Phasendiagramm Charakterisierung mit Magnetic Beads als flüssige Träger

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, das Verschleppungsvolumen zwischen benachbarten Flüssigkeitssegmenten innerhalb eines Labor- und Röhrchengeräts mit Hilfe von magnetischen Kügelchen zu analysieren. Dies wird erreicht, indem die Vorrichtung unter Verwendung eines hydrophoben Schlauchs hergestellt wird, der mit einer Spritzenpumpe beladen ist, die aus mehreren Flüssigkeitssegmenten besteht, die durch ein Luftventil getrennt sind und sowohl magnetische Kügelchen als auch einen Fluoreszenzfarbstoff in eine der Flüssigkeiten einschließen. In einem zweiten Schritt wird die Fluoreszenzintensität der benachbarten Flüssigkeitssegmente mit einem Mikroskop gemessen, nachdem jeder Transfer der magnetischen Kügelchen mit einem externen Magneten durchgeführt wurde.

Als nächstes wird eine numerische Analyse dieser Fluoreszenzintensitätsmessungen durchgeführt, um das Verschleppungsvolumen der magnetischen Kügelchen zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Analyse der Phasenänderung in einem Mehrkomponentensystem, das aus zwei Flüssigkeiten besteht, machbar ist, basierend auf der Fähigkeit, magnetische Kügelchen als Methode zum Transfer von mikrolitergroßen Flüssigkeitsvolumina zwischen benachbarten Reservoiren zu verwenden. Ich hoffe, dass Sie heute sehen werden, dass wir mit dieser sehr aufregenden und einfachen Technik arbeiten, bei der magnetische Kügelchen beim Transfer von Flüssigkeiten innerhalb eines einfachen Rohrs verwendet werden, im Gegensatz zu komplexeren herkömmlichen mikrofluidischen Schaltkreisen.

Und wir haben es zunächst auf die Untersuchung der Gesichtsbasis zwischen zulässigen Flüssigkeiten angewendet, und wir weiten es jetzt auf andere, andere Anwendungen aus, einschließlich der diagnostischen Analyse von Vollblut, die Proteine von roten Blutkörperchen trennt, Urinanalysen, Immunoassays und so weiter. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen bestehenden Methoden, wie z. B. der Verwendung von mikrofluidischen Kanälen, besteht darin, dass sie einfach und kostengünstig herzustellen ist. Es bietet eine hohe Benutzervariabilität zwischen verschiedenen Experimenttypen und liefert konsistente Ergebnisse.

Obwohl diese Methode Einblicke in Anwendungen geben kann, die eine Bewegung von einer Minute und Spitzenvolumina erfordern, kann sie auch auf andere Systeme wie Bluttrennung, Wirkstoff-Targeting und Kontrastmittel angewendet werden. Um das Rohr vorzubereiten, schneiden Sie zuerst den Schlauch in 15 Zentimeter große Segmente, hängen Sie die Schlauchsegmente vertikal mit Klebeband auf und legen Sie ein Papiertuch unter die Rohre, um die überschüssige Fluorpolymerlösung aufzufangen. Injizieren Sie 100 Mikroliter der Fluorpolymerlösung mit einer Pipette in die obere Öffnung jedes Röhrchensegments, so dass sie mit dem gesamten Umfang der Innenwand in Berührung kommt.

Lassen Sie die Röhrchensegmente eine Stunde lang an Ort und Stelle hängen, um überschüssige Menge an Fluorpolymerlösung zu entfernen. Anschließend werden die Rohrsegmente für eine Stunde bei 100 Grad Celsius in einen Ofen gelegt, um die Fluorpolymer-Beschichtungsschicht zu anhaften. Bereiten Sie anschließend die verdünnte magnetische Bead-Lösung vor, indem Sie ein 20-Milliliter-Probenfläschchen auf eine Mikrowaage stellen und die Waage auf Null stellen.

Rühren Sie den magnetischen Bead-Lösungsbehälter und entnehmen Sie dann 0,6 Milliliter mit einer Mikropipette. Geben Sie die pipettierte Lösung in das Probenfläschchen auf der Waage und geben Sie 0,4 Milliliter destilliertes Wasser in das Probenfläschchen. Bereiten Sie außerdem den Fluoreszenzfarbstoff vor, indem Sie 0,02 Gewichtsprozent des Farbstoffs in entionisiertem Wasser auflösen und die Lösung eine Minute lang vortexen.

Um das Schlauchgerät vorzubereiten, stecken Sie eine weibliche Köderverriegelung an ein Ende des Schlauchs. Legen Sie den Schlauch in eine Köderverschlussspritze mit einem Volumen von drei Millilitern und einer Teilung von 0,1 Millilitern. Setzen Sie die Spritze in die Spritzenpumpe ein und stellen Sie die Fördermenge auf zwei Milliliter pro Stunde ein.

