Name: Fase Diagrama Caracterización utilizando perlas magnéticas como vehículos líquidos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 37 s
Description: Aprenda a caracterizar diagramas de fase en sistemas líquidos complejos utilizando perlas magnéticas como vehículos líquidos en dispositivos lab-in-tube. Este método simplificado facilita el estudio de cambios de fase.

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Los autores reconocen muchas discusiones útiles con M. Caggioni y el apoyo de Proctor and Gamble en forma de una pasantía para NAB.

1. Preparación de una sola vez Uso de Materiales en Device <ol><li> Preparación de tubo <ol><li> Cortar la tubería en 15 cm segmentos. Tubería tiene 1,6 mm de diámetro interior y 3,2 mm de diámetro exterior. </li><li> Segmentos de tubo Colgar verticalmente con cinta. Coloque la toalla de papel por debajo de los tubos para recoger el exceso de solución de polímero fluorado. </li><li> Inyectar 100 l de solución de polímero fluorado en la abertura superior de cada segmento de tubo usando la jeringa, de manera que entre en contacto con toda la circunferencia en la-pared interna. </li><li> Permitir a segmentos de tubo para colgar en su lugar durante 1 hora para eliminar el exceso de cantidad de solución de polímero fluorado. </li><li> Limpie cualquier solución fluoropolímero de lado inferior del tubo que no gotee fuera. Retire la tubería desde la posición que cuelga y disponer de toallas de papel. </li><li> Segmentos Place tubo en horno a 100 ° C durante 1 hora para recocer la capa de revestimiento de fluoropolímero. </li><li> Retire segmentos de tubo del horno. Utilice pinzas, como seg tubomentos estarán calientes. </li></ol></li><li> Preparación de la solución de perlas magnéticas diluido <ol><li> Calcular la concentración de perla magnética necesaria para alcanzar el volumen arrastre deseada, según lo determinado por la relación entre arrastre de volumen y masa MB se muestra en la Figura 2. Nota: La solución MB original tiene 1 g de MBs en 50 ml de solución. Teniendo en cuenta un volumen de cámara de prueba de 20 l, diluir la solución MB original con agua destilada a una relación de 6: 4 (solución MB: agua) para obtener un volumen arrastre de ~ 0,4 l. Ajuste relación de dilución cuando se desea diferente volumen de arrastre. </li><li> Colocar un vial de 20 ml de muestra en un micro-equilibrio. Cero el equilibrio. </li><li> Agitar el envase de la solución perla magnética, a continuación, retirar 0,6 ml utilizando un micro-pipeta. </li><li> Prescindir de solución de pipeta en el frasco de la muestra en el equilibrio. </li><li> Dispensar 0,4 ml de agua destilada en el vial de muestra. </li></ol></li><li> Fluorescente tinte lpreparación iquid <ol><li> Disolver 2 wt.% De un colorante en agua DI por agitación de la solución durante 1 min. </li></ol></li></ol> 2. Preparación de la instalación experimental para experimentos de fluorescencia <ol><li> Preparación del dispositivo de tubo. <ol><li> Insertar un conector Luer-lock hembra en un extremo de la tubería. </li><li> Se coloca el tubo en una jeringa Luer-lock que tiene un volumen de 3 ml y 0,1 ml de la graduación. </li><li> Coloque la jeringa en la bomba de jeringa y fijar la velocidad de alimentación a 2 ml / hr. </li><li> Para la inserción precisa de los líquidos en el tubo, utilizar la bomba de jeringa para extraer la solución que contiene las perlas magnéticas y colorante fluorescente. </li><li> Inserto 20 l de solución de perlas magnéticas en el tubo de retirada utilizando una bomba de jeringa. Este segmento de líquido se conoce como la cámara de prueba (volumen de la cámara de prueba puede variar dependiendo del experimento). Vortex el recipiente con solución perla magnética durante 1 min y luego agitar a mano durante<html> el ciclo de retirada para formar MB dispersiones uniformes. </li><li> Después de que se llegó a la conclusión de inserción líquido cámara de prueba, retirar 6 l de aire en el tubo. Este volumen de aire más tarde formará una válvula en entre los dos segmentos líquidos. </li><li> Una vez finalizada la inserción espacio de aire, comenzará la retirada de 180 l de líquido con colorante fluorescente. Este segmento de líquido se conoce como el depósito. Volumen del depósito puede variar dependiendo del experimento. Volumen del depósito más grande es beneficioso para reducir al mínimo el cambio de concentración de colorante. </li><li> Coloque un segundo conector Luer-lock hembra en el otro extremo del tubo. </li><li> Retire el dispositivo de tubo de la jeringa. </li><li> Coloque tapas Luer-lock en ambos extremos del dispositivo. </li></ol></li><li> Configuración óptica para los experimentos de fluorescencia <ol><li> Encienda todos los componentes conectados al microscopio invertido. </li><li> Encienda el ordenador y abra el software de imágenes de microscopio. </li></ol></li></ol>&quot;Procedimiento Experimental 3.&gt; Para experimentos de fluorescencia <ol><li> Tomar la medida de intensidad de fluorescencia inicial de la cámara de prueba y el depósito utilizando el microscopio invertido. Al analizar la fluorescencia de la muestra, asegúrese de que la atención se centra en la posición central (en ambas direcciones xey) del segmento de líquido dentro del tubo. Mediciones de registro en la hoja de cálculo de datos. </li><li> Coloque el dispositivo sobre la parte superior del imán del cubo de tal manera que las perlas magnéticas todas segregan a un área en la cámara de prueba. Transferencia de las perlas para el depósito moviendo el dispositivo sobre la parte superior del imán (~ 10 seg). El imán de neodimio cubo de 1 pulgada es de grado N48 con una fuerza de tracción de 45,6 kg. </li><li> Una vez clúster perla magnética se transfiere a través del espacio de aire y en el depósito, agitar las perlas magnéticas colocando el dispositivo sobre la parte superior del imán y de rotación para liberar el líquido que se está