Name: label-free isolation and enrichment of cells through contactless dielectrophoresis
Uploaded: 2013-09-03T14:00:00
Duration: 10 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Label-free Isolation and Enrichment of Cells Through Contactless Dielectrophoresis at JoVE.com

Эта работа поддерживается была частично поддержана Национальным научным фондом под Грантом Номер EFRI 0938047, и на Virginia Tech Институт важнейшим технологиям и прикладной науки (ICTAS). Авторы хотели бы выразить признательность доктору Ева Schmelz и д-ра Пола Робертса за их любезное дар MOSE-L клеток. Авторы признают, Анжела Андерсон за помощь с культурой клеток, Caitlan Swaffar за ее помощь в редактировании этого документа и подготовке экспериментов, и все члены лабораторных Bioelectromechanical Systems.

<ol>
	<li>Butler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cell culture and upstream processing. , (2007).</li><li>Pratt, E. D., Huang, C., Hawkins, B. G., Gleghorn, J. P., Kirby, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rare+Cell+Capture+in+Microfluidic+Devices.">Rare Cell Capture in Microfluidic Devices.</a> Chemical Engineering Science. 66, 1508-1522 (2011).</li><li>Salmanzadeh, A. D., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+rare+cells+through+their+dielectrophoretic+signature.">Isolation of rare cells through their dielectrophoretic signature.</a> Journal of Membrane Science and Technology. 3, e112 (2013).</li><li>Bonner, W. A., Hulett, H. R., Sweet, R. G., Herzenberg, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+activated+cell+sorting.">Fluorescence activated cell sorting.</a> The Review of Scientific Instruments. 43, 404-409 (1972).</li><li>Adams, J. D., Kim, U., Soh, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multitarget+magnetic+activated+cell+sorter.">Multitarget magnetic activated cell sorter.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105, 18165-18170 (2008).</li><li>Chabert, M., Viovy, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+high-throughput+encapsulation+and+hydrodynamic+self-sorting+of+single+cells.">Microfluidic high-throughput encapsulation and hydrodynamic self-sorting of single cells.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 3191-3196 (2008).</li><li>Di Carlo, D., Irimia, D., Tompkins, R. G., Toner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+inertial+focusing,+ordering,+and+separation+of+particles+in+microchannels.">Continuous inertial focusing, ordering, and separation of particles in microchannels.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 18892-18897 (2007).</li><li>Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inertial+microfluidics.">Inertial microfluidics.</a> Lab Chip. 9, 3038-3046 (2009).</li><li>Grover, S. C., Skirtach, A. G., Gauthier, R. C., Grover, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+single-cell+sorting+system+based+on+optical+trapping.">Automated single-cell sorting system based on optical trapping.</a> J. Biomed. Opt. 6, 14-22 (2001).</li><li>Lin, S. C. S., Mao, X. L., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+acoustic+wave+(SAW)+acoustophoresis:+now+and+beyond.">Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond.</a> Lab Chip. 12, 2766-2770 (2012).</li><li>Pethig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+Article-Dielectrophoresis:+Status+of+the+theory,+technology,+and+applications.">Review Article-Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications.</a> Biomicrofluidics. 4, (2010).</li><li>Gascoyne, P. R. C., Wang, X. B., Huang, Y., Becker, F. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoretic+separation+of+cancer+cells+from+blood.">Dielectrophoretic separation of cancer cells from blood.</a> Ieee T. Ind. Appl. 33, 670-678 (1997).</li><li>Pohl, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dielectrophoresis : the behavior of neutral matter in nonuniform electric fields. , (1978).</li><li>Salmanzadeh, A., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+rare+cells+through+their+dielectrophoretic+signature.">Isolation of rare cells through their dielectrophoretic signature.</a> Journal of Membrane Science. , (2012).</li><li>Markx, G. H., Talary, M. S., Pethig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+Viable+and+Nonviable+Yeast+Using+Dielectrophoresis.">Separation of Viable and Nonviable Yeast Using Dielectrophoresis.</a> J. Biotechnol. 32 (94), 29-37 (1994).</li><li>Flanagan, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+dielectric+properties+distinguish+stem+cells+and+their+differentiated+progeny.">Unique dielectric properties distinguish stem cells and their differentiated progeny.</a> Stem Cells. 26, 656-665 (2008).</li><li>Labeed, F. H., Coley, H. M., Thomas, H., Hughes, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+multidrug+resistance+reversal+using+dielectrophoresis+and+flow+cytometry.">Assessment of multidrug resistance reversal using dielectrophoresis and flow cytometry.</a> Biophys. J. 85, 2028-2034 (2003).</li><li>Hoettges, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoresis-activated+multiwell+plate+for+label-free+high-throughput+drug+assessment.">Dielectrophoresis-activated multiwell plate for label-free high-throughput drug assessment.</a> Anal. Chem. 80, 2063-2068 (2008).</li><li>Lapizco-Encinas, B. H., Simmons, B. A., Cummings, E. B., Fintschenko, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insulator-based+dielectrophoresis+for+the+selective+concentration+and+separation+of+live+bacteria+in+water.">Insulator-based dielectrophoresis for the selective concentration and separation of live bacteria in water.