Dispositivo de microfluidos centrífuga basada en capilar para la Formación Tamaño-controlable de monodisperso microgotas

El objetivo general de este procedimiento es generar microgotas de agua y aceite monodispersas para estudios biológicos utilizando un dispositivo microfluídico centrífugo de coflujo simétrico axial basado en capilares. Este método puede ayudar a producir microgotas monodispersas para el campo bioquímico para avanzar en el estudio del trabajo en síntesis, PCR de molécula única, encapsulación única y el modelado simple de células vivas. Las principales ventajas de esta técnica son que es fácil y ajustable.

Requiere menos de un microlitro de solución de muestra y puede producir microgotas monodispersas del tamaño requerido. La demostración del procedimiento estará a cargo de Morita, un postdoc de mi laboratorio. El ensamblaje microfluídico basado en capilares comienza con la preparación del soporte capilar.

Comience con el fresado de cuatro discos a partir de placas de plástico poliacetilado de dos milímetros de espesor utilizando una fresadora. Los discos se utilizan para formar una columna soportada por varillas y tornillos. Con tornillos M.2, ensamble las placas.

Primero, a partir de los discos uno y dos, ensamble la parte inferior del soporte. Luego, acorte los tornillos cortándolos en las secciones roscadas. Conecte tres de los cuatro orificios para asegurar los dos discos formando una pila de 0,9 centímetros.

Del mismo modo, ensamble la parte superior del soporte a partir de los discos tres y cuatro. Use dos de los orificios de cada placa para conectar las placas. Haz que la pila tenga 0,7 centímetros de altura.

Ahora, use un tornillo largo para unir los dos orificios vacíos en la parte superior del soporte con los dos orificios vacíos en la parte inferior del soporte. El tornillo largo debe dejar un espacio entre los soportes de unos dos a tres milímetros y la cabeza del tornillo debe sobresalir del soporte completo unos 2,2 centímetros. Cada experimento utiliza un nuevo conjunto de capilares fabricados a partir de dos capilares.

A partir de un capilar de 90 milímetros, haga dos capilares internos con un cortador de vidrio. Haz dos secciones del mismo tamaño. A partir de un capilar de 150 milímetros, hacer tres secciones capilares internas.

A continuación, con un extractor de vidrio, afila cada sección capilar. Ajuste el peso del extractor al máximo y ajuste el nivel de calor a 60-70 grados para el capilar externo o 70-80 para el capilar interno. Luego, afila con cuidado el vidrio.

Mantenga la longitud de las partes constreñidas de los capilares dentro de los límites recomendados. Si la longitud de las puntas es demasiado larga o corta, ajuste el elemento calefactor hasta lograr la longitud correcta. Ahora, prepárate para cortar las puntas.

Primero, use un poco de cinta adhesiva transparente para asegurar un capilar a la platina de un microscopio. Sobresale la punta debajo del objetivo. En segundo lugar, usando un alambre de platino cubierto por cuentas de vidrio, corte la punta en tres pasos.

Primero, ponga el capilar donde debe ocurrir la rotura en contacto con una gota fría. En segundo lugar, caliente el cable durante uno o dos segundos. Luego, en tercer lugar, corte la punta enfriando el alambre de platino.

Esta operación debe realizarse usando un control de pedal para calentar el cable. Ahora, usando una microforja, ajuste los diámetros de los orificios capilares. Para los dos capilares de vidrio exteriores, haga sus orificios de 60 micras.

Para los tres capilares internos haga orificios que tengan diámetros de cinco, 10 y 20 micras. Para generar las microgotas, primero llene un capilar de vidrio exterior con un tensioactivo que contenga aceite, como el hexadecano, que contenga un 2% de monooleato de sorbitina en peso. Cargue 10 microlitros de la solución en el capilar.

A continuación, fije el copilar cargado a la parte inferior del soporte. A continuación, utilizando la acción capilar, cargue aproximadamente 0,1 microlitros de solución acuosa en un capilar de vidrio interno. Coloque el capilar interno cargado en la parte superior del soporte.

Ahora, inserte el capilar interno a través del soporte y en el capilar externo. Mientras observa la punta a través de un microscopio, gire el tornillo largo del soporte para avanzar lenta y cuidadosamente en el capilar interno hacia el capilar externo. Avance el capilar interno hasta donde el diámetro del capilar externo esté entre 100 y 150 micras.

Ahora, introduce 100 microlitros del mismo aceite con surfactante en el fondo de un microtubo de 1,5 mililitros. Esto servirá como un tubo de recolección de microdoplets. Coloque con cuidado el soporte y los capilares en el microtubo cargado.

Asegúrese de que el capilar externo no esté en contacto con la solución en el microtubo. Luego, cargue el tubo en una centrífuga de tipo abatible de mesa. Para generar las microgotas, haga funcionar la centrífuga a 1.600 veces la gravedad durante uno o dos segundos.

A continuación, retire los capilares y el soporte del tubo y tome una alícuota de las microgotas de agua-aceite recogidas en el tubo. Expulse las microgotas en un portaobjetos de vidrio y obtenga una imagen de ellas para su análisis. Usando este protocolo, varias microgotas de agua-aceite se hicieron a partir de hexadecano que contenía un 2% de monooleato de sorbitina.

Las gotas producidas con una pipeta interior con un diámetro de orificio de cinco micras se midieron con un diámetro medio de 8,3 micras. Las gotas producidas con una pipeta interior con un diámetro de orificio de 10 micras se midieron con un diámetro medio de 12,7 micras. Las gotas fabricadas con una pipeta interior con un orificio de 20 micras tenían aproximadamente 17,9 micras de diámetro.

Por lo tanto, este método produce microgotas monodispersas que tienen un diámetro cercano al tamaño del orificio capilar interno. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo producir y controlar el tamaño de las microgotas de agua y aceite monodispersas para experimentos químicos cuantitativos. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en cinco a 10 minutos, si se realiza correctamente.