Summary

Picoinjection микрофлюидных Капли Без металлическими электродами

Published: April 18, 2014
doi:

Summary

Мы разработали методику для picoinjecting микрофлюидных капли, которые не требуют металлические электроды. Таким образом, устройства, содержащие наш метод проще в изготовлении и в использовании.

Abstract

Существующие методы picoinjecting реагенты в микрофлюидных капель требуют металлические электроды, интегрированные в микрофлюидный чип. Интеграция этих электродов добавляет громоздких и подверженных ошибкам шаги для процесса изготовления устройства. Мы разработали метод, который устраняет потребности в металлических электродов во picoinjection. Вместо этого он использует саму нагнетательной текучей среды в качестве электрода, так как большинство биологические реагенты содержат растворенные электролиты и являются токопроводящими. Устраняя электроды, мы уменьшаем устройства время изготовления и сложность, и сделать эти устройства более надежными. Кроме того, нашему подходу, объем впрыска зависит от напряжения, приложенного к picoinjection раствора; это позволяет нам быстро отрегулировать громкость вводят путем модуляции приложенное напряжение. Показано, что наш метод совместим с реагентов, включающих общие биологические соединения, в том числе буферы, ферментов и нуклеиновых кислот.

Introduction

В капель на основе микрофлюидики, микронных водные капельки используются в качестве «пробирки» для биологических реакций. Преимущество выполнения реакции в мельчайших капелек, что каждая капля использует только несколько пл реагента и, с микрофлюидики, капли могут образовываться и обрабатываются на килогерц ставок 1. В совокупности эти свойства позволяют миллионы реакций с отдельных клеток, молекул нуклеиновых кислот, или соединений, выполненных в течение нескольких минут с мкл общего объема материала.

Для использования капель для приложений, таких как эти, методы необходимы для добавления контролируемых объемы реагентов для капель; такие операции аналогичны пипетки в пробирки. Одним из способов достижения этого является электрокоагуляции, в котором капли реагента объединены с целью снижения на приложения электрического поля. Электрическое поле разрушает расположение молекул ПАВ на границах раздела капель, индucing на нестабильность тонкопленочной и запуск слияния в эмульсии, которые в противном случае стабильная 2. Электрически-индуцированного слияния также использованы в конструкции picoinjector, устройство, которое впрыскивает реагентов в капли, как они текут мимо под давлением канала 3. Чтобы применить электрическое поле, picoinjector устройства используют металлические электроды, но интеграция металлических электродов в микрожидкостных чипов часто сложный и подверженный ошибкам процесс, как в жидкой провода припоя легко скомпрометированы воздушных пузырьков или пыли и другого мусора в канале , а также переломы от стресса или изгиба во время установки устройства.

Здесь мы представляем метод для выполнения picoinjection без использования металлических электродов, что делает изготовление проще и надежнее. Для запуска picoinjection, мы вместо этого использовать саму впрыска жидкости в качестве электрода, так как большинство биологических реагенты содержат растворенные электролиты и являются токопроводящими. Мы также добавить "Фарадея Моат ", чтобы оградить чувствительные регионы устройства и выступать в качестве универсального грунта (рис. 1). Ров электрически изолирует капли вверх по течению от picoinjection сайте, предоставляя землю, предотвращения случайного слияние капель. Дополнительным преимуществом нашей техники является то, что объем вводят в капель зависит от величины приложенного напряжения, что позволяет регулировать путем настройки применен сигнал.

Мы изготовления наши устройства в поли (диметилсилоксан) (PDMS) с использованием мягких методов фотолитографии 4,5. Наш подход совместим с устройствами, изготовленных из других материалов, например, смол, пластмасс и эпоксидных смол. Каналы имеют высоту и ширину 30 мкм, которые являются оптимальными для работы с капель 50 мкм в диаметре (65 PL). Введем реагентов через полиэтиленовой трубки (0.3/1.09 мм внутренний / наружный диаметр), вставленной в портах, созданных в процессе изготовления устройства с 0,50 мм биопсии ударов руками, похожими на методы DescrIBED ранее 5. Точное состав впрыска жидкости зависит от конкретного применения. Жидкость нужно только содержать растворенные электролиты в концентрации, достаточно высоких, чтобы получить достаточную проводимость для электрического сигнала, передаваемого на picoinjector. В стендовых испытаний, мы обнаружили, что ионные концентрации превышает 10 мм должно хватить 6, хотя это значение и жидкости проводимости зависит от конкретных размеров устройств и величины приложенного напряжения.

Protocol

1. Дизайн Размеры устройства и топологии на основе экспериментальных потребностей Использование системы автоматизированного проектирования (САПР) Примечание: Выбор диаметра эмульсии канала меньше, чем у сферических капелек. Это заставляет капли в цилиндрической или &quo…

Representative Results

Микроскопические изображения принято на picoinjection сайте показывают, что электрификация picoinjection жидкости достаточно, чтобы вызвать инъекции (рис. 2). Вводимый объем можно управлять с помощью модуляции амплитуды приложенного напряжения, с более высоких напряжениях, позволяющих б?…

Discussion

Отношения между объемом впрыска и приложенного напряжения зависит от многих факторов, включая размеры устройств, длине трубки, несущей picoinjection жидкость на устройство, молярности picoinjection жидкости и скорости капель, поскольку они проходят они инжектор. По этой причине мы рекомендуем, чт?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Департаментом биоинженерии и терапевтических наук в UCSF, института Калифорнии для количественного Biosciences (QB3), а также преодоление премию Gap от Роджерс Семейства.

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

Referências

  1. Kritikou, E. It’s cheaper in the Picolab. Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Harris, J., et al. Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons. J. Vis. Exp. (7), (2007).
  5. 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).
  6. O’Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. Electrode-free picoinjection of microfluidic drops. Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).
  7. Holtze, C., et al. Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions. Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).
  8. 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).
  9. Herminghaus, S. Dynamical instability of thin liquid films between conducting media. Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).
  10. Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella. Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).
  11. 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).
  12. Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR. PLoS ONE. 8 (4), (2013).

Play Video

Citar este artigo
O’Donovan, B., Tran, T., Sciambi, A., Abate, A. Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes. J. Vis. Exp. (86), e50913, doi:10.3791/50913 (2014).

View Video