Phasendiagramm Charakterisierung mit Magnetic Beads als flüssige Träger
Summary
Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.
Abstract
Magnetischen Kügelchen, die mit ~ mittlere Durchmesser 1,9 um wurden verwendet, um Mikroliter-Volumina von Flüssigkeiten zwischen angrenzenden Flüssigkeitssegmente mit einem Rohr für den Zweck der Untersuchung Phasenänderung dieser Flüssigkeitssegmente zu transportieren. Die magnetischen Perlen wurden von außen gesteuert unter Verwendung eines Magneten, so dass für die Kugeln, um die Luftklappe zwischen den benachbarten Flüssigkeitssegmente überbrücken. Eine hydrophobe Beschichtung wurde auf die Innenfläche des Rohres aufgebracht, um die Trennung zwischen den beiden Flüssigkeitssegmente zu verbessern. Das angelegte Magnetfeld gebildeten Cluster ein Aggregat von magnetischen Kügelchen, die Erfassung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge in dem Cluster, die als Übertrag Volumen bezeichnet wird. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde in einem Flüssigkeitssegment gegeben, gefolgt von einer Reihe von Flüssigkeitsübertragungen, die dann verändert die Fluoreszenzintensität in den benachbarten Flüssigkeitssegment. Auf der Grundlage der numerischen Analyse der gemessenen Fluoreszenzintensität Wechsel hat sich die Übertragsvolumen pro Masse von magnetischen Kügelchen gefunden worden,auf ~ 2-3 & mgr; l / mg ist. Diese kleine Menge an Flüssigkeit für die Verwendung von vergleichsweise kleinen Flüssigkeitssegmente von ein paar hundert Mikroliter erlaubt, die Verbesserung der Durchführbarkeit der Vorrichtung für ein Labor-in-Rohr-Ansatz. Diese Technik des Aufbringens kleine Zusammensetzungsänderung in einem Flüssigkeitsvolumen wurde für die Analyse der binären Phasendiagramm zwischen Wasser und dem Tensid C12E5 (Pentaethylenglycol Monododecylether), was zu schnelleren Analysen mit kleineren Probenvolumina als herkömmliche Verfahren aufgetragen.
Introduction
Magnetischen Kügelchen (MB) in der Größenordnung von 1 Mikrometer im Durchmesser haben, in mikrofluidischen-basierten Anwendungen verwendet worden, 1,2 recht oft, insbesondere für biomedizinische Vorrichtungen. In diesen Vorrichtungen sind MBs Funktionen wie Zell- und Nukleinsäure Trennung, Kontrastmittel und Medikamentenausgabe angeboten, um nur einige zu nennen. Die Kombination von externen (Magnetfeld) Steuerung und tröpfchenbasierten Mikrofluidik hat 3 Kontrolle von Immuntests unter Verwendung von kleinen Mengen (<100 nl) aktiviert. MBs haben auch gezeigt, Versprechen, wenn für die Flüssigkeitshandhabung 4 verwendet. Dieser Ansatz nutzt die MBs an Biomoleküle zwischen Flüssigkeitssegmente innerhalb eines Rohres durch ein Luftventil getrennt transportieren. Dieses Verfahren ist nicht so stark wie andere komplexere Lab-on-Chip-Bausteine in der Vergangenheit gesehen, aber es ist wesentlich einfacher und erfordert bieten die Möglichkeit der Handhabung Mikroliter-Größe Flüssigkeitsvolumina. Ein ähnlicher Ansatz wurde kürzlich von Haselton Gruppe berichtet 5 und biomedizinische AnwendungAssays.
Einer der wichtigste Aspekt dieser Vorrichtung ist die Flüssigkeit Segmenttrennung durch die Oberflächenspannung gesteuerten Luftventil angeboten. Mikrolitervolumina von Flüssigkeit zu MBs befestigt werden durch diesen Luftspalt zwischen Flüssigkeitssegmente unter Verwendung eines extern angelegten magnetischen Feld transportiert. Mikropartikel-MBs (von ~ 0,4-7 & mgr; m im Durchmesser mit einem Mittelwert von 1,9 um) unter der Wirkung des äußeren Magnetfeldes erzeugen eine mikroporöse Cluster, die in Flüssigkeitsfallen. Die Stärke dieses Flüssigkeitseinschluss ist ausreichend, um die Kräfte der Oberflächenspannung beim Transport der MBs von einem Reservoir zu dem nächsten zu widerstehen. Typischerweise ist dieser Effekt unerwünscht, da die meisten Ansätze soll nur den Transport bestimmter Moleküle (wie Biomarker) innerhalb der Flüssigkeiten 6 enthalten. Wie jedoch in unserer Arbeit zu sehen ist, kann dieser Effekt verwendet werden, um eine positive Aspekt der Vorrichtung wird.
