Kapillar-basierten Kreisel Mikrofluidik-Vorrichtung zur Größe steuerbare Bildung von monodispersen Mikrotröpfchen
Summary
Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.
Abstract
Hier zeigen wir, ein einfaches Verfahren zur schnellen Herstellung von größen steuerbaren, monodisperse, W / O-Mikrotröpfchen eine Kapillare basierten zentrifugalen Mikrofluidvorrichtung. W / O-Mikrotröpfchen wurden kürzlich in leistungsfähige Methoden verwendet worden, die chemische Experimente miniaturisierten ermöglichen. Um daher eine vielseitige Methode entwickeln monodisperse zu ergeben W / O-Mikrotröpfchen erforderlich ist. Wir haben ein Verfahren zur Erzeugung von monodispersen W / O-Mikrotröpfchen auf Basis eines Kapillar-basierten Kreisel axialsymmetrischen co fließenden Mikrofluidik-Vorrichtung entwickelt. Es gelang uns, die Größe der Mikrotröpfchen durch Steuern der Kapillaröffnung einzustellen. Unser Verfahren erfordert Geräte, die einfacher zu bedienen ist als bei anderen Mikrofluidtechniken benötigt nur ein kleines Volumen (0,1-1 & mgr; l) der Probenlösung für die Kapselung und ermöglicht die Herstellung von Hunderttausenden Anzahl von W / O-Mikrotröpfchen pro Sekunde . Wir erwarten, dass diese Methode biologische Untersuchungen helfen, die wertvollen biologischen s erfordernspiele, indem das Volumen der Proben für die schnelle quantitative Analyse biochemischen und biologischen Untersuchungen bewahren.
Introduction
W / O-Mikrotröpfchen 1-5 haben viele wichtige Anwendungen für die Untersuchung der Biochemie und Biotechnologie, einschließlich Proteinsynthese 6, Proteinkristallisation 7, Emulsion PCR 8,9, Zellverkapselung 10 und Konstruktion künstlicher zellenartigen Systemen 5,6. W / O-Mikrotröpfchen für diese Anwendungen, wichtige Kriterien sind Kontrolle der Größe und Monodispersibilität der W / O-Mikrotröpfchen zu erzeugen. Mikrofluidik-Vorrichtungen zur Herstellung von monodispersen, Größe steuerbare W / O-Mikrotröpfchen 11 werden auf der Basis der Co-fließenden Verfahren 12,13, Fließfokussierungsverfahren 14,15, und der T-Kreuzung Verfahren 16 in Mikrokanälen. Obwohl diese Verfahren hoch monodisperse W / O-Mikrotröpfchen erzeugen, benötigt die Mikroprozess komplizierte Handhabung und spezielle Techniken für die Herstellung von Mikrokanälen, und erfordert auch eine große Menge der Probenlösung gegeben (mindestens mehrere hundert81; l) wegen der unvermeidlichen Totvolumen in den Spritzenpumpen und Röhren, die die Probenlösung auf die Mikrokanäle führen. Somit ist eine einfach zu bedienende und Totraumvorrichtung Verfahren zur Erzeugung monodisperser W / O-Mikrotröpfchen erforderlich ist.
Dieses Papier, zusammen mit Videos von experimentellen Verfahren, beschreibt eine Kreisel Kapillare basierten axialsymmetrischen co fließende Mikrofluidvorrichtung 17 zur Erzeugung zellgroßen, monodisperse W / O-Mikrotröpfchen (Abbildung 1). Diese einfache Methode erzielt Größe Monodispersität und Größe Steuerbarkeit. Es erfordert nur eine Tischplatte Mini-Zentrifuge und eine Kapillare basierenden achsensymmetrische zusammen fließt in einer Sampling-Mikroröhrchen befestigt Mikrofluidik-Vorrichtung. Unsere Methode benötigt nur ein sehr kleines Volumen (0,1 ul) und verschwenden keine wesentliche Volumen der Probe.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mit diesem Gerät wurden die monodisperse W / O-Mikrotröpfchen, die durch Plateau-Rayleigh Instabilität einer Jet-Strömung 17. Die mikroskopische Untersuchung ergab die Anwesenheit von Satellitentröpfchen. Bei der Herstellung der Vorrichtung sind drei kritischen Schritte wesentlichen erfolgreich monodisperse W / O-Mikrotröpfchen erzeugen. Zuerst wird eine gerade Strömung von Öl enthaltenden Tensid und wäßriger Lösung, die Kapillarlöcher vier Scheiben zu liefern, müssen in einem konzentrischen Must…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the PRESTO “Design and Control of Cellular Functions” research area of the Japan Science and Technology Agency (JST), a Grant-in-Aid for Scientific Research of Innovative Areas “Molecular Robotics” (Project No. 24104002) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan, Grant-in-Aid for Young Scientists (A) (Project No. 24680033) and Scientific Research (B) (Project No. 26280097) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), and the Creative Design for Bioscience and Biotechnology course of the School of Bioscience and Biotechnology at Tokyo Tech.
Materials
| 2-mm-thick polyacetal plastic plate | Tool | Nikkyo Technos, Co., Ltd. (Japan) | 244-6432-08 | |
| Milling machine | Tool | Roland DG Co., Ltd. (Japan) | MDX-40A | |
| End Mill RSE230-0.5*2.5 | Tool | NS Tool Co., Ltd. (Japan) | 01-00644-00501 | |
| M2*40 screws | Tool | Jujo Synthetic Chemistry Labo. (Japan) | 0001-024 | |
| Glass Capillry Puller | Tool | Narishige (Japan) | PC-10 | |
| Microforge | Tool | Narishige (Japan) | MF-900 | |
| Inner Glass Capillary | Tool | Narishige (Japan) | G-1 | |
| Outer Glass Capillary | Tool | World Precision Instruments Inc. (USA) | 1B200-6 | |
| 1.5 ml Sample tube | Tool | INA OPTIKA CO.,LTD (Japan) | ST-0150F | |
| Hexadecane | Reagent | Wako Pure Chemical Industries Ltd. (Japan) | 080-03685 | |
| Sorbitan monooleate (Span 80) | Reagent | Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Japan) | S0060 | |
| Milli Q system | Reagent | Merck Millipore Corporation (Germany) | ZRQSVP030 | |
| Swinging-out-type Mini-centrifuge | Tool | Hitech Co., Ltd. (Japan) | ATT101 | |
| Digital Microscope | Tool | KEYENCE Corporation (Japan) | VHX-2001 |
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