Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiết kế và thực hiện các máy ròng rọc vi mô chất lỏng để kiểm soát dòng chảy trên các nền tảng vi lưu lượng ly tâm
Tóm tắt
Các đĩa vi lưu đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng cho phân tích hóa học và chẩn đoán sinh học. Những nền tảng này cung cấp một bộ công cụ chất lỏng tinh vi, cần thiết cho việc thực hiện các quy trình có liên quan đến chuẩn bị mẫu, tinh chế, phân tích và phát hiện. Tuy nhiên, một trong những điểm yếu của những hệ thống như vậy là sự di chuyển chất lỏng theo một chiều từ trung tâm đĩa ra vùng ngoại vi do lực ly tâm đẩy có một hướng. Ở đây, chúng tôi chứng minh một cơ chế để di chuyển chất lỏng từ vùng ngoại vi của một đĩa kỵ nước về phía trung tâm của nó, không phụ thuộc vào năng lượng cung cấp bởi bất kỳ thiết bị ngoại vi nào. Phương pháp này sử dụng một mạng lưới chất lỏng không thông khí kết nối một cột chất lỏng làm việc với một chất lỏng mẫu. Khi chất lỏng làm việc bị đẩy bởi lực ly tâm để di chuyển về phía ngoại vi của đĩa, chất lỏng mẫu được kéo lên phía trung tâm của đĩa tương tự như một ròng rọc vật lý, nơi hai trọng lượng được kết nối bằng một sợi dây đi qua một khối. Mạng lưới không thông khí tương tự như sợi dây trong ròng rọc. Khi chất lỏng làm việc hạ xuống, nó tạo ra áp suất âm kéo chất lỏng mẫu lên. Chất lỏng mẫu và chất lỏng làm việc không tiếp xúc trực tiếp, và nó cho phép tự do lựa chọn một chất lỏng làm việc có các tính chất vật lý khác biệt rõ rệt so với chất lỏng mẫu. Bài viết này cung cấp một sự minh hoạ cho “ròng rọc vi mô” trên một đĩa, thảo luận về các hiện tượng vật lý cơ bản, cung cấp hướng dẫn thiết kế cho việc chế tạo các ròng rọc vi mô trên đĩa, và phác thảo một tầm nhìn cho các ứng dụng ròng rọc vi mô trong tương lai.
Từ khóa
#Microfluidic #centrifugal #flow control #design #hydrophobic discTài liệu tham khảo
Abi-Samra K, Clime L, Kong L, Gorkin R, Kim T-H, Cho Y-K, Madou M (2011) Thermo-pneumatic pumping in centrifugal microfluidic platforms. Microfluid Nanofluid. doi:10.1007/s10404-011-0830-5
Becker H, Gärtner C (2008) Polymer microfabrication technologies for microfluidic systems. Anal Bioanal Chem 390(1):89–111
Burtis C, Mailen J, Johnson W, Scott C, Tiffany T, Anderson N (1972) Development of a miniature fast analyzer. Clin Chem 18(8):753–761
Chen JM, Huang PC, Lin MG (2008) Analysis and experiment of capillary valves for microfluidics on a rotating disk. Microfluid Nanofluid 4(5):427–437. doi:10.1007/s10404-007-0196-x
Cho YK, Lee JG, Park JM, Lee BS, Lee Y, Ko C (2007) One-step pathogen specific DNA extraction from whole blood on a centrifugal microfluidic device. Lab Chip 7(5):565–573. doi:10.1039/B616115d
Ducree J, Haeberle S, Lutz S, Pausch S, von Stetten F, Zengerle R (2007) The centrifugal microfluidic bio-disk platform. J Micromech Microeng 17(7):S103–S115. doi:10.1088/0960-1317/17/7/S07
Focke M, Stumpf F, Roth G, Zengerle R, von Stetten F (2010) Centrifugal microfluidic system for primary amplification and secondary real-time PCR. Lab Chip 10(23):3210–3212
Garcia-Cordero JL, Basabe-Desmonts L, Ducree J, Ricco AJ (2010) Liquid recirculation in microfluidic channels by the interplay of capillary and centrifugal forces. Microfluid Nanofluid 9(4–5):695–703. doi:10.1007/s10404-010-0585-4
Gorkin R, Clime L, Madou M, Kido H (2010a) Pneumatic pumping in centrifugal microfluidic platforms. Microfluid Nanofluid 9(2–3):541–549. doi:10.1007/s10404-010-0571-x
Gorkin R, Park J, Siegrist J, Amasia M, Lee BS, Park J-M, Kim J, Kim H, Madou M, Cho Y-K (2010b) Centrifugal microfluidics for biomedical applications. Lab Chip 10:1758–1773. doi:10.1039/b924109d