</a> Electrophoresis. 25, 1695-1704 (2004).</li><li>Davalos, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+impact+of+dynamic+surface+coatings+on+polymeric+insulator-based+dielectrophoretic+particle+separators.">Performance impact of dynamic surface coatings on polymeric insulator-based dielectrophoretic particle separators.</a> Anal. Bioanal. Chem. 390, 847-855 (2008).</li><li>Gallo-Villanueva, R. C., Rodriguez-Lopez, C. E., Diaz-De-La-Garza, R. I., Reyes-Betanzo, C., Lapizco-Encinas, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+manipulation+by+means+of+insulator-based+dielectrophoresis+employing+direct+current+electric+fields.">DNA manipulation by means of insulator-based dielectrophoresis employing direct current electric fields.</a> Electrophoresis. 30, 4195-4205 (2009).</li><li>Shafiee, H., Caldwell, J. L., Sano, M. B., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contactless+dielectrophoresis:+a+new+technique+for+cell+manipulation.">Contactless dielectrophoresis: a new technique for cell manipulation.</a> Biomed Microdevices. 11, 997-1006 (2009).</li><li>Park, K., Suk, H. J., Akin, D., 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=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, 2224-2229 (2009).</li><li>Jen, C. P., Maslov, N. A., Shih, H. Y., Lee, Y. C., Hsiao, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+focusing+in+a+contactless+dielectrophoretic+microfluidic+chip+with+insulating+structures.">Particle focusing in a contactless dielectrophoretic microfluidic chip with insulating structures.</a> Microsyst Technol. 18, 1879-1886 (2012).</li><li>Hughes, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AC+electrokinetics:+applications+for+nanotechnology.">AC electrokinetics: applications for nanotechnology.</a> Nanotechnology. 11, 124-132 (2000).</li><li>Pethig, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoresis:+Status+of+the+theory,+technology,+and+applications.">Dielectrophoresis: Status of the theory, technology, and applications.</a> Biomicrofluidics. 4, 022811 (2010).</li><li>Pethig, R., Ferrari, M. a. u. r. o., Ozkan, M. i. h. r. i. m. a. h., Heller, M. i. c. h. a. e. l. . J. .. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+4.">Ch. 4.</a> BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. 4, 103-126 (2007).</li><li>Shafiee, H., Sano, M. B., Henslee, E. A., Caldwell, J. L., Davalos, R. V. <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, 438-445 (2010).</li><li>Salmanzadeh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectrophoretic+differentiation+of+mouse+ovarian+surface+epithelial+cells,+macrophages,+and+fibroblasts+using+contactless+dielectrophoresis.">Dielectrophoretic differentiation of mouse ovarian surface epithelial cells, macrophages, and fibroblasts using contactless dielectrophoresis.</a> Biomicrofluidics. 6, (2012).</li><li>Salmanzadeh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+prostate+tumor+initiating+cells+(TICs)+through+their+dielectrophoretic+signature.">Isolation of prostate tumor initiating cells (TICs) through their dielectrophoretic signature.</a> Lab Chip. 12, 182-189 (2012).</li><li>Salmanzadeh, A., Sano, M. B., Shafiee, H., Stremler, M., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+Rare+Cancer+Cells+from+Blood+Cells+Using+Dielectrophoresis.">Isolation of Rare Cancer Cells from Blood Cells Using Dielectrophoresis.</a> , (2012).</li><li>Sano, M. B., Caldwell, J. L., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+development+of+a+low+frequency+contactless+dielectrophoresis+(cDEP)+platform+to+sort+cancer+cells+from+dilute+whole+blood+samples.">Modeling and development of a low frequency contactless dielectrophoresis (cDEP) platform to sort cancer cells from dilute whole blood samples.</a> Biosens. Bioelectron. 30, 13-20 (2011).</li><li>Salmanzadeh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+Dielectric+Properties+of+Different+Stages+of+Syngeneic+Murine+Ovarian+Cancer+Cells.">Investigating Dielectric Properties of Different Stages of Syngeneic Murine Ovarian Cancer Cells.</a> Biomicrofluidics. , (2013).</li><li>Salmanzadeh, A., Sano, M. B., Shafiee, H., Stremler, M. A., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> , 590-593 (2012).</li><li>Sano, M. B., Salmanzadeh, A., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+contactless+dielectrophoresis:+Theoretical+considerations.">Multilayer contactless dielectrophoresis: Theoretical considerations.</a> Electrophoresis. 33, 1938-1946 (2012).</li><li>Millet, L. J., Park, K., Watkins, N. N., Hsia, K. J., 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=Separating+beads+and+cells+in+multi-channel+microfluidic+devices+using+dielectrophoresis+and+laminar.">Separating beads and cells in multi-channel microfluidic devices using dielectrophoresis and laminar.</a> J. Vis. Exp. (48), e2545 (2011).</li><li>Henslee, E. A., Sano, M. B., Rojas, A. D., Schmelz, E. M., Davalos, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+concentration+of+human+cancer+cells+using+contactless+dielectrophoresis.">Selective concentration of human cancer cells using contactless dielectrophoresis.</a> Electrophoresis. 32, 2523-2529 (2011).</li><li>Salmanzadeh, A., Shafiee, H., Davalos, R. V., Stremler, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+mixing+using+contactless+dielectrophoresis.">Microfluidic mixing using contactless dielectrophoresis.</a> Electrophoresis. 32, 2569-2578 (2011).</li></ol>

