Name: Aqueux gouttelettes servis de microréacteurs enzymatiques et leur déclenchement électromagnétique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 27 s
Description: Découvrez une plateforme microfluidique pour réactions en cascade automatisées dans des gouttelettes aqueuses. Cette méthode lab-in-a-drop permet de reproduire des séquences enzymatiques complexes et de cribler de nouveaux catalyseurs en biologie synthétique.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Les auteurs aimerait remercier la DFG pour le soutien.

1. hydrophobisation des nanoparticules magnétiques <ol><li>pour la synthèse des particules magnétiques hydrophobes, ajouter 0,85 g FeCl 3 hexahydrate (3,14 mmol) et 0,30 g FeCl 2 tétrahydraté (1,51 mmol) de 200 mL solution eau/éthanol (4:1 v/v).</li>
	<li>à ce mélange, ajouter 0,20 mL 1H, 1H, 2 H, 2H-Perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) (5,23 mmol) avec un brassage vigoureux par un agitateur magnétique (500 tr/min). Réaliser la synthèse dans une atmosphère de gaz inerte (N 2) à l’aide d’un ballon à fond rond avec un bouchon de Liège afin d’éviter l’oxydation secondaire des particules de magnétite.</li>
	<li>Régler la goutte de la solution sage avec une solution d’hydroxyde d’ammonium (1,5 M) à un pH de 8 (pH déterminé par un pH-mètre). Agiter la solution pendant 24 h à l’aide d’un agitateur magnétique.</li>
	<li>Séparer les particules magnétiques de la solution en plaçant le ballon sur une barre aimant (adhésif de néodyme cuboïde aimant 40 x 20 x 10 mm, force 25 kg). Versez la solution tout en gardant l’aimant fixé au fond de la fiole.</li>
	<li>Laver les particules trois fois avec la solution eau/éthanol tout en utilisant une barre aimant comme décrit au point 1.4). Sécher les particules à 60 ° C pendant 24 h (rendement environ 0,43 g).</li>
	<li>Pour analyser les particules, utiliser un Microscope électronique à balayage selon fabricant &#39; instructions de s.</li>
</ol> 2. Fabrication de microréacteurs <ol><li>moudre toutes les particules séchées légèrement à l’aide d’un pilon de verre et par la suite tous les placer directement dans un plateau de pesage (46 x 46 x 8 mm, polystyrène).</li>
	<li>Pipette 10 µL de solution de réaction (composition comme décrit en 5.1) sur toutes les particules et déplacer la pesée pan légèrement de façon circulaire pour environ 10 s (masse des particules d’un microréacteur 10 µL : env. 3,2 x 10 -7 kg 33). Stocker les particules restantes (particules qui ne pas s’auto-assembler autour de la solution de réaction) à température ambiante pendant plus de demandes.</li>
	<li>Pour mesurer l’angle de contact de la microréacteur, construire un microréacteur 5 µL d’eau comme décrit au point 2.2), placez-le sur un film de téflon et d’analyser l’angle de contact à l’aide d’un dispositif de mesure d’angle de contact optique selon fabricant &#39; s instructions de.</li>
</ol> 3. 3D-impression des organes bobine <ol><li>concevoir les corps double bobine avec une hauteur de 16 mm (une chambre), un diamètre de 10 mm et un diamètre intérieur d' environ 4 mm en utilisant un logiciel de CAO selon fabricant &#39; s instructions de.</li>
	<li>Imprimer les corps de bobine avec une imprimante 3D selon le fabricant &#39; instructions de s en utilisant des matériaux tels que le filament de polylactide. Envelopper les corps avec un fil de cuivre de 0,08 mm pour atteindre 4 500 enroulements à l’aide d’une machine de bobinage avec ordinateur.</li>
</ol> 4. Fabrication de la plate-forme de commande <ol><li>Arrange le double bobines dans une matrice (par exemple 3 x 3) sur un tableau électrique avec un élément Peltier dessous, visser les bobines doubles et connectez-les à un contrôle via (câble) ruban la figure 3).</li>
	<li>Selon l’application désirée, ajouter un noyau de fer (hauteur 32 mm, 4 mm de diamètre) ou un aimant néodyme (hauteur 12,5 mm, 4 mm de diamètre, 1 035 kA m -1) à l’armature de la bobine pour obtenir un champ magnétique plus fort.</li>
	<li>Pour finir la plate-forme placer une plaque, de préférence le verre de quartz, d’une hauteur maximale de 1 mm sur la matrice de la bobine.</li>
	<li>Placer un microréacteur sur la surface de la plate-forme.</li>
	<li>Pour retirer les particules supérieures de la solution de la réaction et ainsi ouvrir un microréacteur active une bobine avec un aimant au néodyme à l’intérieur en utilisant le contrôle mentionné en 4.1). Pour fermer le microréacteur désactiver à nouveau la bobine.</li>
	<li>Pour fusionner deux microréacteurs qui sont d’abord vers séparés de 10 mm utilisez aimants de néodyme, comme décrit dans 4.2). Soulevez l’aimant dans les corps de bobine requis en activant des bobines de ca. 25 s pour ouvrir un microréacteur (distance requise entre microréacteur et l’aimant se trouve à environ 12 mm) et de passer d’un à la même position sur la plate-forme.</li>
	<li>Refroidir la réaction solution dans le microréacteur sur la surface de la plateforme et diminuer la température de la bobine a allumer l’élément Peltier positionné sous la matrice de la bobine comme décrit en 4.1).</li>
</ol> 5. Réaction enzymatique par fusion microréacteurs <ol><li>dissoudre la peroxydase de raifort à une concentration de 0,1 µg mL -1 dans le tampon de phosphate de potassium (0,1 M, pH 6,5). Diluer le substrat, 10-acétyl-3, 7-dihydroxyphenoxazine (10 mM dans le diméthylsulfoxyde (DMSO)) avec tampon de phosphate de potassium (0,1 M, pH 6,5) à une concentration de 200 µM.</li>
	<li>Utilisation 10 µL de chacune de ces solutions pour construire deux microréacteurs comme indiqué au point 2.2). Fusionner les deux microréacteurs par la moyenne des forces magnétiques (aimant en néodyme cylindre : 12,5 mm x 4 mm, 1 035 kA m -1) comme décrit dans 4,6) à 25 ° C.</li>
	<li>Détecter la réaction en plaçant une sonde de fluorescence (longueur d’onde excitation : 570 nm, longueur d’onde d’émission : 585 nm) env. 10 mm directement au-dessus d’un microréacteur ouvert avant la fusion.</li>
</ol>

