الاستفادة من انخفاض التفاعل الرذاذ على سطح لتحسين نقل Bioanalytes في علم الموائع الدقيق الرقمي
نوفمبر 10, 2014
تم وصف بروتوكول تصنيع وتشغيل أجهزة إزالة الرطوبة الميدانية (Field-DW) ، بالإضافة إلى الدراسات الأولية لتأثيرات المجالات الكهربائية على محتويات القطرات.
الهدف العام من هذا الإجراء هو تصنيع جهاز ترطيب ميداني قادر على نقل القطرات باستخدام التحليلات الحيوية دون إضافات. يتم تحقيق ذلك عن طريق طلاء الركيزة الموصلة أولا بسخام الشمعة. ستكون الركيزة بمثابة القطب السفلي للجهاز.
الخطوة الثانية هي حماية طبقة السخام عن طريق تطبيق بوليمرات الفلورو السائلة. بعد ذلك ، قم بتصنيع الأقطاب الكهربائية العلوية للجهاز. ثم قم بتوصيل الأقطاب العلوية والسفلية بإلكترونيات التجربة.
الخطوة الأخيرة هي وضع عينة بين الأقطاب الكهربائية لاختبار الجهاز. في النهاية ، تظهر النتائج أن أجهزة إزالة الترطيب الميداني يمكن أن تدعم نقل القطرات المستمر استجابة لكل نبضة كهربائية لما لا يقل عن 700 نبضة. تتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل الترطيب الكهربائي في أن المجال الكهربائي لا يؤدي إلى الترطيب ، ولا داعي لإضافات إضافية لنقل القطيرات.
يمتد تأثير هذه التقنية إلى تطوير مختبر مؤتمت بالكامل على منصة رقاقة تعمل بغض النظر عن كيمياء القطرات ، وسيتم توضيح الإجراءات لمايكل كوفسكي وسيلينا بعمل باحثين جامعيين من مختبري. الخطوة الأولى هي تحضير الركيزة الموصلة للقطب الأرضي. لهذا الغرض ، تم تقطيع لوح نحاسي إلى مستطيلات.
يبلغ حجم المستطيلات 75 ملم × 43 ملم وسمك 0.5 ملم. جاهز ، حاوية من النحاس لتنظيف الركائز. سيتبع هذا الفيديو البروتوكول باستخدام ركيزة واحدة فقط.
اغمر الركيزة في النقش لمدة 30 ثانية تقريبا. بعد الغمر ، استرجع الركيزة واغسلها بالجري. قم بالصنبور بالماء فوقه ، وجففه بالورق ، وقبل المتابعة ، ضعه أفقيا على دعامة تسمح بالوصول إلى سطحه المواجه لأسفل.
في هذا الفيديو ، يتم استخدام حلقة مفتوحة مثبتة. جهز مزيجا من البوليمر الفلوري السائل وقطارة لتطبيقه. احصل على شمعة البارافين لتوفير السخام الذي سيتم تطبيقه.
أشعلها واستمر في كنس الشمعة تحت الركيزة النحاسية. حافظ على الجزء العلوي من اللهب حوالي سنتيمتر واحد تحت قاع الركيزة. استمر في كنس الشمعة لمدة 30 إلى 45 ثانية.
الحرص على عدم لمس سطح السخام. بعد طلاء الركيزة بالسخام ، قم بإزالة الشمعة وإطفائها على الفور. استخدم الملقط لفهم الركيزة وتدويرها لفضح الجانب المغطى بالسخام.
بينما لا يزال الجو دافئا ، استخدم قطارة لإيداع قطرات من بوليمر الفلورو السائل على الحواف لتحديد اضطراب طبقة السخام. بمجرد تطبيق القطرات ، قم بإمالة الركيزة بحيث تكون عمودية تقريبا. ثم قم بإيداع المزيد من القطرات واتركها تتدحرج على سطح السخام بالكامل وتنتشر.
قدر الإمكان. استمر بأخذ الركيزة إلى صفيحة ساخنة مثبتة عند 160 درجة مئوية. أيضا داخل الغطاء الكيميائي ، ضع جانب سخام الركيزة متجها لأعلى على طبق ساخن للخبز لمدة 15 دقيقة.