atrapado dentro de la agrupación. Continuar la agitación de las perlas magnéticas hasta homogeneización del depósito ha sidocompletado (~ de 30-45 seg). </li><li> Coloque el dispositivo sobre la parte superior del imán de manera que las perlas magnéticas en el depósito de todos segregar a una área. Transferir el cúmulo de cuentas magnéticas de nuevo a la cámara de prueba. </li><li> Una vez que el grupo alcanza la cámara de prueba, agitar las perlas magnéticas colocando el dispositivo sobre la parte superior del imán y de rotación para liberar el líquido fluorescente atrapado dentro. Continuar la agitación de las perlas magnéticas hasta homogeneización de la cámara de prueba se ha completado (~ de 30-45 seg). </li><li> Tome medidas de intensidad de fluorescencia tanto de la cámara de prueba y el depósito utilizando el microscopio invertido. Mediciones de registro en la hoja de cálculo de datos. </li><li> Los pasos 3,2 a 3,6 se repiten hasta que ambos segmentos líquidos convergen para intensidades similares de fluorescencia (~ 100 ciclos). </li></ol> 4. Numérica Análisis de Datos fluorescente <ol><li> Con los datos de intensidad fluorescentes almacenados en una hoja de cálculo, realice el análisis numérico utilizando MATLAB. </li><li> Derive ecuaciones para calcular un valor teórico de la intensidad de la fluorescencia tanto en el depósito y la cámara de prueba. Incorporar las siguientes ecuaciones en un archivo de secuencia de comandos de MATLAB: donde I es la intensidad de fluorescencia (AU), V es el volumen (l), n es el número de transferencias, R es el reservorio, T es la cámara de ensayo, y C es llevar a-over. </li><li> Usando MATLAB, generar parcelas y analizar para determinar el volumen de arrastre para todos los experimentos. Utilice estos datos para producir la figura 2. </li></ol> 5. Preparación de la instalación experimental para experimentos de tensioactivos <ol><li> Preparación del dispositivo de tubo. <ol><li> Inserte una hembra Luer-lock en un extremo de la tubería. </li><li> Se coloca el tubo en una jeringa Luer-lock. </li><li> Coloque la jeringa en la bomba de jeringa y fijar la velocidad de alimentación a 2 ml / hr. </li><li> Para la inserción precisa de los líquidos en el tubo, utilizar la bomba de jeringa para extraer la solución que contiene las perlas magnéticas y surfactant. </li><li> Inserte solución grano 20 l magnética en el tubo mediante la retirada de la bomba de jeringa. Este segmento de líquido se conoce como la cámara de prueba (volumen de la cámara de prueba puede variar dependiendo del experimento). Agite el recipiente con solución perla magnética con la mano durante el ciclo de retirada para formar MB dispersiones uniformes. </li><li> Después de que se llegó a la conclusión de inserción líquido cámara de prueba, retirar 6 l de aire en el tubo. Este volumen de aire más adelante se refiere como el espacio de aire. </li><li> Una vez finalizada la inserción espacio de aire, comenzará la retirada de 180 l de tensioactivo C12E5 puro. Esto más tarde ser referido como el depósito. </li></ol></li><li> Configuración óptica para experimentos de surfactante. <ol><li> Mueva la bomba de jeringa con dispositivo de tubo de tal manera que la cámara de ensayo con perlas magnéticas está en foco con el microscopio estereoscópico. </li><li> Coloque una hoja de película polarizador en la parte superior de una fuente de luz LED. Deslice la fuente de luz LED debajo del tubo adherido ala bomba de jeringa. </li><li> Adjunte otra película polarizador en la lente del microscopio estéreo utilizando cinta. Asegúrese de que las dos películas polarizador tienen un desfase de uno a 90 grados. </li><li> Montar un CCD (dispositivo de carga acoplada) cámara al microscopio estereoscópico. Conecte la cámara al ordenador y abrir el software de imágenes. </li></ol></li></ol> 6. Procedimiento experimental para experimentos de tensioactivos <ol><li> Coloque el imán del cubo al lado de la cámara de prueba mientras que el imán está montado sobre un soporte. </li><li> Una vez que las perlas magnéticas forman un clúster, comenzar el bombeo de líquidos en el tubo en la velocidad de alimentación de 2 ml / hr de tal manera que el clúster perla magnética se mueve desde la cámara de prueba, a través del entrehierro, y en la cámara de depósito de agente tensioactivo. </li><li> Una vez que el clúster perla magnética alcanza el punto medio de la cámara de depósito, parar el bombeo en la bomba de jeringa. </li><li> Mueva el imán cubo de distancia desde el tubo, lo que permite perlas magnéticas para separar unand reducir el tiempo de difusión del líquido atrapado en el clúster perla magnética. </li><li> Ver la pantalla del ordenador para observar el H 2 O / ciclo de mezcla C12E5 por diferentes fases. </li><li> Una vez que se completa la difusión y la fase de cambio del líquido, colocar el imán de nuevo a su destino anterior por el depósito por lo que las perlas magnéticas se forman en una agrupación. </li><li> El uso de la bomba de jeringa, retirar los líquidos tales que el clúster perla magnética se transfiere desde el depósito de agente tensioactivo, a través del espacio de aire, y de nuevo en el H 2 O cámara de prueba. </li><li> Una vez que el clúster perla magnética alcanza el punto medio de la cámara de prueba, parar el bombeo en la bomba de jeringa. </li><li> Mueva el imán cubo de distancia desde el tubo. Esto permitirá perlas magnéticas se separen y ayudará a reducir el tiempo de difusión del líquido atrapado en el clúster perla magnética. </li><li> Ver la pantalla del ordenador para observar el H 2 O / ciclo de mezcla C12E5 por diferentes fases. </li&gt; <li> Una vez finalizada la fase de difusión y cambio del líquido, colocar el imán de nuevo a su destino anterior de la cámara de prueba por lo que las perlas magnéticas se forman en un clúster. </li><li> Repita los pasos 6.2 a 6.11 hasta la cámara de prueba muestra un cambio de fase. </li></ol>

