Name: Picoinjection של Microfluidic טיפות בלי אלקטרודות מתכת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-18T18:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 20 s
Description: למד טכניקת פיקו-הזרקה לטיפות מיקרו-נוזליות ללא אלקטרודות מתכת. השיטה מאפשרת שליטה מדויקת בנפחי הזרקת ריאגנטים ברזולוציית פיקוליטר ומפשטת את ייצור המכשירים.

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

עבודה זו נתמכה על ידי המחלקה להנדסה ביוטכנולוגיה והמדעים טיפוליים בקליפורניה בסן פרנסיסקו, קליפורניה המכון לכמותית Biosciences (QB3), ופרס גאפ גישור מקרן רוג&#39;רס המשפחה.

1. מימדי עיצוב מכשיר וטופולוגיות בהתבסס על ניסיוני צרכי השימוש בתכנון בעזרת מחשב (CAD) תוכנה הערה: קטרי ערוץ תחליב בחרו קטנים יותר מאלה של הטיפות כדוריות. זה מאלץ את הטיפות לתוך גלילי או צורה &quot;נקניק&quot; ומאפשר לpicoinjection יעיל יותר. למטרות שלנו, עיצבנו 30 x 30 מיקרומטר ערוצים לטיפין שהיו 50 מיקרומטר קוטר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר מודל picoinjection (ים) אחרי אלה שתוארו על ידי אבטה et al. 3 עם החריג שהערוצים לאלקטרודות המתכת מוסרים, כפי שהם מיותרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת ערוצים לשמש כחפיר פאראדיי (איור 1) הפועלים בין אתר picoinjection (ים) והתחליב נגד הזרם כזה שהם להגן על הטיפות מהשדה החשמלי. שים לב: זה מונע מיזוג בלתי צפויה. </li></ol> 2. התקנים לפברק באמצעות רך Photolithטכניקות ographic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור מסכת photolithography שקיפות מבוססת על קובץ CAD באמצעות שירותים מסחריים קיימים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם photomask, לרפא photoresist על פרוסות סיליקון לייצר אדון מכשיר, כפי שתואר לעיל 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים PDMS מעורבב עם סוכן ריפוי (11:1 יחס) על מאסטר המכשיר כלול בצלחת פטרי קלקר 5 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את ההורים עם PDMS בייבוש ואקום בערך 15 דקות כדי להסיר כל בועות אוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרפא את מכשיר PDMS על ידי הצבתו בתנור 95 מעלות צלזיוס במשך שעה 1. לחלופין, PDMS ירפא ב RT אחרי 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את ההתקן על ידי חיתוך סביב ההיקף עם להב כירורגים ומתקלפים המכשיר מן האדון בזהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אגרוף כניסה ויציאת חורים לתוך PDMS באמצעות אגרוף ביופסיה 0.5 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אג&quot;ח המכשיר לשקופית הזכוכית מיקרוסקופ באמצעות ונדר פלזמה 4. </li></ol> 3. הכן את לחץ אווירמשאבת בקרה לחצי מאגר המכיל נוזלים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שנה את תפוקת המשאבה כך שיציאות אוויר דחוסים דרך באורך של 2.7 מ&quot;מ צינורות פוליאתילן בקוטר פנימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות אותו כך שהצינור מסתיים בקצה מזרק luer נעילה על ידי התאמת לומן על הפטמה בחלקו האחורי של luer נעילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום על ידי מילוי החלל שבין אשכולות luer נעילה והצינורות עם אפוקסי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מחט 27.5 G. </li></ol> 4. הכן אמולסיה Monodisperse של מימיות טיפות (מים בשמן) מושעה בשמן נשא Fluorinated אינרטי עם 2% (wt / wt) מומסת ביולוגית 7 פעילי שטח חומרים כימיים מסוימים הכלולים בטיפין אלה תלויים ביישום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כהכנה לreinjection, טען את התחליב לתוך מזרק 1 מיליליטר עם מחט G 27.