Phase Schéma Caractérisation utilisant des billes magnétiques comme supports liquides

L'objectif général de l'expérience suivante est d'analyser le volume de rémanence entre des segments liquides adjacents au sein d'un dispositif de laboratoire à tube utilisant des billes magnétiques. Cette analyse est réalisée en fabriquant un dispositif à l'aide d'un tube hydrophobe, chargé sur une pompe à seringue de manière à former plusieurs segments liquides séparés par une valve d'air, et en incorporant à l'un des liquides à la fois des billes magnétiques et un colorant fluorescent. Dans un deuxième temps, l'intensité fluorescente des segments liquides adjacents est mesurée à l'aide d'un microscope après chaque transfert des billes magnétiques effectué à l'aide d'un aimant externe.

L'analyse numérique suivante est effectuée sur ces mesures d'intensité fluorescente afin de calculer le volume de rétention des billes magnétiques. Les résultats montrent qu'il est possible d'analyser le changement de phase dans un système multicomposant constitué de deux liquides, en se basant sur la capacité à utiliser des billes magnétiques comme méthode de transfert de volumes liquides de l'ordre du microlitre entre des réservoirs adjacents. Ainsi, comme je l'espère que vous le verrez aujourd'hui, nous travaillons avec une technique très prometteuse et simple, qui implique l'utilisation de billes magnétiques pour transférer des fluides à l'intérieur d'un simple tube, contrairement aux circuits microfluidiques conventionnels plus complexes.

Nous l'avons initialement appliquée à l'étude des interactions entre fluides admissibles, et nous élargissons désormais son utilisation à d'autres applications, notamment l'analyse diagnostique du sang complet, la séparation des protéines des globules rouges, l'analyse d'urine, les immunodosages, entre autres. Le principal avantage de cette technique par rapport aux autres méthodes existantes, comme l'utilisation de canaux microfluidiques, réside dans sa simplicité et sa fabrication économique. Elle offre une grande variabilité d'utilisation entre différents types d'expériences et fournit des résultats reproductibles.

Bien que cette méthode puisse fournir des informations utiles pour des applications nécessitant le déplacement de volumes minuscules et maximaux, elle peut également être appliquée à d'autres systèmes, comme la séparation du sang, le ciblage médicamenteux et les agents de contraste. Pour préparer le tube, découpez d'abord le tube en segments de 15 centimètres, suspendez les segments verticalement à l'aide de ruban adhésif, en plaçant une serviette en papier sous les tubes afin de recueillir l'excès de solution de polymère fluoré. Injectez 100 microlitres de la solution de polymère fluoré dans l'ouverture supérieure de chaque segment de tube à l'aide d'une pipette, de manière à ce qu'elle entre en contact avec toute la circonférence de la paroi interne.

Laisser reposer les segments de tube en place pendant une heure afin d'éliminer tout excès de solution de polymère fluoré. Ensuite, placer les segments de tube dans une étuve à 100 degrés Celsius pendant une heure pour recuire la couche de revêtement de polymère fluoré. Préparer ensuite la solution diluée de billes magnétiques en plaçant un flacon-échantillon de 20 millilitres sur une microbalance et en remettant la balance à zéro.

Agiter le contenant de la solution de billes magnétiques, puis prélever 0,6 millilitre à l’aide d’une micropipette. Déposer la solution pipetée dans le flacon d’échantillon sur la balance et ajouter 0,4 millilitre d’eau distillée dans le flacon d’échantillon. Préparer également la teinture fluorescente en dissolvant 0,02 pour cent en poids de colorant dans de l’eau déionisée et en vortexant la solution pendant une minute.

Pour préparer le dispositif de tube, insérez un raccord femelle à verrouillage rapide à une extrémité du tube. Placez le tube dans une seringue à verrouillage rapide d'un volume de trois millilitres et graduée tous les 0,1 millilitre. Insérez la seringue dans la pompe à seringue et réglez le débit d'infusion à deux millilitres par heure.