Доктор Рафаэль Давалос имеет патент для бесконтактного диэлектрофореза.

DEP является мощным средством для определения диэлектрических свойств частиц и направления движения частиц к сортировки приложений, изоляции, или по обогащению. В связи с вредного воздействия прямого контакта электрода с образцом, другие взяли подходы, аналогичные ранее предложенного метода, чтобы избежать контакта. Например, Башир и др.. Разработаны бесконтактные DEP устройств с помощью микрофлюидных PDMS устройство, отделенный от печатных электродов печатных плат тонким покровным стеклом, и этот метод можно также ознакомиться в видео-формате. 23,36 Здесь мы показали, изготовление чипе CDEP и жидкостных электродов с использованием одного PDMS подложку и экспериментальный протокол для разделения клеток рака яичников из смеси клеток и флуоресцентных шариков. Представленная методика успешно используется для различных более сложных и физиологически соответствующих приложений, включая сортировку Ливе и мертвые клетки, 28 опухоль начала клетки от клеток рака простаты, раковые клетки 30 из разбавленных эритроцитов, 31,32 и дифференциации между стадиях рака молочной железы 37 и рака яичников. 29 CDEP также используется для смешивания частиц. 38 Эти приложений показывают, что с помощью простой метод, представленный, различных целей может быть достигнуто просто за счет изменения конструкции геометрии канала. . DEP полезно на микроуровне для манипуляции частицами 13 Для сферических частиц, поступательное dielectrophoretic сила зависит от размера и электрических свойств частицы и ее суспендирующей среды, а также градиент электрического поля в квадрат: <img alt="Уравнение 1" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq1.jpg" /> где ε м является проницаемость суспендирующей среды, г-радиусчастицы, и Rc [к (ω)] является реальная часть Клаузиуса-Моссотти (СМ) фактора. Коэффициент CM представляет собой меру относительной поляризуемости частицы по сравнению с суспендирующей среды и определяет направление dielectrophoretic силы. Это описано как <img alt="Уравнение 2" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq2.jpg" /> где <img alt="Уравнение 3" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq3.jpg" /> и <img alt="Уравнение 4" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq4.jpg" /> являются сложные диэлектрические проницаемости частицы и среды, соответственно. Комплекс проницаемость, <img alt="Уравнение 5" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq5.jpg" /> , Зависит от проводимости (σ) и частоты (ω). Коэффициент CM сферических частиц теоретически связаны между -0,5 и +1. Если коэффициент CM является отрицательным, частицы испытывают Ndep поскольку среда более чем поляризуемого частицы, так частицы движутся от регионоввысокие градиенты электрического поля. Если коэффициент CM является положительным, частицы более чем поляризуемого среды, и они испытывают pDEP в которой они движутся в направлении области высоких градиентов электрического поля. Для биологических частиц, неоднородное по структуре, например, клеток, фактор Клаузиуса-Моссотти может быть определена из эффективного значения для проницаемости частиц: <img alt="Уравнение 6" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq6.jpg" /> где <img alt="Уравнение 7" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq7.jpg" /> и <img alt="Уравнение 8" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq8.jpg" /> это комплексная диэлектрическая проницаемость эффективной комплексной диэлектрической проницаемости внутренней части клетки, такие как цитоплазме и плазматической мембраны, соответственно;. г есть радиус ячейки, и г представляет собой толщину плазматической мембране 26 Когда происходит с DEP частиц, взвешенных вжидкость, движение частиц относительно жидкости будет генерировать силу сопротивления на частицы. Это сила сопротивления необходимо учитывать при определении общей силы, действующая на частицу. Для ситуаций, интересующих нас, вязкие силы доминировать и частицы считаются сферическими, маленький, и перемещение с относительно низкой скоростью, так что сопротивление закон Стокса обеспечивает хорошее приближение для силы сопротивления: <img alt="Уравнение 9" src="/files/ftp_upload/50634/50634eq9.jpg" /> где η является вязкость жидкости, и р есть скорость частицы, а у ф является скорость жидкости, которые также могут быть в движении. Учитывая dielectrophoretic сила, известная жидкость и свойства частиц, и известный скорость потока, баланс между силы сопротивления и dielectrophoretic силу может быть решена оценить скорость частиц. Скорость сдвига, что опыт клетки должны быть ниже порога, при котором слокоть лизиса может произойти. Характеристика электрических свойств частиц необходимо прогнозировать и контролировать то, как они будут реагировать в соответствии с DEP их. В этой работе, мы специально использовали низкочастотный CDEP с MOSE-L клеток, чтобы продемонстрировать протокол для определения первой частоты кроссовера клеток, а затем показал непрерывный сортировку полистирольных шариков и MOSE-L клеток на основе их противоположных DEP ответов. Изменение геометрии устройства CDEP изменит пространственные градиенты электрического поля, что позволяет устройствам быть предназначена для высокой частоты или низкой частоте, так и для высокой селективности и эффективности сортировки для указанного типа клеток. Кроме того, высокие устройства пропускная способность может быть разработан изготовления более широкие каналы, 30 каналов параллельно, 30 или многослойными изготовления 35, в котором электродные каналы вертикально уложенными сверху и снизу относительно глубокийОбразец канал. Тонких мембран образуют барьер между слоями. Предварительное тестирование с устройствами, изготовленных в полиметилметакрилата (ПММА) и поликарбоната (PC) тонкие пленки продемонстрировали DEP ответ MOSE-L клеток. Настоящее время предпринимаются усилия для уточнения многослойные высокой пропускной устройств и улучшить периферическое системы к возможному плагин и играть платформы. Для расширения от основной экспериментальной техники, представленной, приложения и спецификации устройства могут быть приспособлены к конкретным требованиям, такие как сортировка по сравнению с характеристикой, или добавление образцов водохранилищ и полу-автоматизированной системы к устройству.

