Sedan mikroskopet uppfanns under 1600-talet har vi kunnat se och lära oss allt mer om den för oss annars osynliga mikrovärlden. Enkla strukturer som ler-mikropartiklar likväl som levande material som celler och bakterier tillhör denna mikrovärld, där de fysikaliska förutsättningarna ter sig helt annorlunda än de gör för oss människor. Ytegenskaper är en viktig parameter att ha kontroll på när man vill försöka förstå de förutsättningar som gäller på mikronivå, eftersom andelen yta hos partikeln ökar relativt sett allteftersom partikelns storlek minskar. Storleken har en annan avgörande roll om vi skulle vilja aktivt flytta runt på enstaka föremål i mikrometerstorlek. Det är helt enkelt väldigt svårt få tag på och kontrollera mikropartiklar med de metoder som vi normalt brukar använda i vår makrovärld. Metoder för att kunna kontrollera mikropartiklar är viktiga, eftersom deras yta kan användas som bärare av molekyler och alltså kan möjliggöra studier av friktion och nötning på ytor där man har för avsikt att förstå och utveckla nya material eller för positionering av molekyler med stor precision. Principen är generell och kan användas i olika applikationer där man t ex vill fånga upp en molekyl på en viss position på ett mikrochip och transportera den till andra positioner på exempelvis mikrochipet. Tänkbara applikationer kan vara instrument för kemisk analys, diagnostik men framförallt för materialkaraktärisering och utveckling av nya material. I den här avhandlingen presenterar jag bland annat en metod för att förflytta proteiner på ett mikrochip med hjälp av magnetiska mikropartiklar. Förflyttningen sker med precision på mikrometernivå och med bibehållna egenskaper hos proteinerna. Jag visar även preliminära experimentella resultat för uppfångning och separation av bakterier, jästsvamp och mikrometerstora beads med hjälp av dielektrofores. Vidare presenteras en metod för bestämning av elektriska egenskaper hos bakterier.
Acknowledgments
The first thanks goes to former and present members of Sven Oscarssons group and the collaborators at the Ångström laboratory. The experience I got from working with you during the last years of my time as a PhD-student is invaluable. The second thanks goes to the collaborators in the DEP-project for all the hard and frustrating work in an area which was new to all of us but well known to others (as we found out the hard way). We did quite well after all, and it was kind of fun from time to time.
Colleagues and students at former IBK in Eskilstuna: wish you all the best. Släktingar i Sverige och Norge.
Janne.
Magnus och Stanley.
Till sist ett stort tack till min älskade familj: Susanne, BjörnErik och Cornelia.
References
Alp B., Stephens G.M., Markx G.H. (2002). Formation of artificial, structured microbial consortia (ASMC) by dielectrophoresis. Enzyme and Microbial Technology, vol 31, pp. 35-43.
Ashkin A. (1997). Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol 94, pp. 4853–4860.
Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Yamane T. (1987). Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature (London), vol 330, pp. 769–771.
Ashkin A., Dziedzic J. M., Bjorkholm J. E. and Chu S. (1986). Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics Letters, vol 11 (5), pp. 288-290.
Atkins P. (2000). The Elements of Physical Chemistry 3rd edition. New York: Oxford University Press.
Bakewell D.J.G, Hughes M.P., Milner J.J., Morgan H. (1998). Dielectrophoretic manipulation of Avidin and DNA. Proceedings of the 20th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, vol 20 (2), pp. 1079-1082.
Beck J.D., Shang L., Li B., Marcus M.S., Hamers R.J. (2008). Discrimination between Bacillus Species by Impedance Analysis of Individual Dielectrophoretically Positioned Spores. Analytical Chemistry, vol 80 (10) 3757-3761.
Li B.Z., Wang L.J., Li D., Bhandari B., Li S.J., Lan Y., Chen X.D., Mao Z.H. (2009). Fabrication of starch-based microparticles by an emulsification-crosslinking method. Journal of Food Engineering, vol 92 (3), pp. 250-254.
Binning G., Rohrer H., Gerber C. and Weibel E. (1982). Surface Studies by Scanning Tunneling Microscopy. Physical Review Letters, vol 49 (1), pp. 57-61.
Binning G., Quate C.F., Gerber C. (1986). Atomic Force Microscope. Physical Review Letters, vol 56 (9), 930-933.