Vortexez le récipient contenant la solution de billes magnétiques avant d'insérer 20 microlitres dans le tube à l'aide d'une pompe à seringue en mode aspiration. Une fois l'insertion du liquide dans la chambre de test terminée, aspirez six microlitres d'air dans le tube. Ce volume d'air formera ultérieurement une valve entre les deux segments liquides.

Une fois l'insertion du vide d'air terminée, commencez à retirer 180 microlitres de liquide contenant le colorant fluorescent. Placez un deuxième connecteur femelle à verrouillage sur l'autre extrémité du tube et retirez le dispositif tubulaire de la seringue. Ensuite, placez des bouchons à verrouillage aux deux extrémités du dispositif.

Effectuez la mesure initiale de l'intensité de fluorescence de la chambre de test et du réservoir à l'aide du microscope inversé. Placez l'appareil au-dessus du cube aimanté de manière à ce que les billes magnétiques se regroupent toutes dans une zone de la chambre de test. Transférez les billes vers le réservoir en déplaçant l'appareil au-dessus de l'aimant.

Une fois que l'amas de billes magnétiques a été transféré à travers l'entrefer et dans le réservoir, agiter les billes magnétiques en plaçant l'appareil au-dessus de l'aimant et en effectuant une rotation pour libérer le liquide piégé à l'intérieur de l'amas, jusqu'à ce que l'homogénéisation du réservoir soit terminée. Ensuite, placer l'appareil au-dessus de l'aimant de manière à ce que toutes les billes magnétiques du réservoir se regroupent dans une seule zone. Revenir à la chambre de test en transférant l'amas de billes magnétiques.

Une fois que l'agrégat atteint la chambre de test, agiter les billes magnétiques en plaçant l'appareil au-dessus de l'aimant et en le faisant tourner. Libérer le liquide fluorescent piégé jusqu'à ce que l'homogénéisation de la chambre de test soit terminée. Effectuer des mesures d'intensité fluorescente de la chambre de test et du réservoir à l'aide du microscope inversé.

Répétez ces étapes jusqu'à ce que les deux segments liquides convergent vers des intensités de fluorescence similaires. Pour préparer le dispositif de tube, insérez un raccord femelle à verrouillage rapide à une extrémité du tube et insérez le tube dans une seringue à verrouillage rapide. Ensuite, placez la seringue dans la pompe à seringue et réglez le débit d'infusion à deux millilitres par heure.

Insérez 20 microlitres d'une solution mixte à un pour un de billes magnétiques dans l'eau et de C 12 E cinq dans le tube à l'aide d'une pompe à seringue en mode aspiration. Une fois l'insertion du liquide dans la chambre de test terminée, aspirez six microlitres d'air dans le tube après l'insertion de l'intervalle d'air. Commencez l'aspiration de 180 microlitres de tensioactif pur C 12 E cinq pour régler l'optique.

Tout d'abord, déplacez la pompe à seringue munie du dispositif de tubulure de manière à ce que la chambre d'essai contenant les billes magnétiques soit en focus avec le microscope stéréo. Utilisez des polariseurs croisés. Pour améliorer le contraste entre la phase solide précipitée et la phase liquide, placez une feuille de film polarisant au-dessus d'une source lumineuse LED. Glissez la source lumineuse LED sous le tube fixé à la pompe à seringue.

Fixez un autre film polariseur sur l'objectif du microscope stéréo à l'aide de ruban adhésif, en veillant à ce que les deux films polariseurs soient décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle de 90 degrés. Placez l'aimant cubique à côté de la chambre de test, l'aimant étant monté sur un support. Une fois que les billes magnétiques forment un agrégat, commencez à pomper des liquides dans le tube à un débit d'alimentation de deux millilitres par heure, de sorte que l'agrégat de billes magnétiques soit déplacé de la chambre de test à travers l'entrefer et pénètre dans la chambre réservoir de tensioactif.