<ol><li>Squires, T., Quake, S. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.77.977">Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale.</a> Rev. Mod. Phys. 77 (3), 977-1026 (2005).</li>
<li>Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17086584">Reactions in Droplets in Microfluidic Channels.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 45 (44), 7336-7356 (2006).</li>
<li>Erickson, D., Li, D. <a target="_blank" href="https://nano.mae.cornell.edu/pubs/erickson_microfluidic_review.pdf">Integrated microfluidic devices.</a> Anal. Chim. Acta. 507 (1), 11-26 (2004).</li>
<li>Zhang, Y., Ozdemir, P. <a target="_blank" href="http://strathprints.strath.ac.uk/7763/1/strathprints007763.pdf">Microfluidic DNA amplification-A review.</a> Anal. Chim. Acta. 638 (2), 115-125 (2009).</li>
<li>Ohashi, T., Kuyama, H., Suzuki, K., Nakamura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+aqueous+droplets+using+magnetic+and+electrostatic+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Control of aqueous droplets using magnetic and electrostatic forces.</a> Anal. Chim. Acta. 612 (2), 218-225 (2008).</li>
<li>Srinivasan, V., Pamula, V. K., Fair, R. B. <a target="_blank" href="http://ryantoussaint.com/projects/tests/microfluidics/doc/Srinivasan.2004.pdf">Droplet-based microfluidic lab-on-a-chip for glucose detection.</a> Anal. Chim. Acta. 507 (1), 145-150 (2004).</li>
<li>Lehmann, U., Vandevyver, C., Parashar, V. K., Gijs, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet-Based+DNA+Purification+in+a+Magnetic+Lab-on-a-Chip%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Droplet-Based DNA Purification in a Magnetic Lab-on-a-Chip.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 45 (19), 3062-3067 (2006).</li>
<li>Guttenberg, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+chip+device+for+PCR+and+hybridization+with+surface+acoustic+wave+pump%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Planar chip device for PCR and hybridization with surface acoustic wave pump.</a> Lab Chip. 5 (3), (2005).</li>
<li>Al-Kaidy, H., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cben.201500008/abstract">Biotechnology and Bioprocess Engineering - From the First Ullmann's Article to Recent Trends.</a> ChemBioEng Reviews. 2 (3), 175-184 (2015).</li>
<li>McHale, G., Newton, M. I. <a target="_blank" href="http://nrl.northumbria.ac.uk/5213/1/Postprint_McHale_Soft_Matter_vol_7_p5473_2011.pdf">Liquid marbles: principles and applications.</a> Soft Matter. 7 (12), 5473(2011).</li>
<li>Bormashenko, E., Pogreb, R., Bormashenko, Y., Musin, A., Stein, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Investigations+on+Ferrofluidics%3A+Ferrofluidic+Marbles+and+Magnetic-Field-Driven+Drops+on+Superhydrophobic+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">New Investigations on Ferrofluidics: Ferrofluidic Marbles and Magnetic-Field-Driven Drops on Superhydrophobic Surfaces.</a> Langmuir. 24 (21), 12119-12122 (2008).</li>
<li>Gao, L., McCarthy, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+Liquid+Marbles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Ionic Liquid Marbles.</a> Langmuir. 23 (21), 10445-10447 (2007).</li>
<li>Bhosale, P. S., Panchagnula, M. V., Stretz, H. A. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Holly_Stretz/publication/224406900_Mechanically_robust_nanoparticle_stabilized_transparent_liquid_marbles/links/0fcfd50e5a351c31bd000000.pdf">Mechanically robust nanoparticle stabilized transparent liquid marbles.</a> Appl. Phys. Lett. 93 (3), 034109(2008).</li>
<li>Bormashenko, E., Balter, R., Aurbach, D. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3487936">Micropump based on liquid marbles.</a> Appl. Phys. Lett. 97 (9), 091908(2010).</li>
<li>Zhao, Y., Fang, J., Wang, H., Wang, X., Lin, T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200902512/abstract">Magnetic Liquid Marbles: Manipulation of Liquid Droplets Using Highly Hydrophobic Fe 3 O 4 Nanoparticles.</a> Adv. Mater. 22 (6), 707-710 (2010).</li>
<li>Fujii, S., Kameyama, S., Armes, S. P., Dupin, D., Suzaki, M., Nakamura, Y. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/sm/b914997j">pH-responsive liquid marbles stabilized with poly(2-vinylpyridine) particles.</a> Soft Matter. 6 (3), 635(2010).</li>
<li>Aussillous, P., Quéré, D. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v411/n6840/full/411924a0.html">Liquid Marbles.</a> Nature. 411 (6840), 924-927 (2001).</li>
<li>Mahadevan, L. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v411/n6840/full/411895a0.html">Non-stick water.</a> Nature. 411 (6840), 895-896 (2001).</li>
<li>Tian, J., Arbatan, T., Li, X., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+marble+for+gas+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Liquid marble for gas sensing.</a> Chem. Commun. 46 (26), 4734(2010).</li>
<li>Bormashenko, E., Musin, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433209001627">Revealing of water surface pollution with liquid marbles.</a> Appl. Surf. Sci. 255 (12), 6429-6431 (2009).</li>
