同时测定细胞和微粒的线性和非线性电泳迁移。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:44
文章英文标题
Simultaneous Determination of Linear and Nonlinear Electrophoretic Mobilities of Cells and Microparticles.
正文
基于直流绝缘体的电动力学( DC-iEK )是微流控技术的一个分支,已被证明是一种诱人和高效的操纵微纳米粒子,包括微生物的技术。DC-iEK器件的一个独特之处在于,由于绝缘结构之间存在较高场强区域,非线性EK效应增强。精确的计算模型,描述粒子和细胞行为,对于优化设计和提高DC-iEK器件的性能至关重要。电动平衡条件( EEEC )是最近引入的一个基本概念,它从根本上改变了这些微流控装置中颗粒操纵分析背后的视角。EEEC考虑了以往忽略的非线性效应对粒子迁移的影响,并指出这些效应是控制DC-iEK器件中粒子运动的核心。在本研究中,我们对4种聚苯乙烯微粒和4种细胞菌株同时进行了线性和非线性电动力学( EK )参数的实验表征,即电泳迁移率( μEP ( 1 ) )、粒子zeta电位( ζP )、EEEC和第二类电泳迁移率( μEP ( 3 ) )。为此,我们研究了粒径为2 ~ 6.8μm的聚苯乙烯微球、3株细菌(蜡样芽孢杆菌、大肠杆菌和肠球菌)和1株酵母细胞(酿酒酵母)在矩形截面聚二甲基硅氧烷( PDMS )微流控通道中的电迁移行为。结果表明,在不存在绝缘柱的情况下,线性和非线性电泳均可发生电动颗粒捕获,电渗达到平衡。本报告所述的实验测量参数将使今后的DC-iEK装置的设计得到优化,以适应广泛的应用(例如,分离多种颗粒和微生物),并发展更能代表现实的计算模型。
文章内容(英文)
Direct-current insulator-based electrokinetics (DC-iEK) is a branch of microfluidics that has demonstrated to be an attractive and efficient technique for manipulating micro- and nano- particles, including microorganisms. A unique feature of DC-iEK devices is that nonlinear EK effects are enhanced by the presence of regions of higher field intensity between the insulating structures. Accurate computational models, describing particle and cell behavior, are crucial to optimize the design and improve the performance of DC-iEK devices. The electrokinetic equilibrium condition (\u003ci\u003eE\u003c/i\u003e\u003csub\u003eEEC\u003c/sub\u003e) is a recently introduced fundamental concept that has radically shifted the perspective behind the analysis of particle manipulation in these microfluidic devices. The \u003ci\u003eE\u003c/i\u003e\u003csub\u003eEEC\u003c/sub\u003e takes into consideration previously neglected nonlinear effects on particle migration and indicates that these effects are central to control particle motion in DC-iEK devices. In this study, we present a simultaneous experimental characterization of linear and nonlinear electrokinetic (EK) parameters, that is, the electrophoretic mobility (μ\u003csub\u003eEP\u003c/sub\u003e\u003csup\u003e(1)\u003c/sup\u003e), the particle zeta potential (ζ\u003csub\u003e\u003ci\u003eP\u003c/i\u003e\u003c/sub\u003e), the \u003ci\u003eE\u003c/i\u003e\u003csub\u003eEEC\u003c/sub\u003e, and the electrophoretic mobility of the second kind (μ\u003csub\u003eEP\u003c/sub\u003e\u003csup\u003e(3)\u003c/sup\u003e), for four types of polystyrene microparticles and four cell strains. For this, we studied the electromigration of polystyrene microparticles ranging in size from 2 to 6.8 μm, three bacteria strains (\u003ci\u003eB. cereus\u003c/i\u003e, \u003ci\u003eE. coli\u003c/i\u003e, and \u003ci\u003eS. enterica\u003c/i\u003e) and a yeast cell (\u003ci\u003eS. cerevisiae\u003c/i\u003e), ranging in size from 1 to 6.3 μm, in a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic channel with a rectangular cross-section. The results illustrated that electrokinetic particle trapping can occur by linear and nonlinear electrophoresis and electroosmosis reaching an equilibrium, without the presence of insulating posts. The experimentally measured parameters reported herein will allow optimizing the design of future DC-iEK devices for a wide range of applications (e.g., to separate multiple kinds of particles and microorganisms) and for developing computational models that better represent reality.
来源出处
Journal|[J]Analytical Chemistry: An Indian JournalVolume 92, Issue 22. 2020. PP 14885-14891
DOI
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03525

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