RO138694A0 - Opto-electric microfluidic device for capturing and separating tumor cells by means of optical forceps and dielectrophoresis - Google Patents
Opto-electric microfluidic device for capturing and separating tumor cells by means of optical forceps and dielectrophoresis Download PDFInfo
- Publication number
- RO138694A0 RO138694A0 ROA202400408A RO202400408A RO138694A0 RO 138694 A0 RO138694 A0 RO 138694A0 RO A202400408 A ROA202400408 A RO A202400408A RO 202400408 A RO202400408 A RO 202400408A RO 138694 A0 RO138694 A0 RO 138694A0
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- component
- glass
- cells
- dielectrophoresis
- role
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
RO 138694 AORO 138694 AO
DISPOZITIV MICROFLUIDIC OPTO-ELECTRIC PENTRU CAPTAREA ȘI SEPARAREA CELULELOR TUMORALE CU AJUTORUL PENSETEI OPTICE ȘI DIELECTROFOREZEIOPTO-ELECTRIC MICROFLUIDIC DEVICE FOR CAPTURING AND SEPARATION OF TUMOR CELLS USING OPTICAL TWEEZERS AND DIELECTROPHORESIS
Invenția se referă la realizarea unui dispozitiv microfluidic opto-electric din sticlă, capabil să sorteze celule tumorale în funcție de potențialul lor malign, folosind concurent metode de dielectroforeză și pensetă optică. Dispozitivul poate separa celule printr-o metodă complet lipsită de marcaj biochimic, prin crearea unei capcane duble rezultate în urma creării unui gradient al intensității câmpului electric și al intensității fasciculului laser. Celulele sortate pot fi apoi utilizate pentru aplicații diverse precum: obținerea unui diagnostic precis prin separarea unor subpopulații celulare sau obținerea unor culturi celulare specifice pentru selecția citostaticelor în tratamentul cancerului. Dispozitivul prezintă perspective de a fi integrat într-o tehnologie sau sistem automatizat de medicină teranostică pentru evaluarea unor tipuri de celule canceroase de interes medical și separarea acestora. Dispozitivul propus în invenție se încadrează în clasele B81C3/00 (Assembling of devices or systems from individually processed components), B03C5/00B (Dielectrophoresis)‘, G02B21/32 (Micromanipulators structurally combined with microscopes), conform Clasificării Internationale a Patentelor (IPC).The invention relates to the realization of an opto-electric microfluidic device made of glass, capable of sorting tumor cells according to their malignant potential, using dielectrophoresis and optical tweezers methods concurrently. The device can separate cells by a method completely devoid of biochemical labeling, by creating a double trap resulting from the creation of a gradient of electric field intensity and laser beam intensity. The sorted cells can then be used for various applications such as: obtaining a precise diagnosis by separating cell subpopulations or obtaining specific cell cultures for the selection of cytostatics in the treatment of cancer. The device has prospects of being integrated into a theranostic medicine technology or automated system for the evaluation of cancer cell types of medical interest and their separation. The device proposed in the invention falls under classes B81C3/00 (Assembling of devices or systems from individually processed components), B03C5/00B (Dielectrophoresis)', G02B21/32 (Micromanipulators structurally combined with microscopes), according to the International Patent Classification (IPC).
Predicțiile privind evoluția incidenței cancerului și impactul său socio-economic în Europa arată că în aproximativ 20 de ani cancerul va depăși ca incidență patologiile cardio-vasculare și va deveni principala sursă de morbiditate și mortalitate. Uniunea Europeană a adoptat un plan de combatere a cancerului (Europe’s Beating Cancer Plan, https://health.ec.europa.eu/system/files/2022-02/eu cancer-plan en 0.pdf) care integrează o strategie pe termen mediu. Acesta este structurat în jurul a patru domenii-cheie de acțiune în care UE poate aduce cea mai mare valoare adăugată: (1) prevenirea; (2) depistarea timpurie; (3) diagnostic și tratament; și (4) calitatea vieții pacienților cu cancer și a supraviețuitorilor. în următorii ani, planul se va concentra asupra cercetării și inovării, va valorifica potențialul pe care îl oferă digitalizarea și noile tehnologii și va mobiliza instrumente financiare pentru a sprijini statele membre. Deoarece cancerul este o boală cu mecanisme și fiziopatologie complexe, caracterizarea moleculară a tumorilor individuale (ca prima etapa a medicinei personalizate) este una dintre strategiile adoptate de UE pentru a face acest obiectiv tangibil. în consecință, tehnologiile inovatoare care oferă acces la celule tumorale având caracteristici bine definite au oPredictions on the evolution of cancer incidence and its socio-economic impact in Europe show that in about 20 years cancer will surpass cardiovascular pathologies in incidence and become the main source of morbidity and mortality. The European Union has adopted a plan to beat cancer (Europe’s Beating Cancer Plan, https://health.ec.europa.eu/system/files/2022-02/eu cancer-plan en 0.pdf) which integrates a medium-term strategy. It is structured around four key areas of action where the EU can bring the greatest added value: (1) prevention; (2) early detection; (3) diagnosis and treatment; and (4) quality of life for cancer patients and survivors. In the coming years, the plan will focus on research and innovation, harness the potential offered by digitalisation and new technologies and mobilise financial instruments to support Member States. As cancer is a disease with complex mechanisms and pathophysiology, molecular characterisation of individual tumours (as the first step of personalised medicine) is one of the strategies adopted by the EU to make this objective tangible. Consequently, innovative technologies that provide access to tumour cells with well-defined characteristics have a
RO 138694 AO importanță din ce în ce mai mare pentru diagnosticul medical și stabilirea terapiei adecvate. Printre aceste tehnologii, o categorie importantă o reprezintă metodele iară marcaj biochimic (label-free) care permit separarea și studiul unor celule relevante în oncologie (de exemplu, celule tumorale circulante în sângele periferic, celule progenitoare hematopoietice și subpopulațiile acestora, celulele T specifice antigenului, limfocite natural killer invariante, celulele fetale din circulația maternă etc.) sau celule tumorale cu specificități (de exemplu, celule stern tumorale, celule predispuse la metastaze mai rapide, etc.) tară a le modifica proprietățile. Astfel de celule, odată separate, trebuie să fie disponibile în starea lor nativă pentru a permite instituirea unor terapii celulare sau alte proceduri teranostice.RO 138694 AO increasingly important for medical diagnosis and the establishment of appropriate therapy. Among these technologies, an important category is represented by biochemical labeling methods (label-free) that allow the separation and study of cells relevant in oncology (e.g., tumor cells circulating in peripheral blood, hematopoietic progenitor cells and their subpopulations, antigen-specific T cells, invariant natural killer lymphocytes, fetal cells in the maternal circulation, etc.) or tumor cells with specificities (e.g., tumor stem cells, cells prone to faster metastasis, etc.) without modifying their properties. Such cells, once separated, must be available in their native state to allow the establishment of cell therapies or other theranostic procedures.
