微粒子の連続的な誘電泳動操作のための傾斜した平面電極を備えたラボ・オン・ア・チップ・プラットフォームの幾何学的パラメータに関するパラメトリック研究

Parametric study on the geometrical parameters of a lab-on-a-chip platform with tilted planar electrodes for continuous dielectrophoretic manipulation of microparticles.

• Arash Dalili
• Erfan Taatizadeh
• Hamed Tahmooressi
• Nishat Tasnim
• Pamela Inés Rellstab-Sánchez
• Matthew Shaunessy
• Homayoun Najjaran
• Mina Hoorfar

抄録

ラボ・オン・ア・チップ（LOC）デバイスの進歩により、粒子や細胞のオンチップ操作、分離、選別、分離が大幅に改善されてきました。慣性法、アコーストフォレーシス、マグネトフォレーシスなどの様々なLOCベースのアプローチの中で、平面傾斜電極誘電泳動（DEP）法は、ラベルフリーで、コスト効率が良く、使いやすいアプローチとして大きな可能性を示してきました。しかし、この方法に基づいて作製されたデバイスは、他のLOCベースの操作方法に基づいて機能するデバイスと比較して、フロースループットが低いという問題がありました。この障害を克服するためには、DEP操作の有効性を高めるために、この種のDEPベースのデバイスの幾何学的パラメータを研究する必要があります。本論文では、ポリスチレン粒子の連続操作において、より高いスループットを達成することを目的として、傾斜した平面電極からなるLOCプラットフォームの幾何学的要因について、数値計算と実験の両面から検討を行った。電極の形状が誘起電場に与える影響を調べるために、COMSOL Multiphysicsソフトウェアを用いた。シミュレーションの結果、電極の幅を大きくし、電極の間隔を狭くすることで、より高いDEP力が発生することがわかった。さらに、実験結果からは、流路の高さを低くし、電圧を高くし、粒子径を大きくすることで、DEP操作が最も改善されることが示された。さらに、実験結果は、流れの方向に対して8°の角度を持つ斜め電極がより効果的な構成を提供することを示した。

Advances in lab-on-a-chip (LOC) devices have led to significant improvements in the on-chip manipulation, separation, sorting, and isolation of particles and cells. Among various LOC-based approaches such as inertia-based methods, acoustophoresis, and magnetophoresis, the planar-slanted-electrode dielectrophoresis (DEP) method has demonstrated great potential as a label-free, cost-effective, and user-friendly approach. However, the devices built based on this method suffer from low flow throughput compared to devices functioning based on other LOC-based manipulation approaches. In order to overcome this obstacle, the geometrical parameters of these types of DEP-based devices must be studied to increase the effectiveness of DEP manipulation. With the consideration of both numerical and experimental studies, this paper studies the geometrical factors of a LOC platform consisting of tilted planar electrodes with the goal of achieving higher throughput in continuous manipulation of polystyrene particles. COMSOL Multiphysics software was used to study the effect of the electrodes geometry on the induced electric field. The simulation results show that by increasing the electrode's width and decreasing the electrode's spacing, higher DEP force is generated. Furthermore, the experimental outcomes indicated that lower channel height, higher voltage, and larger particle size resulted in the most improvement to DEP manipulation. Additionally, the experimental results demonstrated that slanted electrodes with an angle of 8° with respect to the direction of flow provide a more effective configuration.