Капиллярная основе центробежные Микрожидкостных Прибор для размера контролируемым формирования монодисперсных микрокапель
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
Здесь мы демонстрируем простой способ быстрого производства размера контролируемым, монодисперсных, W микрокапель / вывода с использованием капиллярной основе центробежной микрожидкостных устройств. микрокапли Вт / вывода были недавно использованы в мощных методов, которые позволяют миниатюрных химических опытов. Таким образом, разработка универсальный метод для получения монодисперсных Вт требуется / вывода микрокапель. Мы разработали способ генерации монодисперсных Вт микрокапель / вывода на основе капиллярного основе центробежной осесимметричного совместно течет микрожидкостных устройств. Нам удалось регулировать размер микрокапель путем регулировки капиллярную отверстие. Наш метод требует оборудования, которое легче в использовании, чем с другими микрофлюидальных методов, требует лишь небольшого объема (0,1-1 мкл) раствора образца для инкапсуляции и позволяет производить сотни тысяч числа W микрокапель / вывода в секунду , Мы ожидаем, что это метод поможет биологические исследования, которые требуют драгоценное биологическую Samples по сохранению объема образцов для быстрого количественного биохимического анализа и биологических исследований.
Introduction
В / М микрокапли 1-5 имеют много важных приложений для изучения биохимии и биотехнологии, в том числе белкового синтеза 6, 7 кристаллизации белков, эмульсии ПЦР 8,9, сотовый инкапсуляции 10 и строительство искусственных клеток-подобных системах 5,6. Чтобы произвести микрокапель Вт / вывода для этих приложений, важные критерии контроль размера и monodispersibility микрокапель Вт / вывода. Микрожидком устройства для изготовления монодисперсных, размер контролируемым Вт / вывода микрокапель 11 основаны на взаимодействии текучий методом 12,13, 14,15 методом проточной фокусировки и способ Т-перехода 16 в микроканалов. Хотя эти методы дают весьма монодисперсных W микрокапель / вывода, процесс микротехнологий требует сложной обработки и специализированные методики для подготовки микроканалов, а также требует большого количества раствора образца (по крайней мере, несколько сотен81; л) из-за неизбежного мертвого объема в шприцевые насосы и трубы, которые проводят растворе образца, микроканалов. Таким образом, метод прост в использовании и низким мертвым объемом для генерации монодисперсных Вт необходим / вывода микрокапли.
Эта статья, вместе с видео, экспериментальных процедур, описывает центробежный капиллярную основе осесимметричной сотрудничества сыпучих микрожидкостных устройство 17 для генерации клеток размера, монодисперсное без микрокапель (рисунок 1). Этот простой метод достигает размера монодисперсность и размер управляемость. Она требует только настольный мини-центрифуги и капиллярную основе осесимметричной сотрудничества сыпучих микрожидкостных устройств фиксированной в микропробирок выборки. Наш метод нуждается лишь очень небольшой объем (0,1 мкл), и не тратить значительный объем образца.
Protocol
Representative Results
Discussion
Используя это устройство, монодисперсных без микрокапель были сгенерированы Плато-Рэлея неустойчивости струи потока 17. Микроскопическое исследование не выявило наличие капель-спутников. При изготовлении устройства, три важные шаги необходимы, чтобы успешно генерировать монод…
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 |
References
- Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in droplets in microfluidic channels. Angew. Chem., Int. Ed. 45 (44), 7336-7356 (2006).
- Huebner, A., et al. Microdroplets: a sea of applications?. Lab Chip. 8, 1244-1254 (2008).
- Taly, V., Kelly, B. T., Griffiths, A. D. Droplets as microreactors for highthroughput biology. ChemBioChem. 8 (3), 263-272 (2007).
- Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. . Droplet microfluidics. Lab Chip . 8, 198-220 (2008).
- Takinoue, M., Takeuchi, S. Droplet microfluidics for the study of artificial cells. Anal. Bioanal. Chem. 400 (6), 1705-1716 (2011).
- Hase, M., Yamada, A., Hamada, T., Baigl, D., Yoshikawa, K. Manipulation of cell-sized phospholipid-coated microdroplets and their use as biochemical microreactors. Langmuir. 23 (2), 348-352 (2007).
- Zheng, B., Tice, J. D., Roach, L. S., Ismagilov, R. F. A Droplet-Based, Composite PDMS/Glass Capillary Microfluidic System for Evaluating Protein Crystallization Conditions by Microbatch and Vapor-Diffusion Methods with On-Chip X-Ray Diffraction. Angew. Chem., Int. Ed. 43 (19), 2508-2511 (2004).
- Nakano, M., et al. Single-molecule PCR using water-in-oil emulsion. J. Biotechnol. 102 (2), 117-124 (2003).
- Diehl, F., et al. BEAMing: single-molecule PCR on microparticles in water-in-oil emulsions. Nat. Methods. 3, 551-559 (2006).
- He, M., et al. Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter- and femtoliter-volume droplets. Anal. Chem. 77 (6), 1539-1544 (2005).
- Baroud, C., Gallaire, F., Dangla, R. Dynamics of microfluidic droplets. Lab Chip. 10, 2032-2045 (2010).
- Utada, A. S., Nieves, A. F., Stone, H. A., Weitz, D. A. Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams. Phys. Rev. Lett. 99 (9), 094502 (2007).
- Cramer, C., Fischer, P., Windhab, E. J. Drop formation in a co-flowing ambient fluid. Chem. Eng. Sci. 59 (15), 3045-3058 (2004).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow-focusing" in microchannels. Appl. Phys. Lett. 82, 364-366 (2003).
- Takeuchi, S., Garstecki, P., Weibel, D. B., Whitesides, G. M. An axisymmetric flow-focusing microfluidic device. Adv. Mater. 17 (8), 1067-1072 (2005).
- Thorsen, T., Roberts, R. W., Arnold, F. H., Quake, S. R. Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device. Phys. Rev. Lett. 86 (18), 4163-4166 (2001).
- Yamashita, H., et al. Generation of monodisperse cell-sized microdroplets using a centrifuge-based axisymmetric co-flowing microfluidic device. J. Biosci. Biotech. 119 (4), 492-495 (2015).
- Maeda, K., Onoe, H., Takinoue, M., Takeuchi, S. Controlled synthesis of 3D multi-compartmental particles with centrifuge-based microdroplet formation from a multi-barrelled capillary. Adv. Mater. 24 (10), 1340-1346 (2012).