بعد 15 دقيقة ، انزع الركيزة عن اللوح الساخن واتركها طوال الليل في درجة حرارة الغرفة قبل استخدامها كقطب سفلي. يمكن تخزين الركيزة إلى أجل غير مسمى عندما يكون القطب الأرضي جاهزا للاستخدام. الخطوة التالية هي تحضير الأقطاب الكهربائية العلوية.
يستخدم هذا الفيديو أقطاب كهربائية ملفقة وفقا لبروتوكول من الأدبيات. تمت طباعة تصميم القطب الكهربائي على صفائح نحاسية رقيقة محفورة وتنظيفها للوصول إلى هذه النقطة. يبلغ عرض كل من الأقطاب الكهربائية العشرة ملليمترين وعرضها 0.3 ملم.
سيتم تركيب الأقطاب الكهربائية على شريحة زجاجية يبلغ حجمها 75 ملم × 25 ملم وسمك حوالي ملليمتر واحد. ضع شريطا على الوجهين على أحد طرفي الشريحة وتجنب إدخال جيوب هوائية. ثم قم بتوصيل الصفائح بعناية بالشريحة بحيث تكون الأقطاب الكهربائية قريبة من الحافة.
بعد ذلك ، قم بقص قطعة من كل فيلم Fluor al coy حول عرض الشريحة. ضع الفيلم فوق الأقطاب الكهربائية لمنع الدوائر القصيرة العرضية. نعلقه مع شريط.
يمكن الآن استخدام الأقطاب الكهربائية مع الواجهة الإلكترونية. خذ كل من الأقطاب العلوية والسفلية إلى الإعداد التجريبي لإكمال مجال إزالة جهاز الترطيب. في الإعداد التجريبي ، يتم تأريض القطب السفلي كهربائيا.
فوقه ، يتم توصيل الأقطاب الكهربائية العلوية بالمرحلات عبر موصل ارتفاع قابل للتعديل. تحكم في جهاز الموائع الدقيقة باستخدام برنامج كمبيوتر يحرك قطرة بين الأقطاب الكهربائية المجاورة. في هذه التجربة ، سيتم تصور حركة القطرات في جهاز الموائع الدقيقة.
استخدم مجموعة تكبير 24 96 جنبا إلى جنب مع كاميرا CCD. قم بتوصيل مسجل فيديو بالكاميرا باستخدام فيديو S. في هذه المرحلة ، احصل على عينة للتجربة في هذه الحالة ، أناقة C وماصة متوسطة من أربعة قطرات ميكرولتر.
ضع القطرة على القطب السفلي المطلي بالسخام بحيث يكون في وسط الأقطاب الكهربائية العلوية. ثم اضبط موضع الأقطاب الكهربائية العلوية، بحيث تكون أعلى من القطرة بحوالي 0.3 ملليمتر. مع تشغيل الواجهة الإلكترونية والجهد العالي ، اضبط ارتفاع القطب العلوي حتى تبدأ القطرة في الحركة.
لا تدع القطب يلمس القطرة. بمجرد أن تصبح حركة القطرة مستقرة ، ابدأ التسجيل بالكاميرا حتى لا تتحرك القطرة استجابة لخمس إلى 10 نبضات. يظهر هذا الفيديو النقل الناجح ل C elgan في الوسط بين أقطاب جهاز ثنائي مجالي.
يساعد العمل السابق مع ألبومين مصل الأبقار الموسوم بالفلورسنت أو BSA في إثبات التفاعل بين العينات والركيزة الموجودة على اليسار. يجلس BSA على سطح مطلي بالسخام على النقيض من ذلك على اليمين على السطح باستخدام سائل مفلور فقط. تظهر عينة BSA تفاعلا سطحيا قويا.
بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع أجهزة الزفاف والشعور بها. لا تنس اتباع إرشادات السلامة في المختبر.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تصف هذه المقالة بروتوكول تصنيع وتشغيل أجهزة فصل الحقول (Field-DW) والدراسات الأولية على تأثيرات المجالات الكهربائية على محتويات القطرات.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- التكنولوجيا الحيوية
- تصنيع الجزئيات الدقيقة
الخلفية
- تُستخدم أجهزة فصل الحقول لنقل القطرات.