<ol><li>Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+applications+of+magnetic+particles+for+biological+analysis+and+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+review%22%5BJournal%5D)">Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis.</a> Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).</li>
<li>Kozissnik, B., Dobson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+applications+of+mesoscale+magnetic+particles%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Bulleti%22%5BJournal%5D)">Biomedical applications of mesoscale magnetic particles.</a> MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).</li>
<li>Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -L., Malaquin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+Magnetic+Tweezers+and+Droplet+Microfluidic+Device+for+High-Throughput+Nanoliter+Multi-Step+Assays%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Editio%22%5BJournal%5D)">Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays.</a> Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).</li>
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<li>Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dilute+lamellar+and+L3+phases+in+the+binary+water-C12E5+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Chemical+Society%2C+Faraday+Transaction%22%5BJournal%5D)">Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system.</a> Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).</li>
<li>Chen, B. -H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolution+Rates+of+Pure+Nonionic+Surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Langmui%22%5BJournal%5D)">Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants.</a> Langmui. 16, 5276-5283 (2000).</li>
<li>Warren, P. B., Buchanan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+surfactant+dissolution%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Colloid%2C+%26+Interface+Scienc%22%5BJournal%5D)">Kinetics of surfactant dissolution.</a> Current Opinion in Colloid, & Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).</li>
<li>Laughlin, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLaughlin%2C+R+%22The+Aqueous+Phase+Behavior+of+Surfactant%22">The Aqueous Phase Behavior of Surfactant</a>. , Academic Press. New York. (1996).</li>
<li>Laughlin, R. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+Studies+by+Diffusive+Interfacial+Transport+Using+Near-Infrared+Analysis+for+Water+%28DIT-NIR%29%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR).</a> The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).</li>
<li>Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aqueous-Phase+Behavior+and+Cubic+Phase-Containing+Emulsions+in+the+C12E2%E2%88%92Water+System%5BTitle%5D)+AND+%22Langmui%22%5BJournal%5D)">Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2−Water System.</a> Langmui. 16, 3537-3542 (2000).</li>
</ol>

