デジタルマイクロフルイディクスにBioanalytesの輸送を最適化するための縮小液滴表面相互作用の活用
Summary
The protocol for fabrication and operation of field dewetting devices (Field-DW) is described, as well as the preliminary studies of the effects of electric fields on droplet contents.
Abstract
Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of “lab-on-a-chip” platforms. Often, droplet motion relies on the wetting of a surface, directly associated with the application of an electric field; surface interactions, however, make motion dependent on droplet contents, limiting the breadth of applications of the technique.
Some alternatives have been presented to minimize this dependence. However, they rely on the addition of extra chemical species to the droplet or its surroundings, which could potentially interact with droplet moieties. Addressing this challenge, our group recently developed Field-DW devices to allow the transport of cells and proteins in DMF, without extra additives.
Here, the protocol for device fabrication and operation is provided, including the electronic interface for motion control. We also continue the studies with the devices, showing that multicellular, relatively large, model organisms can also be transported, arguably unaffected by the electric fields required for device operation.
Introduction
液体を扱う装置の小型化は、「ラボオンチップ」のプラットフォームの開発のために最も重要である。この方向では、最後の二十年は、様々なアプリケーションで、マイクロフルイディクスの分野で大きな進歩を目撃した。1-5同封チャンネル（チャンネルマイクロフルイディクス）内の流体の輸送に対照的な、DMFは、電極のアレイ上の液滴を操作する。この技術の最も魅力的なメリットの一つは、流体を輸送するための可動部がないことで、動きを瞬時に電気信号をオフにすることによって停止される。
しかし、液滴の運動は、液滴の内容、ユニバーサル」ラボオンチップ」プラットフォームの確かに望ましくない特性に依存する。タンパク質や他の検体を含む液滴が移動不能になって、デバイス表面に固執する。間違いなく、これをDMFアプリケーションの適用範囲を広げるための主要な制限されている; 6-8不要な表面の汚れを最小にする選択肢は、潜在的に液滴コンテンツに影響を与える可能性が液滴またはその周囲に余分な化学種の添加を含む。
以前、我々のグループは、追加の添加剤（電界DW装置）なしで、DMF中の細胞およびタンパク質の輸送を可能にする装置を開発し9これは、液滴圧延を優先するデバイス·ジオメトリを有するキャンドルすす、10に基づいて、面を組み合わせることによって達成されたさらに、液滴表面相互作用を減少させる、液滴に上向きの力をもたらす。このアプローチでは、液滴の運動は、表面の濡れに関連付けられていない。11
以下に説明する詳細な方法の目的は、余分な添加剤を含まない、タンパク質、細胞、および生物全体を含む液滴を輸送することができるDMFデバイスを製造することである。フィールド-DWデバイスは、大部分が独立して液滴化学者の作業完全に制御プラットフォームへの道を開くRY。
ここでは、それを示す、本シミュレーションでは、デバイスの動作に必要な高電圧にもかかわらず、液滴の両端の電圧降下は、液滴内部bioanalytesにほとんど影響を示し、印加電圧のごく一部である。実際には、 線虫（C.エレガンス ）、生物学の研究のさまざまな目的で使用線虫を用いた予備試験では、電圧が印加されるとワームが乱さ泳ぐことを示している。
Protocol
Representative Results
Discussion
プロトコルの最も重要なステップは、直接、液滴を動かすの成功に関連付けられている、スート層の保護である。スート層（上記の方法1）を金属化することは、製造の成功の100％に近いことができる。しかし、最大動作時間は約10分である。おそらく、小滴のフラクションは、金属層の貫通孔煤湿潤される。フッ素化液体とのスート層をコーティングすることは、最も簡単かつ最速の代替で?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、財政支援のためのLindback財団、博士アレクサンダー·シドレンコとエルザチュー実り議論や技術支援のために、そしてCと支援のための教授のロバート·スミスに感謝虫アッセイ 。
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Paraffin candle | Any paraffin candle | ||
| Sputtering system | Denton Vacuum, Moorestown, NJ | Sputter coater Desk V HP equipped with an Au target. | |
| 1-dodecanethiol | Sigma-Aldrich | 471364 | |
| Teflon | Dupont | AF-1600 | |
| Fluorinert FC-40 | Sigma-Aldrich | F9755 | Fluorinated liquid: Prepare Teflon-AF resin in Fluorinert FC-40, 1:100 (w/w), to create the hydrophobic coating. |
| Graphic design software -Adobe Illustrator | Adobe Systems | Other softwares might be used as well. | |
| Copper laminate | Dupont | LF9110 | |
| Laser Printer | Xerox | Phaser 6360 or similar | Check for the compatibility with "rich black" or "registration black" (see text). |
| Copper Etchant | Transene | CE-100 | |
| Perfluoroalkoxy (PFA) film | McMaster-Carr | 84955K22 | |
| Breadboard | Allied Electronics | 70012450 or similar | Large enough to allow the assemble of 10 drivers. |
| Universal circuit board | Allied Electronics | 70219535 or similar | |
| Connector | Allied Electronics | 5145154-8 or similar | |
| Control board and control program (LabView software) | National Instruments | NI-6229 or similar | |
| High-voltage amplifier | Trek | PZD700 | |
| Resistor R 27 kΩ, 1/4 W | Allied | 2964762 | |
| Capacitors C and C1, 100 nF, 60 V | Allied | 8817183 | |
| Transistor T, NPN | Allied | 9350289 | |
| Diode D, 1N4007 | Allied | 2660007 | |
| Relay | Allied | 8862527 | |
| Visualization system | Edmund Optics | VZM 200i or similar | System magnification 24X- 96X. It is combined with a Hitachi KP-D20B 1/2 in CCD Color Camera. |
| Recorder | Sony | GV-D1000 NTSC or similar | It is connected to the camera by an S-video cable. |
| Simulations | COMSOL Multiphysics | V. 4.4 |
Referencias
- Fair, R. B. Digital microfluidics: is a true lab-on-a-chip possible. Microfluid Nanofluid. 3 (3), 245-281 (2007).
- Gupta, S., Alargova, R. G., Kilpatrick, P. K., Velev, O. D. On-Chip Dielectrophoretic Coassembly of Live Cells and Particles into Responsive Biomaterials. Langmuir. 26 (5), 3441-3452 (2009).
- Shih, S. C., et al. Dried blood spot analysis by digital microfluidics coupled to nanoelectrospray ionization mass spectrometry. Anal Chem. 84 (8), 3731-3738 (2012).
- Gorbatsova, J., Borissova, M., Kaljurand, M. Electrowetting-on-dielectric actuation of droplets with capillary electrophoretic zones for off-line mass spectrometric analysis. J Chromatogr. 1234, 9-15 (2012).
- Qin, J., Wheeler, A. R. Maze exploration and learning in C. elegans. Lab Chip. 7 (2), 186-192 (2007).
- Koc, Y., de Mello, A. J., McHale, G., Newton, M. I., Roach, P., Shirtcliffe, N. J. Nano-scale superhydrophobicity: suppression of protein adsorption and promotion of flow-induced detachment. Lab Chip. 8 (4), 582-586 (2008).
- Perry, G., Thomy, V., Das, M. R., Coffinier, Y., Boukherroub, R. Inhibiting protein biofouling using graphene oxide in droplet-based microfluidic microsystems. Lab Chip. 12 (9), 1601-1604 (2012).
- Kumari, N., Garimella, S. V. Electrowetting-Induced Dewetting Transitions on Superhydrophobic Surfaces. Langmuir. 27 (17), 10342-10346 (2011).
- Freire, S. L. S., Tanner, B. Additive-Free Digital Microfluidics. Langmuir. 29 (28), 9024-9030 (2013).
- Deng, X., Mammen, L., Butt, H. -. J., Vollmer, D. Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating. Science. 335, 67-70 (2011).
- Kang, K. H. How Electrostatic Fields Change Contact Angle in Electrowetting. Langmuir. 18 (26), 10318-10322 (2002).
- Abdelgawad, M., Watson, M. W. L., Young, E. W. K., Mudrik, J. M., Ungrin, M. D., Wheeler, A. R. Soft lithography: masters on demand. Lab Chip. 8 (8), 1379-1385 (2008).
- Barbulovic-Nad, I., Yang, H., Park, P. S., Wheeler, A. R. Digital microfluidics for cell-based assays. Lab Chip. 8 (4), 519-526 (2008).
- Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Genética. 77 (1), 71-94 (1974).
