Picoinjection de microfluidique Drops Sans électrodes métalliques

L'objectif général de cette procédure est de concevoir, fabriquer et utiliser des puces microfluidiques capables d'injecter de manière précise et contrôlée des réactifs dans des gouttelettes d'eau dans l'huile, un processus appelé pico-injection. Cela est réalisé en premier lieu en concevant un dispositif comportant un canal d'émulsion qui se rétrécit jusqu'à un diamètre inférieur à celui des gouttelettes sphériques et les espacer régulièrement dans une huile porteuse inerte. Dans un deuxième temps, les gouttelettes d'eau et d'huile sont introduites dans le dispositif et acheminées vers le site d'injection.

Un canal perpendiculaire contenant les réactifs à injecter. Ensuite, une haute tension est appliquée au liquide d'injection pendant que les gouttelettes passent par le site d'injection, afin de provoquer la fusion des gouttelettes et du liquide d'injection. Les résultats obtenus montrent que, en ajustant l'amplitude de la tension appliquée, le volume de réactif injecté peut être contrôlé avec précision à des résolutions de l'ordre du picolitre. Cette technique est née de la nécessité de simplifier la fabrication de nos dispositifs en éliminant le besoin d'électrodes métalliques.

Les avantages par rapport aux techniques existantes, notamment la facilité et la simplicité de conception, de fabrication et d'utilisation du dispositif. Les électrodes métalliques utilisées dans les méthodes précédentes étaient sujettes à la rupture et sensibles à la poussière et aux débris dans les canaux pendant la fabrication. En éliminant les électrodes, nous avons rendu nos dispositifs plus robustes et amélioré notre efficacité de fabrication. La première étape consiste à concevoir une puce microfluidique en fonction des besoins de l'expérience.

Utilisez un logiciel de conception assistée par ordinateur pour permettre ultérieurement l'utilisation de techniques de photolithographie. Ce design de puces comporte des canaux d'émulsion plus petits que les gouttelettes sphériques destinées à être utilisées, afin de permettre une picoinjection plus efficace. Le site de picoinjection est basé sur un design décrit dans la littérature, auquel les électrodes métalliques ont été retirées.

Des canaux supplémentaires servent de douve de Faraday pour protéger les gouttelettes en amont du champ électrique. Une fois la conception terminée, utiliser des techniques de lithographie optique douce pour fabriquer les dispositifs, puis les assembler sur une lame de microscope en verre, le dispositif étant prêt à l'emploi. Préparer une pompe de contrôle de pression d'air afin de pressuriser un réservoir contenant du fluide.

Procédez en modifiant le débit de la pompe de manière à ce que l'air sous pression s'écoule à travers un tronçon de tube en polyéthylène d'un diamètre intérieur de 2,7 millimètres. Terminez le tube en l'enfilant sur le raccord situé à l'arrière de l'embout d'une seringue. Après avoir scellé l'espace entre la seringue et le tube avec de l'époxy, fixez une aiguille de calibre 27,5 en utilisant des réactifs adaptés à l'expérience.

Préparez une émulsion homogène de gouttelettes aqueuses en suspension dans de l'huile porteuse. Chargez l'émulsion dans une seringue d'un millilitre équipée d'une aiguille de calibre 27,5. Ensuite, fixez la seringue sur une pompe à seringue et orientez-la avec l'aiguille vers le haut.

L'étape suivante consiste à préparer les réactifs destinés à être introduits dans le dispositif microfluidique et leurs réservoirs. Commencez par un tube à centrifuger de 15 millilitres et son bouchon. Utilisez un poinçon biopsique ou tout autre outil pratique pour percer trois trous de 0,5 millimètre dans le bouchon.

Préparez une électrode en fil métallique d'un diamètre de 0,5 millimètre et d'une longueur de quelques centimètres supérieure à celle du tube à centrifuger. Insérez cette électrode dans un des trous du bouchon. Assurez-vous qu'elle atteint le fond du tube et dépasse de quelques centimètres au-dessus du haut.

Ensuite, préparez un morceau de tubing en polyéthylène d'environ 20 centimètres de longueur. Insérez-le dans un second trou. Là encore, il doit atteindre le fond du tube dans le trou restant.

Insérez environ 2,5 centimètres de tube en polyéthylène. Ce tube sera positionné au-dessus du niveau du liquide. Appliquez un époxyde durcissable par UV pour sceller les interstices situés en haut du bouchon.