<li>Bormashenko, E., Bormashenko, Y., Pogreb, R., Gendelman, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Janus+Droplets%3A+Liquid+Marbles+Coated+with+Dielectric%2FSemiconductor+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Janus Droplets: Liquid Marbles Coated with Dielectric/Semiconductor Particles.</a> Langmuir. 27 (1), 7-10 (2011).</li>
<li>Bormashenko, E. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/232410820_Liquid_marbles_Properties_and_applications">Liquid marbles: Properties and applications.</a> Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 16 (4), 266-271 (2011).</li>
<li>Lehmann, U., Hadjidj, S., Parashar, V. K., Vandevyver, C., Rida, A., Gijs, M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400505010087">Two-dimensional magnetic manipulation of microdroplets on a chip as a platform for bioanalytical applications.</a> Sens. Actuator B-Chem. 117 (2), 457-463 (2006).</li>
<li>Sato, E., Yuri, M., Fujii, S., Nishiyama, T., Nakamura, Y., Horibe, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+marbles+as+a+micro-reactor+for+efficient+radical+alternating+copolymerization+of+diene+monomer+and+oxygen%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Liquid marbles as a micro-reactor for efficient radical alternating copolymerization of diene monomer and oxygen.</a> Chem. Commun. 51 (97), Cambridge, England. 17241-17244 (2015).</li>
<li>Shikida, M., Takayanagi, K., Inouchi, K., Honda, H., Sato, K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092540050500119X">Using wettability and interfacial tension to handle droplets of magnetic beads in a micro-chemical-analysis system.</a> Sens. Actuator B-Chem. 113 (1), 563-569 (2006).</li>
<li>Sheng, Y., Sun, G., Wu, J., Ma, G., Ngai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silica-based+liquid+marbles+as+microreactors+for+the+silver+mirror+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Silica-based liquid marbles as microreactors for the silver mirror reaction.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 54 (24), 7012-7017 (2015).</li>
<li>Zhao, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-organized+Polymer+Aggregates+with+a+Biomimetic+Hierarchical+Structure+and+its+Superhydrophobic+Effect%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Biochem.+Biophys%22%5BJournal%5D)">Self-organized Polymer Aggregates with a Biomimetic Hierarchical Structure and its Superhydrophobic Effect.</a> Cell Biochem. Biophys. 49 (2), 91-97 (2007).</li>
<li>Xue, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+Liquid+Marbles%3A+A+%22Precise%22+Miniature+Reactor%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Magnetic Liquid Marbles: A "Precise" Miniature Reactor.</a> Adv. Mater. 22 (43), 4814-4818 (2010).</li>
<li>Zhang, L., Cha, D., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remotely+Controllable+Liquid+Marbles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Remotely Controllable Liquid Marbles.</a> Adv. Mater. 24 (35), 4756-4760 (2012).</li>
<li>Zhao, Y., Xu, Z., Parhizkar, M., Fang, J., Wang, X., Lin, T. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10404-012-0976-9">Magnetic liquid marbles, their manipulation and application in optical probing.</a> Microfluid Nanofluid. 13 (4), 555-564 (2012).</li>
<li>Lin, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superhydrophobic+magnetic+poly%28DOPAm-co-PFOEA%29%2FFe3O4%2Fcellulose+microspheres+for+stable+liquid+marbles%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Superhydrophobic magnetic poly(DOPAm-co-PFOEA)/Fe3O4/cellulose microspheres for stable liquid marbles.</a> Chem. Commun. 52 (9), Cambridge, England. 1895-1898 (2016).</li>
<li>Glettenberg, M., Niemeyer, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+of+Peroxidase+Activity+by+Covalently+Tethered+DNA+Oligonucleotides%5BTitle%5D)+AND+%22Bioconjugate+Chem%22%5BJournal%5D)">Tuning of Peroxidase Activity by Covalently Tethered DNA Oligonucleotides.</a> Bioconjugate Chem. 20 (5), 969-975 (2009).</li>
<li>Al-Kaidy, H., Tippkötter, N. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/elsc.201400124/abstract">Superparamagnetic hydrophobic particles as shell material for digital microfluidic droplets and proof-of-principle reaction assessments with immobilized laccase.</a> Eng. Life Sci. 16 (3), 222-230 (2016).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Pour l’utilisation efficace des technologies de la microfluidique, il est important de déplacer le volume réactionnel correspondant aux exigences de la synthèse biotechnologique et les analyses. La plate-forme de manoeuvre présentée ici permet de déplacer des gouttelettes de microfluidique par force magnétique. Le mouvement peut être effectué librement en deux dimensions sur une surface plane d’une plate-forme de réaction en enfermant la goutte liquide avec une coque SUPERHYDROPHOBE magnétique. Ainsi un système alternati...