In general, manipularea precisă a particulelor biologice (celule, virusuri, proteine sau molecule de ADN) prezintă perspective deosebite de aplicabilitate în științele biomedicale. O modalitate de a manipula astfel de particule este expunerea lor la câmpuri electrice. In funcție de aplicație, se pot distinge două tehnici principale: electroforeza (mișcarea particulelor încărcate electric într-un câmp electric uniform continuu) și dielectroforeza (DEP) (mișcarea a particulelor dielectrice întrun câmp electric neuniform). DEP este o metodă care este utilizatăîn tehnicile de sortare a celulelor [1] și analiza anumitor parametri electrici [2], în practică, forța DEP apare atunci când se aplică un câmp electric AC neuniform care manipulează mișcarea celulei prin crearea unui gradient de polarizabilitate între particule și mediul de suspensie. Rezultatul interacțiunii particulă-câmp constă în apariția unei forțe orientată fie în același sens cu gradientul câmpului electric (DEP pozitiv) fie în sens opus acestui gradient (DEP negativ) în funcție de frecvența câmpului electric, în prezent, DEP a devenit util pentru: (i) aplicații biologice și medicale care necesită separarea celulelor (de exemplu, separarea celulelor tumorale circulante, imunoterapia cancerului); (ii) caracterizarea diferitelor tipuri de celule (celule de glioblastom, celule stern neuronale); (iii) fuziunea celulară; (iv) producția de vaccin; (v) purificarea proteinelor etc. [2-5]. O serie de dispozitive cu diferite configurații care folosesc dielectroforeza pentru o sortare eficientă au fost propuse în diverse brevete:In general, the precise manipulation of biological particles (cells, viruses, proteins or DNA molecules) presents great prospects for application in biomedical sciences. One way to manipulate such particles is by exposing them to electric fields. Depending on the application, two main techniques can be distinguished: electrophoresis (the movement of electrically charged particles in a continuous uniform electric field) and dielectrophoresis (DEP) (the movement of dielectric particles in a non-uniform electric field). DEP is a method that is used in cell sorting techniques [1] and the analysis of certain electrical parameters [2], in practice, the DEP force arises when a non-uniform AC electric field is applied that manipulates the movement of the cell by creating a polarizability gradient between the particles and the suspension medium. The result of particle-field interaction is the emergence of a force oriented either in the same direction as the electric field gradient (positive DEP) or in the opposite direction to this gradient (negative DEP) depending on the frequency of the electric field, currently, DEP has become useful for: (i) biological and medical applications that require cell separation (e.g., separation of circulating tumor cells, cancer immunotherapy); (ii) characterization of different cell types (glioblastoma cells, neural stem cells); (iii) cell fusion; (iv) vaccine production; (v) protein purification, etc. [2-5]. A series of devices with different configurations that use dielectrophoresis for efficient sorting have been proposed in various patents:
US 4390403A (1981) descrie și revendică o geometrie pentru filtrarea unei specii chimice dintrun lichid. Este descrisa o metodă care utilizează câmpuri electrice neuniforme DC pentru a manipula una sau mai multe substanțe chimice într-o cameră cu mai mulți electrozi, astfel încât să promoveze reacții chimice între specii.US 4390403A (1981) describes and claims a geometry for filtering a chemical species from a liquid. A method is described which uses non-uniform DC electric fields to manipulate one or more chemicals in a chamber with multiple electrodes so as to promote chemical reactions between the species.
RADIAȚIEIRADIATION
RO 138694 AORO 138694 AO
US5814200A (1993) se referă la un separator al materiei celulare prin DEP. O forță DEP afectează o particulă suspendată într-un mediu, utilizând un câmp electric alternativ. Forța depinde, printre altele, de proprietățile electrice ale mediului de suspensie și ale particulei și de frecvența câmpului electric. Separatorul, conform invenției, cuprinde o cameră de separare si o multitudine de electrozi dispuși în diferite configurații. Particulele care nu sunt reținute sunt îndepărtate din cameră de mediul de suspensie circulat prin cameră. Separatorul este capabil să separe două particule diferite în flux continuu.US5814200A (1993) relates to a separator of cellular matter by DEP. A DEP force affects a particle suspended in a medium, using an alternating electric field. The force depends, among other things, on the electrical properties of the suspension medium and the particle and on the frequency of the electric field. The separator, according to the invention, comprises a separation chamber and a plurality of electrodes arranged in different configurations. Particles that are not retained are removed from the chamber by the suspension medium circulated through the chamber. The separator is capable of separating two different particles in continuous flow.
US20120085649A1 (2011) descrie dispozitive și metode pentru realizarea DEP. Dispozitivele conțin un canal de probă separat prin bariere fizice de canalele de electrozi. Dispozitivele și metodele pot fi utilizate pentru separarea și analiza particulelor în soluție, inclusiv separarea și izolarea celulelor de un anumit tip. Deoarece electrozii nu intră în contact cu proba, se evită contaminarea electrozilor și se menține mai bine integritatea probei.US20120085649A1 (2011) describes devices and methods for performing DEP. The devices comprise a sample channel separated by physical barriers from the electrode channels. The devices and methods can be used for the separation and analysis of particles in solution, including the separation and isolation of cells of a particular type. Since the electrodes do not come into contact with the sample, contamination of the electrodes is avoided and the integrity of the sample is better maintained.
EP 3919171A1 (2021) propune un dispozitiv dielectroforetic de detectare cuprinzând un cip microfluidic pentru a detecta compuși chimici legați de micro-sfere funcționalizate, care curg în interiorul unui canal și un ansamblu de electrozi în formă de rânduri de piloni paraleli plasați pe înălțimea canalului de curgere, configurați să genereze sub o tensiune electrică adecvată un câmp electric astfel încât să formeze o barieră electrică, împiedicând micro-sferele să traverseze barieră și să le atragă în zona de detecție prin forțe DEP, unde sunt grupate și concentrate. Dispozitivul poate fi prevăzut cu mai multe rânduri de electrozi cu piloni paraleli si perpendiculari, formând astfel linii de incubare celulara.EP 3919171A1 (2021) proposes a dielectrophoretic detection device comprising a microfluidic chip to detect chemical compounds bound to functionalized microspheres, flowing inside a channel and an assembly of electrodes in the form of rows of parallel pillars placed on the height of the flow channel, configured to generate under an appropriate electric voltage an electric field so as to form an electric barrier, preventing the microspheres from crossing the barrier and attracting them to the detection area by DEP forces, where they are grouped and concentrated. The device can be provided with several rows of electrodes with parallel and perpendicular pillars, thus forming cell incubation lines.
Penseta optica (optical tweezers - OT) a fost propusă pentru prima data de către Arthur Ashkin [6] în 1970 care a demonstrat posibilitatea captării unor sfere dielectrice în câmpul generat de un fascicul laser focalizat. Ulterior, aceeași echipă a demonstrat că penseta optică poate manipula mai multe particule în același timp (având dimensiuni variate și proprietăți fizice și chimice diferite) [7]. Datorită impactului deosebit asupra domeniului științific, descoperirea lui Arthur Ashkin a câștigat premiului Nobel pentru Fizică în anul 2018.Optical tweezers (OT) were first proposed by Arthur Ashkin [6] in 1970, who demonstrated the possibility of trapping dielectric spheres in the field generated by a focused laser beam. Later, the same team demonstrated that optical tweezers can manipulate multiple particles at the same time (having varying sizes and different physical and chemical properties) [7]. Due to its great impact on the scientific field, Arthur Ashkin's discovery won the Nobel Prize in Physics in 2018.
