Kapillar-basierten Kreisel Mikrofluidik-Vorrichtung zur Größe steuerbare Bildung von monodispersen Mikrotröpfchen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Erzeugung von monodispergierten Wasser- und Öl-Mikrotröpfchen für biologische Studien unter Verwendung eines auf Kapillaren basierenden zentrifugalen axisymmetrischen, mitfließenden Mikrofluidikgeräts. Diese Methode kann dazu beitragen, monodisperse Mikrotröpfchen für den biochemischen Bereich herzustellen, um die Erforschung der Arbeit in der Synthese, der Einzelmolekül-PCR, der Einzelverkapselung und der einfachen Modellierung lebender Zellen voranzutreiben. Die Hauptvorteile dieser Technik sind, dass sie einfach und einstellbar ist.

Es benötigt weniger als einen Mikroliter Probenlösung und kann monodispergierte Mikrotröpfchen in der erforderlichen Größe produzieren. Das Verfahren wird von Morita, einer Postdoktorandin aus meinem Labor, demonstriert. Die kapillarbasierte mikrofluidische Montage beginnt mit der Vorbereitung des Kapillarhalters.

Beginnen Sie mit dem Fräsen von vier Scheiben aus zwei Millimeter dicken Polyacetyl-Kunststoffplatten mit einer Fräsmaschine. Die Scheiben werden verwendet, um eine Säule zu bilden, die von Stangen und Schrauben getragen wird. Montieren Sie die Platten mit M.2-Schrauben.

Montieren Sie zunächst aus den Scheiben eins und zwei die Unterseite des Halters. Kürzen Sie dann die Schrauben, indem Sie sie in die Gewindeabschnitte schneiden. Verbinden Sie drei der vier Löcher, um die beiden Scheiben zu einem 0,9 Zentimeter dicken Stapel zu sichern.

Bauen Sie auf ähnliche Weise den oberen Teil des Halters aus den Scheiben drei und vier zusammen. Verwenden Sie zwei der Löcher in jeder Platte, um die Platten zu verbinden. Machen Sie den Stapel 0,7 Zentimeter hoch.

Verbinden Sie nun mit einer langen Schraube die beiden leeren Löcher im oberen Teil des Halters mit den beiden leeren Löchern im unteren Teil des Halters. Die lange Schraube sollte einen Spalt zwischen den Haltern setzen, der etwa zwei bis drei Millimeter beträgt, und der Kopf der Schraube sollte etwa 2,2 Zentimeter über den fertigen Halter hinausragen. Bei jedem Experiment wird ein neuer Satz Kapillaren verwendet, der aus zwei Kapillaren hergestellt wird.

Stelle aus einer 90 Millimeter Kapillare mit einem Glasschneider zwei innere Kapillaren her. Machen Sie zwei gleich große Abschnitte. Aus einer 150 Millimeter Kapillare machen Sie drei innere Kapillarabschnitte.

Schärfen Sie anschließend mit einem Glasabzieher jeden Kapillarabschnitt. Stellen Sie das Gewicht des Abziehers auf das Maximum ein und stellen Sie die Hitze auf 60-70 Grad für die äußere Kapillare oder 70-80 Grad für die innere Kapillare ein. Schärfe dann das Glas vorsichtig.

Halten Sie die Länge der verengten Teile der Kapillaren innerhalb der empfohlenen Grenzen. Wenn die Länge der Spitzen zu lang oder zu kurz ist, stellen Sie das Heizelement ein, bis die richtige Länge erreicht ist. Bereiten Sie sich nun darauf vor, die Spitzen abzuschneiden.

Befestigen Sie zunächst eine Kapillare mit durchsichtigem Klebeband an einem Mikroskoptisch. Überragen Sie die Spitze unter dem Objektiv. Schneiden Sie dann mit einem Platindraht, der mit Glasperlen bedeckt ist, die Spitze in drei Schritten ab.

