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Articles by Victor M. Ugaz in JoVE
JoVE General
ミクロ熱対流を使用して迅速なPCRの熱サイクル
1Department of Mechanical Engineering, Texas A&M University, 2Department of Mechanical Engineering and Department of Nuclear Engineering, Texas A&M University, 3Department of Chemical Engineering, Texas A&M University
我々は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）を経由してDNA複製を実行する新規な方法を説明します。熱対流は、一定温度で反応器の対向面を維持することによって、変性アニーリング、および拡張子の条件の間に連続してシャトルの試薬に活かされている。この本質的にシンプルなデザインは、迅速なPCRをよりアクセシブルにすることを約束。
Other articles by Victor M. Ugaz on PubMed
微細加工ゲノム解析システムの一本鎖DNAの架橋ポリアクリルアミドゲル電気泳動
微細デバイスでは重要なDNA分析アッセイの様々な実行するための従来のベンチトップスケールの実験装置に安価な自己完結型の選択肢を提供する態勢を整えています。フォトリソグラフィ加工技術によって可能と劇的なコスト削減を実現するために、これらのデバイスは、シリコンウェハ上に非常にコンパクトなフットプリントを占有する必要があります。この要件は、電気泳動分離が超長距離を実行する必要があることを意味する。従来の交差を解くにリンクされたふるいメディアの代わりに、架橋ポリアクリルアミドゲルを採用することでこの目標を達成するための便利な戦略を提供しています。本稿では、改善されたサンプルのインジェクション技術と一緒に、架橋ポリアクリルアミドゲルにより提供される強化された解像力は、マイクロシステムの分離性能を向上させるために悪用される可能性があります方法を示しています。我々は1.5 cm以下の分離距離で微細デバイスでは一本鎖DNA断片の高分解能ゲル電気泳動を実行するために、これらのテクニックを使用します。ここに示す結果は、理論的予測と一致している、それがコンパクトなマイクロチップにDNAシークエンシングを行うことが可能であることを示唆している。もっと重要なのは、この作品で実証分離性能は、シーケンシングよりも少ない厳しい決議要件を課す重要なゲノムの多くのアッセイを実行するには、すでに十分以上のものです。成功したマイクロデバイスのフォーマットにもこれらのアッセイのいくつかを適応すると、直接エンドユーザーのアプリケーションに適した安価な携帯機器の新世代を提供する可能性を秘めています。
架橋と線形ポリアクリルアミドDNAシーケンシングゲルにおける拡散と分散のマイクロデバイスベースの測定
我々は、架橋と交差を解く架橋ポリアクリルアミドゲル中での一本鎖DNA断片の拡散と分散を測定するために統合されたオンチップの電極、ヒーター、温度センサーを組み込んだ微細ゲル電気泳動装置を使用しています。マイクロデバイスの形式は、拡散と分散データの完全なセットが約1時間で収集することができます。これらの結果は、マクロスケールのDNAシーケンサーで得られた対応するデータと比較され、ゲル状組成物および開始化学の影響が検討されています。拡散と分散のデータは、チップ上とマクロスケールの両方で同じような定性的な傾向を示すが、マイクロデバイスで測定された係数の大きさはやや高くなっています。この不一致はおそらくマクロスケールで使用する標準的な化学重合とは対照的に、オンチップ·ゲルをキャストするUV開始重合化学を用いての結果として生じる変更された重合の速度論によるものです。また、拡散と分散係数の大きさの減少は、より高いポリマー濃度で達成され、50℃最後にCの近傍で動作温度で、我々は架橋ポリアクリルアミドゲルは、線形よりも有意に低い拡散と分散係数を得る見つけることがわかりポリアクリルアミド。これらの知見は、ミクロとマクロスケールのゲル電気泳動システムの両方の分離性能を向上させるために合理的な戦略を識別するために使用することができます。
ダブルとシングル一本鎖DNAの電気泳動のための多彩な微細加工プラットフォーム