Carlsson J., Drevin H., Axén R. (1978). Protein thiolation and reversible protein-protein conjugation. N-succinimidyl-3-(2- pyridyldithio)propionate, a new heterobifunctional reagent. Biochem. J., vol 173 (3), pp. 723-737.
Castellarnau M., Errachid A., Madrid C., Juárez A. and Samitier J. (2006). Dielectrophoresis as a Tool to Characterize and Differentiate Isogenic Mutants of Escherichia coli. Biophysical Journal, vol 91, pp. 3937-3945. Cen E.G., Dalton C., Li Y., Adamia S., Pilarski L.M., Kaler K.V.I.S. (2004).
A combined dielectrophoresis, traveling wave dielectrophoresis and electrorotation microchip for the manipulation and characterization of human malignant cells. Journal of Microbiological Methods, vol 58, pp. 387– 401.
Chen L., Subirade M. (2006). Alginate–whey protein granular microspheres as oral delivery vehicles for bioactive compounds. Biomaterials, vol 27 (26), pp. 4646-4654.
Cheryan, M. (1998). Ultrafiltration and Microfiltration Handbook. Florida: CRC Press.
Choi J.W., Ahn C.H., Bhansali S. and Henderson H.T. (2000). A new magnetic bead-based, filterless bio-separator with planar electromagnet surfaces for integrated bio-detection systems. Sensors and Actuators B, vol 68, pp. 34-39.
Cleland W.W. (1964). Dithiothreitol, A New Protective Reagent for SH Groups. Biochemistry, vol 3, pp. 480-482.
Corchero J.L., Villaverde A. (1998). Plasmid Maintenance in Escherichia coli Recombinant Cultures is Dramatically, Steadily, and Specifically Influenced by Features of the Encoding Proteins. Biotechnology and Bioengineering, vol 58(6), pp. 625-632.
Deng T, Whitesides M., Radhakrishnan M., Zabow G., Prentiss M. (2001). Manipulation of magnetic microbeads in suspension using micromagnetic systems fabricated with soft lithography. Applied Physics Letters, vol 78 (12), pp. 1775-1777.
Enger J., Goksör M., Ramser K., Hagberg P and Hanstorp D. (2004). Optical tweezers applied to a microfluidic system. Lab Chip, vol 4, pp.
Frénéa M., Faure S.P., Le Pioufle B., Couquet Ph., Fujita H. (2003). Positioning living cells on a high-density electrode array by negative dielectrophoresis. Materials Science and Engineering C, vol 23, pp. 597- 603.
Gascoyne P.R.C., Vykoukal J. (2002). Particle separation by dielectrophoresis. Electrophoresis, vol 23, pp. 1973-1983.
de Gennes, P.G. (1979). Scaling Concepts in Polymer Physics. Ithaca NY: Cornell Univ. Press.
de Gennes, P.G (1981). Polymer solutions near an Interface. 1. Adsorption and Depletion Layers. Macromolecules, vol 14, pp. 1637-1644.
de Gennes, P.G. (1982). Polymers at an Interface. 2. Interaction between Two Plates Carrying Adsorbed Polymer Layers. Macromolecules, vol 15, pp. 492-500.
de Gennes P.G. (1987). Flexible polymers at solid/liquid interfaces. Annali di Chimica, vol 77, pp. 389-410.
Green N.G., Morgan H., Milner J.J. (1997). Manipulation and trapping of sub-micron bioparticles using dielectrophoresis. J. Biochem. Biophys. Methods, vol 35 (2), pp. 89-102.
Green N.G., Morgan H. (1999). Dielectrophoresis of Submicrometer Latex Spheres. 1. Experimental Results. J. Phys. Chem. B, vol 103, pp. 41-50. Gunnarsson K., Roy P. E., Felton S., Pihl J., Svedlindh P., Berner S.,
Lidbaum H., Oscarsson S. (2005). Programmable Motion and Separation of Single Magnetic Particles on Patterned Magnetic Surfaces. Advanced Materials, vol 17, pp. 1730-1734.
Hughes M.P. (2003). Nanoelectromechanics in Engineering and Biology. Florida: CRC Press.
Israelachvili J.N. (1985). Intermolecular and Surface Forces with applications to Colloidal and Biological Systems. London: Academic Press.
Janssen X.J.A., van IJzendoorn L.J., Prins M.W.J. (2008). On-chip