Bringen Sie zuerst die Kapillare an der Stelle, an der der Bruch auftreten soll, in Kontakt mit einer kalten Perle. Erhitzen Sie den Draht anschließend ein bis zwei Sekunden lang. Schneiden Sie dann drittens die Spitze ab, indem Sie den Platindraht abkühlen.

Dieser Vorgang sollte mit einer Fußpedalsteuerung durchgeführt werden, um den Draht zu erhitzen. Passen Sie nun mit einer Mikroschmiede die Durchmesser der Kapillaröffnungen an. Für die beiden äußeren Glaskapillaren machen Sie die Öffnungen auf 60 Mikrometer.

Für die drei inneren Kapillaren bilden sich Öffnungen mit Durchmessern von fünf, 10 und 20 Mikrometern. Um die Mikrotröpfchen zu erzeugen, wird zunächst eine äußere Glaskapillare mit einem ölhaltigen Tensid wie Hexadecan mit 2 Gew.-% Sorbitinmonooleat gefüllt. Laden Sie 10 Mikroliter der Lösung in die Kapillare.

Befestigen Sie dann die geladene Kopillare am unteren Teil des Halters. Laden Sie anschließend mit Kapillarwirkung etwa 0,1 Mikroliter wässrige Lösung in eine innere Glaskapillare. Positionieren Sie die belastete Innenkapillare im oberen Teil des Halters.

Führen Sie nun die innere Kapillare quer über die Halterung und in die äußere Kapillare ein. Während Sie die Spitze durch ein Mikroskop beobachten, drehen Sie die lange Schraube des Halters, um langsam und vorsichtig von der inneren Kapillare in die äußere Kapillare vorzudringen. Schieben Sie die innere Kapillare so weit vor, dass der Durchmesser der äußeren Kapillare zwischen 100 und 150 Mikrometern liegt.

Geben Sie nun 100 Mikroliter des gleichen Öls mit Tensid in den Boden eines 1,5-Milliliter-Mikroröhrchens. Dieses dient als Mikrodoplet-Sammelröhrchen. Positionieren Sie den Halter und die Kapillaren vorsichtig in das geladene Mikroröhrchen.

Stellen Sie sicher, dass die äußere Kapillare nicht mit der Lösung im Mikroröhrchen in Berührung kommt. Laden Sie dann das Röhrchen in eine ausschwenkbare Tischzentrifuge. Um die Mikrotröpfchen zu erzeugen, lassen Sie die Zentrifuge ein bis zwei Sekunden lang bei der 1.600-fachen Schwerkraft laufen.

Entfernen Sie dann die Kapillaren und den Halter aus dem Röhrchen und entnehmen Sie ein Aliquot der im Röhrchen gesammelten Wasser-Öl-Mikrotröpfchen. Schleudern Sie die Mikrotröpfchen auf einen Objektträger und bilden Sie sie für die Analyse ab. Unter Verwendung dieses Protokolls wurden verschiedene Wasser-Öl-Mikrotröpfchen aus Hexadecan hergestellt, die 2%Sorbitinmonooleat enthielten.

Tröpfchen, die mit einer inneren Pipette mit einem Öffnungsdurchmesser von fünf Mikrometern hergestellt wurden, wurden mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 8,3 Mikrometern gemessen. Tröpfchen, die mit einer inneren Pipette mit einem Öffnungsdurchmesser von 10 Mikrometern hergestellt wurden, wurden mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 12,7 Mikrometern gemessen. Tröpfchen, die mit einer inneren Pipette mit einer 20-Mikrometer-Öffnung hergestellt wurden, hatten einen Durchmesser von etwa 17,9 Mikrometern.

Auf diese Weise werden bei diesem Verfahren monodisperse Mikrotröpfchen erzeugt, die einen Durchmesser nahe der Größe der inneren Kapillaröffnung haben. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man monodispergierte Wasser- und Öl-Mikrotröpfchen für quantitative chemische Experimente herstellt und kontrolliert. Einmal gemeistert, kann diese Technik in fünf bis 10 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.