Wir haben dieses "lab-in-Rohr verwendet"-Ansatz, Der schematisch in Figur 1 gezeigt, für die Analyse von Phasendiagrammen in binärer Materialsystemen. Das Tensid C12E5 wurde als Schwerpunkt der Charakterisierung ausgewählt worden ist, wie es ist weit verbreitet in industriellen Anwendungen wie Pharmazeutika, Lebensmitteln, Kosmetika, etc. Insbesondere verwendet wurde das H 2 O / C12E5 binären System untersucht, weil es eine reiche bietet Satz von Phasen zu erkunden. Wir haben an einem spezifischen Aspekt dieser chemischen Mischung, nämlich den Übergängen zu Flüssigkristallphasen unter bestimmten Konzentrationen 7-9 konzentriert. Dieser Übergang wird leicht in unserer Vorrichtung durch Einbau Polarisatoren in der optischen Mikroskopie Studien, um die Phasengrenzen markieren beobachtet.
In der Lage, Phasendiagramme Karte ist ein sehr wichtiger Bereich der Studie, um die Kinetik mit Phasenübergang 10 zu verstehen. Die Fähigkeit, die Wechselwirkung der Tenside mit Lösungsmitteln eine genau bestimmennd andere Komponenten entscheidend ist aufgrund ihrer Komplexität und viele unterschiedliche Phasen 11. Viele andere Techniken wurden zuvor verwendet worden, um Phasenwechsel charakterisieren. Der herkömmliche Ansatz beinhaltet Herstellung vieler Proben, die jeweils aus unterschiedlichen Konzentrationen und es ihnen ermöglicht, zu äquilibrieren, was lange Laufzeiten und hohe Menge an Probenvolumina erfordert. Dann werden die Proben in der Regel durch optische Methoden wie diffusive Grenzverkehr (DIT), die hochauflösende solcher Tensidzusammensetzungen 12,13 Angebote analysiert. Ähnlich wie bei der Methode, die wir verwendet haben, verwendet das DIT-Methode polarisiertes Licht für Bild in verschiedenen Phasengrenzen.
Protocol
Representative Results
Discussion
In den meisten üblichen Techniken zur Phasendiagramm Untersuchung von mehreren Proben mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Verhältnisse müssen bereit und müssen thermodynamischen Gleichgewicht, die ein langwieriger Prozess und eine erhebliche Menge an Material führt zu erreichen. Einige Herausforderungen können durch DIT (diffusive Grenzverkehr) Methode gelöst werden unter Verwendung von Flach Kapillare und die Infrarot-Analyse-Methode, aber keiner von ihnen kann alle Herausforderungen, die mit niedrigen K…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge many useful discussions with M. Caggioni and support from Proctor and Gamble in the form of an internship for NAB.
Materials
| AccuBead | Bioneer Inc. | TS-1010-1 | Magnetic beads |
| C12E5 Surfactant | Sigma-Aldrich | 76437 | |
| Thermo Scientific Nalgene 890 | Fisher Scientific | 14176178 | |
| Cube Magnet | Apex Magnets | M1CU | |
| Polarizer Film | Edmund Optics | 38-493 | |
| Teflon AF | Dupont | 400s1-100-1 | Fluoropolymer solution |
| Keyacid Red Dye | Keystone | 601-001-49 | Fluorescent dye |
| Luer-Lock | Cole-Parmer | T-45502-12 | Female |
| Luer-Lock | Cole-Parmer | T-45502-56 | Male |
| Syringe | Fisher Scientific | 14-823-435 | 3 mL |
| Syringe Pump | Stoelting | 53130 | |
| Stereo Microscope | Nikon | SMZ-2T | |
| Inverted Microscope | Nikon | Eclipse Ti-U | The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm. |
| Balance | Denver Instruments | PI-225D | |
| Microscope-Mounted Camera | Motic | 5000 |
References
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