Den Behälter mit einer magnetischen Bead-Lösung einreiben, bevor Sie 20 Mikroliter mit Hilfe der Spritzenpumpenentnahme in das Röhrchen einführen. Nachdem die Prüfkammer abgeschlossen ist, wird das Einbringen der Flüssigkeit mit sechs Mikrolitern Luft in das Röhrchen abgesaugt. Dieses Luftvolumen wird später ein Ventil zwischen den beiden Flüssigkeitssegmenten bilden.

Sobald das Einsetzen des Luftspalts abgeschlossen ist, beginnen Sie mit der Entnahme von 180 Mikrolitern Flüssigkeit mit dem Fluoreszenzstempel. Setzen Sie eine zweite weibliche Köderverriegelung auf das andere Ende des Schlauchs und entfernen Sie das Schlauchgerät aus der Spritze. Platzieren Sie dann die Lockkappen an beiden Enden des Geräts.

Nehmen Sie die erste Fluoreszenzintensitätsmessung der Prüfkammer und des Reservoirs mit dem inversen Mikroskop vor. Platzieren Sie das Gerät so über dem Würfelmagneten, dass sich die magnetischen Kügelchen alle zu einem Bereich in der Testkammer trennen. Übertragen Sie die Kügelchen in das Reservoir, indem Sie das Gerät über die Oberseite des Magneten bewegen.

Sobald der magnetische Bead-Cluster durch den Luftspalt in das Reservoir übertragen wurde, bewegen Sie die magnetischen Beads, indem Sie das Gerät über die Oberseite des Magneten legen und drehen, um die im Cluster eingeschlossene Flüssigkeit freizusetzen, bis die Homogenisierung des Reservoirs abgeschlossen ist. Platzieren Sie dann das Gerät so über dem Magneten, dass sich die magnetischen Kügelchen im Reservoir alle in einem Bereich trennen. Übertragen Sie das magnetische Bead-Cluster zurück in die Prüfkammer.

Sobald das Cluster die Testkammer erreicht hat, bewegen Sie die magnetischen Kügelchen, indem Sie das Gerät über die Oberseite des Magneten legen und drehen. Die eingeschlossene fluoreszierende Flüssigkeit wird freigesetzt, bis die Homogenisierung der Prüfkammer abgeschlossen ist. Nehmen Sie mit dem inversen Mikroskop Messungen der Fluoreszenzintensität sowohl der Prüfkammer als auch des Reservoirs vor.

Wiederholen Sie diese Schritte, bis beide Flüssigkeitssegmente zu ähnlichen Fluoreszenzintensitäten konvergieren. Um das Schlauchgerät vorzubereiten, setzen Sie ein weibliches Köderschloss auf ein Ende des Schlauchs und legen Sie den Schlauch in eine Köderverschlussspritze. Setzen Sie dann die Spritze in die Spritzenpumpe ein und stellen Sie die Fördermenge auf zwei Milliliter pro Stunde ein.

Führen Sie 20 Mikroliter eines Eins-zu-Eins-Magnetkügelchens in Wasser zu C 12 E fünf gemischter Lösung in das Röhrchen ein, indem Sie die Spritzenpumpe herausnehmen. Nachdem die Prüfkammer abgeschlossen ist, ziehen Sie nach dem Einführen des Luftspalts sechs Mikroliter Luft in das Rohr zurück. Beginnen Sie mit der Entnahme von 180 Mikrolitern reinem Ebenbild C 12 E fünf, um die Optik einzurichten.

Bewegen Sie zunächst die Spritzenpumpe mit der Schlauchvorrichtung so, dass die Prüfkammer mit den magnetischen Kügelchen scharf ist. Beim Stereomikroskop werden Kreuzpolarisatoren verwendet. Um den Kontrast zwischen der gefällten Festphase und der flüssigen Phase zu verstärken, legen Sie eine Folie Polarisationsfolie auf eine LED-Lichtquelle. Schieben Sie die LED-Lichtquelle unter den Schlauch, der an der Spritzenpumpe befestigt ist.

Befestigen Sie eine weitere Polarisationsfolie mit Klebeband an der Linse des Stereomikroskops, achten Sie darauf, dass die beiden Polarisationsfolien einen 90-Grad-Versatz zueinander haben. Platzieren Sie den Würfelmagneten neben der Prüfkammer, während der Magnet auf einem Ständer montiert ist. Sobald die magnetischen Kügelchen einen Cluster bilden, beginnen Sie, Flüssigkeiten mit einer Fördergeschwindigkeit von zwei Millilitern pro Stunde in das Röhrchen zu pumpen, so dass der magnetische Bead-Cluster von der Testkammer über den Luftspalt in die Kammer des Tensidreservoirs bewegt wird.

Wenn das magnetische Bead-Cluster den Mittelpunkt der Reservoirkammer erreicht, stoppen Sie das Pumpen an der Spritzenpumpe. Bewegen Sie den Würfelmagneten vom Rohr weg, damit die magnetischen Kügelchen die Diffusionszeit der im magnetischen Bead-Cluster eingeschlossenen Flüssigkeit trennen und verkürzen können. Sobald die Diffusion und der Phasenwechsel der Flüssigkeit abgeschlossen sind, platzieren Sie den Magneten wieder an seinem ursprünglichen Bestimmungsort am Reservoir, so dass sich die magnetischen Kügelchen zu einem Cluster bilden.

Entnehmen Sie die Flüssigkeiten mit der Spritzenpumpe so, dass das magnetische Kügelchencluster aus dem Tensidbehälter über den Luftspalt zurück in die Prüfkammer gelangt. Nachdem das magnetische Bead-Cluster die Mitte der Testkammer erreicht hat, stoppen Sie die Spritzenpumpe und bewegen Sie den Würfelmagneten vom Röhrchen weg. Sobald die Diffusion und der Phasenwechsel der Flüssigkeit abgeschlossen sind, platzieren Sie den Magneten wieder an seinem ursprünglichen Bestimmungsort am Reservoir, so dass sich die magnetischen Kügelchen zu einem Cluster bilden.

Wiederholen Sie diese Schritte, bis die Prüfkammer eine Phasenänderung anzeigt. Hier ist ein Bild der magnetischen Kügelchen Wasser und des nichtionischen Tensids C 12 E fünf im Inneren des hydrophoben Schlauchs. Während des anfänglichen magnetischen Bead-Transferprozesses werden die Beads mit einem externen Würfelmagneten an Ort und Stelle gehalten.

Während hier die Flüssigkeiten nach links gepumpt werden, verlassen die Kügelchen die Prüfkammer und gelangen in die C 12 E five. Sobald die magnetischen Kügelchen eindringen, beginnt das Tensidwasser von der magnetischen Perlchenstruktur weg zu diffundieren. Nachdem sich die magnetischen Kügelchen fünf Sekunden lang in der Tensidkammer befunden haben, ist bei der Zehn-Sekunden-Marke nur noch eine geringe Phasenänderung zu sehen.

Die magnetischen Kügelchen sind vollständig vom Tensid umhüllt. Der Phasenwechsel setzt sich bis zur 92. Marke bei vier Minuten fort. Der Phasenwechsel nimmt nach neun Minuten zu.

Die horizontale Phasenänderung beginnt sich zu verringern, während die Struktur vertikal wächst. Während bei 17 Minuten die Phasenänderung drastisch geschrumpft ist, ist bei 25 Minuten nur noch ein kleiner Teil der Phasenänderung zu sehen. Hier ist der Ausgangszustand einer Wasser C 12 V fünf Testkammer mit magnetischen Kügelchen im Gerät, bevor das Tensid übertragen wurde.

Nach sechs Roundtrip-Transfers kam es zu einem Phasenwechsel. Umgekehrt wurde ohne magnetische Kügelchen im Gerät keine Phasenänderung beobachtet, was beweist, dass die beobachteten Ergebnisse eher auf eine Verschleppung der magnetischen Kügelchen als auf Flüssigkeit zurückzuführen sind. Festkleben an den Innenwänden des Schlauchs Beim Versuch dieses Verfahrens.

Es ist wichtig, genügend Zeit zu haben, damit der Diffusionsprozess stattfinden kann, wenn Flüssigkeiten zwischen benachbarten Reservoirs umgefüllt werden. Befolgen Sie dieses Verfahren. Andere Optionen, wie die Verwendung einer elektromagnetischen Vegetation, können in unser System integriert werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, z. B. wie der Teilungsprozess beschleunigt und die manuelle Manipulation minimiert werden kann. Um dies in einen Kontext zu setzen, wurde diese sehr einfache Technik, die im Wesentlichen ein Kunststoffrohr und magnetische Kügelchen sowie einen externen Magneten umfasst, auf die Trennung verschiedener Flüssigkeiten und die Erforschung ihres Phasendiagrammraums angewendet.

Die Vielseitigkeit und Einfachheit der Technik wird sich jedoch auch in vielen anderen Anwendungen auszahlen, vor allem im Bereich der diagnostischen Analyse verschiedener Flüssigkeiten. Durch den Einsatz von magnetischen Bienen zum Transport kleiner Volumina entweder direkt oder durch Funktionalisierung der magnetischen Kügelchen können wir die Bestandteile der flüssigen Probe analysieren. Und das hat Anwendungen in allen Bereichen.

Zum Beispiel die Trennung und Analyse von Protein aus roten Blutkörperchen im Vollblut, ähnlich im Urin und vielen anderen Flüssigkeiten, die auf diese Weise mit einer einfachen Technik analysiert werden können, ohne die Komplexität und die Kosten, die mit der herkömmlichen Herstellung von mikrofluidischen Geräten verbunden sind.