Name: ניצול של אינטראקציה אגל-פני השטח מופחת למטב תחבורה של Bioanalytes במיקרופלואידיקה הדיגיטלי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-10T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 57 s
Description: למד לייצור מכשירי dewetting שדה להעברת טיפות עם ביואנליטים ללא תוספים. השיטה משתמשת בפחם נרות ופולימרים פלואוריים להגנה על השכבה. המחקר מדגים יישומים בביוטכנולוגיה ומיקרופלואידיקה דיגיטלית.

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

אנו מודים לקרן Lindback לתמיכה כספית, וד&quot;ר אלכסנדר Sidorenko ואלזה צ &#39;לדיונים פוריים וסיוע טכני, והפרופסור רוברט סמית&#39; לקבלת סיוע בג מבחני elegans.

הערה: בהליכים המתוארים להלן, חייבות תמיד להיות אחרי הנחיות בטיחות במעבדה. חשיבות מיוחדת היא הבטיחות בעת התמודדות עם מתח גבוה (&gt; 500 V) וכימיקלים לטיפול. 1. ציפוי של מצע מוליך עם נר פיח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Cut מתכת נחושת למלבנים (75 x 43 מ&quot;מ, 0.5 מ&quot;מ עובי). נקה כל מצע נחושת על ידי טבילה בetchant נחושת לכ -30 שניות, לשטוף במים ברז למשך כ -20 שניות, ויבש עם נייר. הערה: אם אתם משתמשים בשיטה 1 להלן, לשנות את הממדים 75 x 25 מ&quot;מ כדי שיתאים למכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטאטא נר פרפין מואר תחת המצע נחושת עבור 30-45 שניות, כדי להשיג ציפוי פיח אחיד כ (כ -40 מיקרומטר עבה). שמור את המצע בסנטימטר ~ 1 בתוך הלהבה. אל תיגע במשטח הפיח השביר. </li></ol> 2. הגנה על שכבת הפיח עם ציפוי הערה: שכבת הפיח היא מאוד שבירה, ויש לצפות להגנה. שתי חלופות פשוטות (שיטות 1 ו -2 להלן) הציעו כאן, אבל פרוטוקולים חזקים יותר נמצאים כעת בפיתוח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיטת 1 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את המדגם לתוך מאייד המתכת או מערכת המקרטעת. בעקבות הליכי פעולתה של המערכת, לפנות את החדר, ולהתחיל בתצהיר מבוקר של זהב על גבי שכבת הפיח (150-200 ננומטר). בואו המכשיר להתקרר לטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טבילת מעיל מצע metalized בפתרון 1-dodecanethiol (1% V / V, ב -95% אתנול, ACS כיתה USP /), במשך 10 דקות בתוך ברדס כימי. ואז, מחזיק את המכשיר בזווית קרובה ל -60 מעלות, לשטוף בעדינות את פני השטח עם כמה טיפות של אתנול בלבד. בואו המכשירים יבשים, לילה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיטה 2 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במנדף כימי, מייד לאחר ציפוי המצע עם פיח ואילו המצע הוא עדיין חם מלהבת הנר, להפקיד כמה טיפות של נוזל פלואור בצד אחד שלמצע, ולהטות את המצע לזווית קרובה ל 90 מעלות. להפקיד יותר טיפות, ולתת להם להתגלגל על ​​פני כל משטח הפיח. הערה: כאשר הטיפה נופלת על מקום, פיח יישטף מאזור זה. בואו הטיפות של התפשטות נוזל פלואור ככל האפשר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את המצע על צלחת חמה (160 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות) בתוך מנדף כימי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואו המצע לשבת לילה בטמפרטורת חדר לפני השימוש. אחסן ללא הגבלת זמן. </li></ol></li></ol> 3. ייצור של למעלה אלקטרודות (מעובד מתוך et al Abdelgawad. 12) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צייר את האלקטרודות באמצעות תוכנת עיצוב גרפית. כל אלקטרודה היא 2 מ&quot;מ, רוחבו 0.3 מ&quot;מ, ואת הפער בין האלקטרודות הוא 0.3 מ&quot;מ. הפער בין אנשי קשר (לייכנס לתוך המחבר, ראה להלן) הוא 2.3 מ&quot;מ (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חתוך רבד נחושת גמיש (35 מיקרומטר העבה) לפורמט Monarch (3.87 x 7.5 אינץ &#39;). השתמשו בגדלים אחרים iו תואם למדפסת. טענת את רבד במגש ההזנה הידני של מדפסת צבע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקפד להשתמש ב&quot; שחור עשיר &quot;, או&quot; רישום שחור &quot;, בעת הדפסה על הגיליון נחושת (ראה Abdelgawad et al. 12 לפרטים נוספים) כדי לאפשר שכבה צפופה של דיו שחור על המצע נחושת, הגנה על הדפוס שנדפס בתחריט . בואו יבש מצע המודפס לגמרי, לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתוך ברדס כימי, להתחמם (40 מעלות צלזיוס) כוס עם 50 מיליליטר של etchant נחושת. טובלים את רבד המודפס בכוס, ובעדינות לנער אותו בפתרון לכ -10 דקות. זמן תחריט תלוי בפתרון etchant הנחושת. בכל כמה דקות, לבדוק קורוזיה ולראות אם התבנית היא ללא פגע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף בזהירות את רבד במים, ולהסיר את הציפוי עם אצטון ואתנול במנדף כימי. לשטוף שוב, ובעדינות לייבש את רבד עם מגבת נייר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצרף בזהירות רבד עם אלקטרודות לשטח בנוישקופית ss (75 x 25 מ&quot;מ, ~ 1 מ&quot;מ עובי), באמצעות קלטת דו צדדית. הימנע מכיסי אוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף סרט של PFA perfluoroalkoxy לאלקטרודות באמצעות קלטת. זה משמש כדי למנוע מגע מקרי של אלקטרודות עם הטיפה, נזקי אלקטרודות העליונים עקב קצר חשמלי ש. </li></ol> 4. אלקטרוני הממשק (המעגל באיור 2) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הלחמה הממסרים וC הקבלים למעגל אוניברסלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את שאר 10 נהגי ממסר על קרש חיתוך solderless למעגלים אלקטרוניים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוט הקלט של כל נהג ממסר לערוץ בשלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד בזהירות את האלקטרודות העליונה למחבר (איור 3). חוט הפלט של כל נהג ממסר לאלקטרודה עליונה, כפי שמוצג באיור. שים לב שיש קשר מחבר מעוגן בין זוג חוטים מממסרים, כדי למזער את הרעש חשמלי. הערה: המחבר יושב על פלטפורמה מתכווננת לשלוט tהוא מרחק (0.1-.5 מ&quot;מ) בין מצע העליון ותחתון (פיח מצופה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתכנית לשליטה עיתוי למתח גבוה יישום (HV) (כ -0.8 שניות) 4 אלקטרודות באותו הזמן, הסטת אלקטרודה 1 בכיוון התנועה (כלומר, 0.8 שניות, להניע 1234; אז 2345, 3456, וכו &#39; ., 0.8 שניות לכל קבוצה, ולאחר מכן לאחור, מהלכים כל כך טיפה בכיוון ההפוך גם כן). </li></ol> 5. ויזואליזציה וטיפול אגל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להקליט תנועת אגל, להשתמש במערכת להדמיה, שמורכבת מ24X - ההרכבה הגדלת 96X בשילוב עם מצלמת CCD. חבר את מצלמת וידאו למצלמה באמצעות S-video. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיפטה טיפת 4 μl המכילה ג elegans בתקשורת על החלק התחתון של המצע מצופה הפיח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להביא את האלקטרודות העליונה ל~ 0.3 מ&quot;מ מעל הטיפה. הטיפה צריכה להיות קרובה לאמצע, ממש מתחת לאלקטרודה החמישית, לניתוח קל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הממשק האלקטרוני ומתח גבוה (500 V RMS), ולהתאים את מרחק אלקטרודה העליון לטיפה עד שהוא מתחיל לזוז. אל תתנו לאלקטרודות העליונים לגעת בטיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איסוף נתונים על ידי הקלטת מספר העברות אגל מוצלחות במכשיר בתגובה לפולסים חשמליים. ניסוי מוצלח מאופיין בלפחות 700 העברות טיפה, כלומר, העברה אחת לאחר כל פעימה חשמלית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף נתונים באופן רציף, עד הטיפה לא לזוז יותר בתגובה ל5 עד 10 פעימות. הערה: כאשר פני השטח מתחיל להשפיל, תנועה יכולה להיות משוחזרת על ידי הבאת אלקטרודות העליונה קרובה יותר לטיפה. </li></ol>

