Предложена конструкция сепарационного устройства и метод разделения микробиологических образцов в устройствах, реализующих барьерный бесконтактный диэлектрофорез. Принцип работы сепарационного устройства основан на формировании диэлектрофоретических барьеров в объеме сепарационной камеры, благодаря чему разрабатываемый метод отличается высокой производительностью и простотой использования по сравнению с традиционными планарными системами диэлектрофореза. Кроме того, особенностью метода можно назвать отсутствие контакта разделяемых образцов с проводящими элементами электродной структуры. Проведено компьютерное моделирование распределения напряженностей электрических полей в области формирования диэлектрофоретических барьеров, а также показано влияние толщины изолирующего покрытия на диэлектрофоретические свойства барьеров. На основании данных компьютерного моделирования проведены оценки сил, действующих на частицу (клетку дрожжей диаметром 7 мкм) в сепарационной камере. Теоретически предсказана и экспериментально подтверждена возможность задерживания клеток на ДЭФ барьерах на примере дрожжевых грибов Saccharomyces cerevisiae.
сепарация клеток, бесконтактный барьерный диэлектрофорез
1. Hsiung L.-C., Chiang C.-L., Wang C.-H., [et. al.] Dielectrophoresis-based cellular microarray chip for anticancer drug screening in perfusion microenvironments. Lab. Chip., 2011, vol. 11, pp. 2333-2342, DOI:https://doi.org/10.1039/C1LC20147F.
2. Laux E.M., Kaletta U.C., Bier F.F., [et. al.] Functionality of dielectrophoretically immobilized enzyme molecules. Electrophoresis, 2014, vol. 35, pp. 459-466, DOI:https://doi.org/10.1002/elps.201300447.
3. Ivanoff C.S., Hottel T.L., Garcia-Godoy F. Dielectrophoresis: A model to transport drugs directly into teeth. Electrophoresis, 2012, vol. 33, pp. 1311-1321, DOI:https://doi.org/10.1002/elps.201100505.
4. Pethig R., Markx G.H. Applications of dielectrophoresis in biotechnology. Trends in Biotechnology, 1997, vol. 15, p. 426, DOI:https://doi.org/10.1016/S0167-7799(97)01096-2.
5. Huang S.-B., Wu M.-H., Lin Y.-H., [et. al.] High-purity and label-free isolation of circulating tumor cells (CTCs) in a microfluidic platform by using optically-induced-dielectrophoretic (ODEP) force. Lab. Chip., 2013, 13, pp. 1371-1383, DOI:https://doi.org/10.1039/C3LC41256C.
6. Shenoy A., Tanyeri M., Schroeder C.M. Characterizing the performance of the hydrodynamic trap using a control-based approach. Microfluid Nanofluid, 2015, vol. 18, pp. 1055-1066, DOI:https://doi.org/10.1007/s10404-014-1495-7.
7. Podoynitsyn S.N., Sorokina O.N., Kovarski A.L. High-gradient magnetic separation using ferromagnetic membrane. J. Magn. Magn. Mater., 2016, 397, pp. 51-56, DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.08.075.
8. Gupta V., Jafferji I., Garza M., [et. al.] ApoStreamTM, a new dielectrophoretic device for antibody independent isolation and recovery of viable cancer cells from blood. Biomicrofluidics, 2012, vol. 6, no. 2, e024133, DOI: 0.1063/1.4731647.
9. Turgeon R.T., Bowser M.T. Micro free-flow electrophoresis: theory and applications. Anal Bioanal Chem., 2009, vol. 394, no. 1, 187-198, DOI:https://doi.org/10.1007/s00216-009-2656-5.
10. Yahya W.N., Kadri N.A., Ibrahim F. Cell patterning for liver tissue engineering via dielectrophoretic mechanisms. Sensors (Basel), 2014, vol. 14, no. 7, pp. 11714-34, DOI:https://doi.org/10.3390/s140711714.
