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

Мы выражаем признательность Ву Чанг-Джин за предоставление trifurcating каналов для DEP срабатывания и Митчелл Колленс за его помощь в настройки оборудования. Работа выполнена при поддержке США NSF через Грант OISE-0951647 и Тайвань НСК через Грант 99-2911-1-002-007.

<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>

Нет конфликта интересов объявлены.

Сотовые манипуляции в микрожидкостных устройств желательно для сортировки или селективное размещение отдельных клеток или для популяционных исследований. 2 ламинарного потока используется в сочетании с клапанами и насосами для манипулирования клеток в микрожидкостных устройств. Однако, эти методы сами по себе являются сложными и требуют детального процессов изготовления и навыки 3 Центрифугирование может упростить требования к размещению клетки, но одновременные снимки является вызовом;. Кроме того, канал архитектура для центрифугирования должны быть тщательно учитывая при проектировании желаемого манипуляций и с учетом эффектов центростремительных сил. 4 Лазерный пинцет может быть использована для сотовых размещения, но метод является дорогостоящим и не поддается на высокой пропускной сортировки клеток 5. Тем не менее, DEP было продемонстрировано, как эффективная система &quot;электрический пинцет&quot; для эффективного размещения клетке, характеристика и манипуляции. 6,7 В частности, DEP был использован для выборочного захвата и сортировки клеток для на-чипе обработки живых и мертвых клеток, 7-10 и для сбора клеток на резонансных датчиков для измерения клеточной массы. 11 Ранее мы показали, что за счет увеличения DEP силы на бактерии или бусы выше жидкостный силы сопротивления, на-чипе концентрации и захвата полистирола и Listeria моноцитогенес V7 может быть достигнуто 12. Смешанные популяции E. палочки и L. моноцитогенес бактерии могут быть также направлены и выпустили через импульсы DEP. Кроме того, более крупные частицы могут быть дифференциально захватили и сосредоточился на электроды на основе большого размера частиц, в то время как более мелкие частицы, не захвата, а удаляются с жидкостный поток. 13 Когда DEP силы не преодолевают жидкостный перетаскивания сил на частицы, бусинка или ячейка не захватили, а переехал в жидкостный поток. Как показано на рис 2С, бусины могут быть сосредоточены в центральной части потока жидкости достаточно сохранить бусины в центральный канал. Это может быть связано с совместным действием частицы к частице влияний в электрическом поле, жидкость скоростей, превышающих скорость DEP перетаскивания сил, сочетание этих или других непредсказуемый эффект. Новейшие достижения в области бесконтактных DEP позволяет максимально захватить клетку и манипуляции с минимальным обязательным полем, защищая таким образом типы клеток, в наибольшей степени, во время манипуляций DEP. 1,9 Бесконтактные DEP открывает перспективы для сообщества микрофлюидики для сортировки, сбора и позиционирования клетки в микрожидкостных устройств. Мы ожидаем, что с ростом спроса на, и реализация, DEP для манипуляций в микрожидкостных устройств, дальнейших открытий и инноваций позволит расширить понимание и влияние сил DEP. ПХБ могут быть изготовлены за счет высоких объемов процессов по доступной цене с быстрым сроки выполнения работ изготовления, что делает их хорошей платформой для коммерциализации. Кроме того, ПХБ просты в использовании и доступным для ученых в ряду дисциплин для на-чипе ячейки манипуляции и сортировки. При проектировании расположения электродов PCB, внимание должно быть уделено частиц требуемого / элемент траектории. Ключевыми факторами для рассмотрения включают размер частиц и тип (шарик и / или ячейки), тип клеток, микроканальных размер, скорость потока, расстояние между электродами (которая определяет напряженность электрического поля), покровное толщины и жидкости проводимости. Эти факторы влияют силы, необходимой и доступной для манипулирования частицы или клетки, и в конечном итоге