<ol><li>Fair, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+microfluidics%3A+is+a+true+lab-on-a-chip+possible%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">Digital microfluidics: is a true lab-on-a-chip possible.</a> Microfluid Nanofluid. 3 (3), 245-281 (2007).</li>
<li>Gupta, S., Alargova, R. G., Kilpatrick, P. K., Velev, O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-Chip+Dielectrophoretic+Coassembly+of+Live+Cells+and+Particles+into+Responsive+Biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">On-Chip Dielectrophoretic Coassembly of Live Cells and Particles into Responsive Biomaterials.</a> Langmuir. 26 (5), 3441-3452 (2009).</li>
<li>Shih, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dried+blood+spot+analysis+by+digital+microfluidics+coupled+to+nanoelectrospray+ionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Dried blood spot analysis by digital microfluidics coupled to nanoelectrospray ionization mass spectrometry.</a> Anal Chem. 84 (8), 3731-3738 (2012).</li>
<li>Gorbatsova, J., Borissova, M., Kaljurand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting-on-dielectric+actuation+of+droplets+with+capillary+electrophoretic+zones+for+off-line+mass+spectrometric+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chromatogr%22%5BJournal%5D)">Electrowetting-on-dielectric actuation of droplets with capillary electrophoretic zones for off-line mass spectrometric analysis.</a> J Chromatogr. 1234 (0), 9-15 (2012).</li>
<li>Qin, J., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maze+exploration+and+learning+in+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Maze exploration and learning in C. elegans.</a> Lab Chip. 7 (2), 186-192 (2007).</li>
<li>Koc, Y., de Mello, A. J., McHale, G., Newton, M. I., Roach, P., Shirtcliffe, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-scale+superhydrophobicity%3A+suppression+of+protein+adsorption+and+promotion+of+flow-induced+detachment%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Nano-scale superhydrophobicity: suppression of protein adsorption and promotion of flow-induced detachment.</a> Lab Chip. 8 (4), 582-586 (2008).</li>
<li>Perry, G., Thomy, V., Das, M. R., Coffinier, Y., Boukherroub, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhibiting+protein+biofouling+using+graphene+oxide+in+droplet-based+microfluidic+microsystems%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Inhibiting protein biofouling using graphene oxide in droplet-based microfluidic microsystems.</a> Lab Chip. 12 (9), 1601-1604 (2012).</li>
<li>Kumari, N., Garimella, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting-Induced+Dewetting+Transitions+on+Superhydrophobic+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Electrowetting-Induced Dewetting Transitions on Superhydrophobic Surfaces.</a> Langmuir. 27 (17), 10342-10346 (2011).</li>
<li>Freire, S. L. S., Tanner, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive-Free+Digital+Microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Additive-Free Digital Microfluidics.</a> Langmuir. 29 (28), 9024-9030 (2013).</li>
<li>Deng, X., Mammen, L., Butt, H. -J., Vollmer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Candle+Soot+as+a+Template+for+a+Transparent+Robust+Superamphiphobic+Coating%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating.</a> Science. 335, 67-70 (2011).</li>
<li>Kang, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+Electrostatic+Fields+Change+Contact+Angle+in+Electrowetting%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">How Electrostatic Fields Change Contact Angle in Electrowetting.</a> Langmuir. 18 (26), 10318-10322 (2002).</li>
<li>Abdelgawad, M., Watson, M. W. L., Young, E. W. K., Mudrik, J. M., Ungrin, M. D., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+lithography%3A+masters+on+demand%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Soft lithography: masters on demand.</a> Lab Chip. 8 (8), 1379-1385 (2008).</li>
<li>Barbulovic-Nad, I., Yang, H., Park, P. S., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+microfluidics+for+cell-based+assays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Digital microfluidics for cell-based assays.</a> Lab Chip. 8 (4), 519-526 (2008).</li>
<li>Brenner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+genetics+of+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Genetics%22%5BJournal%5D)">The genetics of Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 77 (1), 71-94 (1974).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

