Vi har utviklet en teknikk for picoinjecting microfluidic dråper som ikke krever metall elektroder. Som sådan, utstyr som inneholder vår teknikk er enklere å fremstille og å bruke.
Eksisterende metoder for picoinjecting reagenser inn microfluidic dråper krever metall elektroder integrert i microfluidic chip. Integreringen av disse elektrodene legger tungvinte og utsatt for feil skritt til enheten fabrikasjon prosessen. Vi har utviklet en teknikk som unngår behovet for metall elektroder under picoinjection. I stedet bruker den i seg selv injeksjonsfluid som en elektrode, siden de fleste biologiske reagenser inneholder oppløste elektrolytter, og er elektrisk ledende. Ved å eliminere elektrodene, reduserer vi enheten fabrikasjon tid og kompleksitet, og gjøre de enheter mer robust. I tillegg, med vår tilnærming, injeksjonsvolumet er avhengig av spenningen som påføres picoinjection løsning; Dette gir oss mulighet til å raskt justere volumet injiseres ved å modulere spenningen. Vi viser at vår teknikk er kompatibel med reagenser inneholdende vanlige biologiske forbindelser, inkludert buffere, enzymer og nukleinsyrer.
I dråpebasert MicroFluidics blir mikron skala vandige dråper som brukes som "test"-rør for biologiske reaksjoner. Fordelen å utføre reaksjoner i de små dråper er at hver dråpe bruker bare noen få pl av reagenser, og med MicroFluidics, kan dråpene bli dannet og behandles på kilohertz priser en. Sammen har disse egenskaper tillater millioner av reaksjoner med de enkelte celler, nukleinsyre-molekyler, eller forbindelser som skal utføres i løpet av noen minutter med pl av totalmaterialet.
Slik bruker dråper for slike programmer, er teknikker som trengs for å legge kontrollerte mengder reagenser til dråpene; slike operasjoner er analoge til pipettering i reagensglass. En metode for å oppnå dette er elektrokoalescens, karakterisert ved at en dråpe av reagens slås sammen med målet fallet ved å påføre et elektrisk felt. Den elektriske feltet forstyrrer arrangement av overflateaktive molekyler på grensesnittene av dråpene, inducing en tynn-film ustabilitet og utløser koalesens i emulsjoner som er ellers stabil to. Elektrisk indusert sammenslåing er også utnyttes ved utformingen av picoinjector, en enhet som injiserer reagenser inn i dråper som de strømmer forbi en trykk kanal 3. For å anvende det elektriske felt, picoinjector anordninger anvender metallelektroder, men integrering av metallelektroder i microfluidic brikker er det ofte et komplisert og utsatt for feil prosess som den væske-lodde ledninger er lett kompromittert av luftbobler eller støv og annet rusk i kanalen , samt brudd fra stresset eller bøyd under oppsett enhet.
Her presenteres en fremgangsmåte for å utføre picoinjection uten anvendelse av metallelektroder, noe som gjør fremstillingen enklere og mer robust. For å utløse picoinjection, vi i stedet bruke seg selv injeksjonsvæske som en elektrode, siden de fleste biologiske reagenser inneholder oppløste elektrolytter og er ledende. Vi legger også til et "Faraday Moat "for å skjerme sensitive områder av enheten og fungere som en universell bakken (Figur 1). Den vollgrav elektrisk isolerer dråpene oppstrøms av picoinjection området ved å tilby et bakken, hindrer utilsiktet dråpe fusjonen. En ekstra fordel med vår teknikk er at volum injisert i dråpene er avhengig av størrelsen av den påtrykte spenning, slik at den kan justeres ved å justere den påtrykte signal.
Vi dikte våre enheter i poly (dimethylsiloxane) (PDMS) ved hjelp av myke fotolitografiske teknikker 4,5. Vår tilnærming er kompatibel med enheter fabrikkert i andre materialer, som harpiks, plast og epoxy. Kanalene har høyder og bredder på 30 mikrometer, som er optimal for å arbeide med små dråper 50 mikrometer i diameter (65 pl). Vi introduserer reagenser via polyethelene tubing (0.3/1.09 mm indre / ytre diameter) settes inn portene som er opprettet i løpet av enheten fabrikasjon med 0,50 mm biopsi slag, ligner metoder descrIbed tidligere fem. Den nøyaktige sammensetningen av injeksjonsvæske avhenger av den spesifikke applikasjonen. Væsken trenger kun inneholder oppløste elektrolytter ved konsentrasjoner høye nok til å gi tilstrekkelig ledningsevne for det elektriske signalet for å bli overført til picoinjector. I benken testing, har vi funnet at konsentrasjoner større enn ioniske 10 mM bør være tilstrekkelig til 6, selv om denne verdien og væskeledningsevnen er avhengig av de spesifikke dimensjoner og størrelsen av den påtrykte spenning for enheten.
Forholdet mellom injeksjonsvolum, og spenningen er avhengig av mange faktorer, inkludert enhet dimensjoner, lengde av produksjonsrøret som bærer picoinjection fluid til enheten, molaritet av picoinjection fluid, og hastigheten av dråpene når de passerer de injektor. Av denne grunn anbefaler vi at volumet / spenningsforhold karakteriseres før hver kjøring av picoinjection ved å måle injeksjonsvolum på kantene av arbeids utvalgene av spenning og molariteten. I tillegg, ved høyere spenninger og injeksjonsfluid mo…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av Institutt for bioteknologi og Terapeutiske fag ved UCSF, California Institute for kvantitativ biovitenskap (QB3), og Bridging the Gap Award fra Rogers Family Foundation.
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 |