我々は統合されたオンチップの電極、ヒーター、温度センサの配列を組み込んだ、汎用性の高い微細加工電気泳動プラットフォームを示しています。この設計では、異なるふるいゲルの範囲は1 cmのオーダーの距離で一本鎖および二本鎖DNAの両方を含む分離を実行するために同じデバイス内で使用することができます。我々は、標準として100塩基対の二本鎖DNAラダーを用いたゲルキャスティング使いやすさ、再利用性、および全体的な分離性能に基づいて、線形および架橋ポリアクリルアミド、アガロース、および熱可逆プルロニック-F127ゲルを比較するためにこのデバイスを使用するサンプル。架橋ポリアクリルアミド行列がDNA断片の大きさの広い範囲で我々のシステムで一貫して高品質の分離を提供する一方で、プルロニックゲルでもゲルを削除してリロードする能力の点で魅力的な利点を提供します。アガロースゲルは、優れた分離性能を提供します、しかし、追加の注意が上昇ゲルローディング温度の必要性の結果として一貫性のあるゲルの特性を確保するために行使しなければなりません。また、長さは18から400塩基からサイズの範囲の一本鎖DNA断片を分離するために最大19％までの濃度で架橋した変性ポリアクリルアミドゲルの使用方法を示しています。 30塩基の読み取り長さで4塩基によって異なるプライマーが20分未満で0.9から1.0までの分解能で分離することができます。この性能レベルは、微細加工プラットフォームの単一塩基多型（SNP）の迅速な検出を含む、ジェノタイピングアッセイの様々な実施に十分である。分離アプリケーションの広い範囲を満たすために、単一の顕微鏡電気泳動システムを使用する能力は、分子生物学のポータブルかつ安価なフォーマットの柔軟性の前例のないレベルを提供しています。
制御薬物送達のための統合されたマイクロ
効率的な薬物送達および管理は、分子治療薬の可能性を最大限に実現するために必要とされている。非常に高速な感覚と作動機能を組み込む統合Microsystemsは、効率的な薬物送達ツールのこのようなニーズを満たすことができます。半導体産業から借りたフォトリソグラフィ技術は、そのようなMicrosystemsの大量生産を可能にします。ラピッドプロトタイピングは、多様な治療の要件に対応するだろうカスタマイズされたデバイスの迅速な開発が可能になります。本稿では、既存の微細加工および制御薬物送達マイクロでのアプリケーションの機能を見直します。薬物送達システムの次世代 - 完全に統合されたと自己調節は - だけでなく、薬物投与を向上させるだけでなく、医療業界に革命を起こすだろう。
プラスチックベースのマイクロ流体デバイスの作製のためのプリント回路技術
マイクロ流体システム用のプラスチック製のベース基板を使用する主な利点の一つは、デバイスは特殊な実験装置の最小限の依存で製造することができる容易さです。これらのデバイスは、多くの場合、所望の表面構造のマイナスイメージを取り入れたリジッド型またはマスターの複製をキャストするソフトリソグラフィ技術を用いて生産されています。従来のフォトリソグラフィの微細加工プロセスは、一般的に厚いフォトレジスト、エッチングされたシリコン、またはエッチングされたガラス基板のいずれかでこれらのマスタを構築するために使用されています。これらの技術を使用して新しいマスターを製造することができる速度は、しかし、相対的に遅くなることがあり、多くの場合、新しいデバイスの設計を構築してテストすることができる速度を制限します。本稿では、その安価な光増感銅張回路基板の基板は従来のプリント回路技術を使用して、マスター金型を生産するために採用することができることを示す。このプロセスは、それによって、任意の実験室で約30分で構築するための明確に定義された再現可能な構造的特徴と流体マスターモールドを可能にするスピードとシンプルさの程度を提供し、クリーンルーム設備を必要とせずにフォトリソグラフィーに関連付けられた並列製造の利点を提供しています。 15から120マイクロモルの範囲のチャネル高さの精密な制御が簡単に適切な銅層の厚さの選択によって達成することができ、チャネル幅50マイクロモル限り小さく再現性を得ることができます。我々は、プラスチックベースのマイクロ流体チャネルネットワークのさまざまなを生成し、DNAの電気泳動およびマイクロ流体混合の研究のための適性を実証するためにこれらのマスタを使用しています。
DNAシーケンシング、ジェノタイピングアプリケーションのための微細加工電気泳動システム：現在の技術と今後の方向性
