Name: separating beads and cells in multi-channel microfluidic devices using dielectrophoresis and laminar flow
Uploaded: 2011-02-04T18:15:00
Duration: 9 min 45 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow at JoVE.com

हम उपकरण सेटअप में उनकी सहायता के लिए रवानगी actuation के लिए और मिशेल Collens trifurcating चैनलों प्रदान करने के लिए वू जिन चांग प्रशंसा व्यक्त करते हैं. काम Oise - 0951647 अनुदान के माध्यम से और 99-2911-1-002-007 अनुदान के माध्यम से ताइवान एनएससी द्वारा अमेरिकी NSF द्वारा समर्थित किया गया है.

<ol>
	<li>Park, K., Suk, H. J., Akin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoresis-based+cell+manipulation+using+electrodes+on+a+reusable+printed+circuit+board.">Dielectrophoresis-based cell manipulation using electrodes on a reusable printed circuit board.</a> Lab Chip. 9, 2224-2224 (2009).</li><li>Nilsson, J., Evander, M., Hammarstrom, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=+et+al.,+Review+of+cell+and+particle+trapping+in+microfluidic+systems."> et al., Review of cell and particle trapping in microfluidic systems.</a> Anal. Chim. Acta. 649, 141-141 (2009).</li><li>Fu, A. Y., Chou, H. P., Spence, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+microfabricated+cell+sorter.">An integrated microfabricated cell sorter.</a> Anal. Chem. 74, 2451-2451 (2002).</li><li>Rhee, S. W., Taylor, A. M., Cribbs, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=External+force-assisted+cell+positioning+inside+microfluidic+devices.">External force-assisted cell positioning inside microfluidic devices.</a> Biomed. Microdevices. 9, 15-15 (2007).</li><li>Zhang, H., Liu, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+tweezers+for+single+cells.">Optical tweezers for single cells.</a> J. R. Soc. Interface. 5, 671-671 (2008).</li><li>Hunt, T. P., Westervelt, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoresis+tweezers+for+single+cell+manipulation.">Dielectrophoresis tweezers for single cell manipulation.</a> Biomed. Microdevices. 8, 227-227 (2006).</li><li>Vahey, M. D., Voldman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+equilibrium+method+for+continuous-flow+cell+sorting+using+dielectrophoresis.">An equilibrium method for continuous-flow cell sorting using dielectrophoresis.</a> Anal. Chem. 80, 3135-3135 (2008).</li><li>Burgarella, S., Bianchessi, M., Merlo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Modular+Platform+for+Cell+Characterization,+Handling+and+Sorting+by+Dielectrophoresis.">A Modular Platform for Cell Characterization, Handling and Sorting by Dielectrophoresis.</a> Cytometry A. 77A, 189-18 (2010).</li><li>Shafiee, H., Sano, M. B., Henslee, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+isolation+of+live/dead+cells+using+contactless+dielectrophoresis+(cDEP).">Selective isolation of live/dead cells using contactless dielectrophoresis (cDEP).</a> Lab Chip. 10, 438-438 (2010).</li><li>Vahey, M. D., Voldman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Throughput+Cell+and+Particle+Characterization+Using+Isodielectric+Separation.">High-Throughput Cell and Particle Characterization Using Isodielectric Separation.</a> Anal. Chem. 81, 2446-2446 (2009).</li><li>Park, K., Jang, J., Irimia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Living+cantilever+arrays'+for+characterization+of+mass+of+single+live+cells+in+fluids.">Living cantilever arrays' for characterization of mass of single live cells in fluids.</a> Lab Chip. 8, 1034-1034 (2008).</li><li>Gomez-Sjoberg, R., Morisette, D. T., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impedance+microbiology-on-a-chip:+Microfluidic+bioprocessor+for+rapid+detection+of+bacterial+metabolism.">Impedance microbiology-on-a-chip: Microfluidic bioprocessor for rapid detection of bacterial metabolism.</a> J. Microelectromech. Syst. 14, 829-829 (2005).</li><li>Li, H. B., Zheng, Y. N., Akin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+and+modeling+of+a+microfluidic+dielectrophoresis+filter+for+biological+species.">Characterization and modeling of a microfluidic dielectrophoresis filter for biological species.</a> J. Microelectromech. Syst. 14, 103-103 (2005).</li></ol>