Applications techniques avec micro réactions sont principalement réalisées en jetons prédéfinis microchannel. Ces systèmes sont largement mis en place et complètement décrite dans la littérature (inter alia 1,2,3). En 2011, le chiffre d’affaires de technologies microfluidiques partout dans le monde ont totalisé 6,2 milliards euro 4. En revanche, l’utilisation des compartiments réacteur micro librement mobiles était auparavant seulement examinée et publiée dans une mesure limitée. La méthode la plus courante pour déplacer des gouttelettes micro aqueux est électromouillage 5. Autres méthodes pour la motion de gouttes sur des surfaces sont basées sur les champs électriques 6, force magnétique 7 ou déclenchement acoustique 8. Grâce à leur surface défavorable au rapport de volume, ces systèmes microréacteur axée sur les gouttelettes sont exposés aux effets de la forte évaporation. Ainsi, le mouvement de baisse est habituellement établi comme un système à deux phases liquid, où la phase supérieure a un point d’ébullition élevé, protégeant la phase aqueuse par évaporation. Néanmoins, cette approche implique un risque élevé de contamination de la gouttelette de réaction par diffusion incontrôlée. Il s’agit d’un obstacle de taille pour la mise en place technique des systèmes mentionnés.
Des travaux récents se préoccupe des transitions de phase liquide-solide non adhérents. Une approche très efficace est l’utilisation de surfaces superhydrophobes, permettant la formation de gouttelettes aqueuses sphériques. Une extension de ce concept de réaction est l’utilisation des compartiments de réaction micro pourvus d’une coquille, qui peut consister par exemple en polytétrafluoroéthylène (PTFE) particules 9ou SUPERHYDROPHOBE. Leurs angles de contact sur les surfaces sont généralement de l’ordre de 160° (en fonction de la rugosité de surface). Les compartiments sphériques ainsi fournissent une résistance minimale au mouvement sur une surface et en même temps une protection contre l’évaporation d’eau.
Des gouttes aqueuses recouverts de micro particules PTFE tailles peuvent maintenir leur forme sphérique jusqu'à un diamètre d’environ 2 mm. À volume élevé, la coquille hydrophobe est généralement pas complètement fermée plus 10. L’influence des autres matériaux de la coque et l’élargissement du champ d’application du marbre liquide aux solvants non polaires a été mis en œuvre par Gao et McCarthy à l’aide de liquides ioniques 12. Jusqu'à présent pour la formation des coquilles d’axée sur les particules hydrophobes, les diamètres de particules dans les tailles de 10 nm à 30 µm ont été décrit 11,14,16. Nouvelles études montrent que les nanoparticules hydrophobes comme matériau sont d’utilisation encore meilleure que celle des microparticules 13. Premières études de stabilité a confirmé une augmentation dans la stabilité lorsque la taille des particules est ramenée de ca. 600 nm à env. 100 nm. Ce résulte probablement de la distribution des particules plus dense autour de la sphère aqueuse 15.
La protection des compartiments aqueux de réaction par une coquille hydrophobe et leur désignation comme marbres liquide a été décrite en 2001 par Aussillous et coll. et mamoune et al. 17 , 18. depuis lors, quelques applications de ces compartiments de réaction définies ont été décrits. Par exemple, un capteur de gaz issu des marbres liquide 19 et une méthode de détection de la contamination de l’eau basée sur une base qualitative optiquement ont été développés 20. Les auteurs distinguent les avantages du taux de réaction élevé et la faible consommation de produits chimiques de leurs systèmes de réaction micro. Récentes publications traitent de la production de billes liquides sensibles au pH 16 ou la représentation de « Particules de Janus » avec