эффективность сепарации. Наш протокол, представленные здесь демонстрирует эффективную установку для начала DEP для микросфер и клеточной сепарации. Для потенциальных приложений, пользователей должна соответствовать архитектуре микрожидкостных дизайн канала требуемый расход пути для клеток и бусы, а также электродов моделей для оптимизации эффективности для каждого приложения. Расстояние электрода и толщины покровного могут быть использованы в соответствии с ранее сообщалось рекомендации при проектировании макета микрожидкостных канала 1. Проводимость и диэлектрическая проницаемость клеток / частиц и окружающей среды должна отличаться достаточно, чтобы способствовать положительным или отрицательным DEP, сохраняя при этом клетки нетронутыми. Полярность DEP для сферической частицы можно определить из действительной части комплекса значение следующего Клаузиуса-Mosotti фактор на частоте ω напряжения DEP. <img src="/files/ftp_upload/2545/2545eq1.jpg" alt="Уравнение 1" /> Уравнение 1 В этом уравнении ε, является проницаемость, σ есть проводимость, ε * является комплексной диэлектрической проницаемости. Индексы р и мобозначают частицы и средств массовой информации, соответственно. Когда клетка имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем средства массовой информации, или действительная часть Клаузиуса-Mosotti фактором становится положительной, частица становится более поляризованным, чем окружающий среды. Из-за неоднородном электрическом поле, поляризация частицы становится неоднородным, и это создает положительный DEP (+ DEP) группировка, которая ячейки в область с более высокой напряженности электрического поля. Если ячейка имеет более низкую диэлектрическую проницаемость, чем окружающие СМИ или действительная часть Клаузиуса-Mosotti фактором становится отрицательной, она будет проходить отрицательный DEP (-DEP), и клетка вынуждена к минимальным регионе области. Если клетки и средств массовой информации имеют примерно одинаковый комплексной диэлектрической проницаемости, никакая сила не может быть создан для работы клеток. По этой причине, чистая вода является предпочтительным СМИ для манипуляции частиц DEP. Однако, чтобы избежать осмотического стресса на клетку от чистой воды, низкой проводимостью СМИ была сформулирована сохранить проводимость без изменений, но и увеличить осмолярность для уменьшения осмотического стресса в клетках. Обычные культуры клеток или физиологических буферы, такие как DMEM или PBS, имеют высокую проводимость, которая не подходит для манипуляций DEP. Кроме того, мы ранее показали, что клетки могут быть захвачены на датчики с DEP использованием низкой проводимости среды. После краткого периода для сотовых вложения, низкая проводимость СМИ могут быть заменены на необходимые средства массовой информации клеточной культуры для поддержки роста клеток в течение нескольких дней 11. Исходя из нашего опыта, люминесцентные бусины очень яркие по отношению к живой флуоресценции клетки, таким образом это может быть проблемой, чтобы соответствовать бусинка интенсивности к интенсивности живой клетки и флуоресцирующих. Для улучшения визуализации обеих клеток и бусы, мы использовали DIC микроскопии на прямой микроскоп для работы с изображениями, и другое. Для отображения клеток и бусы, мы представили данные в интенсивности свечения масштаба изображения, которая сохраняет данные в широком спектре цветов для более удобного просмотра. Таким образом, при проектировании изучение интересов, визуализация параметров и ресурсы должны быть рассмотрены. Таким образом, мы демонстрируем возможность избирательно приводить бисером и клеток в отдельных каналов с помощью DEP. С ростом полезности микрожидкостных каналов клеточной биологии, биохимии и биотехнологии приложений, DEP является желательным вариантом для мобильного сбора, размещения и сортировки. Изготовление печатных плат электродов является недорогим и удобным, электроды проста в использовании, и быстрым временем изготовления идеально подходят для реализации DEP.