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Microfluidic उपकरणों में हेरफेर सेल छँटाई या एकल कक्षों के चुनिंदा प्लेसमेंट के लिए या जनसंख्या अध्ययन के लिए वांछनीय है 2 लामिना प्रवाह वाल्व और पंप के साथ संयोजन के रूप में प्रयोग किया जाता है microfluidic उपकरणों के भीतर कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए.. हालांकि, इन तरीकों अकेले चुनौती दे रहे हैं और विस्तृत प्रक्रिया छलरचना और कौशल की आवश्यकता होती है 3 centrifugation सेल प्लेसमेंट लेकिन साथ इमेजिंग एक चुनौती है के लिए मांग को सरल कर सकते हैं, इसके अलावा, centrifugation के लिए चैनल वास्तुकला ध्यान पर विचार किया जाना चाहिए जब जोड़तोड़ वांछित डिजाइन और प्रभाव पर विचार केन्द्राभिमुख बलों के 4 लेजर चिमटी सेल प्लेसमेंट के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन विधि महंगा है और उच्च throughput सेल छँटाई के लिए उत्तरदायी नहीं है 5 अभी तक.., रवानगी प्रभावी सेल प्लेसमेंट लक्षण वर्णन के लिए &quot;बिजली चिमटी&quot; का एक प्रभावी प्रणाली के रूप में किया गया प्रदर्शन किया है और हेरफेर. 6,7 विशेष रूप से, रवानगी के लिए चुनिंदा कब्जा करने के लिए और जीवित और मृत कोशिकाओं के प्रसंस्करण पर चिप, 7-10 के लिए कोशिकाओं और सेल द्रव्यमान का माप के लिए गुंजयमान सेंसर पर इकट्ठा कोशिकाओं के लिए तरह इस्तेमाल किया गया है 11. हम पहले से रवानगी में वृद्धि से है कि प्रदर्शन बैक्टीरिया या fluidic खींचें बल के ऊपर मोती पर बल, पर चिप एकाग्रता और polystyrene माला और लिस्टेरिया V7 monocytogenes की फँसाने ई. के 12 मिश्रित आबादी पूरा किया जा सकता है कोलाई और एल monocytogenes बैक्टीरिया को भी निर्देशित किया जा सकता है रवानगी दालों के माध्यम से जारी है. इसके अलावा, बड़े कणों के विभिन्न प्रकार और कब्जा कर लिया सकता है और बड़े कण आकार के आधार पर इलेक्ट्रोड पर ध्यान केंद्रित किया है, जबकि छोटे कणों पर कब्जा नहीं कर रहे हैं लेकिन fluidic प्रवाह के साथ हटाया 13. जब रवानगी बलों के कणों पर fluidic खींच बलों, दूर नहीं मनका या सेल पर कब्जा कर लिया नहीं है, लेकिन बल्कि fluidic धारा के भीतर चले गए. चित्रा 2C में दिखाया गया है, मोती के लिए केंद्रीय चैनल में मोती बनाए रखने के लिए पर्याप्त द्रव धारा के मध्य क्षेत्र में ध्यान केंद्रित किया जा सकता है है. यह कण कण प्रभावों के संयुक्त प्रभाव के कारण बिजली के क्षेत्र के भीतर हो सकता है, द्रव वेग रवानगी खींच बलों, इनमें से संयोजन, या कुछ अन्य अपरिभाषित प्रभाव की तुलना में अधिक से अधिक. Contactless रवानगी में नए अग्रिमों के लिए 1,9 छँटाई, इकट्ठा करने और कोशिकाओं की स्थिति के लिए Contactless रवानगी प्रदान करता है microfluidics समुदाय वादा न्यूनतम आवश्यक फ़ील्ड के साथ सेल पर कब्जा और हेरफेर अधिकतम, इस प्रकार सेल प्रकार की रक्षा, रवानगी हेरफेर के दौरान सबसे बड़ी हद तक की अनुमति देते हैं. microfluidic उपकरणों के भीतर. हम आशा करते है कि वृद्धि हुई है के लिए मांग और microfluidic उपकरणों, आगे खोजों और नवाचारों के भीतर हेरफेर के लिए कार्यान्वयन की, रवानगी के साथ समझ और रवानगी बलों के प्रभाव का विस्तार होगा. PCBs के उच्च मात्रा प्रक्रियाओं के माध्यम से एक तेजी से निर्माण प्रतिवर्तन समय के साथ एक किफायती मूल्य पर निर्मित किया जा सकता है है, उन्हें व्यावसायीकरण के लिए अच्छा प्लेटफॉर्म बनाने. इसके अलावा, PCBs का उपयोग करने के लिए आसान है और पर चिप सेल जोड़तोड़ और छँटाई के लिए विषयों की एक सीमा में वैज्ञानिकों के लिए सुलभ हैं. जब पीसीबी इलेक्ट्रोड के लेआउट डिजाइनिंग, विचार वांछित प्रक्षेपवक्र / कण सेल को दी जानी चाहिए. विचार के लिए प्रमुख कारकों कण आकार और प्रकार (मनका और सेल या /), सेल प्रकार, microchannel आकार, प्रवाह वेग, इलेक्ट्रोड रिक्ति (जो विद्युत क्षेत्र शक्ति निर्धारित करता है), coverslip मोटाई, और तरल पदार्थ चालकता शामिल हैं. इन कारकों में आवश्यक बल और उपलब्ध कण या सेल, और अंततः जुदाई दक्षता में हेरफेर