Gorkin R, Nwankire CE, Gaughran J, Zhang X, Donohoe GG, Rook M, O’Kennedy R, Ducree J (2012a) Centrifugo-pneumatic valving utilizing dissolvable films. Lab Chip 12(16):2894–2902. doi:10.1039/C2lc20973j
Gorkin R, Soroori S, Southard W, Clime L, Veres T, Kido H, Kulinsky L, Madou M (2012b) Suction-enhanced siphon valves for centrifugal microfluidic platforms. Microfluid Nanofluid 12(1–4):345–354. doi:10.1007/s10404-011-0878-2
Grumann M, Geipel A, Riegger L, Zengerle R, Ducree J (2005) Batch-mode mixing on centrifugal microfluidic platforms. Lab Chip 5(5):560–565. doi:10.1039/B418253g
Haeberle S, Zengerle R (2007) Microfluidic platforms for lab-on-a-chip applications. Lab Chip 7(9):1094–1110
Kazarine A, Kong MC, Templeton EJ, Salin ED (2012) Automated liquid–liquid extraction by pneumatic recirculation on a centrifugal microfluidic platform. Anal Chem 84(16):6939–6943
Kido H, Micic M, Smith D, Zoval J, Norton J, Madou M (2007) A novel, compact disk-like centrifugal microfluidics system for cell lysis and sample homogenization. Colloid Surf B 58(1):44–51. doi:10.1016/j.colsurfb.2007.03.015
Kirby D, Siegrist J, Kijanka G, Zavattoni L, Sheils O, O’Leary J, Burger R, Ducrée J (2012) Centrifugo-magnetophoretic particle separation. Microfluidics Nanofluidics 13(6):899–908
Kong MC, Salin ED (2010) Pneumatically pumping fluids radially inward on centrifugal microfluidic platforms in motion. Anal Chem 82(19):8039–8041
Kong MC, Bouchard AP, Salin ED (2011) Displacement pumping of liquids radially inward on centrifugal microfluidic platforms in motion. Micromachines 3(1):1–9
Lai S, Wang S, Luo J, Lee LJ, Yang S-T, Madou MJ (2004) Design of a compact disk-like microfluidic platform for enzyme-linked immunosorbent assay. Anal Chem 76(7):1832–1837
Li C, Dong X, Qin J, Lin B (2009) Rapid nanoliter DNA hybridization based on reciprocating flow on a compact disk microfluidic device. Anal Chim Acta 640(1):93–99
Love LJ, Jansen JF, McKnight TE, Roh Y, Phelps TJ (2004) A magnetocaloric pump for microfluidic applications. NanoBiosci IEEE Trans 3(2):101–110
Madou MJ (2002) Fundamentals of microfabrication: the science of miniaturization, 2nd edn. CRC Press, Boca Raton
Madou MJ, Lu Y, Lai S, Koh CG, Lee LJ, Wenner BR (2001) A novel design on a CD disc for 2-point calibration measurement. Sens Actuators A Phys Sens 91(3):301–306
Madou M, Zoval J, Jia GY, Kido H, Kim J, Kim N (2006) Lab on a CD. Annu Rev Biomed Eng 8:601–628. doi:10.1146/annurev.bioeng.8.061505.095758
Mark D, van Oordt T, Strohmeier O, Roth G, Drexler J, Eberhard M, Niedrig M, Patel P, Zgaga-Griesz A, Bessler W, Weidmann M, Hufert F, Zengerle R, von Stetten F (2012) Automated and miniaturized detection of biological threats with a centrifugal microfluidic system. SPIE 8367. doi:10.1117/12.919933
Noroozi Z, Kido H, Madou MJ (2011) Electrolysis-induced pneumatic pressure for control of liquids in a centrifugal system. J Electrochem Soc 158(11):P130–P135
Siegrist J, Gorkin R, Clime L, Roy E, Peytavi R, Kido H, Bergeron M, Veres T, Madou M (2010) Serial siphon valving for centrifugal microfluidic platforms. Microfluid Nanofluid 9(1):55–63. doi:10.1007/s10404-009-0523-5
Steigert J, Grumann M, Brenner T, Riegger L, Harter J, Zengerle R, Ducrée J (2006) Fully integrated whole blood testing by real-time absorption measurement on a centrifugal platform. Lab Chip 6:1040–1044. doi:10.1039/b607051p
Thio THG, Ibrahim F, Al-Faqheri W, Moebius J, Khalid NS, Soin N, Kahar MKBA, Madou MJ (2013) Push pull microfluidics on a multi-level 3D CD. Lab Chip 13:3199–3209
Tsao CW, DeVoe DL (2009) Bonding of thermoplastic polymer microfluidics. Microfluid Nanofluid 6(1):1–16
Zehnle S, Schwemmer F, Roth G, Von Stetten F, Zengerle R, Paust N (2012) Centrifugo-dynamic inward pumping of liquids on a centrifugal microfluidic platform. Lab Chip 12(24):5142–5145