Summary

相图表征使用磁珠用作液体载体

Published: September 04, 2015
doi:

Summary

Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

Abstract

磁珠〜1.9微米的平均直径分别用于输送的连续液段之间的液体微升体积用管为调查这些液体段的相变的目的。磁珠用磁铁,允许珠弥合相邻液体段之间的空气阀是从外部进行控制。疏水性涂层施加到管的内表面上,以提高两液体段之间的分离。施加的磁场形成的磁性珠粒的聚集体簇,即称为结转体积群集内捕获了一定量的液体。将荧光染料加到一种液体段,后面是一系列的液体转移,然后改变的荧光强度在邻近液体一段。基于测得的荧光强度变化的数值分析,每磁珠质量的结转量已经发现为〜2至3微升/毫克。允许使用几百微升比较小的液体段的这种少量的液体,提高了装置的可行性实验室中筒的方法。施加小的组成变化在液体体积的这种技术被用于分析水和表面活性剂C12E5(五乙二醇单十二烷基醚)之间的二元相图,导致更快的分析更小的样品体积比常规方法。

Introduction

为1微米的直径的数量级上的磁珠(MBS)已用于1,2-经常在微流体为基础的应用,尤其是用于生物医学装置。在这些设备中,宏模块都提供了功能,例如细胞和核酸分离,造影剂,和药物递送,仅举几例。外部(磁场)控制墨滴为基础的微流控相结合,使3个控制使用小体积(<100 NL)免疫测定。中型企业也表明承诺用于液体处理4时。这种方法使用的MB对的管通过空气阀隔开内输送液体段之间的生物分子。这种方法是不一样强大其它更复杂的实验片上的设备出现在过去,但它是更简单,确实提供了一种处理液体微升尺寸的卷的能力。类似的方法最近有报道5通过哈塞尔顿小组,并应用于生物医学检测。

一个这种装置的最重要的方面是由表面张力控制用空气阀所提供的液体段的分离。的液体微升体积连接到MB被通过使用外部施加的磁场的液体段之间这个空气间隙传送。微粒的MB(从〜直径0.4-7微米,平均1.9微米)下的外部磁场的影响创建内捕获液体中的微多孔群集。这种液体截留的强度足以从一个储到下运送的MB时承受表面张力的力。通常情况下,这种效果是不希望的,因为大多数的方法只需要包含在液体6中的特定分子(例如生物标志物)的传输。然而,如在我们的工作中可以看出,这种效果可以用于成为该装置的一个有利的方面。

我们已经利用这种“实验中筒“方法, 图1中示意性地示出,用于分析相图中的二进制材料系统。该表面活性剂C12E5已被选作鉴定的主要焦点,因为它被广泛用于工业应用,如药品,食品,化妆品等。特别地,在H 2 O / C12E5二元体系进行了研究,因为它提供了一个丰富组阶段的探索。我们的重点是该化学品混合物,即一定浓度7-9下转变为液晶相的一个具体方面。这种转变是很容易地在我们的设备通过将在光学显微镜研究偏振器以突出相边界处观察到。

能够映射相图是研究以了解涉及相转变10的动力学的非常重要的领域。精确地确定表面活性剂的用溶剂的相互作用的能力第二其它组分是至关重要的,因为它们的复杂性和许多不同的阶段11。许多其它技术先前已经用于表征相变。传统方法涉及制备许多样品,每个包括不同浓度的,并允许他们平衡,这需要冗长的处理时间和高量的样品体积的。然后,样品典型地通过光学方法如扩散界面传输(DIT),它提供了高分辨率的这样的表面活性剂组合物12,13进行分析。类似于我们已经利用的方法中,在DIT方法使用偏振光图像上不同的相的边界。

Protocol

在设备1.准备一次性使用的材料管的制备切管分为15厘米的段。管具有1.6毫米内径和3.2毫米的外径。 杭管段垂直使用磁带。将纸巾筒下方,以收集多余的含氟聚合物溶液。 注入100微升含氟聚合物溶液到使用注射器,使得其将与在内壁全周接触每个管段的顶部开口。 允许管段代替悬挂1小时以除去含氟聚合物溶液过量。 清理出从管未滴出的底面侧的含氟聚合?…

Representative Results

使用实验室中管的方法用于输送液体微升容积量与磁珠一起MATLAB进行数值分析,平均液体结转卷,磁珠质量的函数,被发现(图2)。更高质量的磁珠提供在2-3微升/毫克的速率更高的结转量。实验设置(图1)被用来观察的 H 2 O / C12E5二元体系内的相变。由于H 2 O / C12E5系统是公知的,有许多不同的阶段,它可以在图3B中可以看出,它作为参考的?…

Discussion

在对于相图调查最常用的技术,具有不同组成和比率多个样品需要准备和必须达到热力学平衡,导致一个冗长的过程,并一个显著量的材料。有些挑战可以通过DIT使用平面毛细管和红外分析方法来解决(扩散界面运输)的方法,但没有人可以解决与低成本的投资都提出了挑战。

使用磁珠用作液体载体在此微流控“实验室中管”方法的可行性证实为使用检测相邻液体段之间的?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors acknowledge many useful discussions with M. Caggioni and support from Proctor and Gamble in the form of an internship for NAB.

Materials

AccuBead Bioneer Inc. TS-1010-1 Magnetic beads
C12E5 Surfactant Sigma-Aldrich 76437
Thermo Scientific Nalgene 890 Fisher Scientific 14176178
Cube Magnet Apex Magnets M1CU
Polarizer Film Edmund Optics 38-493
Teflon AF Dupont 400s1-100-1 Fluoropolymer solution
Keyacid Red Dye Keystone 601-001-49 Fluorescent dye
Luer-Lock Cole-Parmer T-45502-12 Female
Luer-Lock Cole-Parmer T-45502-56 Male
Syringe Fisher Scientific 14-823-435 3 mL
Syringe Pump Stoelting 53130
Stereo Microscope Nikon SMZ-2T
Inverted Microscope Nikon Eclipse Ti-U The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm.
Balance Denver Instruments  PI-225D
Microscope-Mounted Camera Motic 5000

References

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Cite This Article
Blumenschein, N., Han, D., Steckl, A. J. Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers. J. Vis. Exp. (103), e52957, doi:10.3791/52957 (2015).

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