Picoinjection von Mikrofluidik-Tropfen ohne Metall-Elektroden

In tröpfchenbasierte Mikrofluidik, Mikrometermaßstab sind Wassertröpfchen als "Reagenzglas" für biologische Reaktionen verwendet. Der Vorteil für die Durchführung von Reaktionen in den winzigen Tröpfchen ist, dass jeder Tropfen verwendet nur wenige pl von Reagenz und mit Mikrofluidik, können die Tropfen geformt und bei ¹ Kilohertz Raten verarbeitet werden. Durch Kombination dieser Eigenschaften können Millionen von Reaktionen mit einzelnen Zellen, Nukleinsäuremoleküle oder Verbindungen, die in wenigen Minuten mit ul Gesamtmaterials durchgeführt werden.

Tropfen für Anwendungen wie diese verwenden, sind Techniken für das Hinzufügen kontrollierter Mengen von Reagenzien zu den Tropfen erforderlich ist; solche Operationen sind analog den in Teströhrchen pipettiert. Ein Verfahren, um dies zu erreichen ist Elektrokoaleszenz, wobei ein Tropfen des Reagenz mit dem Ziel Tropfen durch Anlegen eines elektrischen Feldes fusioniert. Das elektrische Feld stört die Anordnung der Tensidmoleküle an den Schnittstellen der Tropfen, inducing einen Dünnfilm-Instabilität und Auslösen Koaleszenz in Emulsionen, die sonst stabile ² sind. Elektrisch induzierten Fusion ist ebenfalls in der Gestaltung des picoinjector, eine Vorrichtung, die Reagenzien in Tropfen spritzt, als sie an einem unter Druck stehenden Strömungskanal ³ ausgenutzt. Um das elektrische Feld gelten, picoinjector Geräte nutzen Metallelektroden, sondern die Integration von Metallelektroden in Mikrofluidik-Chips ist oft ein komplexer und fehleranfälliger Prozess, wie die Flüssig-Lote werden leicht durch Luftblasen oder Staub und andere Ablagerungen im Kanal beeinträchtigt sowie Frakturen von Stress oder während der Geräte-Setup Biegen.

Hier stellen wir ein Verfahren zur picoinjection ohne die Verwendung von Metallelektroden führen, wodurch die Herstellung einfacher und robuster. Um picoinjection auslösen, wir verwenden stattdessen die Injektionsflüssigkeit selbst als Elektrode, da die meisten biologischen Reagenzien enthalten gelösten Elektrolyten und leitend sind. Wir haben auch eine "Faraday Moa hinzufügent ", um sensible Bereiche der Vorrichtung und als universelle Boden (1) abzuschirmen. Der Graben elektrisch isoliert die Tröpfchen stromaufwärts des picoinjection Website durch einen Boden und verhindert unbeabsichtigte Tröpfchen Fusion. Ein zusätzlicher Vorteil der Technik ist, dass der Menge in den Tropfen eingespritzten hängt von der Größe der angelegten Spannung, so dass sie durch Einstellen des angelegten Signals eingestellt werden.

Wir fertigen unsere Geräte in Poly (dimethylsiloxan) (PDMS) mit weichen Photolithographietechniken ^4,5. Unser Ansatz ist mit Geräten in anderen Materialien hergestellt kompatibel, wie Harzen, Kunststoffen und Epoxidharzen. Die Kanäle weisen Höhen und Breiten von 30 um, die optimal für die Arbeit mit Tröpfchen 50 um Durchmesser (65 pl) sind. Wir stellen Reagenzien über Polyethylen-Schlauch (0.3/1.09 mm inneren / äußeren Durchmesser) in den Häfen während der Herstellung der Vorrichtung geschaffen mit 0,50 mm Biopsieausstanzungen, ähnlich descr Methoden eingesetztibed zuvor ^5. Der genaue Aufbau der Einspritzfluid ist abhängig von der spezifischen Anwendung. Das Fluid braucht nur gelösten Elektrolyten in Konzentrationen, die hoch genug, um eine ausreichende Leitfähigkeit für das elektrische Signal an die picoinjector übertragen werden erhalten. In Laborversuchen wurde gefunden, dass die Ionenkonzentrationen größer als 10 mm sollte ausreichen ^6, wenn dieser Wert und die Fluidleitfähigkeit auf den spezifischen Geräteabmessungen und Größe der angelegten Spannung abhängen.