טיפות מימית משמש Microreactors אנזימטיות, הופעה אלקטרומגנטית שלהם

המטרה הכוללת של מכשיר זה היא לספק טכנולוגיית פלטפורמה מיקרופלואידית חדשה המממשת תגובות מפל אוטומטיות בטיפות מימיות קטנות. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הביולוגיה הסינתטית על ידי שחזור רצפי תגובה של מיקרואורגניזמים המבצעים רצפי תגובה מורכבים עם אנזימים וסינון זרזים חדשים. היתרון העיקרי של גישת המעבדה שלנו הוא שהיא מאוד מסתגלת.

בניגוד לשבבים מיקרופלואידיים מבוססי ערוצים, התנאי המוקדם היחיד הוא סביבת תגובה הידרופילית. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי תגובות אנזימטיות, ניתן ליישם אותה גם על מערכות אחרות, כגון זרזים אנאורגניים או מחרוזת של ליגנדים. הרעיון לשיטה זו עלה לי לראשונה כאשר ניסיתי לתכנן מכשיר מיקרופלואידי, עם הפרדת מוצרים משולבת, אך ללא מערכת מורכבת של שסתומים ומפרידים.

על ידי הזזת תמיסת התגובה כטיפה, בקרת התגובה הופכת לפשוטה מאוד. ראשית, עיצוב בהדפסת תלת מימד של גופי הסליל. לאחר מכן, השתמש במכונה מתפתלת כדי לעטוף את הגופים בחוט נחושת 08 מילימטר 45 מאה פעמים כל אחד.

הניחו אלמנט פלטייר על לוח חשמלי. הברג את שכבת הסלילים הראשונה על אלמנט פלטייר ליצירת ריבוע. לאחר מכן, אבטח את שכבת הסלילים השנייה מלמעלה עם מסגרת הפלסטיק המודפסת בתלת מימד או חומר לא מוליך אחר.

חבר את הלוח החשמלי לבקרת המגנט באמצעות כבל סרט. הכנס מגנטים ניאודימיום לסלילים. הניחו זכוכית קוורץ או צלחת פלסטיק בעובי מילימטר אחד על גבי מטריצת הסליל.

אבטח את המכסה במקומו באמצעות ברגים כדי לסיים את הרכבת פלטפורמת ההפעלה. כדי להתחיל את סינתזת הננו-חלקיקים באטמוספירה אינרטית, השעו תחילה 85 גרם ברזל (III) כלוריד הקסהידרט ו-3 גרם ברזל (II) כלוריד טטרהידרט ב-200 מיליליטר של תמיסת מים לאתנול של ארבעה לאחד. לאחר מכן, מוסיפים 0.2 מיליליטר PFOTES ומערבבים את התערובת בחום של 500 סל"ד בעזרת מוט ערבוב מגנטי.

הוסף 1.5 אמוניום הידרוקסיד מולארי לתערובת כדי להשיג pH של 8.0. ואז המשיכו לערבב את התמיסה במשך 24 שעות כדי להשיג את הננו-חלקיקים המגנטיים ההידרופוביים. הצמד מגנט מוט עם כוח דבק של 25 קילוגרם לתחתית בקבוק התגובה.

שופכים את התמיסה ושוטפים את החלקיקים שלוש פעמים בתמיסת מים לאתנול של ארבע לאחד. הסר את המגנט וייבש את החלקיקים בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. אפיון החלקיקים במיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

הכינו תמיסה של 0.1 מיקרוגרם למיליליטר חזרת פרוקסידאז במאגר pH 0.1 מולרי 6.5 אשלגן פוספט עם מי חמצן של 10 מילי-מולרי. לאחר מכן, הכינו תמיסה של 20 מיקרומולרית של הגשושית הפלואורסצנטית 10-אצטיל-3, 7-דיהידרוקסיפנוקסאזין במאגר אשלגן פוספט. לאחר מכן, טוחנים בעדינות את הננו-חלקיקים היבשים בעזרת מכתש זכוכית ועלי.