Los autores no tienen intereses financieros contrapuestos.

En las técnicas más comunes para la investigación diagrama de fases, varias muestras con diferentes composiciones y proporciones deben estar preparados y tienen que alcanzar el equilibrio termodinámico que provoca un proceso largo y una cantidad significativa de material. Algunos desafíos pueden ser resueltos por DIT método (transporte interfacial difusiva) utilizando capilar plana y el método de análisis de infrarrojos, pero ninguno de ellos puede resolver todos los retos con inversión de bajo costo. <p class="jove...

Las perlas magnéticas (MBS) en el orden de 1 micrómetro de diámetro se han utilizado muy a menudo en 1,2 aplicaciones basadas en microfluidos, en particular para dispositivos biomédicos. En estos dispositivos, MBs han ofrecido capacidades tales como la celular y la separación de ácido nucleico, agentes de contraste, y la administración de fármacos, para nombrar unos pocos. La combinación de control externo (campo magnético) y microfluídica basada en gotitas ha permitido 3 de control de los inmunoensayos que usan volúmenes pequeños (&lt;100 nl). MBs también han mostrado una promesa cuando se utiliza para el manejo de líquido 4. Este enfoque utiliza los MBs para el transporte de biomoléculas entre segmentos de líquido dentro de un tubo separados por una válvula de aire. Este método no es tan potente como otros dispositivos más complejos lab-on-chip visto en el pasado, pero es mucho más simple y no ofrecen la capacidad de manejar volúmenes microlitro de tamaño de líquido. Un enfoque similar se ha descrito recientemente por el grupo de 5 Haselton y se aplica a biomédicaensayos. Uno de los aspectos más importantes de este dispositivo es la separación del segmento líquido ofrecido por la válvula de aire controlado por tensión superficial. Volúmenes microlitro de líquido conectados a MBs son transportados a través de este espacio de aire entre los segmentos de líquidos utilizando un campo magnético aplicado externamente. MBs de micropartículas (desde ~ 0,4-7 micras de diámetro con una media de 1,9 micras) bajo el efecto del campo magnético externo crear un clúster microporosa que atrapa líquido dentro. La fuerza de este atrapamiento de líquido es suficiente para resistir las fuerzas de tensión superficial en el transporte de los MBs de un depósito a la siguiente. Típicamente, este efecto no es deseable, ya que la mayoría de los enfoques sólo quieren transporte de moléculas específicas (tales como biomarcadores) contenidos dentro de los líquidos 6. Sin embargo, como se puede ver en nuestro trabajo, este efecto puede ser utilizado para convertirse en un aspecto positivo del dispositivo. Hemos utilizado este &quot;laboratorio en tubo&quot;Enfoque, que se muestra esquemáticamente en la Figura 1, para el análisis de los diagramas de fase en sistemas de materiales binarios. El tensioactivo C12E5 ha sido elegido como el foco principal de la caracterización, ya que se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales tales como productos farmacéuticos, productos alimenticios, cosméticos, etc. En particular, el H 2 sistema binario O / C12E5 fue investigada, ya que proporciona un rico conjunto de fases para explorar. Nos hemos centrado en un aspecto específico de esta mezcla química, es decir, las transiciones a fases cristalinas líquidas en determinadas concentraciones 7-9. Esta transición se observa fácilmente en nuestro dispositivo mediante la incorporación de los polarizadores en los estudios de microscopía óptica con el fin de poner de relieve los límites de fase. Ser capaz de mapear los diagramas de fase es una zona muy importante de estudio para entender la cinética involucrados con transición de fase 10. La capacidad para determinar con precisión la interacción de agentes tensioactivos con disolventes unand otros componentes es crucial debido a su complejidad y muchas fases distintas 11. Muchas otras técnicas se han utilizado previamente para caracterizar el cambio de fase. El enfoque convencional consiste en hacer muchas muestras, cada uno compuesto de diferentes concentraciones y permitiendo que se equilibren, que requiere largos tiempos de procesamiento y alta cantidad de volúmenes de muestra. A continuación, las muestras se analizan típicamente por métodos ópticos tales como el transporte difusivo interfacial (DIT), que ofrece alta resolución de tales composiciones de agentes tensioactivos 12,13. Al igual que en el método que hemos utilizado, el método DIT utiliza luz polarizada para imagen límites de fase distintas.