în prezent, pensetele optice sunt instrumente prin care se pot capta micro-particule (de exemplu, celule vii în suspensie) folosind forțele generate de un gradient mare de intensitate luminoasă [8], în practică, sunt utilizați laseri cu fascicul Gaussian ca surse de lumină. Fasciculul laser este focalizat pe eșantion printr-un obiectiv cu apertură numerică mare. Condițiile pentru a obțineCurrently, optical tweezers are instruments that can capture micro-particles (e.g., living cells in suspension) using the forces generated by a large gradient of light intensity [8], in practice, Gaussian beam lasers are used as light sources. The laser beam is focused on the sample through a large numerical aperture objective. The conditions for obtaining
RO 138694 AO efectul de captare sunt: (a) particula este transparentă la lungimea de undă laser și (b) indicele de refracție al particulei este mai mare decât cel al mediului. Forțele de captare sunt de obicei în domeniu de pico-Newtoni. OTs sunt utilizate în cercetarea biomedicală pentru a măsura forțele de interacțiune dintre celule sau dintre diferite particule și celule [9, IO], Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru manipularea fără contact a celulelor vii (de exemplu, în inseminare artificială [II], fuziune celulară [12]).RO 138694 AO The trapping effect is: (a) the particle is transparent at the laser wavelength and (b) the refractive index of the particle is higher than that of the medium. The trapping forces are typically in the pico-Newton range. OTs are used in biomedical research to measure the interaction forces between cells or between different particles and cells [9, IO], They are also used for contactless manipulation of living cells (e.g. in artificial insemination [II], cell fusion [12]).
OT face obiectul unei serii de brevete, dintre care prezentăm în continuare o selecție:OT is the subject of a series of patents, of which we present a selection below:
US4893886A (1987) prezintă particule biologice prinse cu succes într-o capcană de forță cu gradient utilizând un singur fascicul laser în infraroșu. Apertura numerică mare a obiectivului este utilizată pentru vizionarea probei. Invenția propune mai multe moduri de operare.US4893886A (1987) shows biological particles successfully trapped in a gradient force trap using a single infrared laser beam. A large numerical aperture objective is used for viewing the sample. The invention proposes several modes of operation.
US5512745A (1994) se referă în general la un sistem de captare optică, și în particular, la un aparat și o metodă de utilizare a unui sistem de capcană optică cu control pozițional cu feedback. Invenția utilizează forța de gradient care există atunci când un material transparent cu un indice de refracție mai mare decât mediul înconjurător este plasat într-un gradient ușor. Pe măsură ce lumina trece prin materialul polarizabil, ea induce un moment de dipol. Acest dipol interacționează cu gradientul câmpului electromagnetic, rezultând o forță îndreptată către zona mai intensă a luminii, ca de exemplu spre zona focală.US5512745A (1994) relates generally to an optical trapping system, and in particular, to an apparatus and method for using an optical trapping system with positional feedback control. The invention utilizes the gradient force that exists when a transparent material with a refractive index greater than the surrounding medium is placed in a slight gradient. As light passes through the polarizable material, it induces a dipole moment. This dipole interacts with the gradient of the electromagnetic field, resulting in a force directed toward the area of greater light intensity, such as the focal region.
EP2442316A1 (2012) prezintă un sistem și metode pentru măsurarea forțelor optice care acționează asupra unei probe microscopice și, în particular, pentru determinarea componentelor forței care acționează asupra unei particule captate într-un ansamblu de OT.EP2442316A1 (2012) presents a system and methods for measuring optical forces acting on a microscopic sample and, in particular, for determining the components of the force acting on a particle captured in an OT assembly.
Forțele OT și DEP creează împreună o capcană opto-electrică (OET) prin care o celula poate fi manipulată și caracterizată. O celulă este inițial prinsă de OT, apoi este expusă la o tensiune crescătoare controlată a câmpului DEP până când este scoasă din capcana optică. Sunt înregistrate imagini time-lapse continue și utilizând un cod de procesare a cadrelor se poate determina o „tensiune de eliberare”. Acesta din urmă reprezintă intensitatea câmpului DEP pentru care forța DEP a depășit cu puțin forța OT. Trebuie subliniat că în tot acest timp celula levitează în cadrul capcanei duble OT-DEP. Acest domeniu al valorilor tensiunii de eliberare va reprezenta „amprenta opto-electrică” (OEF) a fiecărei categorii de celule. în plus, pe baza OEF, fiecare tip de celulă poate fi separat prin metode microfluidice clasice.The OT and DEP forces together create an opto-electric trap (OET) through which a cell can be manipulated and characterized. A cell is initially trapped by the OT, then exposed to a controlled increasing DEP field strength until it is released from the optical trap. Continuous time-lapse images are recorded and using a frame processing code a “release voltage” can be determined. The latter represents the DEP field strength for which the DEP force has slightly exceeded the OT force. It should be emphasized that during all this time the cell levitates within the OT-DEP double trap. This range of release voltage values will represent the “opto-electric fingerprint” (OEF) of each cell category. Furthermore, based on the OEF, each cell type can be separated by classical microfluidic methods.
RO 138694 AORO 138694 AO
Dubla capcană OT-DEP este un concept inovator, cu șanse mari de succes, atunci când este integrat într-un dispozitiv miniaturizat cu o calitate optica bună și care să permită menținerea celulelor selectate în cultură. Combinarea OT si DEP în biocipuri de sticlă reprezintă un instrument de captare opto-electrica precis pentru a determina OEF a celulelor.The OT-DEP double trap is an innovative concept with high chances of success when integrated into a miniaturized device with good optical quality and allowing the maintenance of selected cells in culture. The combination of OT and DEP in glass biochips represents a precise opto-electrical capture tool to determine the OEF of cells.
Dispozitivul microfluidic OET propus în invenție utilizează cele două metode, dielectroforeza și penseta optică, cunoscute în literatură pentru eficiența lor de a separa și manipula celule. Dispozitivul conține electrozi DEP și piloni dielectrici cilindrici cu geometrie specifică (optimizată în urma simulărilor numerice), integrați într-un dispozitiv microfluidic din sticlă (având baza cu grosimea redusă necesară pentru OT cu obiectiv 100x). Noutatea dispozitivului constă în introducerea acestor structuri tridimensionale de tip piloni între electrozii folosiți la dielectroforeză. Se formează astfel un câmp electric cu un gradient puternic între aceștia, care contribuie atât la captarea celulei cât și la menținerea acesteia departe de electrozi, fapt care asigură că celula nu va suferi nicio deteriorare ca urmare a contactului cu electrodul. Dispozitivul permite obținerea de imagini de microscopie de înaltă calitate și rezoluție. Prin urmare, problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în oferirea unei metode de caracterizare label-free a unor celule de interes cu posibilitatea stocării lor în stare viabilă, în spații dedicate, în vederea unei utilizări ulterioare.The OET microfluidic device proposed in the invention uses the two methods, dielectrophoresis and optical tweezers, known in the literature for their efficiency in separating and manipulating cells. The device contains DEP electrodes and cylindrical dielectric pillars with specific geometry (optimized following numerical simulations), integrated into a glass microfluidic device (having the base with the reduced thickness required for OT with a 100x objective). The novelty of the device consists in the introduction of these three-dimensional pillar-type structures between the electrodes used for dielectrophoresis. An electric field with a strong gradient is thus formed between them, which contributes both to capturing the cell and to keeping it away from the electrodes, which ensures that the cell will not suffer any damage as a result of contact with the electrode. The device allows obtaining high-quality and resolution microscopy images. Therefore, the technical problem that the invention solves consists of providing a method for label-free characterization of cells of interest with the possibility of storing them in a viable state, in dedicated spaces, for later use.