प्रभावित करते हैं. हमारे यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल microsphere और सेल जुदाई के लिए DEP शुरू करने के लिए एक प्रभावी सेटअप को दर्शाता है. संभावित अनुप्रयोगों के लिए, उपयोगकर्ताओं को वांछित कोशिकाओं और मोती के लिए प्रवाह पथ, के रूप में अच्छी तरह के रूप में इलेक्ट्रोड पैटर्न के साथ microfluidic चैनल डिजाइन की वास्तुकला मैच प्रत्येक आवेदन के लिए दक्षता का अनुकूलन करना चाहिए. इलेक्ट्रोड रिक्ति और coverslip मोटाई पहले की रिपोर्ट दिशा निर्देशों जब microfluidic चैनल लेआउट डिजाइन के अनुसार इस्तेमाल किया जा सकता है 1. चालकता और सेल / कण और आसपास के मीडिया के permittivity काफी अलग सकारात्मक या नकारात्मक रवानगी की सुविधा हो सकता है, जबकि कोशिकाओं बरकरार रखने चाहिए. एक गोलाकार कण के लिए रवानगी के polarity निम्नलिखित कारक Clausius - Mosotti रवानगी वोल्टेज की आवृत्ति ω के एक जटिल मूल्य का असली भाग से निर्धारित किया जा सकता है. <img src="/files/ftp_upload/2545/2545eq1.jpg" alt="एक समीकरण" /> एक समीकरण इस समीकरण ε में, permittivity है, σ चालकता है, और ε * जटिल permittivity है. पी और मीटर subscriptsकण और मीडिया क्रमशः निरूपित. जब एक सेल मीडिया की तुलना में एक उच्च permittivity है, या Clausius - Mosotti कारक के वास्तविक भाग सकारात्मक हो जाता है, कण आसपास के मीडिया से polarized बन जाता है. एक गैर वर्दी बिजली के क्षेत्र के कारण, कण गैर वर्दी ध्रुवीकरण हो जाता है और यह एक सकारात्मक (+ रवानगी) रवानगी बल है कि अधिक बिजली के क्षेत्र तीव्रता के साथ क्षेत्र की ओर सेल ड्रॉ बनाता है. यदि किसी कक्ष के आसपास मीडिया की तुलना में एक कम permittivity, या Clausius - Mosotti कारक नकारात्मक हो जाता है की असली हिस्सा है, यह नकारात्मक रवानगी (DEP) से गुजरना होगा, और सेल न्यूनतम क्षेत्र क्षेत्र की ओर मजबूर है. यदि कक्ष और मीडिया लगभग एक ही जटिल permittivity है, कोई बल के लिए सेल में हेरफेर करने के लिए उत्पन्न किया जा सकता है. इस कारण के लिए, शुद्ध पानी रवानगी कण हेरफेर के लिए एक पसंदीदा मीडिया है. हालांकि, शुद्ध पानी से सेल पर आसमाटिक तनाव से बचने के, कम चालकता मीडिया चालकता अपरिवर्तित रखने के तैयार की गई थी, लेकिन osmolarity में वृद्धि करने के लिए कोशिकाओं को आसमाटिक तनाव में कमी. पारंपरिक सेल संस्कृति मीडिया या DMEM या PBS जैसे शारीरिक बफ़र्स, उच्च चालकता, जो रवानगी हेरफेर के लिए उपयुक्त नहीं है. हम पहले भी दिखा दिया है कि कोशिकाओं रवानगी के साथ सेंसर कम चालकता मीडिया का उपयोग करने पर कब्जा किया जा सकता है. सेल लगाव के लिए एक संक्षिप्त अवधि के बाद, कम चालकता मीडिया आवश्यक सेल संस्कृति मीडिया के लिए प्रतिस्थापित किया जा सकता है दिनों के लिए सेल के विकास का समर्थन है. 11 हमारे अनुभव से, फ्लोरोसेंट मोती रहते सेल प्रतिदीप्ति के लिए सम्मान के साथ बहुत उज्जवल है, इस प्रकार यह एक चुनौती के लिए एक जीवित और fluorescing सेल की तीव्रता मनका तीव्रता मैच किया जा सकता है. दोनों कोशिकाओं और मोतियों के दृश्य में सुधार करने के लिए, हम दोनों इमेजिंग के लिए एक ईमानदार खुर्दबीन पर डीआईसी माइक्रोस्कोपी का प्रयोग किया. कोशिकाओं और मोती प्रदर्शित करने के लिए, हम एक तीव्रता छवि चमक पैमाने पर है, जो आसान देखने के लिए एक व्यापक रंग स्पेक्ट्रम में डेटा को बरकरार रखे में डेटा प्रस्तुत. इस प्रकार, जब ब्याज की अध्ययन डिजाइन, इमेजिंग पैरामीटर और संसाधनों पर विचार किया जाना चाहिए. संक्षेप में, हम चुनिंदा अलग चैनलों का उपयोग रवानगी में माला और कोशिकाओं को उकसाना करने की क्षमता प्रदर्शित करता है. कोशिका जीव विज्ञान, जैव रसायन और bioengineering अनुप्रयोगों के लिए microfluidic चैनलों की बढ़ती उपयोगिता के साथ, रवानगी सेल संग्रह, प्लेसमेंट और छँटाई के लिए एक वांछनीय विकल्प है. पीसीबी इलेक्ट्रोड निर्माण सस्ती और सुविधाजनक है, इलेक्ट्रोड उपयोग करने के लिए आसान कर रहे हैं, और तेजी से निर्माण बार रवानगी के कार्यान्वयन के लिए आदर्श होते हैं.