מעבירים את החלקיקים לתבנית שקילה מפוליסטירן ומוסיפים 10 מיקרוליטר מתמיסת הפרוקסידאז. סובב בעדינות את המחבת למשך כ-10 שניות כדי להשיג הרכבה עצמית של ננו-חלקיקים סביב תמיסת הפרוקסידאז. העבר את המיקרו-כור הזה לפלטפורמת ההפעלה.

חזור על תהליך זה עם 10 מיקרוליטר מתמיסת הבדיקה הפלואורסצנטית והנח את המיקרו-כור השני על הרציף. אחסן את שאר החלקיקים בטמפרטורת החדר. השתמש באלמנט פלטייר כדי לשמור על תמיסות התגובה במיקרו-ריאקטורים ב-25 מעלות צלזיוס.

הרכיבו מיקרוסקופ פלואורסצנטי כ-10 מילימטרים מעל המיקרו-ריאקטורים וחברו את המיקרוסקופ למחשב. באמצעות בקרת המגנט הפעל את המגנטים וסובב כדי למקם את המיקרו-כור של תמיסת בדיקה פלואורסצנטית מתחת למיקרוסקופ. הפעל את נורית העירור.

הרם את מגנט הסליל כדי לפתוח את המיקרו-כור והתחל להקליט את תמונת המיקרוסקופיה הקרינה. לאחר שתיים עד חמש שניות, הורד את המגנט כדי לסגור את המיקרו-כור. לאחר מכן, השתמש בבקרת המגנט כדי להזיז את המיקרו-כור פרוקסידאז הסמוך למיקרו-כור הקרינה.

פתח את המיקרו-כור הפלואורסצנטי. המיקרו-כור פרוקסידאז נמשך לתוך המיקרו-כור הבדיקה ונפתח, ומתחיל את התגובה. עקוב אחר התגובה על ידי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית פתיחה וסגירה של המיקרו-כור הממוזג לפי הצורך.

מיקרו-ריאקטורים נוצרו על ידי קידוד טיפות תמיסה עם ננו-חלקיקי ברזל הידרופוביים. ניתן להזיז, לפתוח, לסגור ולמזג את המיקרו-ריאקטורים הללו על ידי מניפולציה של מגנטים ניאודימיום תחת פלטפורמת הפעלה. ניתן לבנות את פלטפורמת ההפעלה גם עם ליבות ברזל בגופי הסליל.

זה מספק מספיק כוח מגנטי כדי להזיז מיקרו-כור ביותר מ-10 מילימטרים, אך אינו מספיק כדי לפתוח את המיקרו-כור. לפיכך, יש להשתמש במגנט ניאודימיום לביצוע תגובות בנפחי תמיסה קטנים. תגובה אנזימטית מייצגת בין פרוקסידאז לתווית פלואורסצנטית בוצעה ונוטרה על ידי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית.

הקינטיקה שהוזכרה על ידי מיכאליס שנצפתה במהלך התגובה תאמה היטב את ערכי הספרות, מה שמצביע על כך שמערך המיקרו-כור אינו משפיע על התקדמות התגובה. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לסנתז מיקרו-חלקיקים הידרופוביים ולייצר איתם מיקרו-טיפות מימיות. ניתן להשתמש בטכנולוגיית הפלטפורמה לבקרת תגובה אוטומטית על ידי מיזוג טיפות.

בנוסף, מיקרו-ריאקטורים בודדים מלאים במצע יכולים לנוע על גבי אזורי פנים קטנים עם אנזימים מגויסים. שימוש באזורי אימובילזציה מרובים עם אנזימים שונים מאפשר מפל תגובה רציף עם תוצרים ניידים ומיידיים. פיתוח אב טיפוס זה הוא רק ההתחלה.

נכון לעכשיו, אנו מיישמים מערכת מתקן אוטומטית מעל פלטפורמת התגובה כדי לאחסן אנזימים משותקים בכל מיקום. מטריצת הסליל תוגדל ל -10 פעמים 10 מצבים. טכניקה זו יכולה לסלול את הדרך לתכנון וביצוע מבוקר מחשב של רצפי תגובות ביוכימיות.