Lorsque le durcissement est terminé, remplir le tube avec le liquide d'injection pico désiré, ici du chlorure de sodium à 100 millimolaire, puis visser le bouchon. Connecter la sortie de la pompe de régulation de pression d'air au plus court tronçon de tube présent dans le bouchon. En insérant l'aiguille dans la lumière, celle-ci doit s'ajuster étroitement.

Placez le tube de centrifugeuse dans son support. Procédez ensuite en remplissant une seringue d'un millilitre avec du chlorure de sodium à une molaire. Pour servir de fluide pour le fossé de Faraday, connectez une aiguille de calibre 27,5 et fixez la seringue sur une pompe à seringue.

Remplir une autre seringue d'un millilitre avec de l'huile d'espacement. Relier une aiguille de calibre 27,5 et la fixer dans une pompe à seringue. À ce stade, on peut établir les raccordements au niveau de la puce microfluidique.

Tout d'abord, assurez-vous que la puce est fixée sur une surface plane. Ensuite, amenez l'extrémité ouverte du tube long provenant du contenant du fluide d'injection vers la puce. Connectez ce tube au port d'entrée du fluide d'injection pico sur la puce microfluidique.

Ensuite, fixer un tube en polyéthylène à la seringue contenant le chlorure de sodium et l'acheminer jusqu'à la puce. Le raccorder au port d'entrée du fossé de Faraday. De même, utiliser un tube pour relier la seringue contenant l'huile porteuse à son port d'entrée sur le dispositif.

Plonger un tube provenant du port de sortie de l’émulsion dans un récipient de collecte. Enfin, utiliser un tuyau pour relier le port de sortie du fossé de Faraday à un contenant isolé électriquement et non conducteur. À la fin, la puce microfluidique se présente ainsi.

Prenez maintenant un fil provenant de la masse d'un amplificateur haute tension et reliez-le à l'aiguille de la seringue contenant le chlorure de sodium. Utilisez une pince crocodile pour fixer le fil à l'aiguille. Reliez un autre fil depuis la sortie haute tension de l'amplificateur jusqu'à l'électrode immergée dans le liquide de micro-injection.

Utilisez une pince crocodile pour établir la connexion en tant qu'entrée vers l'amplificateur. Utilisez la sortie ordinateur d'un générateur de formes d'onde contrôlé par logiciel. Commencez l'infusion du système en introduisant le fluide mote faradayique de chlorure de sodium un molaire dans l'appareil à raison de 100 microlitres par heure.

Ensuite, faites circuler la phase aqueuse, l'émulsion et l'huile porteuse afin que les gouttelettes franchissent le pico-injecteur à intervalles réguliers, séparées par un intervalle d'huile porteuse. Réglez la pression appliquée au fluide de pico-injection de manière à ce que le fluide au niveau de l'orifice de pico-injection bombe vers le canal de gouttelettes, sans se rompre pour former ses propres gouttes. Utilisez le générateur de signaux pour produire un signal alternatif de 10 kilohertz avec une amplitude de 0 à 10 volts, qui sera amplifié mille fois par l'amplificateur haute tension.

Pour réaliser l'injection pico, appliquez ce signal aux gouttelettes lorsqu'elles passent l'orifice d'injection et utilisez l'amplitude comme paramètre. Ce film montre l'injection sélective des gouttelettes en fonction de la présence d'un colorant fluorescent.

Dans ce cas, 200 gouttes par seconde ont traversé l'injecteur, mais des débits allant jusqu'à 10 000 par seconde sont possibles avec un mécanisme de détection des gouttelettes adéquat. Ces graphiques montrent la fraction volumique injectée en fonction de la tension appliquée pour différents fluides d'injection de molarité variée. On pense que des tensions plus élevées provoquent un début plus précoce de la coalescence, entraînant ainsi des durées et des volumes d'injection accrus.

Cette carte thermique bidimensionnelle montre la relation entre la molarité de la solution ionique et la tension nécessaire pour atteindre des volumes d'injection donnés. Les solutions de molarité plus faible nécessitent des tensions plus élevées, car elles réduisent plus facilement le champ électrique au site d'injection. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de concevoir et de fabriquer rapidement et de façon robuste des dispositifs microfluidiques permettant une injection précise et contrôlable de réactifs dans vos gouttelettes.

N'oubliez pas que le travail avec des tensions élevées peut être extrêmement dangereux ; des précautions telles qu'une mise à la terre appropriée, des équipements de protection individuelle et des dispositifs de sécurité intégrés doivent toujours être utilisées.