השלב הקריטי ביותר של הפרוטוקול הוא ההגנה על שכבת הפיח, ישירות הקשורות להצלחה בהעברת טיפות. Metallizing שכבת הפיח (שיטת 1 לעיל) מאפשר קרוב להצלחת ייצור 100%. עם זאת, זמן פעולה המרבי היא כ -10 דקות; אולי, שברי טיפה הם מרטיבים את הפיח דרך חורים בשכבת המתכת. ציפוי שכבת הפיח עם נוזל פלואור הוא החלופה הקלה והמהירה ביותר, ודורש משאבים מינימליים, אלא רק 40-50% מ( מקסימום 20 דקות) עבודת מצעים המפוברקת - והציפוי אינו אחיד. למעשה, שכבת הפיח היא מאוד שבירה, ואת נוזל בקלות נזקי פלואור צמיג זה....

המזעור של מכשירים שעובדים עם נוזלים הוא בעלת חשיבות עליונה לפיתוח של פלטפורמות &quot;מעבדה-על-שבב&quot;. בכיוון זה, בשני העשורים האחרונים היינו עדים להתקדמות משמעותית בתחום מיקרופלואידיקה, עם מגוון רחב של יישומים. 1-5 בניגוד גמור להובלת נוזלים בערוצים סגורים (מיקרופלואידיקה ערוץ), DMF מתפעל טיפות על מערכים של אלקטרודות. אחת הסגולות הכי האטרקטיביים של טכניקה זו הוא היעדר חלקים נעים להובלת נוזלים, והתנועה היא עצרה באופן מיידי על-ידי כיבוי אותות חשמליים. עם זאת, תנועת טיפה תלויה בתוכן אגל, בהחלט אופיינית רצויה לפלטפורמה אוניברסלית &quot;מעבדה-על-שבב&quot;. טיפות המכילות חלבונים וanalytes אחרות נדבקות למשטחי מכשיר, הופכות אינם ניתן להעברה. ניתן לטעון, זה היה המגבלה העיקרית להרחבת היקף יישומי DMF; 6-8חלופות כדי למזער את עכירות המשטח רצויה כרוכות בתוספת של מינים כימיים נוספים לטיפה או בסביבותיה, אשר עלול להשפיע על תוכן אגל. בעבר, הקבוצה שלנו פיתחה מכשיר כדי לאפשר ההובלה של תאים וחלבונים בDMF, ללא תוספים מיותרים (מכשירי שדה-DW). 9 זו הושגה על ידי שילוב של פני השטח המבוסס על פיח נר, 10 עם גיאומטריה מכשיר שתומכת בגלגול אגל ומוביל לכוח כלפי מעלה על אגל, ירידת אינטראקציה אגל-פני השטח נוסף. בגישה זו, תנועת אגל אינה קשורה להרטבת משטח. 11 מטרת השיטה מפורטת המתוארת להלן היא לייצר מכשיר DMF מסוגל להעביר טיפות המכילות חלבונים, תאים, וכל יצורים, ללא תוספים נוספים. מכשירי שדה-DW לסלול את הדרך לפלטפורמות שליטה מלאה עבודה במידה רבה באופן עצמאי של כימאי אגלר&quot;י. הנה, אנחנו גם סימולציות הנוכחיות מראים כי, למרות המתח הגבוה הנדרש להפעלת מכשיר, ירידת המתח על פני רביב היא חלק קטן מהמתח להחיל, המצביעה על השפעות זניחות על bioanalytes בתוך הטיפה. למעשה, בדיקות ראשוניות עם elegans Caenorhabditis (סי אלגנס), נמטודות המשמשת למגוון רחב של מחקרים בתחום ביולוגיה, מראות כי תולעים לשחות ללא הפרעה כמתח מוחלים.