- يمكن لهذه الأجهزة نقل الجزيئات الحيوية دون الحاجة إلى مواد مضافة.
- فهم تأثيرات المجالات الكهربائية على سلوك القطرات أمر بالغ الأهمية.
- استكشفت الدراسات السابقة طرقًا مختلفة لمعالجة القطرات.
هدف الدراسة
- لتصنيع جهاز فصل حقول.
- للتحقيق في تأثير المجالات الكهربائية على محتويات القطرات.
- لتحسين كفاءة نقل الجزيئات الحيوية.
الطرق المستخدمة
- تغطية الركيزة الموصلة بدخان الشمع.
- تطبيق البوليمرات الفلورية السائلة لحماية طبقة الدخان.
- تصنيع أقطاب علوية للجهاز.
- توصيل الأقطاب بالدوائر الإلكترونية التجريبية.
النتائج الرئيسية
- نجح الجهاز المصنّع في نقل القطرات.
- تؤثر المجالات الكهربائية على سلوك محتويات القطرات.
- تشير الدراسات الأولية إلى تطبيقات محتملة في التحليل الحيوي.
- يلزم إجراء المزيد من الأبحاث لتحسين أداء الجهاز.
الاستنتاجات
- تعد أجهزة فصل الحقول واعدة للتطبيقات التحليلية الحيوية.
- تلعب المجالات الكهربائية دورًا مهمًا في معالجة القطرات.
- تضع الدراسة الأساس للتقدم المستقبلي في هذا المجال.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Digital microfluidics platforms face limitations in transporting bioanalytes due to droplet-surface interactions that depend on chemical composition, hindering broad applicability in assay development. Field-dewetting (Field-DW) devices overcome this by enabling additive-free transport of cells, proteins, and model organisms, supporting mechanistic de-risking in early discovery. This approach enhances predictive confidence by isolating transport variables from droplet chemistry, improving reproducibility across diverse bioanalyte panels.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by transporting bioanalytes without confounding additive interactions.
- Operational Value: Supports functional target validation through consistent droplet motion independent of analyte composition.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by ensuring transport reliability across varying droplet contents.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility by eliminating surface interaction variability.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates disease-relevant system compatibility by transporting multicellular model organisms unaffected by operational electric fields.
- Operational Value: Supports preclinical continuity through scalable, reusable device operation across discovery stages.
Pipeline & Workflow Integration
Field-DW devices integrate into the discovery continuum from early biology to lead identification by providing a transport mechanism that de-risks target engagement studies through chemistry-independent droplet manipulation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling reliable movement of proteins, cells, and organisms without additive-induced artifacts.
- Screening: Enhances assay readiness through reproducible droplet transport validated over 700 electric pulses, ensuring consistent compound evaluation.
- Analytics: Delivers quantitative outputs via stable droplet transfer metrics that allow teams to compare transport efficiency across conditions.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical work by demonstrating compatibility with multicellular models, supporting risk-adjusted advancement decisions.
- Enterprise Reuse: Positions the device as a reusable platform capability rather than a single-use tool, enabling cross-project standardization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through reduced mechanistic ambiguity in bioanalyte transport.
- Operational Value: Standardization and scalability via additive-free operation and long-term electrode stability.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions by minimizing false negatives from transport-related variability.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization through improved reproducibility in early-stage bioanalytical workflows.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication and surface chemistry for soot deposition and fluoropolymer coating.
- Depends on precision instrumentation for electrode alignment and high-voltage pulsing control.
- Necessitates cross-team standardization of substrate preparation and device assembly protocols.
- Involves adaptation considerations when scaling to different droplet volumes or bioanalyte types.
- Includes practical limitations such as the need for hydrophobic surface maintenance and contamination control during soot application.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:30
Coating of Conductive Substrate with Candle Soot
4:06
Fabrication of the Top Electrodes and Connection to the Electrode Interface
5:48
Droplet Visualization and Handling
6:55
Results: Transfer of C. elegans in Medium on a Field–dewetting device
7:33
Conclusion