<table><tbody><tr><td>AccuBead</td><td>Bioneer Inc.</td><td>TS-1010-1</td><td>Perlas magnéticas</td></tr><tr><td>C12E5 Surfactante</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>76437</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Scientific Nalgene 890</td><td>Fisher Scientific</td><td>14176178</td><td></td></tr><tr><td>Imán</td> de <td>cubo Imanes de ápice</td><td>M1CU</td><td></td></tr><tr><td>Película polarizadora</td><td>Edmund Optics</td><td>38-493</td><td></td></tr><tr><td>Teflón AF</td><td>Dupont</td><td>400s1-100-1 Solución de</td><td>fluoropolímero</td></tr><tr><td>Keyacid Tinte rojo</td><td>Keystone</td><td>601-001-49</td><td>Colorante fluorescente</td></tr><tr><td>Luer-Lock</td><td>Cole-Parmer</td><td>T-45502-12</td><td>Hembra</td></tr><tr><td>Luer-Lock</td><td>Cole-Parmer</td><td>T-45502-56</td><td></td></tr><tr><td>Jeringa</td><td>Macho Fisher Scientific</td><td>14-823-435</td><td>3 ml</td></tr><tr><td>Bomba de jeringa</td><td>Stoelting</td><td>53130</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio estereoscópico</td><td>Nikon</td>Microscopio invertido <td>SMZ-2T</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Nikon</td><td>Eclipse Ti-U</td><td>El cubo de filtro utilizado tenía un rango de longitud de onda de excitación de 540-580 nm y un espejo dicroico de 585 nm, lo que permitía una fotoemisión de 593-668 nm.</td></tr><tr><td>Balance</td><td>Denver Instruments&nbsp;</td><td>PI-225D</td><td></td></tr><tr><td>cámara montada en microscopio</td><td>Motic</td><td>5000</td><td></td></tr></tbody></table>

fase diagrama caracterización utilizando perlas magnéticas como vehículos líquidos

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Las perlas magnéticas con ~ 1,9 m de diámetro promedio fueron utilizados para transportar volúmenes de microlitros de líquidos entre segmentos contiguos líquidos con un tubo para el propósito de investigar el cambio de fase de los segmentos líquidos. Las perlas magnéticas fueron controlados externamente usando un imán, lo que permite para las perlas para cerrar la válvula de aire entre los segmentos de líquido adyacentes. Un recubrimiento hidrófobo se aplica a la superficie interior del tubo para mejorar la separación entre dos segmentos líquidos. El campo magnético aplicado formó un clúster agregado de perlas magnéticas, la captura de una cierta cantidad de líquido dentro de la agrupación que se conoce como volumen de arrastre. Un colorante fluorescente se añadió a un segmento líquido, seguido de una serie de transferencias de líquidos, que luego cambió la intensidad de fluorescencia en el segmento de líquido vecina. Basándose en el análisis numérico de la intensidad de fluorescencia medido cambio, se ha encontrado el volumen arrastre por masa de perlas magnéticasser ~ de 2 a 3 l / mg. Esta pequeña cantidad de líquido permitido para el uso de comparativamente pequeños segmentos líquida de un par de cientos de microlitros, la mejora de la viabilidad del dispositivo para un enfoque de laboratorio en tubo. Esta técnica de aplicar pequeña variación composicional en un volumen de líquido se aplicó a analizar el diagrama de fase binaria entre el agua y el agente tensioactivo C12E5 (éter de monododecilo de pentaetileno glicol), lo que lleva a un análisis más rápido con volúmenes de muestra más pequeños que los métodos convencionales.