<table><tbody><tr>נר <td></td><td></td><td>פרפין</td><td>כל נר פרפין</td></tr><tr><td>מערכת מקרטעת</td><td>Denton Vacuum, Moorestown, NJ</td><td></td><td>Sputter coater Desk V HP מצויד ביעד Au.&nbsp;</td></tr><tr><td>1-dodecanethiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>471364</td><td></td></tr><tr><td>טפלון</td><td>Dupont</td><td>AF-1600</td><td></td></tr><tr><td>Fluorinert FC-40</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F9755</td><td>נוזל פלואור: הכן שרף טפלון-AF בפלואורינרט FC-40, 1:100 (w/w), ליצירת הציפוי ההידרופובי.</td></tr><tr><td>תוכנת עיצוב גרפי -Adobe Illustrator</td><td>Adobe Systems</td><td></td><td>ניתן להשתמש גם בתוכנות אחרות.</td></tr>מדפסת לייזר <tr><td>למינציה נחושת</td><td>Dupont</td><td>LF9110</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Xerox</td><td>Phaser 6360 או דומה</td><td>בדוק את התאימות ל"שחור עשיר" או "שחור רישום" (ראה טקסט).</td></tr><tr><td>תחריט נחושת</td><td>טרנסן</td><td>CE-100</td><td></td></tr><tr><td>Perfluoroalkoxy (PFA) סרט</td><td>McMaster-Carr</td><td>84955K22</td><td></td></tr><tr><td>Breadboard</td><td>Allied Electronics</td><td>70012450 או דומה</td><td>גדול מספיק כדי לאפשר הרכבה של 10 דרייברים.</td></tr><tr><td>לוח מעגלים אוניברסלי</td><td>Allied Electronics</td><td>70219535 או מחבר דומה</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Allied Electronics</td><td>5145154-8 או לוח בקרה ותוכנית בקרה דומה</td><td></td></tr><tr><td>(תוכנת LabView)</td> <td>National Instruments</td><td>NI-6229 או מגבר מתח גבוה דומה</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Trek</td><td>PZD700</td><td></td></tr><tr><td>קבלים C ו-C1, 100 nF, 60 V</td><td>Allied&nbsp;</td><td></td><td></td>8817183</tr><tr><td>טרנזיסטור T, NPN</td><td>בעלי ברית&nbsp;</td><td></td><td></td>9350289</tr><tr><td>דיודה D, 1N4007</td><td>בעלות הברית&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2660007 שליחים&nbsp;</td><td>בעלי ברית&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>8862527 מערכת הדמיה</td><td>Edmund Optics</td><td>VZM 200i או דומה</td><td>הגדלת מערכת 24X & #8211; 96X. הוא משולב עם היטאצ'י KP-D20B 1/2 במצלמה צבעונית CCD.</td></tr><tr><td>מקליט</td><td>Sony</td><td>GV-D1000 NTSC או דומה</td><td>הוא מחובר למצלמה באמצעות כבל S-video.</td></tr><tr><td>סימולציות</td><td>COMSOL Multiphysics</td><td>V. 4.4</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

מיקרופלואידיקה דיגיטלית (DMF), טכניקה למניפולציה של טיפות, היא אלטרנטיבה מבטיחה לפיתוח פלטפורמות "מעבדה על שבב". לעתים קרובות, תנועת טיפות מסתמכת על הרטבת משטח, הקשורה ישירות ליישום שדה חשמלי; אינטראקציות פני השטח, לעומת זאת, הופכות את התנועה לתלויה בתוכן הטיפות, ומגבילות את רוחב היישומים של הטכניקה.
הוצגו כמה חלופות כדי למזער את התלות הזו. עם זאת, הם מסתמכים על תוספת של מינים כימיים נוספים לטיפה או לסביבתה, שעלולים לקיים אינטראקציה עם חלקיקי טיפות. כדי להתמודד עם אתגר זה, הקבוצה שלנו פיתחה לאחרונה מכשירי Field-DW המאפשרים הובלה של תאים וחלבונים ב-DMF, ללא תוספים נוספים.
כאן, מסופק הפרוטוקול לייצור ותפעול המכשיר, כולל הממשק האלקטרוני לבקרת תנועה. אנו גם ממשיכים את המחקרים עם המכשירים, ומראים כי אורגניזמים רב-תאיים, גדולים יחסית, יכולים גם הם להיות מועברים, ללא השפעה מהשדות החשמליים הנדרשים להפעלת המכשיר.