Обогащение биологического образца и сортировка частиц часто необходимо для последующего анализа. 1 Например, выделение клеток из редких жидкостей тела имеет важные применения в обнаружении рака и индивидуализированной медицине. 2,3 Наиболее часто используемые методы обогащения являются флуоресцентный активированный сортировки клеток (FACS ) 4 и магнитная сортировка клеток (ПДК), 5, которые полагаться на выраженных поверхностных маркеров для дифференциации клеток. Другие стратегии включают гидродинамическую 6 или инерциальная 7,8 сортировку, оптический пинцет, 9 acoustophoresis, 10 и диэлектрофореза. 11,12 Диэлектрофорез это движение поляризованного частицы в присутствии неоднородном электрическом поле. 13 DEP был использован для широкий спектр применения, в том числе 2,14 сортировки элементов на основе жизнеспособности, 15, характеризующего биоэлектрические свойства клеток, 16 и сортировкиING на индуцированных изменений в биофизических свойств клеток. 17,18 Традиционный DEP использует плоские электроды узорчатые в микрофлюидном канала, чтобы применить напряжение и индуцировать неоднородное электрическое поле. 13 Хотя это мощная техника, проблемы могут возникнуть, например, электрод отслоение и электролиз. Изолятор основе диэлектрофорез (ИДЕП) 19 обратился с проблемами загрязнения, электрода расслаивания и пространственной деградации области электрода через структурирование изоляционных конструкций, которые вызывают неоднородности в электрическом поле постоянного тока. IDEP был использован для селективного разделения живых и мертвых бактериальных клеток, 19 изолировать бактериальные споры, 20 и манипулировать ДНК 21 среди других приложений. Джоулев нагрев может быть проблемой, потому что это может произойти в результате высокого напряжения постоянного тока часто требуется. Для улучшения этих проблем, контактные без DEP микроприборы были разработаны. 22-24 <p clasс = &quot;jove_content&quot;&gt; Методика, представленная здесь использует бесконтактную диэлектрофореза (ПЗРО), названная так из-за отсутствия прямого контакта между металлическими электродами и образца канала. 22 Уникальный для этой стратегии является замена металлических электродов с жидкими электродных каналов, заполненных высокой проводимостью решение. Эти жидкости электроды емкостной связью через тонким изолирующим барьером для образца канала через напряжение переменного тока. Устранение контакта образца с электродами уменьшает проблемы, связанные с методами DEP, основанных на таких как электролиза и образования пузырьков, загрязнения образца и электрода расслаивания. В результате CDEP особенно полезно для биологических проб, поскольку он поддерживает жизнеспособности клеток в образце. Важно отметить, что CDEP может поддерживать образец стерильности. Чип может быть приготовлена ​​в капот культуре клеток и эксперимент может быть проведен без необходимости образец контакт с металлическими электродами или требует, чтобы образец быть открыты для Environmeнт. Простой резервуар может быть закреплен на выходе чипа, чтобы облегчить восстановление стерильной образца. Кроме того, изготовление электродов жидкости из одного биосовместимого полимерного материала (PDMS) в качестве образца канала снижает высокие затраты, понесенные с пользовательского паттерна металлических электродов, время, необходимое для изготовления и ограничивает необходимость в специализированном оборудовании чистых помещений в исходное структурирование многоразового кремниевой пластины марки. Движение частиц за счет DEP зависит от характеристик частицы и среды, а также от пространственных градиентов электрического поля. Частица-и частотно-зависимый фактор, называемый Клаузиуса-Моссотти (см) фактор, принимает значение в диапазоне от -0,5 до 1, и определяет направление DEP силы. Частота, при которой коэффициент CM точно равна нулю, называется частота разделения. Это точка, в которой нет dielectrophoretic сила не оказывает на частицу и знак изменения коэффициента СМ. СИнгл частота кроссовера для твердых инертных микросфер происходит, когда изменяется коэффициент СМ с отрицательного на положительный 25 Для клеток млекопитающих в буфере с низким проводимости порядка 0,01 См / м, первой частоте кроссовера с указанием переход от Ndep к pDEP существует около 10. - 100 кГц, и зависит от размера, формы, цитоскелета и мембраны свойств клетки. 26,27 Второй частота кроссовера на переход от pDEP к Ndep режима составляет порядка 10 МГц, и находится под влиянием ядро-цитоплазма отношение, цитоплазма проводимость, и эндоплазматическая сеть. 27 DEP сила может быть приложена без присутствия потока жидкости, но здесь мы используем течет жидкость для достижения непрерывного сортировку взвешенных частиц. Совместное влияние на dielectrophoretic силы и Стокса сила сопротивления диктуют поступательное движение частицы. Мы разработали устройства для работы в двух частотных диапазонах. Высшее частотноеу устройства (100-600 кГц) действовали с помощью pDEP и достигнутый пакетный сортировку клеток, таких как опухоли простаты инициирующих клеток (тики), мышиных яичников поверхности эпителиальных (Месе) клеток, MDA-MB-231 клеток рака молочной железы, или жить THP -1 клетки путем выборочного захвата интересующих клеток на изолирующих сообщения, расположенные в образце канала. 28-31 нижних частот (5-100 кГц) устройства работают непрерывно, и когда работает на частоте, при которой один население испытывает pDEP а фон население опыт Ndep, можно перенаправить траектории частиц для достижения сортировки. 