多くのルーチンゲノム解析アッセイの長さが1キロバイト以下のサイズの範囲内でDNA断片のサイズ選択的分別を実行するためにゲル電気泳動に依存しています。過去10年間で、印象的な進展は、マイクロ流体ラボオンチップ形式でこれらのアッセイを実施するために微細加工電気泳動システムの開発に向けて行われている。これらのデバイスは安価であるため、唯一のナノリットルのサンプルボリュームを必要とし、既存の実験室インフラの可用性に依存しない、彼らは医療やバイオセンシングの様々なアプリケーションで使用するためのリモートフィールドの場所に容易にデプロイできます。微細電気泳動装置の設計と建設には数センチメートル以下の距離での高分解能分離を達成するために必要性を含むさまざまな課題、そして自己完結型の統合された生成するために追加のマイクロコンポーネントと容易にインターフェースする必要性DNAを、ポーズ分析システム。本稿では、これらの要件を満たす安価なポータブルゲノム分析機器のニーズを満たすの約束まで生きてデバイスを開発するための最近の努力を確認します。
小型自然対流系における反応と流体
浮力駆動型対流は、継続的な非拍動流のフィールドを生成し、熱的に活性化さ生化学反応を行うための新規かつ大幅に簡素化メカニズムを提供します。本稿では、膜チャネルタンパク質M1とM2に関連付けられた191塩基対の断片をポリメラーゼ連鎖反応（PCR）増幅を実行するために35 microL円筒形空洞の配列を組み込んだマルチウェルデバイスを構築することによって私たちの前の仕事上に構築インフルエンザ、従来のサーモサイクラーに匹敵する性能を持つようにわずか15分でウイルス。また、ポンプ、調整可能な熱サイクルを実行するための閉ループシステムの設計を探求する協調の流れの可視化と計算の一連の研究を行うことにより、対流の流れの全く新しい適応、および小型生化学分析システムへの統合に適したフォーマットでミキシング操作を説明。 15 microL対流ループを使用して、我々は、インフルエンザウイルスと同様に、フォーマットのヒトβ-アクチン遺伝子の295塩基対の種類別セグメントに関連付けられている同じ191塩基対の断片のPCR増幅を行うことができます。制御と同調の拡張度を提供しています。これらの対流装置はさらに、ナノリットルボリュームにスケールダウンすることができ、理想的な低消費電力、ポータブルマイクロDNA解析システムの新世代のためのプラットフォームとして適しています。
熱可塑性エラストマーゲル：マイクロ流体化学分析システムのための高度な基質
我々は小型化学分析システムでの使用に適した複雑なマイクロ流体ネットワークを構築するための高度な基質として熱可塑性エラストマーゲルの使用方法を示しています。これらのゲルは、エチレン/ブチレンmidblocksが選択的に混和性であるとなる炭化水素エクステンダー油で安価なポリスチレン（ポリエチレン/ポリブチレン） - ポリスチレントリブロック共重合体を組み合わせることによって合成される。不溶性のスチレンエンドブロックは、マイクロ流体チャネルを可能にする100℃の特性のこのユニークな組み合わせの近傍の温度で溶融加工で光学的に透明で、粘弾性、および生体適合性ゲルネットワークの形成、その結果、ローカライズされたナノドメインに相分離単に加熱されたマスター金型に負のレリーフ構造の印象をすることによって、ものの数分で作製することができます。加工は、複数の印象は同じマイクロ内のマルチハイト機能を組み込んだ複雑な形状を構築するために別のマスターに対して行われることを可能にするメルト。複雑な相互接続された多層構造も容易に結合する能力のおかげで製造され、簡単に結合界面で材料を加熱することにより、複数の層を密封しています。熱的および機械的性質は、ゲル組成物の適切な選択によって広い範囲で調整可能です。
光重合架橋ポリアクリルアミドゲルで一本鎖DNAの電気泳動の分離性能
かなりの努力は、それがゲノムアッセイの様々な重要な分析的なステップであるため、パフォーマンスを最適化したssDNA電気泳動でスループットを最大化に向けています。最終的に、それが定量的に直接ゲルマトリックスではなく、しばしば採用試行錯誤のプロセスによって関連付けられている基本的な物理特性の測定から分離分解能の達成可能なレベルを決定することが望ましいであろう。残念ながら、この予測能力は、現在、大部分の分離性能（移動度、拡散、分散）を支配する基本的なパラメータのより詳細な理解が必要なため不足している。我々は体系的に電気泳動移動度、拡散、スラブゲルのDNAシーケンサーを用いた光重合架橋ポリアクリルアミドのマトリックスで70-1,000ベースの範囲内のssDNA断片の分散挙動を特徴づけることにより、この問題に対処しようとします。データは6のゲル濃度、9、15から40 V / cmの範囲の電界で12％のTのために収集されており、分解能の予測は、対応する実験の測定値と比較されます。データは、より大きなフラグメントサイズでバイアスされたレプテーションモデルとの合意の動作への小さな断片のOgstonモデルとの一貫した動作からの遷移を示す。モビリティデータも平均ゲルの孔サイズを推定し、いくつかのモデルの予測を比較するために使用されています。