Invenția propune un procedeu de fabricare a unui dispozitiv microfluidic de sticlă pentru amplificarea efectului de dielectroforeza utilizat la separarea eficientă a celulelor tumorale. Soluția tehnică a invenției o reprezintă proiectarea, fabricarea și asamblarea dispozitivului microfluidic. Acesta este compus din 3 componente care îndeplinesc funcții diferite, reprezentate schematic în Figura 1.The invention proposes a process for manufacturing a glass microfluidic device for amplifying the dielectrophoresis effect used for the efficient separation of tumor cells. The technical solution of the invention is the design, manufacture and assembly of the microfluidic device. It is composed of 3 components that perform different functions, schematically represented in Figure 1.
Componenta 1 (1) este o lamelă de sticlă, cuarț sau alt material transparent la radiația laser folosită de penseta optică, cu o grosime redusă, și care reprezintă baza dispozitivului. Componenta (1) are pe suprafață trei perechi de cate doi piloni (4) cu diametre si distanțe de separare de zeci de microni, fabricati din fotorezist SU-8 prin fotopolimerizare cu 2 fotoni (TPP), care au rolul de a modula câmpul electric folosit in experimente de dielectroforeza. Peste Componenta 1 este fixată Componenta 2 (2) realizată din sticlă fotosensibilă comercială (Foturan, Schott) care este prelucrată cu laser, conform cererii de brevet de invenție OSIM A/00723 (Procedeu de fabricare a unor dispozitive microfluidice tridimensionale în sticlă fotosensibilă prin procesare substractivăComponent 1 (1) is a glass, quartz or other material transparent to the laser radiation used by the optical tweezers, with a reduced thickness, and which represents the base of the device. Component (1) has on its surface three pairs of two pillars (4) with diameters and separation distances of tens of microns, manufactured from SU-8 photoresist by 2-photon photopolymerization (TPP), which have the role of modulating the electric field used in dielectrophoresis experiments. Over Component 1 is fixed Component 2 (2) made of commercial photosensitive glass (Foturan, Schott) which is processed with a laser, according to the patent application OSIM A/00723 (Process for manufacturing three-dimensional microfluidic devices in photosensitive glass by subtractive processing
RO 138694 AO cu fascicul laser cu pulsuri de ordinul picosecondelor) [13]. Sticla Foturan reprezintă materialul potrivit pentru fabricarea Componentei 2 deoarece este un material biocompatibil, inert chimic, transparent și permite obținerea de microstructuri cu geometrie complexă. Pentru acest material au fost stabilite protocoale de procesare adaptate instalației laser cu pulsuri picosecunde precum și stabilirea condițiilor optime pentru tratamente termice și corodare chimică, care permit obținerea de suprafețe cu rugozitate scăzută care asigură transparența necesară pentru investigarea și monitorizarea în condiții optime a întregului proces DEP. Componenta 2 are rolul de a dirija celulele studiate precum și de a genera efectul de dielectroforeză, prin aplicarea unei tensiuni electrice pe suprafața unor electrozi metalici (5) (Au, Pt, Mo) depuși sub formă de filme subțiri. Fabricarea acestor electrozi se realizează printr-un proces optimizat de depunere prin pulverizare în câmp magnetron în regim de radio-frecvență (RF-MS). Cele două Componente (1) și (2) sunt fixate folosind un material polimeric, conform reprezentării grafice din Figura 2-a.RO 138694 AO with laser beam with pulses of the order of picoseconds) [13]. Foturan glass is the right material for the manufacture of Component 2 because it is a biocompatible, chemically inert, transparent material and allows the obtaining of microstructures with complex geometry. For this material, processing protocols adapted to the laser installation with picosecond pulses have been established as well as the establishment of optimal conditions for thermal treatments and chemical corrosion, which allow the obtaining of surfaces with low roughness that ensure the transparency necessary for the investigation and monitoring under optimal conditions of the entire DEP process. Component 2 has the role of directing the studied cells as well as generating the dielectrophoresis effect, by applying an electric voltage on the surface of some metal electrodes (5) (Au, Pt, Mo) deposited in the form of thin films. The manufacture of these electrodes is carried out through an optimized process of deposition by sputtering in a radio-frequency magnetron sputtering (RF-MS). The two Components (1) and (2) are fixed using a polymeric material, as shown in the graphic representation in Figure 2-a.
Designul Componentei 2 este format din doua rezervoare (6) și un canal microfluidic (7) care unește cele două rezervoare. Rezervoarele au rolul de a prelua în timpul experimentului celulele care ajung ulterior în zona seturilor de piloni unde se inițiază procesul de dielectroforeză. In această configurație, Componenta 2 a fost proiectată astfel încât să permită pilonilor (4) fabricați pe suprafața Componentei 1 să fie poziționați în centrul canalului microfluidic, iar acest lucru este posibil prin realizarea unui decupaj în sticlă (Figura 3).The design of Component 2 consists of two reservoirs (6) and a microfluidic channel (7) that connects the two reservoirs. The reservoirs are used to collect cells during the experiment, which then reach the pillar sets area where the dielectrophoresis process is initiated. In this configuration, Component 2 was designed to allow the pillars (4) fabricated on the surface of Component 1 to be positioned in the center of the microfluidic channel, and this is possible by making a cutout in the glass (Figure 3).
Componenta 3 poate fi realizată din sticlă sau alt material transparent si are rolul de a acoperi canalul microfluidic și a menține astfel celulele separate într-un mediu steril. Aceasta are două orificii (6) in dreptul rezervoarelor Componentei 2 pentru manipularea fluidelor de interes.Component 3 can be made of glass or other transparent material and has the role of covering the microfluidic channel and thus maintaining the cells separated in a sterile environment. It has two holes (6) opposite the reservoirs of Component 2 for handling the fluids of interest.
Se descrie în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu Figurile 1 - 5, care prezintă modul de fabricare a unui dispozitiv microfluidic 3D din sticlă, care poate fi utilizat pentru caracterizarea și sortarea unor celule tumorale în funcție de potențialul malign folosind metodele de dielectroforeză și pensetă optică.An embodiment of the invention is described below, in relation to Figures 1 - 5, which shows the method of manufacturing a 3D glass microfluidic device, which can be used for characterizing and sorting tumor cells according to malignant potential using dielectrophoresis and optical tweezers methods.