32-34 низкочастотные Эти устройства были использованы для сортировки раковые клетки от красных кровяных клеток, определяют изменения диэлектрических свойств прогрессивной линии MOSE клеток и выяснить эффекты не- токсичные сфинголипида лечения на реверсивный агрессивные характеристики агрессивных Месе клеток. Кроме того, CDEP микроприборы может быть рассчитан на работу при повышенной пропускной способности, в настоящее время до 1 мл / чр. 31,35 Как описано, гибкость и низкая стоимость процесса изготовления позволяет индивидуальному заказу геометрии устройства, которые позволяют представлены экспериментальная процедура, чтобы быть актуальными для широкого спектра приложений. Долгосрочная цель CDEP это осознать, без наклеек сортировку клеток и обогащение на клиническом уровне, с восстановлением образца для последующей культуры или обработки. Методика, представленные здесь, простой и недорогой метод, от изготовления к экспериментам, что повышает доступность DEP. Мы демонстрируем подготовку чипе CDEP и экспериментальный протокол для достижения характеристику и обогащение клеток рака яичников от люминесцентных микросфер.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning, Midland, MI,USA</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass slides</td>
			<td>The Microscope Depot</td>
			<td>76079</td>
			<td>2x3 inch-ground edges</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbore PTFE Tubing</td>
			<td>Cole-Parmer Instrument Co, Vernon Hills, IL, USA</td>
			<td>EW-06417-31</td>
			<td>Thin walled 20 gauge, 0.032"ID x 0.056"OD, 100 ft/roll</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer-slip plastic syringes</td>
			<td>National Scientific company</td>
			<td>S7510-1</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle tip</td>
			<td>Howard Electronic instruments</td>
			<td>JG20-1.0</td>
			<td>20 Gauge 1.0", ID=0.025" OD=0.036"</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D(+)-Sucrose</td>
			<td>Fisher Scientific, Fair Lawn, NJ</td>
			<td>S3-500</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D(+)-glucose, reagent ACS, anhydrous</td>
			<td>Acros Organics N.V., Fair Lawn, NJ</td>
			<td>AC410955000</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RPMI-1640 Medium</td>
			<td>Quality Biological Inc.</td>
			<td>112-025-101</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcein AM, Molecular Probes</td>
			<td>Invitrogen Corp. (life technologies), Carlsbad, CA, USA</td>
			<td>C3100MP</td>
			<td>excitation wavelength 488/emission wavelength 516</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine B, O</td>
			<td>Science Lab</td>
			<td>SLR1465-100G</td>
			<td>excitation wavelength 540/emission wavelength 625</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (10X)</td>
			<td>Gbiosciences, St. Louis, MO</td>
			<td>RC-147</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica, inverted light microscope</td>
			<td>Leica Microsystems, Bannockburn, IL, USA</td>
			<td>Leica DMI 6000B</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica DFC420, color camera</td>
			<td>Leica Microsystems, Bannockburn, IL, USA</td>
			<td>Leica DFC420</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function generator</td>
			<td>GW Instek, Taipei, Taiwan</td>
			<td>GFG-3015</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wideband power amplifier</td>
			<td>Amp-Line Corp., Oakland Gardens, NY, USA</td>
			<td>AL-50HF-A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HFHV Output Transformer</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>AL-T50-V25/300-F100K-600K</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High voltage amplifier</td>
			<td>Trek</td>
			<td>Model 2205</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB Modular Oscilloscope, 100 MHz</td>
			<td>AgilentTechnologies</td>
			<td>U2701A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Expanded Plasma Cleaner</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td>PDC-001/002 (115/230V)</td>
			<td>air plasma</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scotch Magic tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>any available width is sufficient</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mm puncher</td>
			<td>Harris Uni-Core</td>
			<td>Z708836-25EA</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>.25% Trypsin-EDTA</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>25200-056</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FluoSpheres Sulfate Microspheres</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>F8858</td>
			<td>4.0 &mu;m, red fluorescent (excitation wavelength 580/emission wavelength 605)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 9260 photoresist</td>
			<td>AZ Electronic Materials</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 400 K developer</td>
			<td>AZ Electronic Materials</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetramethylammonium hydroxide (TMAH) 25%</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>provided by Virginia Tech cleanroom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon coating</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>applied using DRIE machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td>452</td>
			<td>100 mm diameter, 500 &mu;m thickness, one side polished (SSP)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deep Reactive Ion Etching (DRIE)</td>
			<td>Alcatrel</td>
			<td>AMS SDE 100</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