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		<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>Sylgard 184 kit (PDMS)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Elsworth Adhesives</td>
<td>184 SIL ELAST KIT 0.5KG</td>
<td>Dow Corning Sylgard</td>
</tr>
<tr>
<td>16 awg hook-up wire</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Belden</td>
<td>8521</td>
<td>(Type MW) Mil-W-76C-PVC</td>
</tr>
<tr>
<td>Gold seal Cover Glass </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Ted Pella</td>
<td>260320</td>
<td>No. 0 thick, 24 x 60 mm</td>
</tr>
<tr>
<td>Miltex Biopsy Punch</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>VWR Scientific</td>
<td>95039-104</td>
<td>Miltex, assorted sizes</td>
</tr>
<tr>
<td>Custom PCB electrodes</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bay Area Circuits </td>
<td>Custom parts</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Mineral oil</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher Scientific </td>
<td>O121-1 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Deionized water</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>House DI water supply</td>
<td>None</td>
<td>Use filtered DI water</td>
</tr>
<tr>
<td>D-Glucose Anhydrous Granular AR</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Mallinckrodt Chemicals </td>
<td>4912-06</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sucrose, Crystal</td>
<td>&nbsp;</td>
<td> Mallinckrodt Chemicals</td>
<td>8360-06 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Fluorescent polymer microspheres </td>
<td>&nbsp;</td>
<td> Bangs Laboratories</td>
<td> FS07F/9277</td>
<td>15&mu;m Dragon green microspheres</td>
</tr>
<tr>
<td>HT-29 cell line</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>ATCC</td>
<td>HTB-38D</td>
<td>Human colon adenocarcinoma</td>
</tr>
<tr>
<td>Typsin 0.05% EDTA</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Invitrogen </td>
<td>25300054</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Eclipse E600FN upright microscope </td>
<td>&nbsp;</td>
<td> Nikon</td>
<td>Eclipse E600FN </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Phantom V310 High-speed imaging camera </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Phantom</td>
<td> V310</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>BX51 upright research microscope </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Olympus </td>
<td>BX51</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>SpotFlex high resolution color camera </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Diagnostic Instruments </td>
<td>FX1520</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Function generator</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Agilent </td>
<td>3325A</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>RF Power amplifier</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>EIN</td>
<td>2100L</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