<!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>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

Микрожидкостных устройств Advanced Cell исследования, предоставляя динамические жидкостный среды в масштабе ячейки для изучения, обработки, сортировки и подсчета клеток. Однако, манипулируя ячейки в жидкостный по-прежнему остается проблемой и требует сложных протоколов изготовления для формирования клапана и электроды, или требования специальности оборудования, например, оптический пинцет. Здесь мы показываем, что обычных печатных плат (PCB) может быть использован для бесконтактного манипулирования клетки, используя диэлектрофореза (DEP) для бортовых и клеточных манипуляций в областях ламинарного потока для bioactuation, так и для клеток и шарик разделения в многоканальных микрожидкостных устройств. Во-первых, мы представляем протокол для сборки электродов и DEP микрожидкостных устройств, а также подготовку клеток для DEP. Затем, мы характеризуем DEP работы с полистирола. Наконец, мы показываем репрезентативные результаты из бисера и клеточной разделение в многоканальных микрожидкостных устройств. Таким образом, DEP является эффективным методом для манипулирования частицами (бусы или клеток) в микрожидкостных устройств.

Watch this Scientific Journal Video about Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow at JoVE.com

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

Диэлектрофорез (DEP) является эффективным методом для манипулирования клеток. Печатные платы (PCB) может обеспечить недорогой, повторного использования и эффективной электродов для бесконтактного манипуляции ячейки в микрожидкостных устройств. Объединив PDMS основе микрожидкостных каналов с покровные на печатных платах, мы демонстрируем шарик и клеточной манипуляции и разделения внутри многоканального микрожидкостных устройств.

Разделение Бусы и клетки в Многоканальные Устройства микрожидкостных Использование Диэлектрофорез и ламинарного потока

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Parallel-plate Flow Chamber and Continuous Flow Circuit to Evaluate Endothelial Progenitor Cells under Laminar Flow Shear Stress

Параллельные пластины палаты потока и непрерывной цепи потока для оценки эндотелиальных клеток-предшественников при ламинарном Стресс сдвиговом потоке

The overall goal of this method is to describe a technique to subject adherent cells to laminar flow conditions and evaluate their response to well ...

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Простой микрофлюидных устройства для<em&gt; В естественных условиях</em&gt; Визуализация<em&gt; C. Элеганс</em&gt;<em&gt; Drosophila</em&gt; И данио рерио

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Layer-by-layer Collagen Deposition in Microfluidic Devices for Microtissue Stabilization

Слой за слоем Коллаген осаждения в микрофлюидных Устройства для стабилизации Microtissue

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D ...

Electrotaxis Studies of Lung Cancer Cells using a Multichannel Dual-electric-field Microfluidic Chip

Электротаксис Исследования клетки легких рака с использованием многоканального Dual-электрического поля микрофлюидных Chip

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

С помощью клея паттернирования Построить 3D бумаги микрожидком устройств

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Microfluidic Flow Chambers Using Reconstituted Blood to Model Hemostasis and Platelet Transfusion In Vitro

Microfluidic Flow Chambers Using Reconstituted Blood to Model Hemostasis and Platelet Transfusion In Vitro

Микрожидкостных Flow Камеры Использование водостойких крови к модели гемостаза и тромбоцитарный Переливание<em&gt; In Vitro</em

Blood platelets prepared for transfusion gradually lose hemostatic function during storage. Platelet function can be investigated using a variety of ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Многоступенчатая переменной высоты фотолитографии для Valved Многослойные микрожидком устройств

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients

Полидиметилсилоксан-поликарбонатные микрожидком Устройства для миграции клеток исследований при Перпендикулярного химической и кислорода Градиентов

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under ...

Development of Microfluidic Devices to Study the Elongation Capability of Tip-growing Plant Cells in Extremely Small Spaces

Разработка Microfluidic приборы для изучения удлинение возможности Tip выращивания растительных клеток в чрезвычайно малых пространств

In vivo, tip-growing plant cells need to overcome a series of physical barriers; however, researchers lack the methodology to visualize cellular behavior ...

Rapid Fabrication of Custom Microfluidic Devices for Research and Educational Applications

Быстрая изготовление пользовательских микрофлюидных устройств для научно-исследовательских и образовательных приложений

Microfluidic devices allow for the manipulation of fluids, particles, cells, micro-sized organs or organisms in channels ranging from the nano to ...