11. Braff W.A., Willner D., Hugenholtz P., [et. al.] Dielectrophoresis-Based Discrimination of Bacteria at the Strain Level Based on Their Surface Properties. PLoS One, 2013, vol. 8, e76751, DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0076751.
12. Markx G.H., Huang Y., Zhou X.-F., [et al.] Dielectrophoretic characterization and separation of microorganisms. Microbiology, 1994, vol. 140, pp. 585-591, DOI:https://doi.org/10.1099/00221287-140-3-585.
13. Vykoukal J., Vykoukal D.M., Freyberg S., [et. al.] Enrichment of putative stem cells from adipose tissue using dielectrophoretic field-flow fractionation. Lab. Chip., 2008, vol. 8, pp. 1386-1393, DOI:https://doi.org/10.1039/B717043B.
14. Liu D., Garimella S.V. Microfluidic pumping based on traveling-wave dielectrophoresis. CTRC Research Publications, 2009, paper 120, pp. 1-43, DOI:https://doi.org/10.1080/15567260902892713.
15. Lapizco-Encinas B.H., Cummings B.A., Simmons E.B., [et. al.] Dielectrophoretic concentration and separation of live and dead bacteria in an array of insulators. Anal. Chem., 2004, vol. 76, no. 6, pp. 1571-1579, DOI:https://doi.org/10.1021/ac034804j.
16. Čemažar J., Douglas T.A., Schmelz E.M., [et. al.] Enhanced contactless dielectrophoresis enrichment and isolation platform via cell-scale microstructures. Biomicrofluidics, 2016, vol. 10, e014109, DOI:https://doi.org/10.1063/1.4939947.
17. Dürr M., Kentsch J., Müller T., Schnelle Th., Stelzle M. Microdevices for manipulation and accumulation of micro- and nanoparticles by dielectrophoresis. Electrophoresis, 2003, vol. 24, pp. 722-731, DOI:https://doi.org/10.1002/elps.200390087.
18. Qian Ch., Huang H., Chen L., [et. al.] Dielectrophoresis for Bioparticle Manipulation. Int. J. Mol. Sci., 2014, vol. 15, pp. 18281-18309, DOI:https://doi.org/10.3390/ijms151018281.
19. Lee D., Hwang B., Choi Y., [et al.] Negative dielectrophoretic force based cell sorter with simplified structure for high reliability. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2016, vol. 17, no. 2, pp. 247-251, DOI:https://doi.org/10.1007/s12541-016-0032-x.
20. H. Shafiee, J.L. Caldwell, M.B. Sano, R.V. Davalos Contactless dielectrophoresis: a new technique for cell manipulation. Biomed Microdevices, 2009, vol. 11, pp. 997-1006, DOI:https://doi.org/10.1007/s10544-009-9317-5.
21. Park S., Zhang Y., Wang T.-H., [et. al.] Continuous dielectrophoretic bacterial separation and concentration from physiological media of high conductivity. Electronic Supplementary Material (ESI) for Lab on a Chip, 2011, vol. 11, pp. 2893-2900, DOI:https://doi.org/10.1039/c1lc20307j.
22. Price J.A.R., Butt J.P.H., Pethig R. Applications of a new optical technique for measuring the dielectrophoretic behaviour of microorganisms. Biochim. Biophys. Acta., 1988, vol. 964, pp. 221-230, DOI:https://doi.org/10.1016/0304-4165(88)90170-5.
23. Markx G.H., Talary M.S., Pethig R. Separation of viable and nonviable yeast using dielectrophoresis. Journal of Biotechnology, 1994, vol. 32, pp. 29-37, DOI:https://doi.org/10.1016/0168-1656(94)90117-1.
24. Fikar P., Babuska V., Georgiev V., Rousseau G., Zach P., Georgiev D. Dependence of dielectrophoretic forces on membrane proteins. Poster presented at The Sixth International Meeting on Synthetic Biology, London, Great Britain, 2013.