deux différents revêtements de différentes fonctionnalités. Par exemple, Bormashenko et coll. pourrait synthétiser un microréacteur avec réservoirs sont construits en téflon et de noir de carbone semi-conducteurs 21. En outre, il a été démontré que les microréacteurs peuvent efficacement et commode synthétiser polyperoxides en absorbant l’oxygène extérieur comme comonomère par le biais de l' interface de gaz-liquide perméable 24. Dans une autre approche, la coquille de marbres liquide à base de particules de silice fournissent les surfaces réactives substrat pour réguler la réaction de miroir argenté classique 26. Les problèmes actuels de recherche et développement dans le domaine des gouttelettes hydrophile-core-hydrophobe-shell sont le réglage de taille de particules, la production reproductible de gouttelettes monodispersé, la mouillabilité des surfaces et l’effet d’une seconde hydrophile shell sur la réaction micro compartiments 22, mais aussi un meilleur contrôle des trajectoires gouttelettes, par exemple pour le développement de microPCR-systèmes continue 4.
Un actionnement magnétique de ces microréacteurs offre l’avantage de gammes de mouvement relativement élevée et une bonne sélectivité de la force lors de l’utilisation dans les systèmes biochimiques. Lors de l’utilisation de particules de magnétite hydrophobes, ils remplissent la fonction de la transmission de la force magnétique à la circulation de la microréacteurs, tant que la fonction d’une coquille hydrophobe. La circulation magnétique des gouttelettes avec des particules magnétiques à l’intérieur d’une goutte a été postulée pour la première fois en 2006 par Lehmann et al. 23 et Shikida et al. 25, qui ont utilisé manuellement déplacés aimants permanents comme actionneurs pour la mobilisation d’une seule goutte. Une autre approche pour déplacer une petite quantité de liquide a été réalisée par Zhao et al., qui sert de réservoir magnétique particules hydrophobes Fe3O4 . La coque du marbre liquide magnétique a été ouverte sur la face supérieure de la goutte par un champ magnétique inverse vertical 27. Basé sur ce concept, Xue et coll. ont pu développer des particules qui forment un microréacteur ayant une tension superficielle de dyne 20,1 cm−1 28. Lin et coll. fabriqué roman cellulosique micro/nano hiérarchiques sphères avec superparamagnétique et superhydrophobicity qui prévoient des gouttelettes liquides magnétiques transport et la manipulation 31de stabilité de Dieu. C’est sorti jusqu’ici seulement comme une preuve de principe étudier et pas utilisé pour n’importe quelle application. Le contrôle magnétique et électrique des marbres du liquides est actuellement poursuivi en premières approches. Zhao et al. 2010 15 et Zhang et al. 2012 29 ont pu développer une manipulation de gouttelettes par la manœuvre manuelle (manuelle) d’un aimant permanent sous noyau-enveloppe gouttelettes. Bormashenko et al. 11 a obtenu l’accélération d’une bille liquide ferromagnétique jusqu'à une vitesse de 25 cm s-1 en approchant d’un aimant de néodyme. Le principe mentionné ci-dessus études ont été réalisées exclusivement par la manœuvre manuelle d’un petit aimant permanent. Comme une prochaine étape de développement, Zhao et coll. ont été récemment capable d’estimer la densité de flux magnétique nécessaire pour le transport du marbre liquide magnétique en variant la distance d’un aimant permanent de 30. Pour un contrôle de la réaction comparable à celle des systèmes communs de lab-on-a-chip, il semble inévitable de fournir les moyens de contrôle automatisé du liquide v discretolumes. Pour satisfaire ce besoin, nous avons développé un nouveau système de contrôle basé sur des gradients de champ variable se focaliser, déplacer et ouvrir des microréacteurs magnétique.