A. Componentele dispozitivuluiA. Device components
Componenta 1 este o lamelă de sticlă cu o grosime redusă, care poate varia între 100 și 200 pm, pentru utilizarea obiectivelor de microscop cu mărire mare (60 + 100x). Aceasta acomodează trei seturi a câte doi piloni (4), realizați din fotorezist SU-8, având diametre de 50 pm, înălțimi de 90Component 1 is a thin glass slide, which can vary between 100 and 200 µm, for use with high magnification microscope objectives (60 + 100 x ). It accommodates three sets of two pillars (4), made of SU-8 photoresist, with diameters of 50 µm, heights of 90
RO 138694 AORO 138694 AO
Componenta 2 poate fi sticlă sau alt material biocompatibil (polidimetilsiloxan - PDMS), cu o grosime care variază între 0,1 și 1 mm, ce conține decupaje cu dimensiuni micrometrice 0,1 mm și până la 5 mm, cu rol de rezervoare și canal microfluidic. Pentru dispozitivul propus în prezenta invenție s-a utilizat o sticlă fotosensibilă comercială (Foturan, Schott) care poate fi prelucrată laser cu rezoluție de ±3 pm, și care permite crearea efectului de dielectroforeză prin intermediul unui film metalic depus pe fața interioară a canalului microfluidic. Componenta 2 conține două rezervoare cu diametrul de 2 mm și un canal microfluidic cu o lățime de 0,2 mm și lungime de 2 mm, care unește cele două rezervoare.Component 2 can be glass or other biocompatible material (polydimethylsiloxane - PDMS), with a thickness varying between 0.1 and 1 mm, containing cutouts with micrometric dimensions of 0.1 mm and up to 5 mm, acting as reservoirs and microfluidic channel. For the device proposed in the present invention, a commercial photosensitive glass (Foturan, Schott) was used that can be laser processed with a resolution of ±3 pm, and which allows the creation of the dielectrophoresis effect by means of a metal film deposited on the inner face of the microfluidic channel. Component 2 contains two reservoirs with a diameter of 2 mm and a microfluidic channel with a width of 0.2 mm and a length of 2 mm, which connects the two reservoirs.
Componenta 3 poate fi realizata din sticlă sau PDMS cu grosime redusa (1 mm) si conține două rezervoare cu diametrul de 2 mm (6), centrate peste Componenta 2.Component 3 can be made of glass or thin-walled PDMS (1 mm) and contains two 2 mm diameter reservoirs (6), centered over Component 2.
B. Fabricarea componentelor în Figura 3 sunt prezentate două imagini ale Componentei 2 de dimensiune 10 x 10 mm2 și o grosime de 0,5 mm. Aceasta a fost fabricată din sticlă Foturan folosind un protocol de procesare care presupune iradiere laser, tratament termic și corodare chimică [14,15]. în etapa de iradiere laser a fost imprimat modelul proiectat în sticlă Foturan prin deplasarea controlată a laserului prin sticlă într-un regim de scanare linie cu linie folosind o distanță de 10 pm între linii (Figura 3-a). Pentru a induce modificări pe întreaga grosime a sticlei, procesul de iradiere a fost repetat la diferite adâncimi care depind de optica de focalizare și puterea laser folosită. Pentru fabricarea componentei 2 în sticla cu grosime de 0,5 mm, procesul de iradiere laser a fost repetat de 3 ori, printr-o expunere în centrul sticlei și alte două la o distanță de 0,1 mm sub suprafața sticlei. Laserul a avut o putere de 500 mW, iar distanța focală a lentilei a fost de 15 mm. După iradierea laser, sticla a fost supusă unui tratament termic și apoi corodată în acid fluorhidric de concentrație 8% volumul expus radiației laser fiind astfel eliminat chimic în mod selectiv (Figura 3-b).B. Component fabrication Figure 3 shows two images of Component 2 with dimensions of 10 x 10 mm 2 and a thickness of 0.5 mm. It was fabricated from Foturan glass using a processing protocol that involves laser irradiation, heat treatment and chemical etching [14,15]. In the laser irradiation stage, the designed pattern was printed in Foturan glass by controlled movement of the laser through the glass in a line-by-line scanning mode using a distance of 10 pm between lines (Figure 3-a). To induce changes throughout the thickness of the glass, the irradiation process was repeated at different depths that depend on the focusing optics and the laser power used. For the fabrication of Component 2 in 0.5 mm thick glass, the laser irradiation process was repeated 3 times, with one exposure in the center of the glass and two others at a distance of 0.1 mm below the glass surface. The laser had a power of 500 mW and the focal length of the lens was 15 mm. After laser irradiation, the glass was subjected to a heat treatment and then corroded in hydrofluoric acid of 8% concentration, the volume exposed to the laser radiation being thus selectively chemically removed (Figure 3-b).
Pentru fabricarea electrozilor (5), a fost depus un film metalic pe suprafața Componentei 2 folosind o instalație de pulverizare în câmp magnetron în regim de radio-frecvență (RF-MS) și un carusel de rotație a substraturilor în timpul depunerii. Au fost fabricați electrozi de Ti/Au, Ti/Pt și Ti/Mo la o presiune de argon de 0.3 Pa și o distanță de țintă - substrat de 40 mm, pe substraturi de sticlă (10 x 10 mm2) plane. Stratul de Ti de aderență, aflat la interfața dintre substratul de sticlă și electrodul de Au, Pt sau Mo, a avut o grosime de ~10 nm. In urma analizelor fizico-chimice și ale măsurărilor de rezistență la coroziune s-a optat pentru acoperirile de Ti/Pt ca electrozi viabiliFor the fabrication of electrodes (5), a metal film was deposited on the surface of Component 2 using a radio-frequency magnetron sputtering (RF-MS) facility and a substrate rotation carousel during deposition. Ti/Au, Ti/Pt and Ti/Mo electrodes were fabricated at an argon pressure of 0.3 Pa and a target-substrate distance of 40 mm, on flat glass substrates (10 x 10 mm 2 ). The Ti adhesion layer, located at the interface between the glass substrate and the Au, Pt or Mo electrode, had a thickness of ~10 nm. Following physicochemical analyses and corrosion resistance measurements, Ti/Pt coatings were chosen as viable electrodes
RO 138694 AO pentru acoperirea Componentei 2. Aceste procese au fost realizate în condițiile optimizate (i.e., presiune de lucru: 0.3 Pa, distanță de separare țintă - substrat: 40 mm) acoperind ambele fețe ale canalului de sticlă.RO 138694 AO for the coating of Component 2. These processes were performed under optimized conditions (i.e., working pressure: 0.3 Pa, target-substrate separation distance: 40 mm) coating both sides of the glass channel.
Dispozitivul microfluidic este funcțional doar în prezența pilonilor (4), ceea ce implică fabricarea lor după fixarea celor două componente. O metoda de fabricare a pilonilor este prin expunerea controlată a unui material fotosensibil cu radiație UV sau folosind instalații laser pulsate cu durata pulsului în domeniul femtosecunde-picosecunde. Prin acest proces de fabricare, materialul fotosensibil este transformat în structuri polimerice solidificate care rămân stabile doar în zona expusă radiației, iar printr-o developare chimică se elimină materialul neexpus.The microfluidic device is functional only in the presence of the pillars (4), which implies their fabrication after the fixation of the two components. One method of manufacturing the pillars is by controlled exposure of a photosensitive material with UV radiation or using pulsed laser installations with pulse duration in the femtosecond-picosecond range. Through this fabrication process, the photosensitive material is transformed into solidified polymer structures that remain stable only in the area exposed to radiation, and through a chemical development the unexposed material is eliminated.