בעבר, השתמשנו במכשירי שדה-DW כדי לאפשר התנועה של חלבונים בDMF. בפרט, טיפות עם אלבומין בסרום שור (BSA) ניתן היו להעביר בריכוז 2,000 פעמים גבוה יותר מאשר דווח בעבר על ידי מחברים אחרים (ללא תוספים). זה היה בשל האינטראקציה המופחתת בין אגל ופני שטח; איור 4 מראה טיפה מכילה BSA fluorescently- מתויג (ראה פריירה ואח '9 למידע נוסף על הניסויים.). התמונה הראשונה מהשמאל מראה את הטיפה יושבת על פני השטח מצופה פיח; אחד באמצע, את ההשפעה של שדה חשמלי, א...

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

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר מכשיר הרטבת שדה המסוגל להעביר טיפות עם ביואנליטים ללא תוספים. זה מושג על ידי ציפוי ראשון של מצע מוליך בפיח נרות. המצע ישמש כאלקטרודה התחתונה של המכשיר.השלב השני הוא הגנה על שכבת הפיח על ידי מריחת פולימרים פלואורו נוזליים. לאחר מכן, יש לייצר את האלקטרודות העליונות של המכשיר. לאחר מכן חבר את האלקטרודות העליונות והתחתונות לאלקטרוניקה של הניסוי.השלב האחרון הוא למקם דגימה בין האלקטרודות כדי לבדוק את המכשיר. בסופו של דבר, התוצאות מראות כי התקני הרטבת שדה יכולים לתמוך בהמשך העברת טיפות בתגובה לכל פולס חשמלי למשך 700 פולסים לפחות. היתרונות העיקריים של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו Electrowetting הוא שהשדה החשמלי אינו מוביל להרטבה, ואין צורך בתוספים נוספים להובלת טיפות.ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על פיתוח מעבדה אוטומטית לחלוטין על פלטפורמת שבבים שעובדת ללא קשר לכימיה של טיפות, הדגמת ההליכים יהיו מייקל קובסקי וסלינה חוקרים לתואר ראשון מהמעבדה שלי. השלב הראשון הוא הכנת המצע המוליך לאלקטרודה הקרקעית. לשם כך נחתך יריעת נחושת למלבנים.המלבנים הם 75 מילימטרים על 43 מילימטרים בעובי של 0.5 מילימטרים. מוכן, מיכל תחריט נחושת לניקוי המצעים. סרטון זה יעקוב אחר הפרוטוקול באמצעות מצע אחד בלבד.טבלו את המצע בתחריט למשך כ- 30 שניות. לאחר הטבילה, שחזר את המצע ושטוף אותו על ידי ריצה. ברז עליו מים, יבש אותו בנייר, ולפני שתמשיך, הנח אותו אופקית על תומך המאפשר גישה למשטח הפונה כלפי מטה.עבור סרטון זה משתמשים בטבעת פתוחה מותקנת. הכינו תערובת של פלואורופולימר נוזלי וטפטפת ליישום שלה. השג נר פרפין כדי לספק את הפיח שייושם.הדליקו אותו והמשיכו לטאטא את הנר מתחת למצע הנחושת. שמור על החלק העליון של הלהבה כסנטימטר אחד מתחת לתחתית המצע. המשיכו לטאטא את הנר במשך 30 עד 45 שניות.מקפידים לא לגעת במשטח הפיח. לאחר ציפוי המצע בפיח, הסר וכבה את הנר מיד. השתמש בפינצטה כדי לתפוס את המצע ולסובב אותו כדי לחשוף את הצד המכוסה פיח.כשהוא עדיין חם, השתמש בטפטפת כדי להפקיד טיפות של פולימר הפלואורו הנוזלי על הקצוות כדי למקם את ההפרעה של שכבת הפיח. לאחר מריחת הטיפות, הטה את המצע כך שיהיה כמעט אנכי. לאחר מכן הפקידו טיפות נוספות ותנו להן להתגלגל על כל משטח הפיח המתפשט.כמה שיותר. המשך על ידי לקיחת המצע לפלטה חמה המוחזקת ב -160 מעלות צלזיוס. גם בתוך מכסה המנוע הכימי, הניחו את צד הפיח של המצע כלפי מעלה על צלחת חמה לאפייה למשך 15 דקות.