<table><tbody><tr><td>Imprimante 3D</td><td>FelixPrinters</td><td>Pro1</td><td></td></tr><tr><td>10-acétyl-3,7-dihydroxyphénoxazine (Amplex Red)</td><td>Life Technologies</td><td>A12222</td><td></td></tr><tr><td>Hydroxyde d’ammonium</td><td>TU-KL</td><td>1072</td><td></td></tr><tr><td>Logiciel de CAO</td><td>Siemens</td><td>Soled Edge</td><td></td></tr><tr><td>Appareil de mesure de l’angle de contact</td><td>Dataphysics</td><td>OCA 20</td><td></td></tr><tr><td>Cylindre magnet</td><td>Webcraft GmbH</td><td>S-04-13-N</td><td>https://www.supermagnete.de/stabmagnete-neodym-rund/stabmagnet-durchmesser-4mm-hoehe-12.5mm-neodym-n42-vernickelt_S-04-13-N</td></tr><tr><td>Phosphate dipotassique</td><td>Bernd Kraft</td><td>7758-11</td><td></td></tr><tr><td>Four de séchage</td><td>Liant</td><td>FD 115</td><td></td></tr><tr><td>Éthanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>68-17-5</td><td></td></tr><tr><td>FeCl2 tétrahydraté</td><td>TU-KL</td><td>1625</td><td></td></tr><tr><td>FeCl3 hexahydraté</td><td>TU-KL</td><td>1622</td><td></td></tr><tr><td>Sonde de fluorescence</td><td>PerkinElmer</td><td>LS 55</td><td></td></tr><tr><td>Peroxydase de raifort</td><td>Carl Roth</td><td>9003-99-0</td><td></td></tr><tr><td>Peroxyde d’hydrogène</td><td>Th.Geyer GmbH & Co</td><td>7722-84-1</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate monopotassique</td><td>Bernd Kraft</td><td>7778-77-0</td><td></td></tr><tr><td>Élément Peltier</td><td>Conrad&nbsp ;</td><td></td><td></td>193569</tr><tr><td>Perfluoroctyltriethoxysilane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>51851-37-7</td><td></td></tr><tr><td>Microscope électronique à balayage</td><td>FEI</td><td>Helios NanoLab 650 DualBeam</td><td></td></tr><tr><td>Separation Bar Magnet</td><td>aimant Webcraft GmbH</td><td>Q-40-20-10-N</td><td></td></tr><tr><td>Enrouleur</td><td>IWT GmbH</td><td>FW122</td><td></td></tr></tbody></table>

