מאמר זה מתאר את הייצור וההפעלה של שבבי אקוסטופורטי מיקרופלואידיים באמצעות טכניקת האקוסטופורזיס המיקרופלואידית ומיקרובים שעברו שינוי אפטאמר שיכולים לשמש לבידוד מהיר ויעיל של חיידקים גראם-שליליים ממדיום.
מאמר שיטה
מאמר זה מתאר את הייצור וההפעלה של שבבי אקוסטופורטי מיקרופלואידיים באמצעות טכניקת האקוסטופורזיס המיקרופלואידית ומיקרובים שעברו שינוי אפטאמר שיכולים לשמש לבידוד מהיר ויעיל של חיידקים גראם-שליליים ממדיום.
מאמר זה מתאר את הייצור וההפעלה של שבבי אקוסטופורטי מיקרופלואידיים באמצעות טכניקת אקוסטופורזיס מיקרופלואידית ומיקרובים שעברו שינוי אפטמר שיכולים לשמש לבידוד מהיר ויעיל של חיידקים גראם-שליליים ממדיום. שיטה זו משפרת את יעילות ההפרדה באמצעות שילוב של מיקרו-ערוצים ארוכים ומרובעים. במערכת זו, המדגם והמאגר מוזרקים ליציאת הכניסה באמצעות בקר זרימה. עבור מרכוז חרוזים והפרדת דגימות, כוח AC מוחל על המתמר הפיאזואלקטרי באמצעות מחולל פונקציות עם מגבר כוח כדי ליצור כוח קרינה אקוסטית במיקרו-ערוץ. בכניסה ובשקע יש תעלה דו-פרצופית, המאפשרת הפרדה, טיהור וריכוז בו זמנית. למכשיר שיעור התאוששות של >98% וטוהר של 97.8% עד לריכוז מנה של פי 10. מחקר זה הדגים קצב התאוששות וטוהר גבוהים יותר מהשיטות הקיימות להפרדת חיידקים, מה שמרמז על כך שהמכשיר יכול להפריד חיידקים ביעילות.
פלטפורמות מיקרופלואידיות מפותחות כדי לבודד חיידקים מדגימות רפואיות וסביבתיות, בנוסף לשיטות המבוססות על העברה דיאלקטרית, מגנטופורזיס, מיצוי חרוזים, סינון, מיקרופלואידיקה צנטריפוגלית ואפקטים אינרציאליים, וגלים אקוסטיים על פני השטח 1,2. הזיהוי של חיידקים פתוגניים נמשך באמצעות תגובת שרשרת פולימראז (PCR), אך בדרך כלל הואמייגע, מורכב וגוזל זמן רב 3,4. מערכות אקוסטופורזיס מיקרופלואידיות הן חלופה לטיפול בכך באמצעות תפוקה סבירה ובידוד תאים ללא מגע 5,6,7. Acoustophoresis היא טכנולוגיה המפרידה או מרכזת חרוזים באמצעות תופעה של תנועת חומר דרך גל קול. כאשר גלי קול נכנסים למיקרו-ערוץ, הם ממוינים לפי הגודל, הצפיפות וכו' של החרוזים, וניתן להפריד את התאים לפי התכונות הביוכימיות והחשמליות של מדיום התלייה 7,8. בהתאם לכך, מחקרים אקוסטופורטיים רבים נערכו באופן פעיל 9,10,11, ולאחרונה, סימולציות נומריות תלת-ממדיות של תנועה אקוסטופורטית המושרה על ידי זרימה אקוסטית מונחית גבולות במיקרופלואידיקה של גלים אקוסטיים במשטח עמידה, הוצגו 12.
מחקרים בתחומים שונים בוחנים כיצד להחליף נוגדנים 2,3. אפטמר הוא חומר מטרה בעל סלקטיביות וספציפיות גבוהות, ומחקרים רבים נערכים 2,9,10,13. לאפטמרים יש יתרונות של גודל קטן, יציבות ביולוגית מצוינת, עלות נמוכה ויכולת שכפול גבוהה בהשוואה לנוגדנים והם נחקרים ביישומים אבחוניים וטיפוליים 2,3,14.
במאמר זה מתואר פרוטוקול בטכנולוגיית אקוסטופורזיס מיקרופלואידית שניתן להשתמש בו להפרדה מהירה ויעילה של חיידקים גראם-שליליים (GN) ממדיום באמצעות מיקרובים שעברו שינוי אפטמר. מערכת זו מייצרת גל עמידה אקוסטי דו-ממדי (2D) באמצעות הפעלה פיאזואלקטרית יחידה על ידי גירוי בו-זמני של שתי תהודות אורתוגונליות בתוך מיקרו-ערוץ מלבני ארוך כדי ליישר ולמקד מיקרובים המחוברים לאפטמר בנקודות הצומת והאנטי-צומת ליעילות הפרדה 2,11,15,16 . בכניסה ובשקע יש תעלה דו-פרצופית, המאפשרת הפרדה, טיהור וריכוז בו זמנית.