リアルタイム蛍光検出と安価なMicroslabゲルDNA電気泳動システム
本稿では、実質的にすべての実験室でDNA断片のサイズ選択的分離を実行するために使用できるシンプルで強力なゲル電気泳動装置の構成を説明します。このシステムは、井戸をロードするサンプルを定義するには、繊細な櫛の必要がなくなり新たなゲルキャスティング法とmicroslabゲル形式を採用しています。 microslabゲル形式のコンパクトなサイズは、急速な分離がsubmicroliterサンプル量を用いた低電圧で実行することができます。移行するDNA断片のリアルタイム蛍光検出は、直接USBインターフェイスを持つ任意のPCに接続し、安価なデジタル顕微鏡を用いて達成される。顕微鏡は、青色発光ダイオード（LED）との白色光源を交換し、適切なエミッションフィルタを追加することにより、このアプリケーション用に容易に適応可能である。ポリアクリルアミドとアガロースゲルの両方が分離行列として使用することができます。分離性能は、標準的な二本鎖DNAラダーを使って特徴づけられた、191 bpのPCR産物のサイズが正しくは15分で達成された。このシステムの低コスト、シンプル、それが理想的には研究室や教育のさまざまな設定での使用に適しています。
小型マイクロ流体システムを用いたDNA突然変異の検出と解析
人口規模で発生する遺伝子配列の変化の同定は、多くの医療障害および疾患の根本的な原因である複雑な相互作用を解明する鍵となります。重要なニーズは、現在達成可能であるよりも有意に高いスループットが大幅に低コストで実行するDNA変異解析を有効にするには、高度な技術が、しかし、存在しています。マイクロ流体システムは、安価に大量生産することができる簡略化されたデバイスフォーマットで迅速な分析を実行する能力を組み合わせることによって、こうしたニーズに対応する魅力的なプラットフォームを提供します。このホワイトペーパーでは、これらの次世代システムの開発に向けて最近の進展を確認し、ルーチンの実験室の使用のためにこれらの技術を適応させるに関連付けられている課題を説明します。
平面型スパイラルマイクロチャネル内流体混合
マイクロスケールでの流体の混合がさまざまな課題を提起、その多くは、分子拡散が層流領域における支配的な輸送機構であるという事実から生じる。かなりの進展が向上したマイクロ流体システムでのミキシングを実現する開発戦略に向かって行われているが、これらのテクニックの多くは、デバイスの製造および/またはオペレーション·プロセスに追加の複雑さを紹介します。本研究では、多層整列を必要とせず、単一の平面ソフトリソグラフィ工程を用いて構築することができる形式で効率的な混合を達成するために設計されたコンパクトなスパイラル状の流れジオメトリの使用を検討。 29マイクロモル、背の高いチャネルを150マイクロモル全体の一連の流路に沿ってらせん状に配列し一連のセクションを取り入れ、それぞれが構築した。様々なチャネル長を持つ5つのスパイラルの設計について検討した、混合の研究は、0.02〜18.6までのレイノルズ数に対応する流量で行った。適切な条件下で、横ディーン·フローは、拡散輸送を増大させると、従来の平面ストレートチャネルの設計と比較してかなり短い下流距離で混合強化促進することを誘導される。混合効率は、流路に沿った断面積の急激な変化を介して拡張渦の影響を組み込むことにより、さらに向上させることができる。
小型システムでのポリメラーゼ連鎖反応：リトルデバイスの大きな進歩
重要な必要性が大幅に高いスループットと、現在のハードウェアで達成可能であるよりもはるかに低コストで行うことがゲノムベースのDNA分析を可能にする高度な技術が存在します。小型ポリメラーゼ連鎖反応システムは、安価に大量生産することができるポータブルデバイスのフォーマットで急速熱サイクルを実行する機能を組み合わせることで、これらのニーズに対応する魅力的なプラットフォームを提供します。我々は、これらの次世代システムの開発を目指した最近の努力を確認し、ルーチンの実験室使用のためにこの技術を適応に関与して実用的な考慮事項の一部について説明します。
ポータブル低電力生物分析のためにアドレス指定可能な電極アレイを用いたマイクロチャンネル中のDNAの収集、フォーカス、測光