aqueux gouttelettes servis de microréacteurs enzymatiques et leur déclenchement électromagnétique

Aqueous Droplets Used as Enzymatic Microreactors and Their Electromagnetic Actuation

Pour la mise en œuvre réussie des systèmes de réaction microfluidique, telles que la PCR et l’électrophorèse, la circulation des petits volumes de liquides est essentielle. Dans classiques-sur-une-puce-plates-formes lab, solvants et échantillons sont passés à travers des canaux microfluidiques définis avec les installations de contrôle de flux complexes. La plate-forme de manoeuvre de gouttelettes présentée ici est une alternative prometteuse. Avec elle, il est possible de déplacer une goutte de liquide (microréacteur) sur une surface plane d’une plate-forme de réaction (lab-dans-un-drop). L’actionnement de microréacteurs sur la surface hydrophobe de la plate-forme est basée sur l’utilisation des forces magnétiques agissant sur l’enveloppe extérieure, les gouttes de liquides qui est faite d’une fine couche de particules de magnétite SUPERHYDROPHOBE. La surface hydrophobe de la plate-forme est nécessaire pour éviter tout contact entre le noyau liquide et la surface pour permettre un mouvement sans heurt de la microréacteur. Sur la plate-forme, microréacteurs un ou plusieurs volumes de 10 µL peuvent être placées et déplacées en même temps. La plate-forme elle-même se compose d’une matrice 3 x 3 de bobines doubles électriques accueillir cœurs néodyme ou de fer. Les gradients de champ magnétique sont automatiquement contrôlés. Par la variation des gradients de champ magnétique, coquille hydrophobe magnétique des microréacteurs peut être manipulé automatiquement pour déplacer le microréacteur ou ouvrir le shell de façon réversible. Réactions des substrats et des enzymes correspondantes peuvent être initiées par la fusion des microréacteurs ou mettre en contact avec la surfaces immobilisées catalyseurs.

Les coquille les particules ont un diamètre d’environ 640 nm. Les nanoparticules magnétisables enfermés dans cette fluorosilane les particules de shell ont des diamètres dans une fourchette comprise entre 22 nm et 37 nm. Un microréacteur 5 µL d’eau comme un noyau liquide avait un angle de contact d’autour de 160°.
La force nécessaire pour déplacer un microréacteur 10µl tel que décrit ci-dessus est 1.34 ± 0,08 µN. <strong class="...

Réaction de Lab-in-a-goutte systèmes permettre la mise en oeuvre souple de réactions complexes dans une échelle de microfluidique. Une plate-forme de déclenchement automatisé consistant en une matrice de 3 x 3 des bobines électromagnétiques a été développée et utilisé avec succès pour fusionner deux 10 µL microréacteurs et ainsi initier une réaction enzymatique dans les marbres de liquides qui en résulte.

Aqueux gouttelettes servis de microréacteurs enzymatiques et leur déclenchement électromagnétique

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In ...

L’objectif global de ce dispositif est de fournir une nouvelle technologie de plate-forme microfluidique qui réalise des réactions en cascade automatisées dans de petites gouttelettes aqueuses. Cette méthode pourrait aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la biologie synthétique en reproduisant des séquences réactionnelles de micro-organismes, en effectuant des séquences réactionnelles complexes avec des enzymes et en criblant de nouveaux catalyseurs. Le principal avantage de notre approche de laboratoire en goutte est qu’elle est très adaptable.Contrairement aux puces microfluidiques basées sur des canaux, la seule condition préalable est un environnement de réaction hydrophile. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu des réactions enzymatiques, elle peut également être appliquée à d’autres systèmes, tels que les catalyseurs inorganiques ou l’enchaînement de ligands. J’ai eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque j’ai essayé de concevoir un dispositif microfluidique avec séparation intégrée du produit mais sans système complexe de vannes et de séparateurs.En déplaçant la solution réactionnelle sous forme de gouttelette, le contrôle de la réa

aqueous-droplets-used-as-enzymatic-microreactors-their

Research

Recherche

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingénierie

Droplet plates-formes basées microfluidiques sont des candidats prometteurs pour l'expérimentation à haut débit car ils sont capables de générer picolitres, auto-compartimentées vaisseaux moindre coût aux cadences kHz. Grâce à l'intégration rapide, sensible et haute résolution de fluorescence des méthodes spectroscopiques, les grandes quantités de données générées au sein de ces systèmes peut être efficacement extraite, exploité et utilisé.