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אבטח את המזרק במשאבת מזרק ולכוון את המשאבה בצורה אנכית (מחט כלפי מעלה). פתק: נטייה זו גורמת לטיפין לארוז בשכבה מעל השמן נשא. כאשר המשאבה הוא התחילה, הטיפות יהיו דחף מהמזרק בכל חלק בנפח גבוה על ידי שכבת הנפט מתחתיהם. </li></ol> 5. הכן ריאגנטים למבוא לשבב microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אגרוף שלושה חורים 0.5 מ&quot;מ לתוך הכובע של צינור צנטריפוגות 15 מיליליטר (כל מיכל עם מכסה בורג יספיק) באמצעות ביופסיה, מחט, או מקדחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס האלקטרודה 0.5 מ&quot;מ קוטר תיל ואורך סנטימטר ~ 20 של PE-2 צינורות באמצעות שני החורים כך שהם מגיעים לתחתית של תחתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחור שנותר, חוט ~ 2.5 סנטימטר באורך סנטימטר ~ 20 של צינורות PE כזה שהוא ינוח מעל למפלס הנוזל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום כל פערים בחלק העליון של הכובע עם אפוקסי נרפא-UV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את הצינור עם נוזל picoinjection וברגים בכובע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את היציאה ממשאבת האוויר ובקרת לחץ לאורך הקצר של צינורות על ידי הוספהing את המחט לתוך לומן. המחט צריכה להתאים בנוחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממלאי מזרק 1 מיליליטר עם 1 M NaCl לשמש כחפיר פאראדיי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מחט G 27.5 ולאבטח את המזרק במשאבת מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא עוד מזרק 1 מיליליטר עם השמן נשא / spacer, להתחבר מחט G 27.5, ולאבטח אותו במשאבת מזרק. </li></ol> 6. הכן את מכשיר microfluidic לPicoinjection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את צינורות פלט (אורך זמן רב יותר) מיכל הזרקת הנוזל לנמל הכניסה של נוזל picoinjection על שבב microfluidic. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המזרק המכיל את M NaCl 1 לנמל הכניסה לחפיר פאראדיי על שבב microfluidic עם אורך של צינור PE. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את המזרק המכיל את השמן נשא לנמל הכניסה של שבב microfluidic עם אורך של צינור PE. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור PE ליציאה לשקע תחליב על שבב microfluidic. צינורות צריכים לסיים בכלי אוסף אמולסיה, ולאמלי צינור צנטריפוגות 1.5 מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס צינור PE ליציאת הפורקן לחפיר פאראדיי על שבב microfluidic. צינורות צריכים לסיים שבאינם מנהלים ומכל חשמליים מבודד כדי למנוע קצר חשמלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את היציאה של מגבר מתח גבוה (HV) באמצעות קליפ תנין למתכת האלקטרודה שקועה בנוזל picoinjection. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את האלקטרודה הקרקע של מגבר HV באמצעות קליפ תנין למתכת של מחט המזרק המכילה את M NaCl 1. </li></ol> 7. להשרות ריאגנטים לתוך השבב microfluidic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג את M NaCl 1 (פאראדיי החפיר) למכשיר בשיעור של 100 μl / שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להציג את תחליב אגל ושמן נשא במחירים מתאימים למידות המכשיר. למכשיר ההדגמה שלנו, אנחנו מציגים את הטיפות ונפט ב200 ו400 μl / שעה, בהתאמה. ספיקות צריכה לאפשר הטיפות לעבור picoinjector במרווחים זמן קבוע המופרדיםעל ידי פער של שמן נשא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הלחץ המופעל על נוזל picoinjection כך שלחץ הנוזל בפתח picoinjection נמצא בשיווי משקל מכאני עם ערוץ רביב. הערה: בלחץ הזה (לחץ Laplace), נוזל ההזרקה צריך לבלוט לתוך תעלת אגל בלי ניצנים ומיוצרים טיפות משלו (איור 2). בספיקות אלה שתוארו לעיל, אנו מיישמים את לחץ של ~ 13 psi לנוזל ההזרקה כדי להשיג שיווי משקל באזור הזריקה. </li></ol> 8. בגין Picoinjection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כמו טיפות עוברות את פתח ההזרקה, להחיל 0-10 V, 10 kHz, אות AC מוגבר 1,000 x על ידי HV-המגבר (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לווסת את עוצמת הזריקה על ידי שינוי את המשרעת של המתח המופעל. הערה: מתח גבוה צריך לאפשר לנוזל יותר להיות הציג לטיפין. בבדיקה שלנו, שאנו רואים זריקה יציבה ועקבית במתח להיותtween 100 ו3,000 V משתמש בפתרוני הזרקה של NaCl החל 10-500 מ&quot;מ (איור 4). </li></ol>

