Wässrige Tröpfchen als enzymatische Mikroreaktoren und deren elektromagnetischen Betätigung

Zusammenfassung

Labor-in-a-Drop Reaktionssysteme erlauben die vielseitige Implementierung von komplexen Reaktionen in mikrofluidischen Maßstab. Eine automatisierte Betätigung-Plattform, bestehend aus einem 3 x 3-Matrix von elektromagnetischen Spulen wurde entwickelt und erfolgreich eingesetzt, um verschmelzen zwei 10 µL Mikroreaktoren und dadurch eine enzymatische Reaktion in die resultierenden flüssige Murmeln zu initiieren.

Zusammenfassung

Für die erfolgreiche Umsetzung von mikrofluidischen Reaktionssysteme, wie PCR und Elektrophorese ist die Bewegung der Flüssigkeit Kleinmengen unerlässlich. In konventionellen Labor-auf-ein-Chip-Plattformen Lösungsmittel und Proben definierten mikrofluidische Kanäle mit komplexen Steuerung Installationen durchlaufen. Die Tröpfchen Betätigung Plattform präsentiert hier ist eine viel versprechende Alternative. Damit ist es möglich, einen flüssigen Tropfen (haarfeinen) auf eine planare Fläche einer Reaktion-Plattform (Labor-in-Drop) bewegen. Die Betätigung von Mikroreaktoren für die hydrophobe Oberfläche der Plattform basiert auf der Verwendung von magnetischen Kräfte, die auf die äußere Hülle des flüssigen Tropfen aus einer dünnen Schicht von superhydrophob Magnetit-Teilchen. Die hydrophobe Oberfläche der Plattform ist erforderlich, um jeglichen Kontakt zwischen dem flüssigen Kern und der Oberfläche ermöglichen eine reibungslose Bewegung der Mikroreaktortechnik zu vermeiden. Auf der Plattform können ein oder mehrere Mikroreaktoren mit einem Volumen von 10 µL positioniert und gleichzeitig bewegt. Die Plattform selbst besteht aus einer 3 x 3 Matrix der elektrische doppelte Spulen, die entweder Neodym oder Eisen Kerne unterzubringen. Die Magnetfeld-Gradienten werden automatisch gesteuert. Durch Veränderung des magnetischen Feldes Steigungen kann die Mikroreaktoren magnetische hydrophobe Shell automatisch manipuliert werden, um die haarfeinen verschieben oder öffnen Sie die Shell reversibel. Reaktionen der Substrate und entsprechende Enzyme können durch Zusammenlegung der Mikroreaktoren oder bringen sie in Kontakt mit Oberflächen immobilisiert Katalysatoren initiiert werden.

Einleitung

Technische Anwendungen mit Mikro Reaktionen erfolgen überwiegend in vordefinierten Microchannel-Chips. Diese Systeme sind weit verbreitet und in der Literatur umfassend beschrieben (inter Alia ^1,2,3). Im Jahr 2011 betrug der Umsatz von mikrofluidischen Technologien weltweit 6,2 Milliarden Euro ⁴. Im Gegensatz dazu war die Verwendung von frei beweglichen Mikro Reaktorsektionen zuvor nur untersucht und veröffentlicht in begrenztem Umfang. Die am häufigsten verwendete Methode zum Verschieben von wässriger micro Tröpfchen ist Electrowetting

Protokoll

1. Hydrophobierung von magnetischen Nanopartikeln

1. für die Synthese von hydrophoben Magnetpartikel, 0,85 g FeCl ₃ Hexahydrat (3,14 Mmol) und hinzufügen 0,30 g FeCl ₂ Tetrahydrat (1,51 Mmol) 200 mL Wasser/Ethanol-Lösung (4:1 V/V).
2. Diese Mischung hinzufügen 0,20 mL 1H, 1H, 2 H, 2H-Perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) (5,23 Mmol) unter kräftigen Rühren mit einem Magnetrührer (500 u/min). Führen Sie die Synthese in einer Schutzgasatmosphäre (N ₂) mithilfe eine Rundboden-Flasche mit einem Korken um die sekundären Oxidation von Magnetit-Partikel zu verhindern.
3. Einstellen den Lösung Tropfen klug mit einer Ammon....

Ergebnisse

Die Shell-Partikel haben einen Durchmesser von rund 640 nm. Die magnetisierbaren Nanopartikeln in diesem Fluorosilane Shell Partikel eingeschlossen haben Durchmesser im Bereich von 22 nm und 37 nm. Eine 5 µL haarfeinen mit Wasser als einen flüssigen Kern hatte einen Kontaktwinkel von rund 160 ° c.

Der Kraftaufwand zu bewegen ist ein 10 µL haarfeinen wie oben beschrieben 1,34 ± 0,08 µN. Abbildung 1 z.......

Diskussion

Für den erfolgreichen Einsatz von mikrofluidischen Technologien ist es wichtig, das Reaktionsvolumen entsprechend den Anforderungen der biotechnologische Synthese und Analysen zu bewegen. Die hier vorgestellten Betätigung-Plattform ermöglicht es mikrofluidischen Tröpfchen durch Magnetkraft verschieben. Die Bewegung kann frei in zwei Dimensionen auf einer planaren Fläche einer Reaktion-Plattform durchgeführt werden, unter Beifügung den flüssigen Tropfen mit einem magnetischen superhydrophob Schale. Damit wird ein alternat.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
3D-Drucker	FelixPrinters	Pro1
10-Acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazin (Amplex Red)	Life Technologies	A12222
Ammoniumhydroxid	TU-KL	1072
CAD-Software	Siemens	Besohlte Kante
Kontaktwinkelmessgerät	Dataphysics	OCA 20
Zylinder magnet	Webcraft GmbH	S-04-13-N	https://www.supermagnete.de/stabmagnete-neodym-rund/stabmagnet-durchmesser-4mm-hoehe-12.5mm-neodym-n42-vernickelt_S-04-13-N
Dikaliumphosphat	Bernd Kraft	7758-11
Trockenschrank	Binder	FD 115
Ethanol	Sigma-Aldrich	68-17-5
FeCl2 Tetrahydrat	TU-KL	1625
FeCl3	Hexahydrat TU-KL	1622
Fluoreszenzsonde	PerkinElmer	LS 55
Meerrettichperoxidase	Carl Roth	9003-99-0
Wasserstoffperoxid	Th.Geyer GmbH & Co	7722-84-1
Monokaliumphosphat	Bernd Kraft	7778-77-0
Peltier-Element	Conrad
Perfluoroctyltriethoxysilan	Sigma-Aldrich	51851-37-7
Rasterelektronenmikroskop	FEI	Helios NanoLab 650 DualBeam
Trennstabmagnet	Webcraft GmbH	Q-40-20-10-N
Wickelmaschine	IWT GmbH	FW122

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