label-free isolation and enrichment of cells through contactless dielectrophoresis

Диэлектрофорез (DEP) является феномен, посредством которого поляризованных частиц в неоднородном электрическом поле проходить поступательное движение, и может быть использован, чтобы направить движение микрочастиц на поверхности маркера-независимым способом. Традиционно, DEP устройства включают плоские металлические электроды узорчатые в образце канала. Этот подход может быть дорогим и требует специализированного среды в рабочих помещениях. В последнее время без контакта подход, называемый бесконтактный диэлектрофорез (ПЗРО) была разработана. Этот метод использует принцип классического DEP, избегая прямого контакта между электродами и образца по паттерна жидкостных электродов и образец канал из одного полидиметилсилоксана (PDMS) подложки, и имеет применение в качестве быстрого микрофлюидных стратегии, направленной на сортировку и обогатить микрочастицы. Уникальный для этого метода является то, что электрическое поле генерируется с помощью жидкостных электродов каналов, содержащих высокой проводимостью жидкости, которые отделены друг отОбразец канал тонким изолирующим барьером. Поскольку металлические электроды не напрямую связаться образец, электролиз, электрод отслоение и загрязнение образца избежать. Кроме того, это дает возможность недорогого и простого процесса изготовления. CDEP Таким образом, хорошо подходит для работы с чувствительным биологическим частицы. Dielectrophoretic сила, действующая на частицы зависит не только от пространственных градиентов электрического поля, создаваемого настраиваемый дизайн геометрии устройства, но собственных биофизических свойств клетки. Таким образом, CDEP это техника этикетки без, что позволяет избежать зависимости от поверхностно-выразил молекулярных биомаркеров, которые могут быть переменно выраженных в популяции, хотя и предоставляет характеристике, обогащение и сортировку bioparticles. Здесь мы демонстрируем основам изготовления и экспериментов с использованием CDEP. Мы объяснить простой подготовку чипе CDEP используя мягкую литографиюу техники. Обсуждается экспериментальную процедуру для характеристики частоты кроссовера частицы или клетки, частоты, на которой dielectrophoretic сила равна нулю. Наконец, мы демонстрируем использование этой техники для сортировки смесь клеток рака яичников и флуоресцирующих микросфер (бисер).