separating beads and cells in multi-channel microfluidic devices using dielectrophoresis and laminar flow

Microfluidic उपकरणों सेल के पैमाने पर अध्ययन, छेड़खानी, छँटाई और कोशिकाओं की गिनती के लिए एक गतिशील fluidic वातावरण उपलब्ध कराने के द्वारा कोशिका अध्ययन उन्नत है. हालांकि, fluidic डोमेन के भीतर सेल से छेड़छाड़ एक चुनौती बनी हुई है और बनाने वाल्व और इलेक्ट्रोड के लिए जटिल निर्माण प्रोटोकॉल की आवश्यकता है, या ऑप्टिकल चिमटी की तरह विशेषता उपकरणों की मांग. यहाँ, हम दिखाना है कि पारंपरिक मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) bioactuation लिए लामिना का प्रवाह क्षेत्र में मनका और सेल हेरफेर के लिए dielectrophoresis (रवानगी) द्वारा रोजगार कक्षों की गैर संपर्क हेरफेर के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और multichannel microfluidic में सेल और मनका जुदाई के लिए उपकरणों. सबसे पहले, हम रवानगी इलेक्ट्रोड और microfluidic उपकरणों कोडांतरण, और रवानगी के लिए कोशिकाओं की तैयारी के लिए वर्तमान प्रोटोकॉल. फिर, हम polystyrene मोतियों के साथ रवानगी आपरेशन विशेषताएँ. अन्त में, हम एक multichannel microfluidic डिवाइस में मनका और सेल जुदाई के प्रतिनिधि परिणाम दिखाते हैं. सारांश में, रवानगी microfluidic उपकरणों के भीतर कणों (मोती या कक्षों) जोड़ तोड़ के लिए एक कारगर तरीका है.

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Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow

Dielectrophoresis (रवानगी) कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए एक प्रभावी तरीका है. मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) संपर्क मुक्त microfluidic उपकरणों के भीतर सेल हेरफेर के लिए सस्ती, पुन: प्रयोज्य और प्रभावी इलेक्ट्रोड प्रदान कर सकते हैं. PCBs पर coverslips साथ PDMS आधारित microfluidic चैनलों के संयोजन से, हम multichannel microfluidic उपकरणों के भीतर मनका और सेल हेरफेर और जुदाई प्रदर्शित करता है.

अलग और मल्टी चैनल microfluidic उपकरणों में मोती और कक्ष dielectrophoresis और लैिमनार फ्लो का उपयोग

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting ...

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