Picoinjection de microfluidos gotas sin electrodos metálicos

En la microfluídica basada en gotitas, gotitas acuosas escala de micras se utilizan como "tubos de ensayo" para reacciones biológicas. La ventaja de llevar a cabo reacciones en las pequeñas gotas es que cada gota utiliza sólo unos pl de reactivo y, con la microfluídica, las gotas se puede formar y procesada a tasas kilohercios ^1. En combinación, estas propiedades permiten a millones de reacciones con las células individuales, moléculas de ácido nucleico, o compuestos que se deben realizar en cuestión de minutos con l de total de material.

Para usar las gotas para aplicaciones de este tipo, se necesitan técnicas para la adición de volúmenes controlados de reactivos a las gotas; tales operaciones son análogos a pipeteando en tubos de ensayo. Un método para lograr esto es electrocoalescence, en el que una gota de reactivo se combina con la caída de destino mediante la aplicación de un campo eléctrico. El campo eléctrico altera la disposición de las moléculas de tensioactivo en las interfaces de las gotas, INDucing una inestabilidad de película delgada y desencadenando coalescencia en emulsiones que son por lo demás estable ^2. Fusión inducida eléctricamente también es explotada en el diseño de la picoinjector, un dispositivo que inyecta reactivos en gotas a medida que fluyen más allá de un canal de presión ^3. Para aplicar el campo eléctrico, los dispositivos picoinjector utilizan electrodos de metal, pero la integración de electrodos de metal en los chips de microfluidos es a menudo un proceso complejo y propenso a errores que los alambres de líquido de soldadura son fácilmente comprometidos por burbujas de aire o polvo y otros desechos en el canal , así como de las fracturas de estrés o doblarse durante la configuración del dispositivo.

Aquí presentamos un método para llevar a cabo picoinjection sin el uso de electrodos de metal, por lo que la fabricación más simple y más robusta. Para activar picoinjection, nosotros en cambio utilizamos el propio fluido de inyección como un electrodo, ya que la mayoría de los reactivos biológicos contienen electrolitos disueltos y son conductores. También vamos a añadir un "Faraday Moat "para proteger a regiones sensibles del dispositivo y actuar como un suelo universales (Figura 1). El foso aísla eléctricamente las gotas de aguas arriba del sitio picoinjection proporcionando un suelo, la prevención de fusión gotita no deseado. Un beneficio adicional de nuestra técnica es que el volumen inyectado en las gotas depende de la magnitud de la tensión aplicada, permitiendo que se ajusta mediante la regulación de la señal aplicada.

Fabricamos nuestros dispositivos en poli (dimetilsiloxano) (PDMS) usando técnicas fotolitográficas suaves ^4,5. Nuestro enfoque es compatible con dispositivos fabricados en otros materiales, como resinas, plásticos y resinas epoxi. Los canales tienen alturas y anchuras de 30 micras, que son óptimas para trabajar con gotitas de 50 m de diámetro (65 pl). Introducimos los reactivos a través de tubos de polietileno (0.3/1.09 mm de diámetro interior / exterior) insertado en los puertos creados durante la fabricación del dispositivo de 0,50 mm punzones de biopsia, de forma similar a los métodos described previamente ^5. La composición exacta del fluido de inyección depende de la aplicación específica. El fluido sólo necesita contener electrolitos disueltos en concentraciones lo suficientemente altas para producir la suficiente conductividad para la señal eléctrica que se transmite a la picoinjector. En pruebas de banco, hemos encontrado que las concentraciones iónicas superiores a 10 mM deberían bastar ^6, aunque este valor y conductividades de fluido dependen de las dimensiones específicas del dispositivo y la magnitud de la tensión aplicada.