<ol><li>Kritikou, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((It%27s+cheaper+in+the+Picolab%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Genet%22%5BJournal%5D)">It's cheaper in the Picolab.</a> Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).</li>
<li>Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrocoalescence+of+drops+synchronized+by+size-dependent+flow+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).</li>
<li>Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+injection+with+microfluidics+using+picoinjectors%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U+S+A%22%5BJournal%5D)">High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).</li>
<li>Harris, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+a+microfluidic+device+for+the+compartmentalization+of+neuron+soma+and+axons%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons.</a> J. Vis. Exp. (7), (2007).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+microfluidic+systems+in+poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane).</a> Anal. Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li>
<li>O'Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrode-free+picoinjection+of+microfluidic+drops%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrode-free picoinjection of microfluidic drops.</a> Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).</li>
<li>Holtze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatible+surfactants+for+water-in-fluorocarbon+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions.</a> Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).</li>
<li>Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+dynamics+passing+through+obstructions+in+confined+microchannel+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid.+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).</li>
<li>Herminghaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamical+instability+of+thin+liquid+films+between+conducting+media%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dynamical instability of thin liquid films between conducting media.</a> Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).</li>
<li>Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+electrocoalescence+in+microfluidics%3A+Targeting+a+single+lamella%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).</li>
<li>Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting-controlled+droplet+generation+in+a+microfluidic+flow-focusing+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys%3A+Condens.+Matter%22%5BJournal%5D)">Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device.</a> J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).</li>
<li>Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Picoinjection+enables+digital+detection+of+RNA+with+droplet+rt-PCR%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR.</a> PLoS ONE. 8 (4), (2013).</li>
</ol>

אנחנו לא מבינים באופן מלא מנגנון פיזי מדויק מאחורי הקשר בין המתח להחיל ונפח הזרקה שנצפה בניסויים שלנו. האינטרסים של המעבדה ובאזורים רלוונטיים של מומחיות אינם מתאימים היטב לרודף השאלה המתמשכת הזה. אנו מעודדים את אלה עם יותר פיסיקה וחוש הנדסה כדי לחקור את התופעה הזאת.

הקשר בין נפח הזרקה ומתח להחיל תלוי בגורמים רבים, כולל מידות מכשיר, אורכו של הצינור שנשא את נוזל picoinjection למכשיר, molarity של picoinjection נוזלים, ואת המהירות של הטיפות כשהם עוברים הם מזרק. מסיבה זו אנו ממליצים כי יחסי נפח / מתח להתאפיין לפני כל ריצה של picoinjection על ידי מדידת נפחי הזרקה בקצות טווחי העבודה של מתח וmolarity. בנוסף, במתח וmolarities נוזל ההזרקה גבוהים יותר שאנו רואים תופעה שבה נוזל picoinjection הוא כבר לא החזיק בשיווי המשקל בפתח ההזרקה, אך במקום זאת ניצנים ...

