Mikrofluidische Akustophorese zur Durchflusstrennung gramnegativer Bakterien mittels Aptamer Affinity Beads

Summary

Dieser Artikel beschreibt die Herstellung und den Betrieb von mikrofluidischen akustophoretischen Chips unter Verwendung der mikrofluidischen Akustophorese-Technik und Aptamer-modifizierten Mikroperlen, die zur schnellen und effizienten Isolierung gramnegativer Bakterien aus einem Medium verwendet werden können.

Abstract

Dieser Artikel beschreibt die Herstellung und den Betrieb von mikrofluidischen akustophoretischen Chips unter Verwendung einer mikrofluidischen Akustophoresetechnik und Aptamer-modifizierten Mikroperlen, die für die schnelle, effiziente Isolierung gramnegativer Bakterien aus einem Medium verwendet werden können. Diese Methode erhöht die Trenneffizienz durch eine Mischung aus langen, quadratischen Mikrokanälen. Bei diesem System werden die Probe und der Puffer über einen Durchflussregler in den Einlassanschluss injiziert. Für die Perlenzentrierung und Probentrennung wird über einen Funktionsgenerator mit Leistungsverstärker Wechselstrom an den piezoelektrischen Wandler angelegt, um eine akustische Strahlungskraft im Mikrokanal zu erzeugen. Sowohl am Ein- als auch am Auslass befindet sich ein gegabelter Kanal, der eine gleichzeitige Trennung, Reinigung und Konzentration ermöglicht. Das Gerät hat eine Wiederfindungsrate von >98% und eine Reinheit von 97,8% bis zu einer 10-fachen Dosiskonzentration. Diese Studie hat eine höhere Wiederfindungsrate und Reinheit als die bestehenden Methoden zur Trennung von Bakterien gezeigt, was darauf hindeutet, dass das Gerät Bakterien effizient trennen kann.

Introduction

Mikrofluidische Plattformen werden entwickelt, um Bakterien aus medizinischen und Umweltproben zu isolieren, zusätzlich zu Methoden, die auf dielektrischem Transfer, Magnetophorese, Perlenextraktion, Filterung, zentrifugaler Mikrofluidik und Trägheitseffekten sowie akustischen Oberflächenwellen basieren ^1,2. Der Nachweis pathogener Bakterien wird mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR) fortgesetzt, ist aber in der Regel mühsam, komplex und zeitaufwendig ^3,4. Mikrofluidische Akustophoresesysteme sind eine Alternative, um dies durch angemessenen Durchsat....

Protocol

1. Mikrofluidisches Akustophorese-Chip-Design

HINWEIS: Abbildung 1 zeigt ein Schema der Trennung und Sammlung von Zielmikroperlen aus Mikrokanälen durch Akustophorese. Der mikrofluidische Akustophorese-Chip ist mit einem CAD-Programm konstruiert.

1. Entwerfen Sie einen mikrofluidischen Akustophorese-Chip, der eine Mischung aus Aptamer-modifizierten Perlen und Streptavidin-beschichteten Polystyrol (PS)-Perlen verwendet, die der Größe von Bakterien entsprechen, um die Trennleistung des Geräts zu untersuchen.
2. Entwerfen Sie einen mikrofluidischen Akustophorese-Chip, der PS-Perlen a....

Results

Abbildung 5 zeigt das Bild des Wulststroms als Funktion der PZT-Spannung (OFF, 0,1 V, 0,5 V, 5 V). Im Fall des in dieser Studie vorgestellten akustophoretischen Chips wurde bestätigt, dass mit zunehmender Spannung des PZT die zentrale Konzentration der 10 μm großen Perlen zunahm. Die meisten der 10 μm großen Perlen wurden in der Mitte bei 5 V der PZT-Spannung konzentriert. Durch dieses Ergebnis wurde in einem Einkanal-Funktionsgenerator eine Resonanzfrequenz von 3,66 MHz erzeugt und ein allg.......

Discussion

Wir entwickelten ein mikrofluidisches Schallschwebegerät zum Einfangen und Übertragen von GN-Bakterien aus Kulturproben mit hoher Geschwindigkeit, basierend auf einer kontinuierlichen Laufmethode entsprechend ihrer Größe und Art und Aptamer-modifizierten Mikrokügelchen. Der lange, quadratische Mikrokanal ermöglicht ein einfacheres Design und eine höhere Kosteneffizienz für die 2D-Akustophorese als bisher berichtet 20,21,22,23,24,25,26.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 & Mikro; m Mikrokügelchen aus Polystyrol	Bang Laboratories	PS04001	Kügelchen in Zellgröße
10 & Mikro; m Streptavidin-beschichtete Mikrokügelchen	Bang Laboratories	CP01007	Aptamer Affinitätsperlen
4-Zoll Silizium Wafer/SU-8 Form	4science	29-03573-01	Bestandteile des Chips
Aptamer	Integrated DNA Technologies	GN3-6'RNA	für die Bakterienkonjugation
Borosilikatglas	Schott	BOROFLOAT 33	Bestandteile der
Chipzentrifuge	Daihan	CF-10	Wasing Partikel
Cyanacrylat-Kleber	3M	AD100	PZT an Mikrochip anbringen
Escherichia coli DH5α	KCTC	KCTC2571	Zielbakterien
Funktionsgenerator	GW Instek	AFG-2225	Frequenz erzeugen
Hochgeschwindigkeitskamera	Photron	FASTCAM Mini	Beobachtung der Trennung
Heizplatte	Als eine	HI-1000	Heizplatte zum Aushärten von Flüssigkeit PDMS
KOVAX-SPRITZE 10 mL Spritze	Koreavaccine	22G-10ML	Füllen Sie den mikrofluidischen Akustophoresekanal mit blasenfreiem demineralisiertem Wasser.
Flüssiges Polydimethylsiloxan, PDMS	Dow Corning Inc.	Sylgard 184	Bestandteile des Chips
LB Broth Miller	BD Difco	244620	Zellkultur (Luria-Bertani Medium)
Mikroskop	Olympus Corp.	IX-81	Beobachtung der Trennung
PBS-Puffer	Steinbock wissenschaftlich	PBS-1A	Wasing-Bakterien
PEEK-Röhrchen	Saint-Gobain Ppl Corp.	AAD04103	Injizieren oder Sammeln von Partikeln
Piezoelektrischer Wandler	Fuji Ceramics	C-213	Erzeugen einer spezifischen Welle im Kanal
Leistungsverstärker	Amplifier Research	75A250A	Verstärken
der Frequenz Druckregler/μ flucon	AMED	AMED-μ flucon	Regelung des Luftdruck-/Durchflussreglers
Tris-HCl Puffer	Invitrogen	15567027	Wasing
Partikel Rohrrotator	SeouLin Bioscience	SLRM-3	Modifizierung von Aptamer und Kügelchen