Utilizando el enfoque de Lab-en-Tube para el transporte de cantidades l de volumen de líquido con perlas magnéticas junto con MATLAB para el análisis numérico, volúmenes medios de arrastre de líquido, como una función de la masa de perlas magnéticas, se encontraron (Figura 2). Masa Superior de perlas magnéticas proporciona un mayor volumen de arrastre en la tasa de 2-3 l / mg. El montaje experimental (Figura 1) se utiliza para observar el cambio de fase en el H 2 O / sistema ...

Aquí, presentamos un protocolo para investigar diagramas de fase multicomponente utilizando perlas magnéticas controladas externamente como portadores de líquido en un enfoque de laboratorio en tubo. Este enfoque puede ayudar en aplicaciones que buscan recopilar más información sobre el cambio de fase en sistemas líquidos complejos.

Fase Diagrama Caracterización utilizando perlas magnéticas como vehículos líquidos

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for ...

El objetivo general del siguiente experimento es analizar el volumen de arrastre entre segmentos líquidos adyacentes dentro de un dispositivo de tubo en el laboratorio mediante el uso de perlas magnéticas. Esto se logra creando el dispositivo con tubos hidrófobos, cargado en una bomba de jeringa, que consta de múltiples segmentos líquidos separados por una válvula de aire e incorporando tanto perlas magnéticas como un colorante fluorescente en uno de los líquidos. Como segundo paso, se mide la intensidad fluorescente de los segmentos líquidos adyacentes mediante un microscopio tras cada transferencia de las perlas magnéticas realizada con un imán externo.A continuación, se realiza un análisis numérico sobre estas mediciones de intensidad fluorescente con el fin de calcular el volumen de arrastre de las perlas magnéticas. Los resultados muestran que es factible el análisis del cambio de fase en un sistema multicomponente compuesto por dos líquidos, basado en la capacidad de utilizar perlas magnéticas como método para transferir volúmenes de líquido del orden de microlitros entre depósitos adyacentes. Por tanto, como espero que vean hoy, estamos trabajando con una técnica muy interesante y sencilla que implica el uso de perlas magnéticas para transferir fluidos dentro de un tubo simple, en contraposición con circuitos microfluídicos convencionales más complejos.Y nosotros lo hemos aplicado inicialmente a la investigación de la separación de fases entre fluidos admisibles, y ahora estamos ampliando su uso a otras aplicaciones, incluyendo el análisis diagnóstico de sangre completa mediante la separación de proteínas de los glóbulos rojos, el análisis de orina, ensayos inmunológicos, entre otros. La principal ventaja de esta técnica frente a otros métodos existentes, como el uso de canales microfluídicos, es su simplicidad y su fabricación rentable. Ofrece una alta versatilidad de uso entre diferentes tipos de experimentos y proporciona resultados consistentes.Aunque este método puede proporcionar información sobre aplicaciones que requieren el movimiento de volúmenes mínimos y máximos, también puede aplicarse a otros sistemas como la separación de sangre, la administración dirigida de fármacos y los agentes de contraste. Para preparar el tubo, primero corte el tubo en segmentos de 15 centímetros, cuelgue los segmentos de tubo verticalmente usando cinta adhesiva, colocando una toalla de papel debajo de los tubos para recoger el exceso de solución de polímero fluoro. Inyecte 100 microlitros de la solución de polímero fluoro en la abertura superior de cada segmento de tubo utilizando una pipeta, de modo que entre en contacto con toda la circunferencia de la pared interna.Deje que los segmentos de tubo cuelguen en su lugar durante una hora para eliminar cualquier exceso de solución de polímero fluoro. Luego, coloque los segmentos de tubo en un horno a 100 grados Celsius durante una hora para recocer la capa de recubrimiento de polímero fluoro. A continuación, prepare la solución diluida de perlas magnéticas colocando un vial de muestra de 20 mililitros sobre una microbalanza y poniendo a cero la balanza.Agite el recipiente de la solución de perlas magnéticas y luego retire 0,6 mililitros utilizando una micropipeta. Deposite la solución pipeteada en el vial de muestra sobre la balanza y agregue 0,4 mililitros de agua destilada al vial de muestra. Además, prepare