DEP следует соблюдать качественно в образце канала для подтверждения устройство находится в рабочем состоянии, когда электрическое поле присутствует. Один из способов проверить на наличие DEP является для регулировки частоты до значений далеко от частоты кроссовера, где сильны pDEP и Ndep, по прогнозам (примерно&gt; 40 кГц наблюдать pDEP и &lt;10 кГц наблюдать Ndep для большинства раковых клеток млекопитающих в буфер с проводимостью 100 мкСм / см). Следует отметить, что инертные микросферы обладают pDEP ниже их частоты кроссовера и Ndep выше их частоты кроссовера. Для пилообразной функцией геометрии, представленной здесь, pDEP следует рассматривать для клеток при более высокой частоте испытаний, свидетельствует возникновением жемчуг цепочки и фокусировки клеток или частиц при пилообразной функцией краю канала, в то время как на более низкой частоте тестового, Ndep Должно быть очевидно, как клетки ограничивается областью ближе прямой край канала. При таких низких частотах, клетки могут Lysе из-за электропорации, таким образом образец может видимому, содержат меньше клеток, а те, что открыты может появиться увеличено или размытым, если с помощью ферментативно-активированный флуоресцирующий краситель. Проверка частоты, на которых pDEP и Ndep происходят позволяет определить частоты кроссовера, как описано в протоколе. Для раковых клеток млекопитающих, таких как MOSE-L, используемых здесь, мы наблюдали Ndep на 5 кГц (фиг.5А) и сильной pDEP при 60 кГц (фиг.5В). MOSE-L-клетки имели диаметр 17,7 ± 3,3 мкм (N = 268 клеток) и гранулы имеют номинальный диаметр 4 мкм. Полный анализ диэлектрических свойств MOSE-L клеток по сравнению с Месе клеток в ранних стадиях прогрессии можно найти в недавней работе Salmanzadeh др. 33. Если pDEP и Ndep не наблюдается при этих крайностей, различные проблемы могут иметь место. Образец проводимости может быть слишком высоким из-за загрязняющих веществ или клеток лизису. НЕДОСТАТОЧНЫЙнт электрическое поле может быть сгенерирован из-за пузырьков, захваченных в жидкости электродных каналов, которые предотвращают проведение тока в части каналов, граничащих с образец канал. Нестационарный поток может быть вызвано пузыря, захваченного в шприце или впускной трубы, в результате пузырьки не держит устройство под вакуумом в течение достаточного времени или нет быстро заполнение устройства при удалении от вакуума, утечки из-за отслоения плохо связанных с PDMS предметное стекло, слезы в барьерной мембраной из-за чрезмерной силы, действующей при заполнении каналов или скорости потока в крайности рабочего диапазона насоса. В дополнение к определению частоты кроссовера клеток, этот метод может быть использован для сортировки смеси, показанный здесь смесью MOSE-L-клеток и бисером. Этот пример использует отрицательного диэлектрофореза (ППСИ), проявляемой 4 мкм бисером на частотах, где MOSE-L клетки испытывают положительный диэлектрофореза (pDEP). Мы оperated устройство на 200 вольт RMS и 10 кГц (рис. 6а) и отметил, что обе ячейки и Шарики смешивали, как они испытали Ndep. На 50 кГц мы наблюдали движение MOSE-L клеток в верхней части канала, в то время как шарики были ограничены нижней части канала, что позволяет разделение смеси на две компоненты (фиг.6В). <img alt="Рисунок 5" src="/files/ftp_upload/50634/50634fig5.jpg" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50634/50634fig5highres.jpg"/> Рисунок 5. Положение MOSE-L клеток манипулируют изменения частоты приложенного электрического поля. Фото приняты на заключительном пилообразной функции в образце канала и струйные электроды расположены в углах на правой стороне. Они наполнены ФБР, содержащим родамина В, который флуоресцирует визуализировать каналов. (А) MOSE-L клетки испытывают Ndep в 200 вольт RMS<html> и 5 кГц. (б) MOSE-L клетки испытывают жемчужное цепочки и pDEP в 200 вольт RMS и 60 кГц. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50634/50634fig5highres.jpg" target="_blank">Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок</a> . <img alt="Рисунок 6" src="/files/ftp_upload/50634/50634fig6.jpg" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50634/50634fig6highres.jpg"/> Рисунок 6. Смесь MOSE-L клеток (зеленый) и 4 мкм шариков (красный) течь через конечном пилообразной функцией в примере канал низкой частоты CDEP устройства. (А) на 200 В и клетки и шарики 10 кГц смешиваются. Стрелки указывают на слабо появляться клетки, которые, вероятно, умерли из-за условий низких частот. (Б) В 200 В и клетки 50 кГц испытать pDEP и перейти к функции краю канала, в то время как бусы испытать Ndep и остаются приурочены к области ближе прямой край.p_upload/50634/50634fig6highres.jpg &quot;целевых =&quot; _blank &quot;&gt; Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок.