マイクロ流体技術の進歩が、マイクロで行われることがますます洗練されたバイオセンシングやバイオアッセイの操作を有効にしているが、これらのアプリケーションの多くは、彼らが最初に検出可能なレベルにpreconcentratedなければならないことに帯電生体分子のような少量（DNA、タンパク質、ペプチド）を採用しています。正確にマイクロ流路の形状の生体分子の微量を扱うための効率的な戦略は批判的に必要とされていますが、それは現在の世代のサンプル注入技術と同時濃度、フォーカス、測光機能を達成するために挑戦証明されています。個別にアドレス微細電極のアレイを組み込んだマイクロ流体チップを使用することにより、我々は、DNAが連続して計量し、狭いゾーンに集中し、濃縮し、そして分析チャネルに注入することができますを示しています。この手法は、小さな電位差（1 V）の適用時にアクティブ電極間の荷電分子を輸送する、小さなデバイスのフットプリント内の大きさの濃度の増加の受注を達成することができます。採取したサンプルは非常に電極形状によってのみ定義されたサンプルゾーンの大きさと形で、集中しています。
Multivortexのマイクロミキシング
マイクロチャネルネットワークで液体を混在させる能力は、ほぼすべての小型化学と生化学分析システムの設計に根本的に重要である。ここでは、強化されたマイクロミキシングは単に所定の方法で湾曲し、幅の変化を導入することにより、位相的にシンプルかつ容易に製造平面2次元マイクロチャネルで達成することができることを示している。この目標は、活用し、慣性、遠心、粘性効果との間の相互作用の結果として、湾曲したチャネルの垂直面に生じる（i）のディーン渦の相乗的な組み合わせによって達成され、水平方向に発生する（ⅱ）拡張された渦コンジットの断面積の急激な増加に伴い平面。我々は、水性蛍光色素ストリームの共焦点顕微鏡を使用し、インターカレート色素および二本鎖DNAとの間の結合相互作用を観察することによってこれらの効果を特徴づける。これらの混合アプローチは汎用性と拡張性で、素直にラボオンチップシステムの様々な一般的なコンポーネントとして統合することができます。
DNA電気泳動用光重合ポリアクリルアミドゲルで組織を特徴づけるためにその場レオロジーで使用して
光重合架橋ポリアクリルアミドハイドロゲルは、その急速な重合時間と照度の空間的変動を介して局所的に調整するゲル細孔構造への潜在的にDNAの電気泳動によりにとって魅力的な篩マトリックス製剤である。この機能は、光重合開始剤は、ゲルマトリクスを正確に複雑なマイクロチャネルネットワーク内に配置することができるマイクロ流体システムでは特に重要です。分離性能は、直接強く重合速度の影響を受けて順番にされたナノスケールのゲル細孔構造に関連しています。残念なことに、重合動力学、機械的性質、構造形態間の相互作用の詳細な研究は、光重合ヒドロゲルシステムに欠けている。本稿では、UV強度、単量体を含むゲル化環境に関連付けられたレオロジーとパラメータ間の関係を調査するために架橋ポリアクリルアミド電気泳動ゲルの重合時にその場で動的な小振幅振動せん断測定では、一連のを実行することによって、この問題に対処架橋剤の組成、反応温度。一般的に、我々が増加して初期モノマー濃度、架橋剤濃度、重合温度と貯蔵弾性率G 'が増加することがわかります。 G 'の定常状態値は、しかし、ゲルの濃度によって変化するUV強度でより複雑な依存性を示す。ゴム弾性理論に基づく単純なモデルは、同一の重合条件下でキャストゲルでのDNA電気泳動移動度の分析から得られた対応するデータと驚くほどよく一致している平均的なゲルの細孔サイズの見積もりを取得するために使用されています。
爆発物やその他の高エネルギー化合物の同定と検出のためのミニチュア熱量計の開発
迅速な提供が可能な汎用性の高いシステムの開発、移植性があり、爆発物やエネルギッシュな化合物の安価な検出は非常に分野での幅広い用途を満たすだけでなく、国土安全保障へ、現在および将来の脅威に対する保護の強化されたレベルを提供するために必要なフォレンジック分析、緊急時の対応、産業災害の分析。熱量測定技術は、主に主な理由の楽器の物理的なサイズと結果を得るために必要な比較的長い時間スケール（> 30分）に関連付けられた制限のため、高度な化学分析技術を開発するための努力で見過ごされてきた。この小型熱量計は、それによって作成し、これらの制限を回避する最初のその種の熱解析が大幅に減少応答時間（約2分でフィールドのさまざまな操作で使用するために設定することができます移植可能な形式で実行できるようにするシステム。）現在の爆発物探知機とは異なり、このシステムは、エネルギー放出の可能性の直接測定を提供することが本質的に可能であるため、使い慣れた化合物の予備知識に依存しない熱量測定手法に基づいています。
迅速なPCRのための浮力駆動型のコンパクトサーモ
著者らは、簡略化と安価なフォーマットでのポリメラーゼ連鎖反応を経由して高速DNA増幅を行うことのできる新たな対流ベースのサーモシステムを設計しました。 191 bpの増幅に成功インフルエンザターゲットは標準的な実験プロトコルへの変更なしで10 MUL反応ボリュームを使用して25分以内に実証されています。システムは、組み立てが簡単で、容易に自動化された操作のための既存の実験室の計測と統合することができます。
