Picoinjection di Microfluidic Gocce senza elettrodi in metallo

In microfluidica basata gocciolina-, micron scala goccioline acquose sono usati come "provette" per reazioni biologiche. Il vantaggio di eseguire reazioni nelle minuscole goccioline è che ogni goccia utilizza solo qualche pl di reagente e, con microfluidica, le gocce può essere formato e trattati a tassi kilohertz ^1. La combinazione di queste proprietà consentono milioni di reazioni con cellule singole, molecole di acido nucleico, o composti da eseguire in pochi minuti con pl di materiale totale.

Per utilizzare gocce per applicazioni come queste, sono necessarie tecniche per l'aggiunta di volumi controllati di reagenti per le gocce; tali operazioni sono analoghi a pipettare nelle provette. Un metodo per risolvere questo problema consiste electrocoalescence, in cui una goccia di reagente è fusa con la goccia di destinazione applicando un campo elettrico. Il campo elettrico interrompe la disposizione delle molecole di tensioattivo sulle interfacce delle gocce, inducing una instabilità a film sottile e innescando coalescenza in emulsioni che sono altrimenti stabili ^2. Fusione elettricamente indotta viene sfruttata anche nel design del picoinjector, un dispositivo che inietta reagenti in gocce mentre fluiscono passato un canale in pressione ^3. Per applicare il campo elettrico, dispositivi picoinjector utilizzano elettrodi metallici, ma l'integrazione di elettrodi metallici in chip microfluidici è spesso un processo complesso e soggetto ad errori come i fili liquido-saldatura sono facilmente compromesse da bolle d'aria o polvere e altri detriti nel canale , così come fratture da stress o di flessione durante l'installazione del dispositivo.

Presentiamo qui un metodo per eseguire picoinjection senza l'uso di elettrodi metallici, rendendo la fabbricazione più semplice e più robusto. Per attivare picoinjection, noi invece utilizziamo il fluido di iniezione stesso come un elettrodo, poiché la maggior parte reagenti biologici contengono elettroliti disciolti e sono conduttivi. Aggiungiamo anche un "Faraday Moat "per schermare regioni sensibili del dispositivo e di agire come un terreno universale (Figura 1). Il fossato isola elettricamente le goccioline a monte del sito picoinjection fornendo un terreno, impedendo volute gocciolina fusione. Un ulteriore vantaggio della nostra tecnica è che l' volume iniettato nelle gocce dipende dalla grandezza della tensione applicata, consente di essere regolato sintonizzando il segnale applicato.

Noi costruiamo i nostri dispositivi in poli (dimetilsiloxano) (PDMS), utilizzando tecniche di fotolitografia morbide ^4,5. Il nostro approccio è compatibile con i dispositivi fabbricati in altri materiali, come resine, plastiche e resine epossidiche. I canali hanno altezze e larghezze di 30 micron, che sono ottimali per lavorare con goccioline 50 micron di diametro (65 pl). Introduciamo reagenti tramite tubazione in polietilene (diametro interno / esterno 0.3/1.09 mm) inserito nelle porte create durante la fabbricazione di dispositivi con 0,50 millimetri punzoni di biopsia, simili ai metodi described in precedenza ^5. La composizione esatta del fluido di iniezione dipende dall'applicazione specifica. Il fluido bisogno solo contiene elettroliti disciolti in concentrazioni sufficienti per produrre conduttività sufficiente per il segnale elettrico da trasmettere al picoinjector. In prove al banco, abbiamo trovato che le concentrazioni ioniche superiori a 10 mm dovrebbero essere sufficienti ^6, se questo valore e conducibilità del fluido dipendono dalle dimensioni dei dispositivi specifici e ampiezza della tensione applicata.