el colorante fluorescente disolviendo un 0,02 por ciento en peso del colorante en agua desionizada y vortexeando la solución durante un minuto.Para preparar el dispositivo de tubo, inserte un conector de bloqueo hembra en un extremo del tubo. Coloque el tubo en una jeringa de bloqueo que tenga un volumen de tres mililitros y graduación de 0,1 mililitros. Coloque la jeringa en la bomba de jeringa y ajuste la velocidad de alimentación a dos mililitros por hora.Vortexe el recipiente con una solución de perlas magnéticas antes de insertar 20 microlitros en el tubo mediante la aspiración con una bomba de jeringa. Una vez finalizada la inserción de líquido en la cámara de prueba, aspire seis microlitros de aire hacia el tubo. Este volumen de aire formará posteriormente una válvula entre los dos segmentos líquidos.Una vez completada la inserción del espacio de aire, comience a retirar 180 microlitros de líquido con tinte fluorescente. Coloque un segundo conector de bloqueo de acoplamiento hembra en el otro extremo del tubo y retire el dispositivo del tubo de la jeringa. A continuación, coloque tapones de bloqueo en ambos extremos del dispositivo.Realice la medición inicial de la intensidad de fluorescencia de la cámara de prueba y el depósito utilizando el microscopio invertido. Coloque el dispositivo sobre la parte superior del imán cúbico de manera que las perlas magnéticas se separen todas hacia una zona en la cámara de prueba. Transfiera las perlas al depósito moviendo el dispositivo sobre la parte superior del imán.Una vez que el grupo de microesferas magnéticas se transfiere a través del espacio de aire y entra en el depósito, agite las microesferas magnéticas colocando el dispositivo sobre la parte superior del imán y girándolo para liberar el líquido atrapado dentro del grupo hasta que se complete la homogeneización del depósito. Luego, coloque el dispositivo sobre la parte superior del imán de manera que todas las microesferas magnéticas en el depósito se separen hacia una zona determinada. Transfiera nuevamente el grupo de microesferas magnéticas a la cámara de prueba.Una vez que el agregado alcance la cámara de prueba, agite las perlas magnéticas colocando el dispositivo sobre la parte superior del imán y girándolo. Libere el líquido fluorescente atrapado hasta que se complete la homogeneización de la cámara de prueba. Realice mediciones de intensidad fluorescente tanto de la cámara de prueba como del depósito utilizando el microscopio invertido.Repita estos pasos hasta que ambos segmentos líquidos converjan en intensidades de fluorescencia similares. Para preparar el dispositivo de tubo, inserte un conector macho en un extremo del tubo y coloque el tubo dentro de una jeringa con conector. Luego, coloque la jeringa en la bomba de jeringa y ajuste la velocidad de alimentación a dos mililitros por hora.Inserte 20 microlitros de una solución mezclada uno a uno de perlas magnéticas en agua con C 12 E cinco en el tubo utilizando la retirada de una bomba de jeringa. Una vez finalizada la inserción de líquido en la cámara de prueba, retire seis microlitros de aire en el tubo tras la inserción del espacio de aire. Comience la retirada de 180 microlitros de surfactante puro C 12 E cinco para ajustar la óptica.Primero, mueva la bomba de jeringa con el dispositivo de tubo de modo que la cámara de prueba con las perlas magnéticas esté enfocada con el microscopio estereoscópico. Utilice polarizadores cruzados colocando una hoja de película polarizadora encima de una fuente de luz LED para mejorar el contraste entre la fase sólida precipitada y la fase líquida. Deslice la fuente de luz LED debajo del tubo conectado a la bomba de jeringa.Coloque otra película polarizadora en el objetivo del microscopio estereoscópico usando cinta adhesiva, asegurándose de que las dos películas polarizadoras tengan una diferencia de 90 grados entre sí. Coloque el imán cúbico junto a la cámara de prueba mientras el imán está montado en un soporte. Una vez que las perlas magnéticas formen un agregado, comience a bombear líquidos hacia el tubo a una velocidad de alimentación de dos mililitros por hora, de modo que el agregado de perlas magnéticas se desplace desde la cámara de prueba a través del espacio de aire y entre en la cámara del depósito de surfactante.Cuando el grupo de microesferas magnéticas alcance el punto medio de la