במיקרופלואידיקה מבוסס אגל, טיפות מימיות מיקרון בקנה המידה משמשות כ&quot; מבחנות &quot;לתגובות ביולוגיות. היתרון לביצוע תגובות בטיפין הזעירות הוא שכל טיפה משתמשת רק כמה pl של מגיב ו, עם מיקרופלואידיקה, יכולות להיווצר הטיפות ומעובד בשיעורי kilohertz 1. בשילוב, מאפיינים אלה מאפשרים למ&#39; תגובות עם תאים בודדים, מולקולות חומצות גרעין, או תרכובות שיש לבצע בעניין של דקות עם μl של חומר בסך הכל. כדי להשתמש בטיפין ליישומים כמו אלה, טכניקות דרושות להוספת כמויות מבוקרות של חומרים כימיים לטיפין; פעולות כאלה הם מקבילים pipetting לתוך מבחנות. שיטה אחת לביצוע הזה היא electrocoalescence, שבו ירידה של מגיב ממוזגת עם טיפת המטרה על ידי החלת שדה חשמלי. השדה החשמלי משבש את הסדר של מולקולות פעילי שטח בממשקים של הטיפות, inducing חוסר יציבות סרט דק ומפעיל גיבוש בתחליבים כי הם יציבים 2 בדרך אחרת. מיזוג חשמלי מושרה הוא גם ניצל בעיצוב של picoinjector, מכשיר שמזריק חומרים כימיים לטיפין שהם זורמים בעבר בערוץ 3 בלחץ. כדי להחיל את השדה החשמלי, מכשירי picoinjector לנצל אלקטרודות מתכת, אבל שילוב של אלקטרודות מתכת לתוך שבבי microfluidic הוא לעתים קרובות תהליך מורכב ומועדת לטעויות כמו חוטי נוזל ההלחמה נמצאים בסכנה בקלות על ידי בועות אוויר או אבק ופסולת אחרת בערוץ , כמו גם שברים מלחץ או כיפוף במהלך התקנת התקן. כאן אנו מציגים שיטה לביצוע picoinjection ללא השימוש באלקטרודות מתכת, מה שהופך את הייצור פשוטים יותר וחזק יותר. כדי לעורר picoinjection, אנחנו במקום להשתמש בנוזל להזרקה עצמה כאלקטרודה, מכיוון שרוב חומרים כימיים ביולוגיים מכילים אלקטרוליטים מומסים ומוליכים. אנחנו גם להוסיף &quot;פאראדיי מואהלא &quot;כדי להגן על אזורים רגישים של המכשיר ולפעול כקרקע אוניברסלית (איור 1). החפיר חשמלי מבודד את הטיפות במעלה הזרם של אתר picoinjection על ידי מתן קרקע, מניעת מיזוג טיפה לא מכוון. יתרון נוסף של השיטה שלנו הוא ש נפח שהוחדר לתוך הטיפות תלויה בגודלו של המתח להחיל, שמאפשר לו להיות מותאמים על ידי כוונון האות מיושמת. אנחנו לפברק המכשירים שלנו בפולי (dimethylsiloxane) (PDMS) תוך שימוש בטכניקות photolithographic רכים 4,5. הגישה שלנו היא בקנה אחד עם ההתקנים מפוברק בחומרים אחרים, כמו רפים, פלסטיק, ואפוקסי. יש הערוצים לגבהים ורוחב של 30 מיקרומטר, שהם אופטימליים לעבודה עם טיפות 50 מיקרומטר בקוטר (65 pl). אנחנו מציגים את חומרים כימיים דרך צינורות polyethelene (0.3/1.09 מ&quot;מ קוטר חיצוני / פנימי) מוכנסים לתוך יציאות שנוצרו במהלך ייצור מכשיר עם 0.50 מ&quot;מ אגרופים ביופסיה, בדומה לשיטות described בעבר 5. האיפור של נוזל ההזרקה המדויק תלוי ביישום הספציפי. הנוזל צריך להכיל רק אלקטרוליטים מומסים בריכוזים גבוהים מספיק כדי להניב מוליכות מספיק לאות החשמלי שמועבר לpicoinjector. בבדיקת ספסל, מצאנו כי ריכוזים יוניים גדולים מ10 מ&quot;מ צריכים להספיק 6, אם כי ערך זה ומוליכות נוזל תלויות בממדי המכשיר הספציפיים ובהיקף של המתח המופעל.

<table><tbody><tr><td>1 מ"ל Luer-Lok&trade; מזרקים</td><td>BD Medical</td><td>309628</td><td></td></tr><tr><td>LocTite דבק מרפא UV</td><td>Henkel</td><td>35241</td><td></td></tr><tr><td>PE-2 צינורות</td><td>Scientific Commodities</td><td>BB31695-PE/2</td><td></td></tr><tr><td>Novec HFE-7500</td><td>3M</td><td>98-0212-2928-5</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>1.5 מ"ל צינורות צנטריפוגה</td><td>Eppendorf</td><td>22363531</td><td></td></tr><tr><td>BD Falcon צינור 15 מ"ל</td><td>BD Biosciences</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>משאבת בקרת לחץ אוויר</td><td>Control Air Inc.</td><td></td><td>אנו ממליצים על אחד בשליטת DAQ ותוכנת בקרה</td></tr><tr><td>משאבות מזרקים</td><td>New Era</td><td></td><td>חייב להיות מסוגל להחזיק מזרקים של 1 מ"ל ולזרום בשיעורים נמוכים כמו 100 & #956; מגבר</td></tr><tr><td></td><td></td><td>HV</td> l/hr <td>חייב להיות מסוגל להגביר פי 1,000 של אותות בין 0.01 ל-10 וולט</td></tr><tr><td>מחבר/מנקה פלזמה</td><td>האריק פלזמה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3 אינץ' פרוסות סיליקון</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>647535</td><td></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>Sylgard 184 עם חומר ריפוי יש לכלול</td></tr><tr><td>SU-8 Photoresist</td><td>MicroChem</td><td></td><td>הצמיגות תלויה במידות המכשיר</td></tr></tbody></table>

picoinjection של microfluidic טיפות בלי אלקטרודות מתכת

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

שיטות קיימות לpicoinjecting ריאגנטים לטיפי microfluidic דורשות אלקטרודות מתכת משולבות בשבב microfluidic. השילוב של אלקטרודות אלה מוסיף צעדים מסורבלים ומועדת לטעויות לתהליך ייצור מכשיר. אנחנו פיתחנו שיטה שמייתרת את הצרכים עבור אלקטרודות מתכת במהלך picoinjection. במקום זאת, היא משתמשת בנוזל להזרקה עצמה כאלקטרודה, מכיוון שרוב חומרים כימיים ביולוגיים מכילים אלקטרוליטים מומסים ומוליכים. על ידי ביטול את האלקטרודות, אנו להפחית את זמן ייצור מכשיר ומורכב, ולהפוך את המכשירים חזקים יותר. בנוסף, עם הגישה שלנו, את עוצמת הזריקה תלויה במתח להחיל את פתרון picoinjection; זה מאפשר לנו להתאים את עוצמת הקול שהוחדר על ידי ויסות המתח להחיל במהירות. אנו מראים כי הטכניקה שלנו היא בקנה אחד עם חומרים כימיים בשילוב תרכובות ביולוגיות משותפות, כוללים כריות, אנזימים, וחומצות גרעין.

תמונות מיקרוסקופיות שנלקחו בתערוכת אתר picoinjection שחשמול של נוזל picoinjection הוא מספיק כדי לעורר הזרקה (איור 2). הנפח המוזרק יכול להיות נשלט על ידי ויסות המשרעת של המתח להחיל, עם מתחים גבוהים יותר ומאפשרים לכרכי הזרקה גבוהים יותר. אנו נצייר את עוצמת הזריקה לעומת סדר הגודל של המתח להחיל במשך שלוש molarities נציג של הזרקת נוזל ב( איור 3). כדי להדגים את המהירות בשיטה שלנו, באופן סלקטיבי מוזרקים טיפות חולפות באתר ההזרקה בהתאם לנוכחות או ההיעדרות ...

פיתחנו טכניקה לpicoinjecting טיפות microfluidic שאינו דורשות אלקטרודות מתכת. ככזה, מכשירים המשלבים הטכניקה שלנו הם פשוט כדי להמציא ולהשתמש.

Picoinjection של Microfluidic טיפות בלי אלקטרודות מתכת

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of ...

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא לתכנן, לייצר ולהשתמש בשבבי מיקרופלואידיקה המסוגלים להזריק ריאגנטים בצורה מדויקת ובשליטה לתוך טיפות מים בשמן, תהליך המכונה pico injection. דבר זה מושג תחילה על ידי תכנון התקן בעל תעלת אמולסיה המצטמצמת לקוטר קטן מזה של הטיפות הכדוריות, ומסדרת אותן במרווחים שווים בתוך שמן נשא אינרטי. כשלב שני, טיפות המים והשמן מוחדרות אל ההתקן וזורמות אל נקודת ההזרקה.תעלה ניצבת המכילה את הריאגנטים להזרקה. לאחר מכן, מופעל מתח גבוה על נוזל ההזרקה בעת מעבר טיפות דרך נקודת ההזרקה, וזאת כדי לגרום למיזוג של הטיפות עם נוזל ההזרקה. התוצאות שהתקבלו מראות כי על ידי כוונון גודל המתח המופעל, ניתן לשלוט במדויק בנפח הריאגנט המוזרק ברזולוציה של פיקוליטרים. טכניקה זו נולדה מתוך הצורך לפשט את הייצור של המכשירים שלנו על ידי ביטול הצורך באלקטרודות מתכת.היתרונות על פני טכניקות קיימות הם הקלות והפשטות בתכנון המכשיר, בייצורו ובשימוש בו. האלקטרודות המתכתיות ששימשו בשיטות קודמות היו נוטות להישבר ורגישות לאבק ולפסולת בתעלות במהלך הייצור. על ידי ביטול האלקטרודות, הפכנו את המכשירים שלנו לעמידים יותר ושיפרנו את יעילות הייצור. השלב הראשון הוא תכנון שבב מיקרופלואידי בהתאם לצרכי הניסוי.השתמשו בתוכנה לתכנון בעזרת מחשב (CAD) עבור שלב זה, על מנת לאפשר שימוש בטכניקות פוטוליתוגרפיה בשלב מאוחר יותר. תכנון

picoinjection-of-microfluidic-drops-without-metal-electrodes

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

מקור: Vanegas, M. I., et al. מערכת מיקרו-הזרקה לעירוי תרופות משולב ואלקטרופיזיולוגיה. J. Vis. Exp. (2019)סרטון זה מדגים מכשיר מיקרופלואידית מבוסס מיקרואלקטרודה המספק תמיסת תרופות דרך צינור נימי, תוך שימוש בתמיסת סמן על בסיס שמן למעקב מדויק אחר נפח ומאפשר הקלטה עצבית ועירוי תרופות בו זמנית.

מערכת מיקרו-הזרקה מבוססת מיקרופלואידית לעירוי תרופות משולב ואלקטרופיזיולוגיה

מתואר הפרוטוקול לייצור ותפעול של התקני הרטבת שדה (Field-DW), כמו גם המחקרים הראשוניים של השפעות השדות החשמליים על תכולת הטיפות.

