Mikroakışkan bir Picoinjection Metal Elektrotlar olmadan Damlalar
Summary
Biz metal elektrot gerektirmez microfluidic damla picoinjecting için bir teknik geliştirdi. Gibi, bizim teknik içeren cihazlar imal ve kullanımı basittir.
Abstract
Microfluidic damla içine reaktifler picoinjecting için mevcut yöntemler mikroakışkan çip entegre metal elektrot gerektiren. Bu elektrotların entegrasyonu cihaz imalat işlemine, hantal ve hata eğilimli adımları ekler. Bu picoinjection sırasında metal elektrotlar ihtiyaçlarını ortadan kaldıran bir teknik geliştirdik. Birçok biyolojik reaktif çözündürüldü elektrolitler içeren ve iletken olduğu Bunun yerine, bu, bir elektrot olarak enjeksiyon sıvı kendisini kullanır. Elektrotları ortadan kaldırarak, cihaz imalat süresi ve karmaşıklığı azaltmak ve cihazlar daha sağlam yapmak. Buna ek olarak, yaklaşım ile, enjeksiyon hacmi picoinjection çözeltiye uygulanan gerilimine bağlıdır; Bu bizi hızla uygulanan gerilimi modüle tarafından enjekte sesini ayarlayabiliyorsunuz. Biz teknik tamponlar, enzimler, ve nükleik asitler de dahil olmak üzere ortak bir biyolojik bileşikler içeren reaktifler ile uyumlu olduğunu gösterir.
Introduction
Damlacık bazlı Mikroakiskan olarak, mikron çaplı damlacıkların sulu bir biyolojik reaksiyonları için "test tüpleri" olarak kullanılır. Küçük damlacıklar olarak reaksiyonların gerçekleştirilmesi için avantaj her damla reaktif sadece birkaç pl kullanır ve, mikroflüidik ile damla oluşturulabilir ve kilohertz oranlarında 1 işlenmiş olmasıdır. Birlikte, bu özellikler tek tek hücreler, nükleik asit molekülü ya da toplam malzemenin ul dk 'lık bir madde ifa edilecek olan bileşiklerle tepkimeye milyonlarca izin verir.
Bu gibi uygulamalar için damla kullanmak, teknikleri damla reaktiflerin kontrollü hacim ekleme için gerekli olan; Bu tür işlemler test tüplerine pipetle benzerdir. Tepkime maddesi bir damla bir elektrik alanı uygulamak suretiyle hedef damla ile birleştirilmiş olup, burada bu gerçekleştirmenin bir yöntemi, electrocoalescence olduğunu. Elektrik alanı damlaların arabirimlerde yüzey aktif madde moleküllerinin bir düzenleme bozar indince film istikrarsızlık ucing ve 2, aksi stabil olduğu emülsiyonlarda birleşmesini tetikleme. Elektriksel olarak indüklenen birleştirilmesi de picoinjector, bir basınçlı akış kanalı 3 son olarak damlalar halinde reaktifler enjekte eden bir cihazın tasarımında yararlanılır. Elektrik alanı uygulamak için, picoinjector cihazlar metal elektrotlar kullanan, ancak sıvı-lehim telleri kolayca kanalda hava kabarcıkları veya toz ve diğer enkaz tehlikeye gibi microfluidic cips içine metal elektrotların entegrasyonu genellikle karmaşık ve hata eğilimli süreci yanı sıra, stres kırıkları ya da cihaz kurulumu sırasında eğilme.
Burada imalatı basit ve daha sağlam hale metal elektrot kullanmadan picoinjection gerçekleştirmek için bir yöntem sunuyoruz. Birçok biyolojik reaktif çözündürüldü elektrolitler içeren ve iletken olduğu picoinjection tetiklemek için, bunun yerine, bir elektrot olarak enjeksiyon sıvı kendisini kullanır. Biz de "Faraday Moa eklemekevrensel bir zemin (Şekil 1) olarak cihaz ve hareket hassas bölgeleri korumak için t ". Hendek elektriksel bir zemin sağlayarak istenmeyen damlacık birleşmesini engelleyerek picoinjection sitenin üst damlacıkları ayırır. Bizim tekniğin bir yararı olduğunu damla enjekte hacmi uygulanan sinyal ayarlama ayarlanabilir sağlayan, uygulanan voltajın büyüklüğüne bağlıdır.
Biz yumuşak fotolitografik teknikleri 4,5 kullanılarak poli (dimetilsiloksan) bizim cihazları (PDMS) imal. Yaklaşımımız reçine, plastik ve epoksiler gibi diğer malzemelerden imal cihazlar ile uyumludur. Kanallar yükseklikleri ve damlacıklar çapı 50 um (65 ul) ile birlikte çalışmak için uygun olan, 30 um genişlikleri vardır. Biz yöntemleri descr benzer 0.50 mm biyopsi yumruklar ile cihaz imalat sırasında oluşturulan liman içine yerleştirilen polietilen boru (0.3/1.09 mm iç / dış çap) ile reaktiflerin tanıtmakIBED önce 5. Enjeksiyon sıvısının tam makyaj spesifik uygulamaya bağlıdır. Sıvının sadece ihtiyaç picoinjector iletilecek elektrik sinyali için yeterli iletkenliğe üretmek üzere yeterince yüksek konsantrasyonlarda çözülür elektrolitler içerir. Tezgah test olarak, bu değer, ve sıvı iletkenlik özel cihaz boyutları ve uygulanan voltajın büyüklüğüne bağlı olsa da, 10 mM 'den daha büyük bir iyon konsantrasyonu, 6, yeterli gerektiğini bulduk.
Protocol
Representative Results
Discussion
Enjeksiyon hacmi ile uygulanan voltaj arasındaki ilişki onlar enjektör geçerken cihazın boyutları, picoinjection sıvının cihazın molarite için picoinjection akışkan taşıyan boru uzunluğu ve damlacıkların hızı dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Bu nedenle biz hacmi / gerilim ilişkisi gerilim ve molaritede çalışma aralıkları kenarlarında enjeksiyon hacimlerini ölçerek picoinjection her koşudan önce karakterize öneririz. Buna ek olarak, daha yüksek bir voltaj ve enjeksiyon sı…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma ucsf, Kantitatif Biosciences'den (QB3) için Kaliforniya enstitüde Biyomühendislik ve Terapötik Bilimleri Bölümü tarafından desteklenen edildi Rogers Aile Vakfı Gap Ödülü Bridging.
Materials
| 1 mL Leur-Lok™ syringes | BD Medical | 309628 | |
| LocTite UV-cured adhesive | Henkel | 35241 | |
| PE-2 Tubing | Scientific Commodities | BB31695-PE/2 | |
| Novec HFE-7500 | 3M | 98-0212-2928-5 | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S9888 | |
| 1.5 mL centrifuge tubes | Eppendorf | 22363531 | |
| BD Falcon 15 ml tube | BD Biosciences | 352097 | |
| Air Pressure Control Pump | Control Air Inc. | We recommend one under the control of DAQ and control software | |
| Syringe Pumps | New Era | Must be capable of holding 1ml syringes and flowing at rates as low as 100 uL/hr | |
| HV-Amplfier | Must be capable of 1000x amplification of signals between 0.01 and 10 V | ||
| Plasma Bonder/Cleaner | Harrick Plasma | ||
| 3” silicon wafers | Sigma Aldrich | 647535 | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 with curing agent should be included | |
| SU-8 Photoresist | MicroChem | Viscocity depends on device dimensions |
Riferimenti
- Kritikou, E. It’s cheaper in the Picolab. Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).
- Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels. Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).
- Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).
- Harris, J., et al. Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons. J. Vis. Exp. (7), (2007).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal. Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- O’Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. Electrode-free picoinjection of microfluidic drops. Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).
- Holtze, C., et al. Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions. Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).
- Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow. Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).
- Herminghaus, S. Dynamical instability of thin liquid films between conducting media. Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).
- Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella. Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).
- Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device. J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).
- Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR. PLoS ONE. 8 (4), (2013).