cámara del depósito, detenga la bomba del bombín. Mueva el imán cúbico lejos del tubo para que las microesferas magnéticas se separen y reduzca el tiempo de difusión del líquido atrapado en el grupo de microesferas magnéticas. Una vez completada la difusión y el cambio de fase del líquido, coloque el imán nuevamente en su posición anterior junto al depósito, de modo que las microesferas magnéticas se agrupen nuevamente.Utilizando la bomba de jeringa, retire los líquidos de manera que el agregado de microesferas magnéticas se transfiera desde el depósito de tensioactivo a través del espacio de aire y de regreso a la cámara de prueba. Una vez que el agregado de microesferas magnéticas alcance el punto medio de la cámara de prueba, detenga la bomba de jeringa y aleje el imán cúbico del tubo. Tras completarse la difusión y el cambio de fase del líquido, coloque nuevamente el imán en su posición anterior junto al depósito, para que las microesferas magnéticas se agrupen nuevamente.Repita estos pasos hasta que la cámara de prueba muestre un cambio de fase. Aquí se muestra una imagen de las perlas magnéticas, el agua y el surfactante no iónico C 12 E cinco dentro del tubo hidrofóbico. Durante el proceso inicial de transferencia de las perlas magnéticas, las perlas se mantienen en su lugar utilizando un imán cúbico externo.Mientras los líquidos son bombeados hacia la izquierda aquí, las perlas salen de la cámara de prueba e ingresan al C 12 E cinco. Una vez que las perlas magnéticas entran, el agua con surfactante comienza a difundirse desde la estructura de las perlas magnéticas. Después de que las perlas magnéticas han permanecido en la cámara de surfactante durante cinco segundos, solo se observa una pequeña cantidad de cambio de fase en la marca de diez segundos.Las perlas magnéticas están completamente envueltas en el agente tensioactivo. El cambio de fase continúa hasta la marca 92 a los cuatro minutos. El cambio de fase aumenta a los nueve minutos.La fase horizontal de cambio comienza a reducirse mientras la estructura crece verticalmente. Mientras que a los 17 minutos el cambio de fase se ha reducido drásticamente en tamaño, a los 25 minutos solo queda una pequeña cantidad del cambio de fase visible. A continuación se muestra la condición inicial de una cámara de prueba de agua C 12 V cinco con perlas magnéticas en el dispositivo antes de que se transfiriera el tensioactivo.Después de seis transferencias de ida y vuelta, se produjo un cambio de fase. Por el contrario, al no haber bolas magnéticas en el dispositivo, no se observó cambio de fase, lo que demuestra que los resultados observados se debieron al arrastre de bolas magnéticas y no al líquido. Adherencia a las paredes internas del tubo al intentar este procedimiento.Es importante disponer de suficiente tiempo para permitir que se produzca el proceso de difusión al transferir líquidos entre reservorios adyacentes siguiendo este procedimiento. Otras opciones, como utilizar un electroimán o la vegetación, pueden incorporarse a nuestro sistema con el fin de responder preguntas adicionales, como cómo acelerar el proceso de división y cómo minimizar la manipulación manual. Para poner esto en contexto, esta técnica muy sencilla que implica esencialmente un tubo de plástico, perlas magnéticas y un imán externo se ha aplicado a la separación de diferentes fluidos y a la exploración de su espacio de diagrama de fases.Sin embargo, la versatilidad y simplicidad de la técnica darán resultados positivos en muchas otras aplicaciones, principalmente en el área del análisis diagnóstico de diferentes fluidos. Al utilizar abejas magnéticas para transportar pequeños volúmenes, ya sea directamente o mediante la funcionalización de las perlas magnéticas, podemos analizar los componentes de la muestra de fluido. Y esto tiene aplicaciones en diversos campos.Por ejemplo, la separación y el análisis de proteínas de glóbulos rojos en sangre completa, de manera similar en orina, y muchos otros fluidos que pueden analizarse de esta manera mediante una técnica sencilla sin la complejidad y el costo asociados con la fabricación convencional de dispositivos microfluídicos.

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Research

Investigación

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Engineering

Ingeniería

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