Fiind cunoscut că pilonii dielectrici distorsionează câmpul electric, au fost simulate diferite configurații în care s-au integrat piloni dielectrici, având diferite dimensiuni, între doi electrozi paraleli, pentru a identifica dimensiunea și geometria optimă pentru obținerea unui gradient al câmpului electric cât mai mare. Distribuția spațială a câmpului electric a fost simulată pentru piloni cu geometrii și poziționări diferite, iar intensitatea câmpului electric de-a lungul direcției indicate prin linie punctată în figura 4. După efectuarea simulării diferitelor diametre și poziționări ale pilonilor, a fost selectată cea mai potrivită configurație (Figura 4), care corespunde unor diametre de 50 pm, înălțimi de 90 pm și distante de separare de 50 pm.Since dielectric pillars are known to distort the electric field, different configurations were simulated in which dielectric pillars of different sizes were integrated between two parallel electrodes to identify the optimal size and geometry for obtaining the highest electric field gradient. The spatial distribution of the electric field was simulated for pillars with different geometries and positionings, and the electric field intensity along the direction indicated by the dotted line in Figure 4. After simulating different pillar diameters and positionings, the most suitable configuration was selected (Figure 4), which corresponds to diameters of 50 pm, heights of 90 pm and separation distances of 50 pm.
Pilonii dielectrici (4) au fost realizați din materialul fotosensibil lichid SU-8 prin metoda de nanolitografie laser care presupune iradierea controlată a materialului folosind laseri cu pulsuri ultrascurte (100 femtosecunde). Pe suprafața Componentei 1 a fost depus un volum de 20 pL de material lichid fotosensibil SU-8, urmat de un tratament termic la 90 °C timp de 10 ore pentru eliminarea solventului și obținerea unui material SU-8 solidificat. Folosind o instalație de microprocesare a materialelor fotosensibile Nanoscribe GmbH, materialul SU-8 a fost expus strat cu strat conform cu geometria pilonilor. în timpul interacțiunii dintre pulsurile laser ultrascurte și materialul SU-8, energia fotonilor cu lungimea de unda 800 nm generează radicali liberi care inițiază formarea lanțurilor polimerice în urma unui proces de absorbție de doi fotoni. Acest efect are loc doar în volumul expus de radiația laser (voxel), iar prin deplasarea controlată a laserului focalizat se pot crea structuri cu dimensiuni micro- și nano-metrice dispuse în orice configurație.The dielectric pillars (4) were made from the liquid photosensitive material SU-8 by the laser nanolithography method which involves the controlled irradiation of the material using ultrashort pulse lasers (100 femtoseconds). A volume of 20 pL of liquid photosensitive material SU-8 was deposited on the surface of Component 1, followed by a heat treatment at 90 °C for 10 hours to remove the solvent and obtain a solidified SU-8 material. Using a Nanoscribe GmbH photosensitive material microprocessing facility, the SU-8 material was exposed layer by layer according to the geometry of the pillars. During the interaction between the ultrashort laser pulses and the SU-8 material, the energy of the photons with a wavelength of 800 nm generates free radicals that initiate the formation of polymer chains following a two-photon absorption process. This effect occurs only in the volume exposed by the laser radiation (voxel), and through the controlled movement of the focused laser, structures with micro- and nano-metric dimensions can be created arranged in any configuration.
După expunerea controlată, dispozitivul este încălzit la 90 °C timp de 5 minute pentru accelerarea formării lanțurilor polimerice care alcătuiesc structura pilonilor. Separarea materialului expus deAfter controlled exposure, the device is heated to 90 °C for 5 minutes to accelerate the formation of the polymer chains that make up the structure of the pillars. Separation of the exposed material from
RO 138694 AO cel neexpus se realizează prin imersarea dispozitivului timp de IO minute într-un solvent specific materialului SU-8 numit PGMEA (Propylene glycol methyl ether acetate) care elimină materialul care nu a fost expus de laser. în Figura 5 este prezentată o imagine de microscopie optică a pilonilor fabricați în materialul SU-8. Folosind această metodă se pot fabrica piloni cu forme geometrice complexe care pot genera noi efecte și pot crește complexitatea dispozitivului de dielectroforeză.RO 138694 The unexposed AO is achieved by immersing the device for 10 minutes in a solvent specific to SU-8 material called PGMEA (Propylene glycol methyl ether acetate) which removes the material that has not been exposed by the laser. An optical microscopy image of the pillars fabricated in SU-8 material is shown in Figure 5. Using this method, pillars with complex geometric shapes can be fabricated that can generate new effects and increase the complexity of the dielectrophoresis device.
Componenta 3 se poate realiza din sticla, urmând procedeul de fabricare al Componentei 2 sau din PDMS, caz in care cele doua rezervoare (6) cu diametrul de 2 mm se perforează cu un punch pentru biopsie.Component 3 can be made of glass, following the manufacturing process of Component 2, or of PDMS, in which case the two 2 mm diameter reservoirs (6) are perforated with a biopsy punch.
C. Asamblare dispozitivC. Device assembly
Asamblarea dispozitivului microfluidic constă în suprapunerea celor 3 componente și fixarea lor. Peste Componenta 1 s-a fixat Componenta 2 prin aplicarea unui adeziv polimeric biocompatibil (Cytop) între acestea cu grosimea de ~50 pm. Printr-un tratament termic de 1 oră la 90 °C urmat de un tratament termic secundar la 180 °C timp de o oră, stratul polimeric este transformat într-un material solid, transparent și rezistent la numeroși solvenți și acizi, fixând permanent cele două componente. Pilonii au fost fabricați în interiorul canalului (7) realizat în Componenta 2 respectând procesul descris în etapa de fabricare. Au fost realizate 3 seturi de cate 2 piloni dispuse centrat în canalul Componentei 2 având distanțe între pilonii unei perechi de 30, 40 sau 50 pm, Figura 5. Componenta 3, cu rol de capac al canalului microfluidic se centrează peste rezervoarele Componentei 2.The assembly of the microfluidic device consists of superimposing the 3 components and fixing them. Component 2 was fixed over Component 1 by applying a biocompatible polymer adhesive (Cytop) between them with a thickness of ~50 pm. Through a 1-hour heat treatment at 90 °C followed by a secondary heat treatment at 180 °C for one hour, the polymer layer is transformed into a solid, transparent material resistant to numerous solvents and acids, permanently fixing the two components. The pillars were manufactured inside the channel (7) made in Component 2 following the process described in the manufacturing stage. 3 sets of 2 pillars were made, arranged centrally in the channel of Component 2 with distances between the pillars of a pair of 30, 40 or 50 pm, Figure 5. Component 3, acting as a cover for the microfluidic channel, is centered over the reservoirs of Component 2.