小特集によせて：アメリカの電気学会2006年年次総会、サンフランシスコ、カリフォルニア州からの論文を
Biomicrofluidicsのこの特別なトピックのセクションは、アメリカの電気学会2006年年次総会（：http:/www.aesociety.org AES）から元の論文に取り組んでいます。サンフランシスコ、カリフォルニア州で開催されたこの5日間の会議は、バイオMEMSとマイクロフルイディクスの5つのセッションと動電学と電気の進歩には4つのセッションが含まれています。 AESとその対応するシンポジウムでは、動電学に取り組んで多様な生物学的および工学研究のための最も集中的かつよく組織化会議のフォーラムを提供しています。この特別なトピックのセクションで取り上げ作品も例外ではありません、それはナノチャンネル電気泳動からの生体粒子のソートの範囲である。
2006年にはバイオMEMSと電気：アメリカ電気学会第23回会議のレビュー
アメリカ電気学会（AES）の第23回会議は12月17日2006年11月にサンフランシスコ、カリフォルニア州サンフランシスコヒルトンで開催されました。今年の会議は、バイオMEMS、動電学、およびプロテオミクス技術の小型化の理論と実験の進歩に重点を置いて、将来に向かって顔を特色にした。 71のプレゼンテーションと18のポスターを収容する13セッションの合計は、米国化学工学会（AIChE）の年次総会と併せて開催されました。このレビューとBiomicrofluidicsの対応する特別な問題は、会議で発表されたエキサイティングな研究のいくつかのサンプリングを提供しています。
2007年の電気泳動およびバイオMEMSのレビュー：アメリカの電気学会第24回総会
研究者は、年次のAES会議がと一緒に保持されているソルトレイクシティ、ユタ州、アメリカのソルトパレスコンベンションセンターで11月4-9、2007年開催されたアメリカの電気学会（AES）、第24回年次総会のために一緒に来た米国化学工学会（AIChE）の年次総会。今年の会議は、生物マイクロエレクトロメカニカルシステム（バイオMEMS）、動電学、およびプロテオミクス技術の理論的および実験的進歩に大きな重点を置いていました。 15セッションの合計は71のプレゼンテーションと18のポスターが議論された中で、開催されました。このレビューは、会議で発表されたエキサイティングな研究の簡単なサンプルを提供しています。
自動化された全体のゲルスキャンの検出とマイクロチップのDNA電気泳動
ゲル電気泳動はスタンドアロン技術として統合されたラボオンチップ診断の重要なコンポーネントとしても、小型生物分析システムで重要な役割を果たし続けています。蛍光標識された検体は、それらが分離チャネルの終わり近くに固定され、検出ポイントを超えて移行するとして観察されることによりマイクロチップ電気泳動のほとんどの実装では、フィニッシュラインの検出方法を採用しています。しかし、トレードオフは、解像度を最大にする（通常は長い分離チャネルを使用することによって達成）と研究することができる被検体の大きさの範囲（ここで、短い分離距離が検出器に到達するために遅いの検体に要する時間を短縮）を最大化の同時ゴールの間に存在する可能性があります。ここでは、小型化したフォーマットが継続的に沿って監視するDNAのマイクロチップベースのゲル電気泳動の進行を可能にする自動化された全体のゲルのスキャン検知システムを導入することにより、これらの問題に対処することができます別の検出方式を採用する新たな機会を提供することができます方法を示していますマイクロチャネル全体。これは、彼らがよりよい解決することができたときに実行の後で観察される大規模な低速移動のフラグメントを許可しながら、しかし必要とせず、彼らが広がり大幅な拡散を経験している前に、選択的分離の初期段階でより速くより小さい移動の断片を観察するための柔軟性を可能にするそれらを分離チャネルの全体の長さを旅行する。それが進むにつれて全体のゲルのスキャンは、DNAの移行現象に関連付けられている基本的な物理的パラメータ（例えば、モビリティ、広がり拡散）を迅速かつ正確に、単一の実験で測定されるように、電気泳動プロセスの継続的かつ詳細な画像を提供します。これらの機能は、フィニッシュラインメソッドを使用して実装するために挑戦し、分離性能が急速にも分離行列特性評価ステップができるようにする、ゲルマトリックス材料および動作条件の広い範囲でスクリーニングすることが可能になりことのできるプラットフォームを想像することが可能にされている単一の自己キャリブレーション実験では同時に実行されます。
