القائم الشعرية جهاز ميكروفلويديك الطرد المركزي لتشكيل السيطرة الحجم من Monodisperse Microdroplets
February 22nd, 2016
هنا ، نوضح طريقة إنتاج بسيطة للقطرات الدقيقة التي يمكن التحكم فيها في الحجم ، أحادية التشتت ، الماء في الزيت (W / O) باستخدام جهاز موائع دقيقة بالطرد المركزي قائم على الشعيرات الدموية. لا تتطلب هذه الطريقة سوى حجم عينة صغير وتتيح إنتاجا عالي الإنتاجية. نتوقع أن تكون هذه الطريقة مفيدة للتحليلات الكيميائية الحيوية والخلوية السريعة.
الهدف العام من هذا الإجراء هو توليد قطرات صغيرة أحادية التشتت من الماء والزيت للدراسات البيولوجية باستخدام جهاز موائع دقيقة متماثل محوري متماثل قائم على الشعيرات الدموية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في إنتاج قطرة صغيرة أحادية التشتت للمجال الكيميائي الحيوي لتعزيز دراسة العمل في التوليف ، و PCR أحادي الجزيء ، والتغليف الفردي ، والنمذجة البسيطة للخلايا الحية. المزايا الرئيسية لهذه التقنية هي أنها سهلة وقابلة للتعديل.
يتطلب أقل من ميكرولتر من محلول العينة ويمكنه إنتاج قطرات صغيرة أحادية التشتت بالحجم المطلوب. ستظهر الإجراء موريتا ، باحثة ما بعد الدكتوراه من مختبري. يبدأ تجميع الموائع الدقيقة القائمة على الشعيرات الدموية بإعداد حامل الشعيرات الدموية.
ابدأ بطحن أربعة أقراص من ألواح بلاستيكية بولي أسيتيل بسمك ملليمترين باستخدام آلة طحن. تستخدم الأقراص لتشكيل عمود مدعوم بقضبان وبراغي. باستخدام مسامير M.2 ، قم بتجميع الألواح.
أولا ، من الأقراص الأولى والثانية ، قم بتجميع الجزء السفلي من الحامل. ثم قم بتقصير البراغي عن طريق قطعها في الأقسام الملولبة. قم بتوصيل ثلاثة من الفتحات الأربعة لتأمين القرصين مما يجعل كومة 0.9 سم.
وبالمثل ، قم بتجميع الجزء العلوي من الحامل من الأقراص الثالثة والرابعة. استخدم فتحتين في كل لوحة لتوصيل الألواح. اجعل المكدس بطول 0.7 سم.
الآن ، استخدم برغيا طويلا لربط الفتحتين الفارغتين في الجزء العلوي من الحامل مع الفتحتين الفارغتين في الجزء السفلي من الحامل. يجب أن يضع المسمار الطويل فجوة بين الحوامل تتراوح مدتها حوالي ملليمترين إلى ثلاثة ملليمترات ويجب أن يتدلى رأس المسمار من الحامل المكتمل بحوالي 2.2 سم. تستخدم كل تجربة مجموعة جديدة من الشعيرات الدموية المصنعة من شعيرتين شعيريين.
من الشعيرات الدموية 90 ملم ، اصنع شعيرتين داخليتين باستخدام قاطع زجاج. اصنع قسمين متساويين في الحجم. من الشعيرات الدموية 150 ملم ، قم بعمل ثلاثة أقسام شعرية داخلية.
بعد ذلك ، باستخدام مجتذب الزجاج ، شحذ كل قسم شعري. اضبط وزن الساحب على الحد الأقصى واضبط مستوى الحرارة على 60-70 درجة للشعرية الخارجية أو 70-80 للشعيرات الدموية الداخلية. ثم ، شحذ الزجاج بعناية.
حافظ على طول الأجزاء الضيقة من الشعيرات الدموية ضمن الحدود الموصى بها. إذا كان طول الأطراف طويلا جدا أو قصيرا ، فاضبط عنصر التسخين حتى يتم تحقيق الطول الصحيح. الآن ، استعد لقطع النصائح.
أولا ، استخدم بعض الشريط الشفاف لتأمين الشعيرات الدموية في مرحلة المجهر. تتدلى الحافة تحت الهدف. ثانيا ، باستخدام سلك بلاتيني مغطى بالخرز الزجاجي ، قم بقطع الطرف في ثلاث خطوات.
