単一粒子と細胞の複雑な軌道の輸送と回転のための超音波マイクロストリーミング

Ultrasonic microstreaming for complex-trajectory transport and rotation of single particles and cells.

• Zhichao Ma
• Yinning Zhou
• Feiyan Cai
• Long Meng
• Hairong Zheng
• Ye Ai

抄録

微小粒子や細胞の精密に制御可能な輸送と回転は、単一細胞レベルの解析のための新たな機能を可能にする大きな可能性を秘めています。本研究では、マイクロ流体デバイス内の個々のマイクロスケール粒子と生物細胞の輸送と回転のアクティブかつ正確な制御を可能にする汎用性の高い超音波マイクロストリーミングベースの操作を提示します。本研究では、マイクロ流路内に埋め込まれたマイクロ構造体を振動させることで、2種類の異なる超音波マイクロ流路パターンを生成することが可能であることを、数値シミュレーションと実験観察の両方で確認しました。さらに、複雑なアルファベットの輪郭に沿って個々の微粒子を輸送する能力を示し、バルク振動による単一粒子レベルの操作の汎用性とシンプルさを実証しました。

Precisely controllable transport and rotation of microparticles and cells has great potential to enable new capabilities for single-cell level analysis. In this work, we present versatile ultrasonic microstreaming based manipulation that enables active and precise control of transport and rotation of individual microscale particles and biological cells in a microfluidic device. Two different types of ultrasonic microstreaming flow patterns can be produced by oscillating embedded microstructures in circular and rectilinear vibration modes, which have been validated by both numerical simulation and experimental observation. We have further showcased the ability to transport individual microparticles along the outlines of complex alphabet letters, demonstrating the versatility and simplicity of single-particle level manipulation with bulk vibration.