Lorsque l'amas de billes magnétiques atteint le point médian de la chambre de réservoir, arrêtez la pompe du pompeur de seringue. Éloignez l'aimant cubique du tube afin que les billes magnétiques se séparent et que le temps de diffusion du liquide piégé dans l'amas de billes magnétiques diminue. Une fois la diffusion et le changement de phase du liquide terminés, replacez l'aimant à son emplacement précédent près du réservoir, de sorte que les billes magnétiques se regroupent en un amas.

À l’aide de la pompe à seringue, aspirer les liquides de manière à ce que l’agrégat de billes magnétiques soit transféré du réservoir de tensioactif à travers l’espace aérien et de retour dans la chambre de test. Une fois que l’agrégat de billes magnétiques atteint le point médian de la chambre de test, arrêter la pompe à seringue et éloigner l’aimant cubique du tube. Lorsque la diffusion et le changement de phase du liquide sont terminés, replacer l’aimant à son emplacement précédent près du réservoir, afin que les billes magnétiques se regroupent en un agrégat.

Répétez ces étapes jusqu'à ce que la chambre de test affiche un changement de phase. On voit ici une image des billes magnétiques dans l'eau et du tensioactif non ionique C 12 E 5 à l'intérieur du tube hydrophobe. Pendant le processus initial de transfert des billes magnétiques, celles-ci sont maintenues en place à l'aide d'un aimant cubique externe.

Alors que les liquides sont pompés vers la gauche ici, les billes sortent de la chambre de test et pénètrent dans le C 12 E cinq. Une fois que les billes magnétiques sont entrées, l'eau tensioactive commence à diffuser hors de la structure des billes magnétiques. Après que les billes magnétiques aient séjourné dans la chambre tensioactive pendant cinq secondes, seule une faible quantité de changement de phase est observée au moment de dix secondes.

Les billes magnétiques sont complètement englobées dans le tensioactif. Le changement de phase se poursuit jusqu'au repère 92 à quatre minutes. Le changement de phase augmente à neuf minutes.

La transition de phase horizontale commence à diminuer tandis que la structure croît verticalement. Alors qu'au bout de 17 minutes, la transition de phase a fortement réduit en taille, au bout de 25 minutes, il ne reste qu'une petite quantité de la transition de phase visible. Voici l'état initial d'une chambre d'essai en eau C 12 V cinq contenant des billes magnétiques dans le dispositif avant le transfert du tensioactif.

Après six transferts aller-retour, un changement de phase s'est produit. Inversement, en l'absence de billes magnétiques dans le dispositif, aucun changement de phase n'a été observé, ce qui prouve que les résultats observés étaient dus à un transfert de billes magnétiques plutôt qu'au liquide. Adhérence aux parois internes du tube en tentant cette procédure.

Il est important de disposer d’un temps suffisant pour permettre au processus de diffusion de se produire lors du transfert de liquides entre des réservoirs adjacents en suivant cette procédure. D'autres options, telles que l'utilisation d'un électroaimant ou de la végétation, peuvent être intégrées à notre système afin de répondre à des questions supplémentaires, comme la manière d'accélérer le processus de division ou de minimiser la manipulation manuelle. Pour replacer cela dans son contexte, cette technique très simple, qui implique essentiellement un tube en plastique, des billes magnétiques et un aimant externe, a été utilisée pour la séparation de différents fluides et l'exploration de leur espace de diagramme de phases.

Cependant, la polyvalence et la simplicité de la technique porteront leurs fruits dans de nombreuses autres applications, principalement dans le domaine de l'analyse diagnostique de divers fluides. En utilisant des billes magnétiques pour transporter de petits volumes, soit directement soit par fonctionnalisation des billes magnétiques, nous pouvons analyser les composants de l'échantillon de fluide. Et cela a des applications dans de nombreux domaines.

Par exemple, la séparation et l'analyse de protéines provenant des globules rouges dans le sang total, de manière similaire dans l'urine, et dans de nombreux autres fluides qui peuvent être analysés selon cette méthode à l'aide d'une technique simple, sans la complexité ni les coûts associés à la fabrication conventionnelle de dispositifs microfluidiques.