Méthodes de détection par fluorescence pour les plateformes microfluidiques gouttelettes

Nous avons développé une culture de cellules automatisé et plate-forme d'interrogation pour les expériences de stimulation cellulaire micro-échelle. La plate-forme offre un contrôle simple, polyvalent et précis dans la culture et la stimulation de petites populations de cellules, et la récupération de lysats pour les analyses moléculaires. La plate-forme est bien adapté aux études qui utilisent des cellules précieux et / ou des réactifs.

Une plate-forme automatisée polyvalent pour micro-échelle expériences de stimulation cellulaire

Le protocole de fabrication et d’exploitation des dispositifs de démouillage de champ (Field-DW) est décrit, ainsi que les études préliminaires des effets des champs électriques sur le contenu des gouttelettes.

Profitant de interaction réduite des gouttelettes de la surface pour optimiser le transport de Bioanalytes en microfluidique digitale

Ce travail présente une méthode simple et visuelle pour détecter les polymorphismes multi-nucléotidiques sur une plateforme de manipulation de gouttelettes pneumatique. Avec la méthode proposée, l'ensemble de l'expérience, y compris la manipulation des gouttelettes et la détection de polymorphismes nucléotidiques multiples, peut être effectuée à proximité de 23 ° C, sans l'aide d'instruments avancés.

La détection Colorimétrie visuelle de Multi-nucleotide polymorphismes sur une plate-forme de manipulation pneumatique Droplet

Cet article décrit le processus de microfluidique et les paramètres pour préparer des particules actionnement des élastomères cristallines liquides. Ce processus permet la préparation d’actionner des particules et la variation de leur taille et forme (à partir de base-coquille aplatie aux pôles à fortement allongé et morphologies Janus) ainsi que l’ampleur de la manoeuvre.

Préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs

Le microfluidique numérique à base d’électrowetting est une technique qui utilise un changement de tension dans l’angle de contact apparent d’une gouttelette de volume de microlitre pour faciliter sa manipulation. La combinaison de ces perles magnétiques avec des perles magnétiques fonctionnalisées permet l’intégration de multiples opérations d’unité de laboratoire pour la préparation d’échantillons et l’identification d’agents pathogènes à l’aide d’analyses immunosorbent liées à l’enzyme...

Plateforme microfluidique numérique basée sur l’électrowetting pour l’analyse immunosorbent liée à l’enzyme automatisée

L’objectif global du protocole est de préparer plus d’un million de gouttelettes de femtoliter commandées, uniformes, stables et biocompatibles sur un substrat planaire de 1 cm2 qui peut être utilisé pour la synthèse des protéines sans cellules.

Un tableau de gouttelettes femtoliter pour la synthèse massive de protéines parallèles à partir de molécules d’ADN unique

Nous décrivons un kit éducatif qui permet aux utilisateurs d’exécuter plusieurs expériences et d’acquérir une expérience pratique sur les microfluidiques numériques.

Un kit polyvalent basé sur l’actionnement numérique de gouttelette de microfluidique pour l’éducation scientifique

Les tests de gouttelettes eau-dans-huile sont utiles pour la chimie analytique, l’évolution enzymatique et l’analyse unicellulaire, mais nécessitent généralement une microfluidique pour former les gouttelettes. Ici, nous décrivons l’émulsification à gabarit de particules, une approche sans microfluidique pour effectuer des tests de gouttelettes.

L’émulsification par gabarit de particules permet des tests de gouttelettes sans microfluidique

Ce protocole décrit comment utiliser le système de culture de microgouttelettes microbiennes (MMC) pour effectuer une culture microbienne automatisée et une évolution adaptative. MMC peut cultiver et sous-cultiver des micro-organismes automatiquement et en continu et surveiller en ligne leur croissance avec un débit relativement élevé et une bonne parallélisation, réduisant ainsi la consommation de main-d’œuvre et de réactifs.

Culture microbienne automatisée et évolution adaptative à l’aide d’un système de culture de microgouttelettes microbiennes (MMC)

Ici, un protocole pour fabriquer des dispositifs microfluidiques à base de verre utilisés pour générer des émulsions hautement monodispersées avec une taille de goutte contrôlée est présenté.

Dispositifs à base de verre pour générer des gouttes et des émulsions

Découvrez une plateforme microfluidique pour réactions en cascade automatisées dans des gouttelettes aqueuses. Cette méthode lab-in-a-drop permet de reproduire des séquences enzymatiques complexes et de cribler de nouveaux catalyseurs en biologie synthétique.

Aqueux gouttelettes servis de microréacteurs enzymatiques et leur déclenchement électromagnétique

Explorer plus de vidéos