לאחר 15 דקות, הסר את המצע מהפלטה החמה ותן לו לשבת למשך הלילה בטמפרטורת החדר לפני השימוש בו כאלקטרודה תחתונה. ניתן לאחסן את המצע ללא הגבלת זמן כאשר האלקטרודה הקרקעית מוכנה לשימוש. השלב הבא הוא הכנת האלקטרודות העליונות.סרטון זה משתמש באלקטרודות שיוצרו בהתאם לפרוטוקול מהספרות. עיצוב האלקטרודה הודפס על לרבד נחושת דק שנחרט ונוקה כדי להגיע לנקודה זו. כל אחת מ-10 האלקטרודות היא ברוחב של שני מילימטרים ורוחב של 0.3 מילימטרים.האלקטרודות יותקנו על מגלשת זכוכית בגודל 75 מילימטרים על 25 מילימטרים ועובי של כמילימטר אחד. מרחו סרט דו צדדי על קצה אחד של השקופית והימנעו מהכנסת כיסי אוויר. לאחר מכן חבר בזהירות את הלמינציה לשקופית כך שהאלקטרודות יהיו קרובות לקצה.לאחר מכן, חותכים חתיכה של כל סרט פלואור אל קוי בערך ברוחב השקופית. הנח את הסרט מעל האלקטרודות כדי למנוע קצר חשמלי בשוגג. חבר אותו עם סרט.כעת ניתן להשתמש באלקטרודות עם הממשק האלקטרוני. קח את האלקטרודות העליונות והתחתונות למערך הניסוי כדי להשלים את מכשיר הרטבת השדה. במערך הניסוי, האלקטרודה התחתונה מוארקת חשמלית.מעליו, האלקטרודות העליונות מחוברות לממסרים באמצעות מחבר גובה מתכוונן. שלוט במכשיר המיקרופלואידיקה באמצעות תוכנת מחשב המעבירה טיפה בין אלקטרודות סמוכות. בניסוי זה תוצג תנועת הטיפות במכשיר המיקרופלואידיקה.השתמש במכלול הגדלה של 24 96 בשילוב עם מצלמת CCD. חבר מקליט וידאו למצלמה באמצעות וידאו S. בשלב זה, השג דגימה לניסוי במקרה זה, אלגנטיות C ופיפטה בינונית של ארבע טיפות מיקרוליטר.הנח את הטיפה על האלקטרודה התחתונה המצופה פיח כך שהיא תהיה במרכז האלקטרודות העליונות. לאחר מכן התאם את מיקום האלקטרודות העליונות, כך שהן יהיו בערך 0.3 מילימטרים מעל הטיפה. כאשר הממשק האלקטרוני והמתח הגבוה פועלים, כוונן את גובה האלקטרודה העליונה עד שהטיפה תתחיל לנוע.אל תתנו לאלקטרודה לגעת בטיפה. לאחר שתנועת הטיפות יציבה, התחל להקליט עם המצלמה עד שהטיפה לא תזוז בתגובה לחמישה עד 10 פולסים. סרטון זה מציג את ההעברה המוצלחת של C elgan בתווך בין האלקטרודות של מכשיר דואט שדה.עבודה קודמת עם אלבומין סרום בקר מתויג פלואורסצנטי או BSA עוזרת להדגים את האינטראקציה בין הדגימות למצע משמאל. ה-BSA יושב על משטח מצופה פיח בניגוד מימין על משטח המשתמש בנוזל פלואור בלבד. מדגם ה-BSA מראה אינטראקציה חזקה על פני השטח.לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר, להרגיש את מכשירי החתונה. אל תשכח לעקוב אחר הנחיות הבטיחות במעבדה.

taking-advantage-reduced-droplet-surface-interaction-to-optimize

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

Digital מיקרופלואידיקה היא טכניקה מאופיין מניפולציה של טיפות בדידים (~ NL - מ"ל) על מערך של אלקטרודות על ידי יישום של שדות חשמליים. הוא מתאים היטב בביצוע מהיר, רציף, מבחני מיניאטורי ביוכימיים אוטומטיות. כאן אנו מדווחים פלטפורמה מסוגל מיכון כמה מדרגות עיבוד proteomic.