ניצול של אינטראקציה אגל-פני השטח מופחת למטב תחבורה של Bioanalytes במיקרופלואידיקה הדיגיטלי

אנו מציגים מערכת מבוא מדגם אגל דיסקרטית לספקטרומטריית מצמידים אינדוקטיבי פלזמה המונית (ICPMS). הוא מבוסס על שבב microfluidic זול וחד פעמי שיוצר טיפות monodisperse ביותר בטווח גודל של 40-60 מיקרומטר בתדרים בין 90 ל -7,000 הרץ.

שבב microfluidic למבוא לדוגמא ICPMS

אנו מציגים שיטה לשליטה באנרגיית הפנים של מתכת נוזלית באלקטרוליט באמצעות תצהיר אלקטרוכימי (או הסרה) של שכבת תחמוצת פני השטח. שיטה פשוטה זו יכולה לשלוט בהתנהגות הנימים של מתכות נוזליות מבוססות גליום על ידי כוונון אנרגיית הפנים במהירות, באופן משמעותי והפיך באמצעות מתחים צנועים.

שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

אנו מדגימים פלטפורמת microfluidic עם רשת האלקטרודה משטח משולבת המשלב חישת דופק התנגדות (RPS) עם הגישה מרובה חלוקת קוד (CDMA), לבצע ריבוב איתור אומדת חלקיקי ערוצי microfluidic מרובים.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

אנו מציגים מערכת microinjectrode מיועד אלקטרופיזיולוגיה וסיוע משלוח של בדיקה ניסויית (כלומר, ננוחיישנים, microאלקטרודות), עם עירוי תרופה אופציונלי. רכיבים במיקרופלואידיג זמינים באופן נרחב לצינורית המכילה את הגשוש. פרוטוקול שלב אחר שלב עבור הבנייה microinjectrode הוא כלול, עם תוצאות במהלך עירוי מוסקימול בקליפת מקוק.

מערכת microinjectrode לטיפול בתרופות אינפוזיה ואלקטרופיזיולוגיה של התרופה

אנו מתארים ערכה חינוכית המאפשרת למשתמשים לבצע ניסויים מרובים ולצבור ניסיון מעשי במיקרופלואידיקה דיגיטלית.

ערכה רב-תכליתית המבוססת על מפעיל טיפת מיקרופלואידיקה דיגיטלית לחינוך מדעי

כאן, מוצג פרוטוקול לייצור התקנים מיקרופלואידיים מבוססי זכוכית המשמשים ליצירת תחליבי מונודיספראז גבוהים עם גודל טיפה מבוקר.

התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים

הייצור של התקן דו-שכבתי מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לייצור ספריות קומבינטוריות בתחליבים של מים בשמן (תקעים) מוצג כאן. החומרה והתוכנה הדרושים לאוטומציה של ייצור תקעים מפורטים בפרוטוקול, ומודגם גם ייצור ספרייה כמותית של תקעים פלואורסצנטיים.

התקן מיקרופלואידי דו-שכבתי לייצור תקע קומבינטורי

הפרוטוקול מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית מתקדמת למדידה כמותית של דינמיקת הפרשת ציטוקינים של תאי דם חד-גרעיניים היקפיים אנושיים בודדים. הפלטפורמה מודדת עד שלושה ציטוקינים במקביל (IL-6, TNFα ו-IL-1β) עבור כל תא בודד המגורה באמצעות ליפופוליסכריד כדוגמה.

גישה מיקרופלואידית לפתרון הפרשת ציטוקינים סימולטנית ורציפה של תאים רב-תפקודיים בודדים 

למד טכניקת פיקו-הזרקה לטיפות מיקרו-נוזליות ללא אלקטרודות מתכת. השיטה מאפשרת שליטה מדויקת בנפחי הזרקת ריאגנטים ברזולוציית פיקוליטר ומפשטת את ייצור המכשירים.

Picoinjection של Microfluidic טיפות בלי אלקטרודות מתכת

גלה סרטונים נוספים