小型FIGEシステムを用いたパルスフィールドで調査してDNAの移行
PFGEはキロからの長さはメガに至るまでのDNA断片の分画のために定評のある技法です。しかし、これらの分離の多くは長い実験時間（しばしば数十時間に近づく）と高電圧（しばしばkVの数十に近い）のアプリケーションの望ましくない組み合わせが必要になります。ここでは、V.デバイスの移行DNAバンドを可能にして、蛍光顕微鏡下で撮像することが十分に小さい20の控えめな印加電位を用いて3時間以内の長さは32.5キロバイトにDNA断片を分離することができるシンプルな小型FIGE装置を提示する分離の実行の過程で観察することができます。我々は、分離性能は、前方と後方の電圧、パルス時間の比率、および温度などのパラメータによってどのように影響されるかを調べるためにこの機能を使用しています。また、フラグメントサイズNのDNAの移動度の依存性を特徴づけると、調査のサイズの範囲でNの付近（-0.5）でスケーリングを観察します。高速、低消費電力、およびこのシステムのシンプルなデザインは、迅速かつ安価に実行されるPFGEのDNAの移行の今後の研究を有効に役立つことがあります。
微細加工電極アレイを用いたフォーカシングのDNA
彼らは同時にマイクロ内の指定されたボリューム内に閉じ込められながら、サンプルの希釈を検出可能なレベルに濃縮できるようにするために焦点のメソッドは、多くの小型DNA解析システムの主要なコンポーネントです。この章では、局所的に電気泳動マイクロチャネルの長さに沿ってスイープすることにより溶液中のDNA濃度を高めることができるアドレス可能なオンチップの微細電極のアレイを組み込んだデバイスの設計に基づいて、ピントの合わせ方を説明します。隣接する電極の連続するペアの間に低電圧（約1〜2 V）を印加することにより、本質的に負に帯電したDNA断片は、向かって移行し、各陽極で収集し、それによって蓄積されたDNAの量を正確に量りできるようにするように誘導されています。我々は、このプロセスの速度を特徴とし、応答が異なるサンプルの組成物およびバッファの環境の範囲で堅牢であることが判明しています。
界面複合体形成は、ナノ流体の異常拡散を説明しています
ナノ流体の質量輸送特性（トレーサー染料拡散率の> 1000％増）の劇的な変則的な強化を記述した最近の報告では、強い関心を興奮させましたが、調査結果はまだ決定的確認または説明する必要があります。ここでは、サスペンションの原理成分（ナノ粒子、界面活性剤、および染料）との間の相互作用が明確に識別できるように、直接、トレーサー拡散を調べるために流体的なアプローチを使用してこれらの現象を調べる。以前に報告された研究に一致する条件の下で、我々が予期せず染料と粒子の間の強い錯体の相互作用を示唆し、流体ストリームの間のインターフェイスで高度に集中し、強い蛍光性プルームの自発的形成を観察します。無料のトレーサー分子が続いて色素ナノ粒子の複合体形成によって消費される界面領域に輸送されるときのレート間の競争によって駆動されるこれらの現象は、おそらく間違って異常拡散の強化として解釈されています。これらの相互作用は、ナノ粒子懸濁液のトレーサーベースの研究を立案する際に考慮することが重要であり、新しい吸着ベースの分析法の基礎を築くことができます。
リアルタイム全ゲル検出器によるDNAの迅速なフィールド反転ゲル電気泳動用小型システム
パルスフィールドゲル電気泳動（PFGE）メソッドは、DNA分析アプリケーションの広い範囲で標準的なツールとなっています。電界が一定に保たれている従来の状況と比較して、しかし、パルスフィールド条件下でのDNAの移行現象の多くの側面はよく理解されていません。この欠乏の主な理由は、PFGE実験は非常に長い分離時間（約10〜15 h）と、実行の完了後にpoststainingによってゲル分析を実行する必要があるため、実行するために面倒であるということです。ここでは、60〜90分でフィールド反転ゲル電気泳動（FIGE）を使用して分離する長さは35キロバイトに大きなDNA断片を有効にすることによって、これらの問題に対処小型スラブゲル装置を構築するために簡単に紹介しています。装置のコンパクトサイズは、ゲル全体が連続的に分離プロセスは、高解像度CCDカメラを用いてリアルタイムで画像化することができるように監視することができます。印加電圧波形上の任意のコントロールは、高電圧アンプとのインタフェースファンクション·ジェネレータを使用して実現されます。これらの機能は、私たちは、DNAの移行（移動、拡散、分離分解能）に関連付けられている基本的な物理パラメータのサイズ依存性を調べることができます。これらのデータは、分離分解能はモビリティと拡散のスケーリングの間に良好な相互作用にDNA断片サイズによりと共に増加と拡散の重要な役割を（ほとんど定量化しないパラメータ）をハイライト驚くべき体制を明らかにした。より速く、従来の機器よりも桁違いにある分離時間の実用的な利点に加えて、これらの研究の結果は、最適な分離条件を特定し、DNAの電気泳動を支配する基本的な物理過程を理解するために新たな洞察を貢献する以前に利用できない合理的な基礎を提供するパルスフィールドに入力します。