أولا ، ضع الشعيرات الدموية حيث يجب أن يحدث الكسر عند ملامسة حبة باردة. ثانيا ، قم بتسخين السلك لمدة ثانية إلى ثانيتين. ثم ثالثا ، قم بقطع الطرف عن طريق تبريد السلك البلاتيني.
يجب إجراء هذه العملية باستخدام التحكم في دواسة القدم لتسخين السلك. الآن ، باستخدام microforge ، اضبط أقطار الفتحات الشعرية. بالنسبة للشعيرات الدموية الزجاجية الخارجية ، اجعل فتحاتهما 60 ميكرون.
بالنسبة للشعيرات الدموية الداخلية الثلاثة ، تصنع فتحات بأقطار خمسة و 10 و 20 ميكرون. لتوليد القطرات الدقيقة ، املأ أولا شعيرات دموية زجاجية خارجية بمادة خافضة للتوتر السطحي تحتوي على الزيت مثل سداسي ديكان يحتوي على 2٪ من السوربيتين مونوليات بالوزن. قم بتحميل 10 ميكرولتر من المحلول في الشعيرات الدموية.
ثم قم بتأمين الشعرية المحملة بالجزء السفلي من الحامل. بعد ذلك ، باستخدام العمل الشعري ، قم بتحميل حوالي 0.1 ميكرولتر من المحلول المائي في شعرية زجاجية داخلية. ضع الشعيرات الدموية الداخلية المحملة في الجزء العلوي من الحامل.
الآن ، أدخل الشعيرات الدموية الداخلية عبر الحامل وفي الشعيرات الدموية الخارجية. أثناء مراقبة الطرف من خلال المجهر ، أدر المسمار الطويل للحامل للتقدم ببطء وحذر في الشعيرات الدموية الداخلية إلى الشعيرات الدموية الخارجية. تقدم الشعيرات الدموية الداخلية إلى حيث يتراوح قطر الشعيرات الدموية الخارجية بين 100 و 150 ميكرون.
الآن ، أدخل 100 ميكرولتر من نفس الزيت مع الفاعل بالسطح في قاع أنبوب دقيق سعة 1.5 مل. سيكون هذا بمثابة أنبوب تجميع microdoplet. ضع الحامل والشعيرات الدموية بعناية في الأنبوب الدقيق المحمل.
تأكد من أن الشعيرات الدموية الخارجية ليست ملامسة للمحلول الموجود في الأنبوب الدقيق. بعد ذلك ، قم بتحميل الأنبوب في جهاز طرد مركزي من نوع التأرجح على المنضدة. لتوليد القطرات الدقيقة ، قم بتشغيل جهاز الطرد المركزي عند 1 ، 600 مرة من الجاذبية لمدة ثانية أو ثانيتين.
بعد ذلك ، قم بإزالة الشعيرات الدموية والحامل من الأنبوب وخذ حصة من قطرات الماء والزيت الصغيرة التي تم جمعها في الأنبوب. اخرج القطرات الدقيقة على شريحة زجاجية وقم بتصويرها لتحليلها. باستخدام هذا البروتوكول ، فإن العديد من القطرات الدقيقة لزيت الماء مصنوعة من سداسي ديكان تحتوي على 2٪ من السوربيتين مونوليات.
تم قياس القطرات المصنوعة باستخدام ماصة داخلية بقطر فتحة يبلغ خمسة ميكرون ليبلغ قطرها 8.3 ميكرون في المتوسط. تم قياس القطرات المصنوعة باستخدام ماصة داخلية بقطر فتحة 10 ميكرون ليبلغ قطرها 12.7 ميكرون في المتوسط. كان قطر القطرات المصنوعة باستخدام ماصة داخلية بفتحة 20 ميكرون حوالي 17.9 ميكرون.
