Picoinjection de Microfluidic Drops sem metal Eletrodos

Em microfluídica baseada em gotículas, gotículas aquosas escala mícron são usados ​​como "tubos de ensaio" para reações biológicas. A vantagem para a realização de reacções nas gotículas é que cada gota usa somente um poucos pl de reagente e, com a microfluidos, as gotas podem ser formadas e processadas em taxas kilohertz ^1. Em conjunto, estas propriedades permitem que milhões de reacções com células individuais, moléculas de ácidos nucleicos, ou compostos a serem realizadas numa questão de minutos, com ul de material total.

Para usar gotas para aplicações como estas, são necessárias técnicas para a adição de volumes controlados de reagentes para as gotas; tais operações são análogas às pipetando em tubos de ensaio. Um método para realizar isto é electrocoalescence, em que uma gota de reagente é fundida com a queda alvo através da aplicação de um campo eléctrico. O campo eléctrico perturba o arranjo de moléculas de surfactante sobre os interfaces das gotas, inducing uma instabilidade de película fina e provocando a coalescência em emulsões que são de outra maneira estável ^2. Fusão induzidos electricamente é igualmente explorada no design do picoinjector, um dispositivo que injecta os reagentes em gotas à medida que fluem através de um canal pressurizado ^3. Para aplicar o campo eléctrico, dispositivos picoinjector utilizar eléctrodos metálicos, mas a integração de eléctrodos metálicos em chips de microfluidos é geralmente um processo complexo e propenso a erros como os fios de líquido da solda são facilmente comprometidos por bolhas de ar ou poeira e outros detritos no canal , bem como fraturas de estresse ou flexão durante a configuração do dispositivo.

Aqui é apresentado um método para realizar picoinjection sem a utilização de eléctrodos de metal, tornando o fabrico mais simples e mais robusto. Para acionar picoinjection, nós em vez usar o próprio fluido de injeção como um eletrodo, uma vez que a maioria dos reagentes biológicos contêm eletrólitos dissolvidos e são condutores. Nós também adicionar um "Faraday Moat "para proteger as regiões sensíveis do dispositivo e actuam como uma base universal (Figura 1). O fosso isola electricamente as gotículas a montante do local picoinjection proporcionando um solo, impedindo fusão gotícula não intencional. Um benefício adicional da nossa técnica é que o volume injectado nas gotas depende da magnitude da tensão aplicada, permitindo-lhe ser ajustado por meio do ajuste do sinal aplicado.

Nós fabricamos os nossos dispositivos de poli (dimetilsiloxano) (PDMS), utilizando técnicas de fotolitografia suave ^4,5. Nossa abordagem é compatível com dispositivos fabricados em outros materiais, como resinas, plásticos e epóxis. Os canais têm alturas e larguras de 30 mm, que são óptimas para o trabalho com gotas de 50 mm de diâmetro (65 pl). Nós introduzimos reagentes através de tubos polietileno (0.3/1.09 mm de diâmetro interno / externo) inserido portos criados durante fabricação de dispositivos com 0,50 milímetros socos biópsia, semelhantes aos métodos described anteriormente ^5. A composição exacta do fluido de injecção, depende da aplicação específica. O fluido só necessita conter electrólitos dissolvidos em concentrações suficientemente elevadas para produzir condutividade suficiente para o sinal eléctrico a ser transmitido para o picoinjector. No teste de bancada, verificou-se que as concentrações iónicas superiores a 10 mm deve ser suficiente ^6, embora este valor e condutividades fluido dependem das dimensões dos dispositivos específicos e magnitude da tensão aplicada.