渦アシストDNAデリバリー
エレクトロポレーションは、細胞への外来DNAのペイロードを提供するために最も広く使用されている方法の一つであるが、主要な制限は、総膜表面のごく一部が透過されていることです。ここでは、このバリアが容易に湾曲したパスに沿って発生したディーン·フローに関連付けられている活用の流体力学的効果によって克服することができる方法を示しています。これらの条件下で、細胞が均一に透過になるように全体の膜表面を可能にする横方向の渦運動と回転の組み合わせに供される。大幅に向上しトランスフェクション効率は、既存の連続フローエレクトロポレーションシステムの設計への唯一の簡単な変更で達成可能である。
Polymersomesの二重層の形態と表面反応性との間の相互作用の直接プローブ
二重層は、両親媒性ポリ（エチレンオキシド）-B-ポリブタジエン（PEO-B-PBD）コポリマーは、高い安定性と調整可能な膜特性の潜在的な薬物担体と細胞擬態のテンプレートとして使用するために最適ですセルのような構造ですから、自己組織化小胞。表面相互作用（結合反応、など）が二重構造によって支配される方法を理解することに合わせたコロイド挙動とpolymersomesの建設を可能にすることが重要です。ここでは、小胞構造にクマリン官能性共重合体を組み込むことにより、以前に確立された化学標識法を適応します。これは、私たちはpolymersome表面で発生する二分子消光反応に及ぼすポリ（エチレングリコール）（PEG）ブラシと表面のアーキテクチャの影響を調べることができます。官能性共重合体グループはもはや周囲の非官能化共重合体よりも一つであり、官能性と非官能両グループが同じ長さである1：これらの測定値を使用して、私たちは裸の粒子上に、小胞の表面の2つのタイプで、フリー溶液中でクエンチングを追跡しています。我々は、小胞の両方のアーキテクチャの半分未満の無料のソリューション·レートでのPEGブラシの進行の存在下でその消光を見つける。官能性と非官能基が同じ長さである場合ただし、消光率はさらに削減されます。表面反応は、クエンチャー拡散、導電率測定とこれらの効果はPEGブラシではなく、イオン排除効果の存在下で遅延イオン移動の結果として生じることを示すイオンパーティションの研究でサポートされている結論によって支配されるように表示されます。これらの研究は、所望の機能特性を持つpolymersomesの設計を導く手助けできる有用な洞察を提供し、ベシクル二重層アーキテクチャ（共重合体組成物は、鎖長、活性部位の周囲の局所濃度）と表面反応速度の間の相互作用を明らかにした。
任意の凸面の反射干渉顕微鏡
反射干渉コントラスト顕微鏡（RICM）の現在の正確なアプリケーションは、既知の形状に限定されている、オブジェクトの形状は不明である場合には、近似フリンジ間隔の分析は、通常、実行されます。より一般的な状況で正確なRICM分析を完了するために、我々は見直し、改善する非平面のインタフェースイメージ形成理論に基づく強度計算のための定式化し、ウェッジと凸面での実用的な実装方法を開発しています。また、任意の凸面に適しRICMモデルでは、このような膜または薄コーティングとして均一な層の有無にかかわらず、提示されます。ポリマーベシクルの実験作業が改善されたRICM画像形成理論、計算方法、および表面モデルの結合は、その実験的な強度パターンをフィッティングすることにより、基板に近いオブジェクトの凸底面形状の正確な復元が許可されていることを示しています。
エントロピートラッピングを利用するためにヒドロゲルのナノ多孔性アーキテクチャを調整する
高分子はエントロピートラッピング領域でのナノ多孔性マトリックスディスプレイ異常輸送の動作に埋め込まれている。それは、基礎となる異種のナノ細孔の形態にそれらをリンクする方法を明確にされていませんので、しかし、これらの現象は広く、ハイドロゲルマトリックスで検討されていない。ここでは、この接続を確立する理論モデルを導入し、トラッピング効果はDNAのサイズが増加する解像力（従来観察されているものの反対側）の傾向を得るために悪用される可能性がどのようにエントロピーを示すマイクロチップのDNA電気泳動の実験について説明します。