Prezenta invenție prezintă următoarele avantaje în raport cu stadiul actual al domeniului:The present invention presents the following advantages over the current state of the art:
- dispozitivul microfluidic este ideal pentru sortare și manipulare unicelulară prin combinarea tehnicilor OT și DEP;- the microfluidic device is ideal for single-cell sorting and manipulation by combining OT and DEP techniques;
- dispozitivul oferă posibilitatea separării celulelor si păstrarea lor in stare nativă pentru a fi utilizate ulterior;- the device offers the possibility of separating cells and preserving them in their native state for later use;
- dispozitivul este realizat din materiale biocompatibile, prelucrate cu laser pentru realizarea de geometrii și dimensiuni ale componentelor (rezervoare, canale microfluidice) controlabile, care pot fi paralelizate/multiplicate;- the device is made of biocompatible materials, processed with laser to achieve controllable geometries and dimensions of components (reservoirs, microfluidic channels), which can be parallelized/multiplied;
RO 138694 AORO 138694 AO
- baza dispozitivului este transparentă la radiația laser utilizată pentru penseta optica și are o grosime redusă, 100 200 pm, ideal pentru interogare microscopica cu obiective cu mărire mare (60-100*);- the base of the device is transparent to the laser radiation used for the optical tweezers and has a reduced thickness, 100-200 pm, ideal for microscopic interrogation with high magnification objectives (60-100*);
- dispozitivul conține electrozi și piloni dielectrici cilindrici cu geometrie specifică controlabilă (rezultată în urma simulărilor numerice) realizați prin nanolitografie laser;- the device contains electrodes and cylindrical dielectric pillars with specific controllable geometry (resulting from numerical simulations) made by laser nanolithography;
- microfabricarea componentelor este realizată cu precizie și reproductibilitate ridicată;- microfabrication of components is carried out with high precision and reproducibility;
- asamblarea componentelor este simplă, rezultând un dispozitiv miniaturizat compact și versatil;- assembly of components is simple, resulting in a compact and versatile miniaturized device;
- dispozitivul microfluidic prezintă costuri de operare mici, prin utilizarea unor cantități de reactivi și celule reduse.- the microfluidic device has low operating costs, by using reduced amounts of reagents and cells.
iome
RO 138694 AORO 138694 AO
REFERINȚE BIBLIOGRAFICE:BIBLIOGRAPHICAL REFERENCES:
[1] Maidin M, Nasyifa N, Ramdzan M, Mohd Ambri M, Dielectrophoresis applications in biomedical field and future perspectives in biomedical technology. Electrophoresis 2021, 42, 2033-2059.[1] Maidin M, Nasyifa N, Ramdzan M, Mohd Ambri M, Dielectrophoresis applications in biomedical field and future perspectives in biomedical technology. Electrophoresis 2021, 42, 2033-2059.
[2] Qian C, Huang H, Chen L, Li X, Ge Z, Chen T, et al. Dielectrophoresis for bioparticle manipulation. International joumal of molecular Sciences 2014;15:18281-309.[2] Qian C, Huang H, Chen L, Li X, Ge Z, Chen T, et al. Dielectrophoresis for bioparticle manipulation. International journal of molecular sciences 2014;15:18281-309.
[3] Yin J, Deng J, Du C, Zhang W, Jiang X. Microfluidics-based approaches for separation and analysis of circulating tumor cells. TrAC Trends in Analytical Chemistry 117, 2019, 84-100.[3] Yin J, Deng J, Du C, Zhang W, Jiang X. Microfluidics-based approaches for separation and analysis of circulating tumor cells. TrAC Trends in Analytical Chemistry 117, 2019, 84-100.
[4] Lewis J, Alattar AA, Akers J, Carter BS, Heller M, Chen CC. A pilot proof-of-principle Analysis Demonstrating Dielectrophoresis (Dep) as a Glioblastoma Biomarker platform. Scientific reports 2019; 9.[4] Lewis J, Alattar AA, Akers J, Carter BS, Heller M, Chen CC. A pilot proof-of-principle Analysis Demonstrating Dielectrophoresis (Dep) as a Glioblastoma Biomarker platform. Scientific reports 2019; 9.
[5] Lu J, Barrios CA, Dickson AR, Nourse JL, Lee AP, Flanagan LA. Advancing practicai usage of microtechnology: a study of the funcțional consequences of dielectrophoresis on neural stern cells. Integrative Biology 2012;4:1223-36.[5] Lu J, Barrios CA, Dickson AR, Nourse JL, Lee AP, Flanagan LA. Advancing practical usage of microtechnology: a study of the functional consequences of dielectrophoresis on neural stern cells. Integrative Biology 2012;4:1223-36.
[6] A. Ashkin, Acceleration and trapping of particles by radiation pressure. Phys. Rev. Lett. 24, 156-159(1970).[6] A. Ashkin, Acceleration and trapping of particles by radiation pressure. Phys. rev. Lett. 24, 156-159 (1970).
[7] A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, S. Chu, Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11, 288-290 (1986).[7] A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, S. Chu, Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Eight. Lett. 11, 288-290 (1986).
[8] Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime. Biophysical joumal 1992;61:569-82.[8] Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime. Biophysical journal 1992;61:569-82.
[9] Norregaard K, Metzler R, Ritter CM, Berg-Sorensen K, Oddershede LB. Manipulation and motion of organelles and single molecules in living cells. Chemical reviews 2017; 117:4342-75.[9] Norregaard K, Metzler R, Ritter CM, Berg-Sorensen K, Oddershede LB. Manipulation and motion of organelles and single molecules in living cells. Chemical reviews 2017; 117:4342-75.
[10] Gao D, Ding W, Nieto-Vesperinas M, Ding X, Rahman M, Zhang T, et al. Optical manipulation from the microscale to the nanoscale: fundamentals, advances and prospects. Light: Science & Applications 2017;6:e 17039.[10] Gao D, Ding W, Nieto-Vesperinas M, Ding X, Rahman M, Zhang T, et al. Optical manipulation from the microscale to the nanoscale: fundamentals, advances and prospects. Light: Science & Applications 2017;6:e 17039.
[11] Schiitze K, Clement-Sengewald A, Ashkin A. Zona drilling and sperm insertion with combined laser microbeam and optical tweezers. Fertility and sterility 1994;61:783-6.[11] Schiitze K, Clement-Sengewald A, Ashkin A. Zona drilling and sperm insertion with combined laser microbeam and optical tweezers. Fertility and sterility 1994;61:783-6.
2! LASERILOR2! LASERS
RO 138694 AORO 138694 AO
[12] Bahadori A, Lund AR, Semsey S, Oddershede LB, Bendix PM. Controlled cellular fusion using optically trapped plasmonic nano-heaters. Optical Trapping and Optical Micromanipulation XIII: International Society for Optics and Photonics; 2016. p. 992211.[12] Bahadori A, Lund AR, Semsey S, Oddershede LB, Bendix PM. Controlled cellular fusion using optically trapped plasmonic nano-heaters. Optical Trapping and Optical Micromanipulation XIII: International Society for Optics and Photonics; 2016. p. 992211.
[13] Jipa F, Butnaru C, Staicu CE, Orobeti (losub) S, Axente E, Sima F, Procedeu de fabricare a unor dispozitive microfluidice tridimensionale in sticla fotosensibila prin procesare substractiva cu fascicul laser cu pulsuri de ordinul picosecondelor, OSIM, A/00723, Nov 11,2022.[13] Jipa F, Butnaru C, Staicu CE, Orobeti (losub) S, Axente E, Sima F, Process for manufacturing three-dimensional microfluidic devices in photosensitive glass by subtractive processing with a laser beam with pulses in the order of picoseconds, OSIM, A/00723, Nov 11,2022.