פרוטוקול זה יכול להיות מועיל בתחום של אבחון מוקדם של מחלות זיהומיות חיידקיות, כמו גם תגובה מהירה, סלקטיבית ורגישה לזיהומים חיידקיים פתוגניים באמצעות ניטור מים בזמן אמת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תכנון שבבי אקוסטופורזיס מיקרופלואידי
הערה: איור 1 מראה סכמטיות של הפרדה ואיסוף של מיקרובי מטרה ממיקרו-ערוצים על-ידי אקוסטופורזיס. שבב האקוסטופורזיס המיקרופלואידי מתוכנן עם תוכנית CAD.
2. ייצור שבבי אקוסטופורזיס מיקרופלואידי
הערה: הרכיבו ארבע שכבות בסדר הבא: שכבת זכוכית-סיליקון בורוסיליקט, שכבת סיליקון, שכבת זכוכית בורוסיליקט ושכבת PZT, כפי שמוצג באיור 3A,B.
3. זני חיידקים ותרבית
הערה: עיין בטבלה 2 כדי לבחור ולדגור על חיידקי GN וחיידקי גראם-חיוביים (GP) לניסויים. עבור שיטת התרבות, עיין בשלבים 3.1-3.4. כל החיידקים צריכים להיות דגירה בתנאים אירוביים עד ספיגה של 0.4 ב 600 ננומטר (OD600) מתקבל.
4. מיקרובים ואימוביליזציה של אפטמר על מיקרובים
5. התקנה והפעלה של אקוסטופורזיס
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 5 מציג את התמונה של זרימת חרוזים כפונקציה של מתח PZT (OFF, 0.1 V, 0.5 V, 5 V). במקרה של שבב acoustophoretic שהוצג במחקר זה, אושר כי ככל שהמתח של PZT גדל, הריכוז המרכזי של חרוזים בגודל 10 מיקרומטר גדל. רוב החרוזים בגודל 10 מיקרומטר התרכזו במרכז ב-5 וולט של מתח ה-PZT. באמצעות תוצאה זו, תדר תהודה של 3.66 MHz נוצר במחולל פונקציות ערוץ יחיד, ואות כללי הוגבר על ידי 16 dB (כ 9 פעמים) באמצעות מגבר כוח.
טבלה 3 מראה כי תערובת המיקרובים של 1 מיקרומטר (ג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פיתחנו מכשיר מיקרופלואידי לריחוף קולי ללכידה והעברה של חיידקי GN מדגימות תרבית במהירות גבוהה על בסיס שיטת ריצה רציפה בהתאם לגודלם ולסוגם, ומיקרובים שעברו שינוי אפטמר. המיקרו-ערוץ הארוך והמרובע מאפשר תכנון פשוט יותר ויעילות גבוהה יותר עבור אקוסטופורזיס דו-ממדי ממה שדווח בעבר 20,21,22,23,24,25,26.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי מענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון ממשלת קוריאה (משרד המדע והתקשוב). (לא. NRF-2021R1A2C1011380)
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1 ומיקרו; מיקרו-חרוזי פוליסטירן m | מעבדות באנג | PS04001 | חרוזים בגודל תא |
| 10 ומיקרו; m מיקרו-חרוזים מצופים סטרפטווידין | מעבדות באנג CP01007 | חרוזי זיקה של אפטמר | |
| אינץ 'פרוסת סיליקון / תבנית SU-8 | 4science | 29-03573-01 | רכיבי שבב |
| Aptamer | טכנולוגיות DNA משולבות | GN3-6'RNA | לצימוד חיידקים |
| זכוכית בורוסיליקט | Schott | BOROFLOAT 33 | רכיבי |
| צנטריפוגת | Daihan | CF-10 | חלקיקי שחיקה |
| דבק ציאנואקרילט | 3M | AD100 | חבר PZT לשבב |
| Escherichia coli DH5α | KCTC | KCTC2571 | יעד חיידקים |
| מחולל פונקציונלי | GW Instek | AFG-2225 | לייצר |
| תדר מצלמה במהירות גבוהה | Photron | FASTCAM מיני | תצפית על הפרדה |
| פלטה חמה | כצלחת | אחת HI-1000 | לריפוי נוזל PDMS |
| מזרק KOVAX-מזרק 10 מ"ל | קוריאה חיסון | 22G-10 מ"ל | מלאו את תעלת האקוסטופורזיס המיקרופלואידית במים דה-מינרליים נטולי בועות. |
| פולידימתילסילוקסן נוזלי, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | רכיבי שבב |
| LB מרק מילר | BD Difco | 244620 | תרבית תאים (מדיום לוריא-ברטני) |
| מיקרוסקופ | אולימפוס קורפ. | IX-81 | תצפית על הפרדה |
| מאגר PBS | מזל גדי מדעי | PBS-1A | חיידקים שוצפים |
| הצצה | Saint-Gobain Ppl Corp. | AAD04103 | להזריק או לאסוף חלקיקים |
| מתמר פיזואלקטרי | Fuji Ceramics | C-213 | צור גל ספציפי בערוץ |
| מגבר כוח | מגבר מחקר | 75A250A | תגבר תדר |
| בקר לחץ/μ flucon | AMED | AMED-μ flucon | בקרת לחץ אוויר/בקר זרימה |
| Tris-HCl מאגר | invitrogen | 15567027 | חלקיקי בזבוז |
| מסובב צינור | SeouLin Bioscience | SLRM-3 | שינוי אפטמר וחרוז |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה