Faz Diyagramı Karakterizasyonu Sıvı Taşıyıcılar Manyetik Boncuk Kullanarak
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
1,9 um ortalama çap ~ manyetik boncuk bu sıvı segmentlerinin faz değişimi araştırmak amacıyla bir tüp ile bitişik segmentler arasında bir sıvı sıvıların mikrolitre hacimleri taşımak için kullanılmıştır. Manyetik boncuk boncuk dışarıdan bitişik sıvı segmentleri arasındaki hava valfini köprü için izin, bir mıknatıs kullanarak kontrol edildi. Bir hidrofobik kaplama iki sıvı kesimleri arasındaki mesafeyi artırmak için borunun iç yüzeyine uygulanmıştır. Uygulanan manyetik alan carry-over hacim olarak ifade edilir, küme içinde belirli bir sıvı miktarının yakalama, manyetik boncuklar bir toplam küme oluşturmuştur. Bir flüoresan boya daha sonra komşu sıvı segmentinde floresan yoğunluğu değiştirildi, sıvı transferleri, bir dizi, ardından bir sıvı segmentine ilave edildi. Ölçülen floresan yoğunluğu değişim sayısal analizi göre, manyetik boncuk kütlesi başına carry-over hacmi bulunmuştur~ 2 ila 3 ul / mg. Bu sıvı, az miktarda bir laboratuar içinde boru yaklaşım, cihazın uygulanabilirliğini arttırmak birkaç yüz mikrolitrelik nispeten az sıvı bölmeleri kullanımı izin vermektedir. Bir sıvı hacmi içinde küçük bir kompozisyon değişik uygulama, bu teknik su ve yüzey aktif C12E5 (pentaetilen glikol monododesil eter) arasında ikili faz diyagramını analiz alışılmış metotlardakinden daha küçük örnek hacimlerinin ile daha hızlı analiz yol uygulanmıştır.
Introduction
Çapı 1 mikrometrenin mertebesinde manyetik boncuk (MBS), özellikle biyomedikal cihazların, mikroakışkan-tabanlı uygulamalarda oldukça sık 1,2 kullanılmıştır. Bu cihazlarda, MBs birkaç isim gibi hücre ve nükleik asit ayrılması, kontrast maddeler ve ilaç dağıtım gibi yetenekleri teklifinde bulundular. Harici (manyetik alan) kontrol ve damlacık tabanlı Mikroakiskan kombinasyonu küçük hacimli (<100 nl) ile immün 3 kontrolünü sağladı. Sıvı 4 taşıma için kullanılan MBS, aynı zamanda söz göstermiştir. Bu yaklaşım bir hava valfi ile ayrılmış bir tüp içinde sıvı segmentler arasındaki biyomoleküllerin taşımak için MBs kullanır. Bu yöntem, geçmişte görülen diğer daha karmaşık laboratuvar çip üzerinde aygıtları kadar güçlü değildir, fakat çok daha basit olan ve sıvının mikrolitre boyutlu hacimli taşıma kapasitesi sunmaktadır etmez. Benzer bir yaklaşım son zamanlarda Haselton grubu tarafından bildirilen 5 ve biyomedikal uygulanmıştırtahlilleri.
Bu cihazın en önemli yönü biri yüzey gerilimi kontrollü hava valfi tarafından sunulan sıvı bölüm ayrılıktır. MBs bağlı sıvının mikrolitrelik bir hacim, bir dıştan uygulanan manyetik bir alanı kullanarak sıvı kesimleri arasında, bu hava boşluğu yoluyla taşınmaktadır. Harici manyetik alanın etkisi altında (1,9 um ortalama çapı ~ 0.4-7 um ila) mikropartikül MBs içindeki sıvı yakalar, mikro gözenekli bir küme oluşturmak. Bu sıvı hapsedilmesi gücü sonraki bir hazneden MBs taşırken yüzey gerilimi kuvvetlerini dayanmak için yeterli olmaktadır. En yaklaşımlarının sıvılar 6 içinde bulunan (örneğin, biyo-gibi) özel moleküllerin taşınmasını istediğiniz Tipik olarak, bu etki, istenmeyen bir durumdur. Bununla birlikte, çalışmalarımızda görülebileceği gibi, bu etki cihazının pozitif yönü olmak için kullanılabilir.
Biz bu 'laboratuvarı-in-tüp kullanmış olmasıİkili malzeme sistemlerde faz diyagramlarını analiz etmek için, Şekil 1 'de şematik olarak gösterilen' yaklaşımı,. O zengin sağladığından yaygın vb Özellikle ilaç, gıda ürünleri, kozmetik gibi endüstriyel uygulamalarda kullanıldığı gibi yüzey C12E5, karakterizasyonu ana odak noktası olarak seçildi, H 2 O / C12E5 ikili sistem araştırıldı fazların kümesi keşfetmek için. Bu kimyasal karışımı, belirli konsantrasyonlarda 7-9 altında sıvı kristal fazına yani geçişler belirli bir yönü üzerinde odaklanmıştır. Bu geçiş kolaylıkla faz sınırları vurgulamak amacıyla optik mikroskop çalışmalarında polarıcıları dahil ederek cihazda görülmektedir.
Faz diyagramlarını harita edememek faz geçişi 10 ile ilgili kinetik anlamak için çalışmanın çok önemli bir alandır. Tam çözücüler a sahip yüzey aktif madde etkileşimi belirlemek için yeteneğind diğer bileşenler nedeniyle karmaşıklığı ve birçok farklı aşamadan 11 için çok önemlidir. Diğer birçok teknikleri, daha önce faz değişimini karakterize etmek için kullanılmaktadır. Geleneksel yaklaşım her farklı konsantrasyonlarda oluşan ve onları uzun işlem süreleri ve örnek hacimlerinin yüksek miktarda gerektiren, dengeye sağlayan birçok örnekleri yapmayı da içerir. Daha sonra, numuneler, tipik haliyle, yüzey aktif madde bileşimlerinin 12,13 yüksek çözünürlüğe sahip pasif ara yüzey taşıma (DIT), optik yöntemler ile analiz edilir. Kullandığımız olan yönteme benzer şekilde, DIt yöntemi görüntü farklı bir faz sınırları polarize ışık kullanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Faz diyagramı inceleme için en yaygın teknikler, farklı bileşimlere ve oranları ile çoklu numuneler hazırlanmış ve uzun bir işlem malzemenin önemli bir miktarını neden termodinamik dengeye ulaşmak zorunda olması gerekir. Bazı zorluklar düz kılcal ve kızılötesi analiz yöntemini kullanarak (pasif arayüz taşıma) yöntemi DIT ile çözülebilir, ancak bunların hiçbiri düşük maliyetli yatırım ile tüm zorlukları çözebilirsiniz.
Bu mikro-akışkan "laboratu…
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
- Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis. Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).
- Kozissnik, B., Dobson, J. Biomedical applications of mesoscale magnetic particles. MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).
- Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -. L., Malaquin, L. Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays. Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).
- Blumenschein, N. A., Han, D., Caggioni, M., Steckl, A. J. Magnetic Particles as Liquid Carriers in the Microfluidic Lab-in-Tube Approach To Detect Phase Change. ACS Applied Materials, & Interface. 6, 8066-8072 (2014).
- Bordelon, H., et al. Development of a low-resource RNA extraction cassette based on surface tension valves. ACS applied materials. 3, 2161-2168 (2011).
- Adams, N. M., et al. Design criteria for developing low-resource magnetic bead assays using surface tension valves. Biomicrofluidic. 7, 014104 (2013).
- Hishida, M., Tanaka, K. Transition of the hydration state of a surfactant accompanying structural transitions of self-assembled aggregates. Journal of Physics: Condensed Matte. 24, 284113 (2012).
- Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system. Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).
- Chen, B. -. H., et al. Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants. Langmui. 16, 5276-5283 (2000).
- Warren, P. B., Buchanan, M. Kinetics of surfactant dissolution. Current Opinion in Colloid, & Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).
- Laughlin, R. . The Aqueous Phase Behavior of Surfactant. , (1996).
- Laughlin, R. G., et al. Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR). The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).
- Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2−Water System. Langmui. 16, 3537-3542 (2000).