[14] Jipa F, losub S, Calin B, Axente E, Sima F, Sugioka K. High Repetition Rate UV versus VIS Picosecond Laser Fabrication of 3D Microfluidic Channels Embedded in Photosensitive Glass. Nanomaterials 2018;8:583.[14] Jipa F, losub S, Calin B, Axente E, Sima F, Sugioka K. High Repetition Rate UV versus VIS Picosecond Laser Fabrication of 3D Microfluidic Channels Embedded in Photosensitive Glass. Nanomaterials 2018;8:583.
[15] Jipa F, Orobeti S, Butnaru C, Zamfirescu M, Axente E, Sima F, Sugioka K, Picosecond laser Processing of photosensitive glass for generation of biologically relevant microenvironments, Applied Sciences 2020; 10 (24), 8947.[15] Jipa F, Orobeti S, Butnaru C, Zamfirescu M, Axente E, Sima F, Sugioka K, Picosecond laser Processing of photosensitive glass for generation of biologically relevant microenvironments, Applied Sciences 2020; 10 (24), 8947.
hzjca V2hzjca V2
PlASMEIPLASMA
RO 138694 AORO 138694 AO
PREZENTAREA FIGURILOR DIN DESENE:PRESENTATION OF FIGURES IN THE DRAWINGS:
Figura 1. Prezentare schematica a dispozitivului microfluidic și a componentelor acestuia pentru caracterizare și sortare celule tumorale în funcție de potențialul malign folosind metodele de dielectroforeză și pensetă laser.Figure 1. Schematic presentation of the microfluidic device and its components for characterizing and sorting tumor cells according to malignant potential using dielectrophoresis and laser tweezers methods.
Figura 2. Reprezentare grafică în secțiune a ansamblului microfluidic. (a) fixarea componentei 1 și 2 printr-un strat polimeric intermediar; (b) introducerea materialului fotosensibil în canal și realizarea pilonilor dielectrici prin metoda TPP.Figure 2. Graphical representation in section of the microfluidic assembly. (a) fixing of component 1 and 2 through an intermediate polymer layer; (b) introduction of the photosensitive material into the channel and fabrication of the dielectric pillars by the TPP method.
Figura 3. Imagine de ansamblu cu Componentele 1 si 2. Detaliu cu rezervoarele si canalul microfluidic din Componenta 2 a dispozitivului microfluidic: (a) modelul imprimat în sticlă prin expunere laser și efectuarea unui tratament termic la 605 °C; (b) geometria finala a componentei 2 după eliminarea zonei expuse cu laserul prin corodare chimică în acid fluorhidric.Figure 3. Overview of Components 1 and 2. Detail of the reservoirs and microfluidic channel in Component 2 of the microfluidic device: (a) the pattern printed in glass by laser exposure and heat treatment at 605 °C; (b) the final geometry of component 2 after removal of the laser-exposed area by chemical etching in hydrofluoric acid.
Figura 4. Secțiuni 2D ale distribuției intensității câmpului electric pentru electrozi paraleli liniari cu piloni între ei (a-d). Electrozii sunt prezentați ca linii negre și pilonii în alb. Liniile gri reprezintă direcția de-a lungul căreia se calculează intensitatea. Intensitatea câmpului în funcție de distanța dintre electrozi: geometrii diferite ale electrozilor; distanțe diferite între piloni; diametre diferite ale pilonilor (e-g).Figure 4. 2D sections of the electric field intensity distribution for linear parallel electrodes with pillars between them (a-d). The electrodes are shown as black lines and the pillars in white. The gray lines represent the direction along which the intensity is calculated. Field intensity as a function of the distance between the electrodes: different electrode geometries; different distances between the pillars; different diameters of the pillars (e-g).
Figura 5. Imagine optică a dispozitivului asamblat, cu detalierea unui set de piloni (vedere de sus). Imagine în secțiune transversală a unei structuri de tip pilon fabricată în materialul SU-8 prin nano litografie laser.Figure 5. Optical image of the assembled device, with a detail of a set of pillars (top view). Cross-sectional image of a pillar-type structure fabricated in SU-8 material by laser nanolithography.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA202400408A RO138694A0 (en) | 2024-07-10 | 2024-07-10 | Opto-electric microfluidic device for capturing and separating tumor cells by means of optical forceps and dielectrophoresis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA202400408A RO138694A0 (en) | 2024-07-10 | 2024-07-10 | Opto-electric microfluidic device for capturing and separating tumor cells by means of optical forceps and dielectrophoresis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO138694A0 true RO138694A0 (en) | 2025-03-28 |
Family
ID=95154320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA202400408A RO138694A0 (en) | 2024-07-10 | 2024-07-10 | Opto-electric microfluidic device for capturing and separating tumor cells by means of optical forceps and dielectrophoresis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO138694A0 (en) |
-
2024
- 2024-07-10 RO ROA202400408A patent/RO138694A0/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Optoelectronic tweezers: a versatile toolbox for nano-/micro-manipulation | |
| Ohta et al. | Optically controlled cell discrimination and trapping using optoelectronic tweezers | |
| Shinde et al. | Current trends of microfluidic single-cell technologies | |
| Huang et al. | Continuous nucleus extraction by optically-induced cell lysis on a batch-type microfluidic platform | |
| US20120088295A1 (en) | Device for concentrating and separating cells | |
| US20040233424A1 (en) | Chip-based microfluidic particle detector with three dimensional focusing mechanisms | |
| Mishra et al. | Optoelectrical microfluidics as a promising tool in biology | |
| Yang et al. | Optically-induced cell fusion on cell pairing microstructures | |
| Monticelli et al. | Magnetic domain wall tweezers: a new tool for mechanobiology studies on individual target cells | |
| Dholakia et al. | Optical separation of cells on potential energy landscapes: Enhancement with dielectric tagging | |
| Hu et al. | Acoustic assembly and scanning of superlens arrays for high-resolution and large field-of-view bioimaging | |
| Li et al. | Self-assembled microcage fabrication for manipulating and selectively capturing microparticles and cells | |
| CN107020165B (en) | A gravity-driven integrated relief microfluidic chip and its application | |
| Yasuda et al. | Non-destructive on-chip imaging flow cell-sorting system for on-chip cellomics | |
| RO138694A0 (en) | Opto-electric microfluidic device for capturing and separating tumor cells by means of optical forceps and dielectrophoresis | |
| JP2011104487A (en) | Apparatus for treating fine particle | |
| Kiya et al. | Microsecond cell triple-sorting enabled by multiple pulse irradiation of femtosecond laser | |
| Valley et al. | Optoelectronic tweezers as a tool for parallel single-cell manipulation and stimulation | |
| Homhuan et al. | Single-cell electroporation using proton beam fabricated biochips | |
| US9939353B2 (en) | Apparatus for cell observation and method for cell collection using the same | |
| Sun | Robotic Cell Manipulation | |
| CN107003224A (en) | Light fluid sorter | |
| Ohta et al. | Optoelectronic tweezers for the manipulation of cells, microparticles, and nanoparticles | |
| Lin et al. | Single Cell Manipulation Technology. | |
| Caragnano et al. | Femtosecond Laser‐Driven Fabrication of a Polymeric Lab‐on‐a‐Chip for Efficient Size‐Based Particle Sorting in a Spiral Microchannel |