وبالتالي ، تنتج هذه الطريقة قطرات دقيقة أحادية التشتت يبلغ قطرها قريبا من حجم الفتحة الشعرية الداخلية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنتاج والتحكم في حجم الماء أحادي التشتت وقطرات الزيت الصغيرة للتجارب الكيميائية الكمية. بمجرد إتقانها ، يمكن القيام بهذه التقنية في غضون خمس إلى 10 دقائق ، إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
نظرة عامة
توضح هذه المقالة طريقة لإنتاج قطرات مائية دقيقة داخل الزيت قابلة للتحكم في الحجم، باستخدام جهاز دقيق دقيق مستند إلى التمركز باستخدام القناطر. الأسلوب فعال، ويتطلب حجم عينة صغير جدًا ويمكّن إنتاج عالي الغلة للتحليلات الكيميائية الحيوية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- الميكروديناميات
- الكيمياء الحيوية
- تحليل الخلايا
الخلفية
- القطرات الدقيقة ضرورية للعديد من الدراسات البيولوجية.
- التجانس أحادي اللون مهم للتكاثر في التجارب.
- قد تتطلب الطرق التقليدية أحجام عينة أكبر.
- توفر الأجهزة المستندة إلى القناطر مزايا في التحكم في الحجم والكفاءة.
هدف الدراسة
- تطوير طريقة بسيطة لتوليد قطرات دقيقة أحادي اللون.
- تسهيل التحليلات الكيميائية الحيوية والخلوية.
- إظهار سهولة التقنية وقابليتها للتعديل.
الأساليب المستخدمة
- إعداد جهاز دقيق دقيق مستند إلى التمركز.
- تحضير حامل القناطر.
- التجميع الدقيق المتدفق بالتوازي.
- إنتاج قطرات دقيقة بأحجام متحكم فيها.
النتائج الرئيسية
- نجاح في توليد قطرات دقيقة أحادي اللون.
- تحقق عائد مرتفع مع حجم عينة صغير جدًا.
- القطرات الدقيقة المنتجة مناسبة لتطبيقات كيميائية حيوية متنوعة.
- الإجراء سهل التنفيذ وقابل للتعديل.
الاستنتاجات
- توفر الأسلوب نهجًا موثوقًا لتوليد القطرات الدقيقة.
- يعزز القدرة على التحليلات الكيميائية الحيوية السريعة.
- يمكن أن تتقدم هذه التقنية في البحث في تفاعل البوليميراز المتسلسل لجزيء واحد ونمذجة الخلايا.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Rapid, size-controllable generation of monodisperse microdroplets enables scalable miniaturization of biochemical assays and single-cell analyses in early discovery workflows. This capillary-based centrifugal microfluidic device conserves precious biological samples while supporting high-throughput, quantitative experimentation. The approach strengthens predictive confidence and reproducibility at critical inflection points in biopharma R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise encapsulation for single-molecule PCR and single-cell studies.
- Supports functional interrogation of biological pathways with minimal sample input.
- Facilitates mechanistic de-risking by producing uniform assay conditions.
- Improves predictive confidence in target validation experiments.
Screening & Assay Development
- Prepares highly reproducible microdroplet systems for downstream biochemical screening.
- Standardizes droplet size to ensure quantitative comparability across assays.
- Enables rapid, scalable production of assay-ready microdroplets.
- Supports reliable evaluation of compound effects in miniaturized formats.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker studies requiring single-cell or low-volume analysis.
- Maintains continuity from discovery through preclinical validation by conserving rare samples.
- Reduces risk in advancing candidates by supporting robust, quantitative data generation.
Pipeline & Workflow Integration
This device integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling miniaturized, quantitative assays for target validation, screening, and translational research.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway analysis with controlled microenvironments.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative droplet-based assays for compound evaluation.
- Analytics: Provides precise measurement of droplet size and encapsulated content for statistical comparison.
- Translational Research: Facilitates biomarker and single-cell studies with minimal sample requirements.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, adaptable platform for diverse R&D applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in early-stage studies.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and throughput in assay development.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by enabling robust data generation with limited samples.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of discovery programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidic assembly and capillary manipulation.
- Needs access to precision instrumentation for capillary fabrication and imaging.
- Demands cross-team standardization of droplet size and assay protocols.
- Adaptable to various biological and chemical model systems with minor adjustments.
- Limited by the need for careful handling of small sample volumes and device components.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:58
Fabrication of a Capillary-based Microfluidic Device: The Capillary Holders
2:30
Fabrication of a Capillary-based Microfluidic Device: The Glass Capillaries
4:40
Generating Water/Oil Microdroplets
6:50
Results: Typical W/O Microdroplets
7:44
Conclusion