Watch this Scientific Journal Video about Label-free Isolation and Enrichment of Cells Through Contactless Dielectrophoresis at JoVE.com

Label-free Isolation and Enrichment of Cells Through Contactless Dielectrophoresis

Бесконтактный диэлектрофорез (ПЗРО) достигает сортировки и обогащения частиц через их собственных диэлектрических свойств. Жидкостного электрода каналы заменить металлические электроды традиционные для DEP, подходящий CDEP чтобы неповреждающим стерильную характеристику и сортировки биологических частиц. Мы показываем, как подготовить микроустройство CDEP и провести клеток характеристику и сортировки эксперименты.

Этикетка без Выделение и Обогащение клетки через бесконтактных диэлектрофореза

Dielectrophoresis (DEP) is the phenomenon by which polarized particles in a non-uniform electric field undergo translational motion, and can be used to ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Isolation, Characterization and Comparative Differentiation of Human Dental Pulp Stem Cells Derived from Permanent Teeth by Using Two Different Methods

Выделение, характеристика и сравнительный Дифференциация по правам зубных стволовых клеток, полученных из целлюлозы постоянных зубов с помощью двух различных методов

Developing wisdom teeth are easy-accessible source of stem cells during the adulthood which could be obtained by routine orthodontic treatments. Human ...

Enrichment for Chemoresistant Ovarian Cancer Stem Cells from Human Cell Lines

Обогащение химиорезистентных рака яичников стволовых клеток из человеческих клеточных линиях

Cancer stem cells (CSCs) are defined as a subset of slow cycling and undifferentiated cells that divide asymmetrically to generate highly proliferative, ...

Isolation, Cryopreservation and Culture of Human Amnion Epithelial Cells for Clinical Applications

Изоляция, криоконсервации и культура клеток человека Амнион Эпителиальные для клинического применения

Human amnion epithelial cells (hAECs) derived from term or pre-term amnion membranes have attracted attention from researchers and clinicians as a ...

In vitro Enrichment of Ovarian Cancer Tumor-initiating Cells

In vitro Enrichment of Ovarian Cancer Tumor-initiating Cells

В пробирке обогащения рака яичников опухоли, инициирующие клетки

Evidence suggests that small subpopulations of tumor cells maintain a unique self-renewing and differentiation capacity and may be responsible for tumor ...

Isolation of Human Lymphatic Endothelial Cells by Multi-parameter Fluorescence-activated Cell Sorting

Выделение человека эндотелиальных клеток лимфатической от нескольких параметров флуоресценции активирован сортировки клеток

Lymphatic system disorders such as primary lymphedema, lymphatic malformations and lymphatic tumors are rare conditions that cause significant morbidity ...

Studying Pancreatic Cancer Stem Cell Characteristics for Developing New Treatment Strategies

Изучение рака поджелудочной железы стволовых клеток Характеристики для разработки новых стратегий лечения

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) contains a subset of exclusively tumorigenic cancer stem cells (CSCs) which have been shown to drive tumor ...

Isolation and Propagation of Circulating Tumor Cells from a Mouse Cancer Model

Выделение и распространение циркулирующих опухолевых клеток из мыши рака Модель

Cancer metastasis is the foremost cause of cancer-associated deaths. Recent studies have shown that circulating tumor cells (CTCs) are important in cancer ...

Isolation and Culture Expansion of Tumor-specific Endothelial Cells

Выделение и культура Расширение опухоли конкретных эндотелиальных клеток

Freshly isolated tumor-specific endothelial cells (TEC) can be used to explore molecular mechanisms of tumor angiogenesis and serve as an in vitro model ...

Through the Looking Glass: Time-lapse Microscopy and Longitudinal Tracking of Single Cells to Study Anti-cancer Therapeutics

Зазеркалье: Покадровый Микроскопия и Продольная Отслеживание отдельных клеток для изучения анти-терапии рака

The response of single cells to anti-cancer drugs contributes significantly in determining the population response, and therefore is a major contributing ...

Isolation and Cellular Phenotyping of Mesenchymal Stem Cells Derived from Synovial Fluid and Bone Marrow of Minipigs

Выделение и клеточная Фенотипирование мезенхимальных стволовых клеток, полученных из синовиальной жидкости и костного мозга карликовых свиней

Mesenchymal stem cells (MSCs) have been established after isolation from various tissue sources, including bone marrow and synovial fluid. Recently, ...