиков в качестве примера, чтобы объяснить технику, мы предоставляем протоколы о (1) процесса микротехнологий для создания микрожидкостных устройств с Микрожидкостных технологии кодексах, (2) описание экспериментальной установки, включая электронной, оптической и жидкостный аппаратных средств, (3) компьютерный алгоритм для декодирования сигналов помех от различных датчиков, и (4) результаты обнаружения и анализа раковых клеток в микроканалов. Мы считаем, что использование подробный протокол, описанный здесь, другие исследователи могут применять нашу технологию для своих исследований.
1. Конструкция Coding электродов
Примечание: На рисунке 1а показан 3-D структуру micropatterned электродов.
2. микротехнологий поверхностных электродов
Примечание: На рисунке 2b показан процесс изготовления поверхностных электродов.
3. Изготовление пресс-формы SU-8 для микроканалов
Примечание: На рисунке 2а показан процесс изготовления пресс - формы для микроканалов.
4. Монтаж Микрожидкостных коды устройств
5. Подготовка моделируемого биологического образца,
6. Запуск Микрожидкостных коды устройств
Примечание: Fi3 цифра показывает экспериментальную установку.
7. Обработка сигналов датчиков
Микрожидком КОДЫ устройство , состоящее из четырех датчиков , распределенных по четырем микроканалов показано на рисунке 1b. В этой системе, поперечное сечение каждого микрожидком канала был разработан, чтобы быть близко к размеру ячейки таким образом, чтобы (...
Несколько резистивными датчиками импульсов ранее были включены в микрофлюидальных чипы 28, 29, 30, 31, 32. В этих системах, резистивные датчики импульсов либо не были мультиплексированы 28,
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by National Science Foundation Award No. ECCS 1610995. The authors would like to thank the Institute of Electronics and Nanotechnology and the Parker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscience staff for their support in using shared facilities. The authors also would like to thank Chia-Heng Chu for his help in preparing the manuscript.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
98% Sulfuric Acid | BDH Chemicals | BDH3074-3.8LP | |
30% Hydrogen Peroxide | BDH Chemicals | BDH7690-3 | |
Trichlorosilane | Aldrich Chemistry | 235725-100G | |
NR9-1500PY Negative Photoresist | Furuttex | ||
Resist Developer RD6 | Furuttex | ||
Acetone | BDH Chemicals | BDH1101-4LP | |
SU-8 2015 Negative Photoresist | Microchem | SU8-2015 | |
SU-8 Developer | Microchem | Y010200 | |
Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | 3097358-1004 | Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit |
Isopropyl Alcohol | BDH Chemicals | BDH1133-4LP | |
RPMI 1640 | Corning Cellgro | 10-040-CV | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Seradigm | 1500-050 | |
Penicillin-Streptomycin | Amresco | K952-100ML | |
Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Corning Cellgro | 21-040-CM | |
PHD 22/2000 Syringe Pump | Harvard Apparatus | 70-2001 | |
HF2LI Lock-in Amplifier | Zurich Instrument | ||
HF2TA Current Amplifier | Zurich Instrument | ||
Eclipse Ti-U Microscope | Nikon Corporation | ||
DS-Fi2 High-Definition Color Camera | Nikon Corporation | ||
v7.3 High-speed Camera | Phantom | ||
PCIe-6361 Data Acquisition Board | National Instruments | 781050-01 | |
BNC-2120 Shielded Connector Block | National Instruments | 777960-01 | |
PX-250 Plasma Treatment System | Nordson MARCH |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены