עבודה זו התקיים בחסות את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (51375176); קרן מדעי הטבע מחוזי גואנג-דונג של סין (2014A030313264); המדע והטכנולוגיה תכנון פרויקט של בפרובינצית גואנג-דונג, סין (2014B010126003).

אזהרה: נא היוועץ כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. אצטון להתלקח והוא יכול לגרום גירוי בעיניים ודרכי הנשימה. מתח מעורב הוא גבוה כמו כמה אלפי וולט; לפיכך, ניצוצות חשמל צפויים כאשר עורכים את הניסוי. לבצע את הניסויים בחדר עם אוורור טוב כדי למנוע פיצוצים ואש של הניצוצות.
 1-ייצור של צלחות, מחזיק הערה: בעבודה זו, לוחיות האלקטרודה ואת מחזיק מיוצרים על ידי קו ייצור במפעל. רק החומר ואת הפרמטרים של כל החלקים נייר זה יושקו עקב התהליכים המורכבים.
<ol><li>חומר, בגודל של צלחת אלקטרודה <ol><li>Fabricate האלקטרודה צלחות באמצעות 1.4 מ מ CCL FR-4 עם שכבה דקה נחושת של 35 מיקרומטר. ראה איור 1 עבור פרמטרים מפורטים של צלחת אלקטרודה.</li>
	</ol></li> <li>פרמטרים של האלקטרודות <ol><li>סדר הלוחות אלקטרודה מהמפעל. ראה איור 2 לפרטים נוספים-</li>
	</ol></li> <li>בדיקה של צלחת אלקטרודה <ol><li>לאחר ההכנה של צלחת אלקטרודה, השתמש מיקרוסקופ אלקטרוני לבחון את האלקטרודות על פגמים בולטים מתחת 100 X ו- 300 X הגדלה. שים לב כי כל פגמים זעירים על פני השטח של האלקטרודות יכול לגרום קצר במוח, כפי שמוצג באיור 3.</li>
		<li>בדוק ולמדוד את רוחב אלקטרודה ומרווח כדי לקבוע אם הדיוק ממד פוגש את הדרישה.</li>
		<li>לבדוק את הצלחת עם מד זרם כדי לראות אם קצר חשמלי מתרחשת.</li>
	</ol></li> <li>הכנה של צלחת תא <ol><li>לחתוך קצת ממברנה סיליקון בגודל צלחת אלקטרודה, כפי שמוצג באיור 4. לבחור ממברנות הסיליקון בעוביים שונים כדי להפוך קאמרית צלחות עם גבהים שונים.</li>
		<li>להשתמש בכלי מיוחד חבטות אגרוף החור קאמרית, כמוצג באיור 5.</li>
	</ol></li> <li>עיבוד של בעל <ol><li>להזמין בעל ממפעל. הפרמטרים מפורט מוצגים באיור 6-</li>
	</ol></li> <li>פבריקציה נוספת של צלחת כיסוי <ol><li>לקדוח 2 חורים בחלק העליון הצלחת לכסות באמצעות קידוח של המחשב כדי להתקין את צינורות כניסת ולשקע. ראה איור 7 שלהם המיקומים והגדלים.</li>
	</ol></li></ol> 2. הרכבה של Micropump <ol><li>שימוש אצטון לשטוף הצלחות, המחזיק, צינורות כניסת ולשקע וכלים אחרים המשמשים את הניסויים. לשים צלחות וכלים אלה בתוך גביע ויוצקים ואז מספיק אצטון 99.5% לטבול אותם. לשים את הספל בתוך למכונת הכביסה אולטראסוניות. הפעלת מכונת כביסה אולטראסוניות והגדר את הטיימר 5 דק</li>
	<li>להכניס צינורות נירוסטה כניסת ולשקע שני החורים על הצלחת לכסות.</li>
	<li>למקם צלחת קאמרית עשוי סיליקון קרום על הצלחת אלקטרודה, ואז לכסות את זה עם לוחית כיסוי.</li>
	<li>מחסנית, ליישר את הצלחת לכסות, את הצלחת קאמרית, האלקטרודה צלחת מלמעלה למטה והכנס את הצלחות מיושר לתוך בעל.
	בריח <ol><li>שימוש M5 לתקן את לוחיות הרישוי בתוך המחזיק. ראה את הפיצוץ הצגה התצוגה הרגילה של micropump התאספו, כפי שמוצג באיור 8 ו- 9 איור, בהתאמה.</li>
		<li>עיתונאים הלוחות יחד על ידי הידוק את המנעולים. 
		הערה: את הצינורות, על החלל בצלחת קאמרית יהוו מעבר עבור הנוזל עבודה. הצלחת קאמרית אלסטי יכול גם לאטום את הפער בין הלוחות כדי למנוע את הנוזל זורם החוצה. לראות את התצוגה פיצוץ ואת התצוגה הרגילה של micropump התאספו באיור 8, איור 9, בהתאמה.</li>
	</ol></li> <li>להשתמש שני צינורות פוליאוריתן עם קטרים חיצוני של 4 מ מ, קטרים פנימי של 2 מ מ לחיבור צינורות נירוסטה כניסת ולשקע.</li>
	<li>לחבר מד זרם של מקור כוח V DC 500, את micropump בסדרה. להוסיף 1 mA הפתיל בין מד זרם את מקור הכוח להגן על מד זרם, במקרה micropump הוא הוריד.</li>
	<li>להוסיף את כניסת הצינור לתוך גביע 50 מ עם 20-30 מ של אצטון בפנים. 
	הערה: איור 10 מציגה פלטפורמת שהושלמו.</li>
</ol> 3. ניתוח ניסיוני <ol><li>מכינה לעבוד לפני הניסוי <ol><li>להשתמש גליל כדי להזריק אצטון כדי למלא את micropump. לאחר רמת הנוזל יגיע הצינור לשקע, להמשיך להזריק 10 מ"ל של אצטון בפנים עד כל הבועות יידחפו מן התא. 
		הערה: זה בלתי אפשרי לראות אם יש בועות עזב בתוך החדר, כי את הצלחת לכסות את צלחת אלקטרודה אינם שקופים. ברציפות הזרקת אצטון עוזר להסיר בועות, אך אין ביכולתה להבטיח כי אין בועות נותרו פנימה micropump. בועות עשויה לחסום את המעבר של נוזל, או שהם עשויים לקצר את המעגל ולגרום פיצוץ-מיקרו בתוך micropump, אשר ישרוף את האלקטרודות. ההשפעה של בועות על פעולת המשאבה אינה לגמרי ברורה עדיין, אך תסריטים הן גורמות נצפו מספר פעמים.</li>
		<li>שופכים 20-30 מ של אצטון לתוך כשהספל ולשים את כניסת הצינור בפנים הספל. להבטיח כי רמת הנוזל הוא לפחות 5 מ מ גבוה יותר לים כך אצטון יכול לזרום לתוך למשאבה אין אוויר יכול להישאב לתוך תא micropump.</li>
	</ol></li> <li>בדיקת לחץ סטטי <ol><li>לצרף את הצינור לשקע מסגרת קטנה כך הצינור יכול להישאר ישר ואנכי. לשים בסרגל לצד הצינור לשקע כדי למדוד את רמת הנוזל.</li>
		<li>להתחבר micropump את מקור הכוח.</li>
		<li>יתחיל בבדיקה על ידי לחיצה על המתג ולאחר מכן לסמן את רמת הנוזל הראשוני.</li>
		<li>לאחר רמת הנוזל יהפוך יציבה, להקליט את הזמן על רמת הנוזל הסופי, הזרם החשמלי.</li>
		<li>להמשיך להקליט את רמת נוזלים ואת הנוכחי כל 10 s עד micropump מתקלקלת.</li>
	</ol></li> <li>לזרום שיעור מבחן <ol><li>להשתמש צילינדר מדידה גדולים כדי לאסוף את הנוזל יוצא הצינור לשקע. להיות בטוח לתקן את הצינור לשקע כך הסוף נשאר באותו גובה בערך כמו רמת הנוזל במיכל.</li>
		<li>להתחבר micropump את מקור הכוח.</li>
		<li>יתחיל בבדיקה על ידי לחיצה על המתג ולאחר מכן לסמן את רמת הנוזל הראשוני.</li>
		<li>הנוזל יתחיל לזרום החוצה הצינור לשקע, להקליט עוצמת הקול של אצטון בתוך הגליל מדידה כל 10 s. ככל הניסוי עובר, להוסיף אצטון כשהספל לשמירה על רמת הנוזל.</li>
	</ol></li> <li>אמינות הבדיקה
	<ol><li>שימוש זמן העבודה הממוצע כדי להעריך את המהימנות של המשאבה. במהלך הבדיקה קצב זרימה המבחן לחץ סטטי, רשום את הזמן מבצע לפני המשאבה מתקלקלת. להקליט את התופעה מפורט של כל התמוטטות במהלך הניסוי ולבדוק את השטח צלחת אלקטרודה לאחר מכן לצורך ניתוח נוסף.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kazemi, P. Z., Selvaganapathy, P. R., Ching, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+micropillar+electrode+spacing+on+the+performance+of+electrohydrodynamic+micropumps.">Effect of micropillar electrode spacing on the performance of electrohydrodynamic micropumps.</a> J Electrostat. 68 (4), 376-383 (2010).</li><li>Kano, I., Nishina, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrode+arrangements+on+EHD+conduction+pumping.">Effect of electrode arrangements on EHD conduction pumping.</a> IEEE Trans Ind Appl. 49 (2), 679-684 (2013).</li><li>Laser, D. J., Santiago, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+micropumps.">A review of micropumps.</a> J Micromech Microeng. 14 (6), R35 (2004).</li><li>Fylladitakis, E. D., Theodoridis, M. P., Moronis, A. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+the+history,+research,+and+applications+of+electrohydrodynamics.">Review on the history, research, and applications of electrohydrodynamics.</a> IEEE Trans Plasma Sci. 42 (2), 358-375 (2014).</li><li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrostatics Joint Conf. , (2009).</li><li>Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Hemayatkhah, M., Danaeefar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+investigation+of+electrohydrodynamic+conduction+pumping+of+various+liquids+film+using+flush+electrodes.">Experimental investigation of electrohydrodynamic conduction pumping of various liquids film using flush electrodes.</a> J Electrostat. 69 (1), 43-53 (2011).</li><li>Gharraei, R., Esmaeilzadeh, E., Nobari, M. R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+of+conduction+pumping+of+dielectric+liquid+film+using+flush-mounted+electrodes.">Numerical investigation of conduction pumping of dielectric liquid film using flush-mounted electrodes.</a> Theor Comp Fluid Dyn. 28 (1), 89 (2014).</li><li>Jeong, S. -. I., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+electrohydrodynamic+pumping+through+conduction+phenomenon.">Experimental study of electrohydrodynamic pumping through conduction phenomenon.</a> J Electrostat. 56 (2), 123-133 (2002).</li><li>Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+pumping+of+dielectric+liquids.">Electrohydrodynamic pumping of dielectric liquids.</a> J Electrostat. 63 (6), 861-869 (2005).</li><li>Hojjati, M., Esmaeilzadeh, E., Sadri, B., Gharraei, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrohydrodynamic+conduction+pumps+with+cylindrical+electrodes+for+pumping+of+dielectric+liquid+film+in+an+open+channel.">Electrohydrodynamic conduction pumps with cylindrical electrodes for pumping of dielectric liquid film in an open channel.</a> Colloid Surface A. 392 (1), 294-299 (2011).</li><li>Yazdani, M., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+investigation+of+electrohydrodynamic-conduction+pumping+of+liquid+film+in+the+presence+of+evaporation.">Numerical investigation of electrohydrodynamic-conduction pumping of liquid film in the presence of evaporation.</a> J Heat Trans-T ASME. 131 (1), 011602 (2009).</li><li>Vafaie, R. H., Ghavifekr, H. B., Lintel, H., Brugger, J., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bi-directional+AC+electrothermal+micropump+for+on-chip+biological+applications.">Bi-directional AC electrothermal micropump for on-chip biological applications.</a> Electrophoresis. 37 (5-6), 719-726 (2016).</li><li>Pearson, M. R., Seyed-Yagoobi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+of+Linear+and+Radial+Two-Phase+Heat+Transport+Devices+Driven+by+Electrohydrodynamic+Conduction+Pumping.">Experimental Study of Linear and Radial Two-Phase Heat Transport Devices Driven by Electrohydrodynamic Conduction Pumping.</a> J Heat Trans-T ASME. 137 (2), 022901 (2015).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

אחד השלבים הקריטיים בתוך הפרוטוקול הוא לבחון את צלחת אלקטרודה בקפידה. זיזים קטנים בשולי אלקטרודה עלולה להביא כאן קצר, תקינות השטח ולהשפיע רבות על משאבת ביצועים. הניקוי של צלחת אלקטרודה, מחזיק הוא גם מאוד חשוב. גובה תא אלקטרודה היא פחות מ 1 מ"מ, חלקיקי אבק קטנים עלול לחסום את זרימת הנוזל לעבו?...

Micropumps תוכלו לנסוע זרימת הנוזל בקנה מידה קטן יותר מאשר רוב משאבות. בשנים האחרונות, ערכות נהיגה שונים הוחלו בהצלחה microfluidic מערכות1,2,3,4,5. המשאבה electrohydrodynamic (EHD) שיכולים להפעיל כוחות ישירות על הנוזל, ללא שום חלקים נעים, מה שהופך את זה פשוט יותר וקל יותר לפברק6. לפי סוגי תשלום, ניתן לסווג EHD משאבות הזרקה משאבות, משאבות אינדוקציה או משאבות הולכה. משאבות אינדוקציה אינם פועלים על נוזלים איזותרמי, בעוד משאבות הזרקה לשנות את מוליכות נוזלי. בשל העדר בעיות כאלה, משאבות הולכה יציבה יותר, יישום רחב יותר.
המשאבה הולכה מבוסס על ההתאמה של דיסוציאציה וקצבי רקומבינציה של מולקולות נוזלי. בדרך כלל, ניתן לבטא את תהליך דיסוציאציה רקומבינציה כדלקמן7,8: 
<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/55867/55867eq1.jpg"> איפה ה רקומבינציה קצב k-r הוא קבוע דיסוציאציה קצב kd הוא פונקציה של עוצמת שדה חשמלי. כאשר עוצמת שדה חשמלי מגיע ערך מסוים, הקצב דיסוציאציה יעלה שיעור רקומבינציה. לאחר מכן, חיובים יותר חופשי לנסוע שתי אלקטרודות של קוטביות הפוכה, וטופס שכבות של heterocharge. שכבות heterocharge אלה הם המפתח למשאבה, כמו תנועת המטענים דוחף את המולקולות נוזלי קדימה. לכן, ניתן להפיק כוח הגוף נטו בתוך הנוזל בתוך התא באמצעות אלקטרודות אסימטרי או ההתאמה של הניידות של יונים חיוביים ושליליים9,10,11,12 .
עבודה זו מציגה דרך חדשה של בדיית צלחת אלקטרודה מישורי סימטרי משאבה הולכה. צלחת אלקטרודה מוכנות CCL FR-4, תא המשאבה מוכן על ידי לעבד. תהליכי ייצור הם יחסית פשוטים יותר ונוח יותר מאלה של שיטות ייצור אחרות, כגון ננוליתוגרפיה. פלטפורמה הבדיקה הוא להגדיר כדי לחקור את הביצועים של micropump הולכה בתנאים שונים. יתר על כן, באמינות micropump הולכה ייחקר גם בנסיבות אחרות.

<table width="683">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Amperemeter</td>
			<td style="width:311px;">-</td>
			<td style="width:101px;">85C1-MA</td>
			<td style="width:64px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">DC high voltage power supply</td>
			<td style="width:311px;">NanTong Jianuo electric device company</td>
			<td style="width:101px;">GY-WY500-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Fuse</td>
			<td style="width:311px;">-</td>
			<td style="width:101px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Ultrasonic cleaner</td>
			<td style="width:311px;">Derui ultrasonic device company</td>
			<td style="width:101px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:207px;height:21px;">Soldering iron</td>
			<td style="width:311px;">-</td>
			<td style="width:101px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a performance-testing platform for a conduction micropump with an fr-4 copper-clad electrode plate

. הנה, מפוברק של הולכה micropump עם זוגות אלקטרודה מישורי סימטרי שהוכנו על למינציה לבושת נחושת מעכב להבה מחוזק אפוקסי (FR-4) (CCL). הוא משמש כדי לחקור את השפעת ממדים קאמרית על הביצועים של micropump הולכה וכדי לקבוע את המהימנות של המשאבה הולכה כאשר אצטון משמש את הנוזלים עבודה. פלטפורמה הבדיקה הוא להגדיר כדי להעריך את הביצועים micropump הולכה בתנאים שונים. כאשר גובה קאמרית 0.2 מ מ, משאבת הלחץ מגיע ערך השיא שלו.

כמוצג באיור11, משאבת הלחץ וקצב הגוברת שלה עולים כאשר מגביר המתח. כאשר המתח מגיע 500 V, משאבת הלחץ מגיע 1,100 הפלסטינית.
לחץ סטטי המשאבה עולה עם הגובה קאמרית המשאבה גוברת כאשר גובה קאמרית הוא מתחת 0.2 מ מ. ההופעה משאבת מגיע הגבוהה כ?...

Watch this Scientific Journal Video about A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate at JoVE.com

A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

מאמר זה מציג עבור הזיוף של micropump הולכה באמצעות אלקטרודות מישורי סימטרי על למינציה לבושת נחושת מעכב להבה מחוזק אפוקסי (FR-4) (CCL) כדי לבדוק את השפעת ממדים קאמרית על הביצועים של פרוטוקול micropump הולכה.

פלטפורמה בדיקות ביצועים הולכה Micropump עם צלחת אלקטרודה לבושת נחושת FR-4

Here, a conduction micropump with symmetric planar electrode pairs prepared on flame-retardant glass-reinforced epoxy (FR-4) copper-clad laminate (CCL) is ...

a-performance-testing-platform-for-conduction-micropump-with-an-fr-4

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

5.9K Views.  South China University of Technology. מאמר זה מציג עבור הזיוף של micropump הולכה באמצעות אלקטרודות מישורי סימטרי על למינציה לבושת נחושת מעכב להבה מחוזק אפוקסי (FR-4) (CCL) כדי לבדוק את השפעת ממדים קאמרית על הביצועים של פרוטוקול micropump הולכה.

Video: A Performance-testing Platform for a Conduction Micropump with an FR-4 Copper-clad Electrode Plate

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

בדיקת Microtensile לסביבה מבוקרת של nanocomposites הפולימר מכאני-מסתגל ל<em&gt; לשעבר vivo</em&gt; אפיון

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in vitro analysis are well suited to study of large numbers of cells (&ge;105) in milliliter-scale volumes (&ge;0.1 ml). However, there are many instances in which it is necessary or desirable to scale down culture size to reduce consumption of the cells of interest and/or reagents required for their culture, stimulation, or processing. Unfortunately, conventional approaches do not support precise and reproducible manipulation of micro-scale cultures, and the microfluidics-based automated systems currently available are too complex and specialized for routine use by most laboratories. To address this problem, we have developed a simple and versatile technology platform for automated culture, stimulation, and recovery of small populations of cells (100 - 2,000 cells) in micro-scale volumes (1 - 20 &mu;l). The platform consists of a set of fibronectin-coated microcapillaries ("cell perfusion chambers"), within which micro-scale cultures are established, maintained, and stimulated; a digital microfluidics (DMF) device outfitted with "transfer" microcapillaries ("central hub"), which routes cells and reagents to and from the perfusion chambers; a high-precision syringe pump, which powers transport of materials between the perfusion chambers and the central hub; and an electronic interface that provides control over transport of materials, which is coordinated and automated via pre-determined scripts. As an example, we used the platform to facilitate study of transcriptional responses elicited in immune cells upon challenge with bacteria. Use of the platform enabled us to reduce consumption of cells and reagents, minimize experiment-to-experiment variability, and re-direct hands-on labor. Given the advantages that it confers, as well as its accessibility and versatility, our platform should find use in a wide variety of laboratories and applications, and prove especially useful in facilitating analysis of cells and stimuli that are available in only limited quantities.

We have developed an automated cell culture and interrogation platform for micro-scale cell stimulation experiments. The platform offers simple, versatile, and precise control in cultivating and stimulating small populations of cells, and recovering lysates for molecular analyses. The platform is well suited to studies that use precious cells and/or reagents.

פלטפורמה אוטומטית צדדי לניסויים בגירוי תא מיקרו בקנה מידה

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Investigating Receptor-ligand Systems of the Cellulosome with AFM-based Single-molecule Force Spectroscopy

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the enzymes onto the noncatalytic scaffold protein is directed by interactions among a family of related receptor-ligand pairs comprising interacting cohesin and dockerin modules. The extremely strong binding between cohesin and dockerin modules results in dissociation constants in the low picomolar to nanomolar range, which may hamper accurate off-rate measurements with conventional bulk methods. Single-molecule force spectroscopy (SMFS) with the atomic force microscope measures the response of individual biomolecules to force, and in contrast to other single-molecule manipulation methods (i.e.&#160;optical tweezers), is optimal for studying high-affinity receptor-ligand interactions because of its ability to probe the high-force regime (&#62;120 pN). Here we present our complete protocol for studying cellulosomal protein assemblies at the single-molecule level. Using a protein topology derived from the native cellulosome, we worked with enzyme-dockerin and carbohydrate binding module-cohesin (CBM-cohesin) fusion proteins, each with an accessible free thiol group at an engineered cysteine residue. We present our site-specific surface immobilization protocol, along with our measurement and data analysis procedure for obtaining detailed binding parameters for the high-affinity complex. We demonstrate how to quantify single subdomain unfolding forces, complex rupture forces, kinetic off-rates, and potential widths of the binding well. The successful application of these methods in characterizing the cohesin-dockerin interaction responsible for assembly of multidomain cellulolytic complexes is further described.

Cellulosomes are multienzyme complexes designed for digesting cellulose. AFM-based SMFS was used to study the mechanical properties and folding configuration of cellulosome-associated protein assemblies. We present a complete workflow for protein immobilization, data acquisition, and data analysis to study the interactions of individual receptor-ligand complexes involved in cellulosome assembly.

חוקר מערכות קולטן ליגנד של Cellulosome עם המולקולה בודדת מבוססת AFM חיל ספקטרוסקופיה

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

לוחץ תא כחזק, Microfluidic תאית פלטפורמה להצגה

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane technology. Understanding the fouling process could lead to optimization and higher efficiency of membrane based filtration. Here we show the design and fabrication of an automated three-dimensionally (3-D) printed microfluidic cross-flow filtration system that can test up to 4 membranes in parallel. The microfluidic cells were printed using multi-material photopolymer 3-D printing technology, which used a transparent hard polymer for the microfluidic cell body and incorporated a thin rubber-like polymer layer, which prevents leakages during operation. The performance of ultrafiltration (UF), and nanofiltration (NF) membranes were tested and membrane fouling could be observed with a model foulant bovine serum albumin (BSA). Feed solutions containing BSA showed flux decline of the membrane. This protocol may be extended to measure fouling or biofouling with many other organic, inorganic or microbial containing solutions. The microfluidic design is especially advantageous for testing materials that are costly or only available in small quantities, for example polysaccharides, proteins, or lipids due to the small surface area of the membrane being tested. This modular system may also be easily expanded for high throughput testing of membranes.&#160;

Design and fabrication of a three-dimensionally (3-D) printed microfluidic cross-flow filtration system is demonstrated. The system is used to test performance and observe fouling of ultrafiltration and nanofiltration (thin film composite) membranes.

בתלת ממד המודפס Microfluidic מערכת חוצת זרימה עבור Ultrafiltration / nanofiltration ממברנה בדיקות ביצועים

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

An Ultrasonic Tool for Nerve Conduction Block in Diabetic Rat Models

Nerve conduction block with a high intensity-focused ultrasound (HIFU) transducer has been performed in normal and diabetic animal models recently. HIFU can reversibly block the conduction of peripheral nerves without damaging the nerves while using an appropriate ultrasonic parameter. Temporary and partial block of the action potentials of nerves shows that HIFU has the potential to be a useful clinical treatment for pain relief. This work demonstrates the procedures for suppressing the action potentials of neuropathic nerves in diabetic rats in vivo using an HIFU transducer. The first step is to generate adult male diabetic neuropathic rats by streptozotocin (STZ) injection. The second step is to evaluate the peripheral diabetic neuropathy in STZ-induced diabetic rats by an electronic von Frey probe and a hot plate. The final step is to record in vivo extracellular action potentials of the nerve exposed to HIFU sonication. The method showed here may benefit the study of ultrasound analgesic applications.

This work presents the methodology of applying high intensity-focused ultrasound to block the action potentials of diabetic neuropathic nerves.

כלי אולטראסוניות גיאן לחסום במודלים עכברים סוכרתיים

Nerve conduction block with a high intensity-focused ultrasound (HIFU) transducer has been performed in normal and diabetic animal models recently. HIFU ...

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved useful as a convenient live imaging platform providing capabilities for precise control of experimental conditions in real time. In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing WormSpa, a previously-published custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes. To illustrate the capability, we performed proof-of-principle experiments in which worms were infected in the device with pathogenic bacteria, and the dynamics of expression of immune response genes and egg laying were monitored continuously in individual animals. The simple design and operation of this device make it suitable for users with no previous experience with microfluidic-based experiments. We propose that this approach will be useful for many researchers interested in longitudinal observations of biological processes under well-defined conditions.

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

In this article, we demonstrate live imaging of individual worms employing a custom microfluidic device. In the device, multiple worms are individually confined to separate chambers, allowing multiplexed longitudinal surveillance of various biological processes.

פלטפורמה Microfluidic הדמיה האורך ב Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of cellular heterogeneity in biological systems. However, single-cell sequencing of large populations has been hampered by limitations in processing genomes for sequencing. In this paper, we describe a method for single-cell genome sequencing (SiC-seq) which uses droplet microfluidics to isolate, amplify, and barcode the genomes of single cells. Cell encapsulation in microgels allows the compartmentalized purification and tagmentation of DNA, while a microfluidic merger efficiently pairs each genome with a unique single-cell oligonucleotide barcode, allowing &gt;50,000 single cells to be sequenced per run. The sequencing data is demultiplexed by barcode, generating groups of reads originating from single cells. As a high-throughput and low-bias method of single-cell sequencing, SiC-seq will enable a broader range of genomic studies targeted at diverse cell populations.

Single-cell sequencing reveals genotypic heterogeneity in biological systems, but current technologies lack the throughput necessary for the deep profiling of community composition and function. Here, we describe a microfluidic workflow for sequencing &gt;50,000 single-cell genomes from diverse cell populations.

פלטפורמת Microfluidic על קוליים בתפוקה של רצף הגנום בתא יחיד

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...