מיקרופלואידיקה דיגיטלי עבור עיבוד אוטומטי proteomic

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

אנחנו פיתחו תרבות תא אוטומטית וחקירת פלטפורמה לניסויי גירוי תא מיקרו בקנה מידה. הפלטפורמה מציעה שליטה פשוטה, תכליתית, ומדויקת בטיפוח ועידוד אוכלוסיות קטנות של תאים, ומחל lysates לניתוחים מולקולריים. הפלטפורמה מתאימה גם למחקרים המשתמשים בתאים ו / או חומרים כימיים יקרים.

פלטפורמה אוטומטית צדדי לניסויים בגירוי תא מיקרו בקנה מידה

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 מתארים בדיקה דיגיטלית של נקודת קצה לכימות חומצות גרעין עם קריאה פשוטה (אנלוגית). אנו מודדים פלואורסצנטיות בתפזורת של בדיקות דיגיטליות מבוססות טיפות באמצעות מכונת qPCR סטנדרטית במקום מכשור מיוחד ומאשרים את התוצאות שלנו במיקרוסקופיה.

Readout גורף פשוט של דיגיטלי מבחני כימות חומצות גרעין

פלטפורמה ביוסנסור microfluidic תוכנן של מפוברק בטכנולוגיית photoresist הסרט יבש בעלות נמוכה עבור כימות מהיר ורגיש של analytes שונים. מערכת זו לשימוש יחיד מאפשרת מדידה אלקטרוכימי של--צ'יפ-משותק מבחני מקושרים-אנזים באמצעות הטכניקה להפסיק זרימה.

פלטפורמה מבוססת Photoresist ביוסנסור אלקטרוכימי Microfluidic הסרט יבש: ייצור המכשיר, הכנה על שבב Assay, ותפעול המערכת

מאמר זה מציג עבור זריעה נדיר אוכלוסיית תאים באמצעות פיפטה-טיפים droplet microfluidic התקנים על מנת לספק יעילות גבוהה יותר כימוס של תאים בטיפות פרוטוקול.

טיפ פיפטה המבוסס על שיטה עבור תאים זריעה על פלטפורמות Microfluidic רביב

אלקטרונואידים מבוססי מיקרופלואידיג דיגיטלי היא טכניקה העושה שינוי מונחה מתח בזווית המגע לכאורה של droplet מיקרוליטר-נפח כדי להקל על המניפולציה שלה. שילוב זה עם חרוזים מגנטיים פונקציונליזציה מאפשר שילוב של מספר מבצעים ביחידת מעבדה עבור הכנה לדוגמה וזיהוי של פתוגנים באמצעות חיסוני מקושר אנזים (אליסה).

האלקטרו-מערכות מבוססות-פלטפורמת מיקרופלואידיקה דיגיטלית עבור מערכת חיסונית אוטומטית מקושרת אנזימים

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

בדיקות טיפות מים בשמן שימושיות לכימיה אנליטית, התפתחות אנזימים וניתוח תאים בודדים, אך בדרך כלל דורשות מיקרופלואידיקה כדי ליצור את הטיפות. כאן, אנו מתארים תחליב בתבנית חלקיקים, גישה נטולת מיקרופלואידים לביצוע בדיקות טיפות.

תחליב בתבנית חלקיקים מאפשר בדיקות טיפות נטולות מיקרופלואידים

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

למד לייצור מכשירי dewetting שדה להעברת טיפות עם ביואנליטים ללא תוספים. השיטה משתמשת בפחם נרות ופולימרים פלואוריים להגנה על השכבה. המחקר מדגים יישומים בביוטכנולוגיה ומיקרופלואידיקה דיגיטלית.

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

גלה סרטונים נוספים