Name: Centrifuga dispositivo a microfluidi capillare a base per la Formazione Size-controllabile di Monodisperse microgocce (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: Scopri come generare microgocce monodisperse controllabili utilizzando un dispositivo microfluidico centrifugo a base capillare. Questa tecnica efficiente richiede meno di un microlitro di campione e produce alto rendimento per analisi biochimiche avanzate.

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Questo lavoro è stato supportato dall'area di ricerca PRESTO "Progettazione e controllo delle funzioni cellulari" dell'Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia (JST), da una sovvenzione per la ricerca scientifica di aree innovative "Robotica molecolare" (progetto n. 24104002) dal Ministero dell'Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia (MEXT), Giappone, da una sovvenzione per giovani scienziati (A) (progetto n. 24680033) e dalla ricerca scientifica (B) (progetto n. 26280097) della Japan Society for la Promozione della Scienza (JSPS) e il corso di Design Creativo per le Bioscienze e le Biotecnologie della Scuola di Bioscienze e Biotecnologie del Tokyo Tech.

1. Realizzazione di un dispositivo a microfluidi capillare basata <ol><li> Impostare dei titolari Nota: Il disegno del supporto è presentato in Figura 2A. <ol><li> Tagliare ciascuno dei quattro dischi dei titolari (Figura 2A (i) - (iv)) da 2 mm di spessore piatto di plastica poliacetale utilizzando una fresatrice. Utilizzare le seguenti dimensioni per ciascuna delle quattro dischi del titolare: (i) il disco 1 di diametro 8,5 millimetri, foro capillare (CH) di diametro 1.3 mm, quindi foro vite (SH) di diametro 1,8 millimetri; (Ii) il disco 2 di diametro 8,7 millimetri, diametro CH 2,0 millimetri, diametro SH 1,8 millimetri; (Iii) il disco 3 di diametro 8,7 millimetri, diametro CH 0,5 mm di diametro SH 1,8 millimetri; e (iv) disco 4 di diametro 9,1 millimetri, CH diametro di 1,0 mm, diametro SH 1,8 millimetri. </li><li> Montare i supporti utilizzando M2 × 40 viti (Figura 2b). Una parte inferiore del supporto (Figura 2B) consiste del disco 1 e il disco 2 nella Figura 2A (i), (ii) e una parte superiore (Figure 2B) del titolare consiste del disco 3 e il disco 4 nella Figura 2A (iii), (iv). <ol><li> Per costruire la parte inferiore del supporto, inserire la vite in tre SH di ciascun disco 1 e 2. accorciare le viti nipping un pezzo della porzione di filo. Mantenere la lunghezza della vite a 0.9 cm (la stessa lunghezza della parte inferiore del supporto). </li><li> Per costruire la parte superiore del supporto, inserire le viti nelle due SH di ciascun disco 3 e 4. accorciare le viti nipping un pezzo della porzione di filo. Mantenere la lunghezza della vite a 0.7 cm (la stessa lunghezza della parte superiore del supporto). </li><li> Per assemblare il supporto, unire le parti inferiore e superiore del supporto con una lunga vite. Nota: Mantenere la lunghezza del ogni parte del titolare esatta: la parte inferiore è 0,9 cm; la parte superiore è di 0,7 cm (Figura 2B). </li></ol></li></ol></li><li> Fabbricazione dei capillari di vetro <ol><li> Utilizzare due tipi di capillari di vetro: un capillare di vetro interno (diametro esterno (OD) / diametro interno (ID): 1,0 / 0,6 mm), ed un capillare di vetro esterno (OD / ID: 2,0 / 1,12 millimetri). </li><li> Utilizzare una taglierina di vetro per dividere il capillare di vetro esterna in tre parti uguali, e quindi utilizzare la taglierina di vetro di dividere il capillare di vetro interno in due pezzi uguali. </li><li> Contrasta ogni capillari di vetro interno ed esterno divise con un estrattore capillare di vetro (Figura 3A). Impostare il peso del tirante a max. Impostare il livello di calore del estrattore a 60 gradi per il capillare di vetro esterno e 70 gradi per il capillare interno. affinare con cautela il capillare di vetro. <ol><li> Mantenere la lunghezza della punta all&#39;interno della parte ristretta del capillare di vetro: il capillare interno è 1.5-1.8 cm; il capillare esterno è 0,8-1,0 cm (Figura 3C). Se questa lunghezza è più breve o più lungo della lunghezza descritto, regolare il livello di calore del tirante. </li></ol></li><li> Fix i capillari di vetro interno o esterno al microforge stare con del nastro (Figura 3B). </li><li> Tagliare la punta del capillare di vetro usando l&#39;microforge in tre fasi (Figura 3B): (i) toccare la punta del capillare di vetro alle perline di vetro su un filo di platino, (ii) riscaldare il filo di platino camminando su un piede interruttore per 1-2 sec, e (iii) dopo 1-2 sec, tagliare la punta del capillare di vetro raffreddando il filo di platino. <ol><li> Regolare i diametri del interno (d i) ed esterno (d o) orifizi capillari, rispettivamente. Il diametro dell&#39;orifizio del capillare vetro interno è 5, 10 e 20 micron (d i = 5,10, 20 micron) e l&#39;esterno capillare di vetro (d o) è 60 micron (d o = 60 micron) in questo esperimento. Nota: Il capillare di vetro è monouso. Ripetere la fabbricazione del capillare di vetroi. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Procedura per microgocce Generazione w / o <ol><li> Riempire un capillare di vetro esterna con tensioattivi di olio contenente. La miscela di olio e tensioattivo è esadecano contenente 2% (w / w) sorbitan monooleato in questo esperimento (Figura 4A). Nota: Ci sono molte combinazioni di oli e tensioattivi (per esempio, gli oli possono essere fluorurato o gassata; tensioattivi possono essere ionici, non ionici o fluorochimico). <ol><li> Introdurre 10 ml di esadecano contenenti monooleato in un capillare di vetro esterna. Nella figura 4A, il diametro dell&#39;orifizio del capillare vetro esterno (d o) è di 60 micron (d o = 60 micron). Per regolare l&#39;orifizio del capillare di vetro, tornare a passi 1.2.4-1.2.5. </li></ol></li><li> Impostare il capillare esterno nella parte inferiore del supporto (Figura 4B). </li><li> Draw circa 0,1 ml di una soluzione acquosa in un capillare di vetro interno (Figura 4C) per azione capillare. In Figura 4C, il diametro dell&#39;orifizio del capillare di vetro interno (d i) è di 10 micron (d i = 10 micron). Per regolare l&#39;orifizio del capillare di vetro, tornare a passi 1.2.4-1.2.5. </li><li> Impostare il capillare interna nella parte superiore del supporto (Figura 4D-a). Inserire il capillare interna nel capillare esterno (Figura 4D-a). Guardando il punto bianco cerchio come nella Figura 4D-a, osservare la posizione del capillare interna all&#39;interno del capillare esterno (diametro interno del capillare esterno (w) = 130 micron) (Figura 4D-b, c) utilizzando un microscopio digitale . La posizione del capillare interna nel capillare esterno deve essere impostato w = 100-150 micron. Nota: Per cambiare la posizione della internocapillare nel capillare esterno, disattivare la vite nella parte superiore del supporto. In tal modo, la distanza w può essere controllato con precisione. </li><li> Introdurre 100 ml di esadecano contenenti monooleato di sorbitano (2% w / w) nel fondo di una provetta da 1,5 ml di campione. Installare il supporto, con i capillari interne ed esterne, nel campione microtubo (Figura 4E-a). Assicuratevi di controllare il capillare esterno per tenerlo lontano dall&#39;interfaccia aria-olio (Figura 4E-b). </li><li> Centrifuga provetta campione utilizzando un tavolo oscillante-out di tipo mini-centrifugare a un peso di 1.600 g per 1-2 secondi per generare microgocce (Figura 4F). Eseguire tutti gli esperimenti a temperatura ambiente. Nota: utilizzare un oscillante-out-tipo centrifuga. Una goccia può collidere con una parete laterale della provetta campione e disintegrano quando si utilizza un angolo di tipo fisso centrifuga. </li><li> Lentamente redigere il W / O goccioline tramite una pipetta, e poi, metterli su un vetro slide. </li><li> catturare immagini delle microgocce generati utilizzando un microscopio digitale (ingrandimento, 200X). </li></ol>

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<li>Maeda, K., Onoe, H., Takinoue, M., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+synthesis+of+3D+multi-compartmental+particles+with+centrifuge-based+microdroplet+formation+from+a+multi-barrelled+capillary%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlled synthesis of 3D multi-compartmental particles with centrifuge-based microdroplet formation from a multi-barrelled capillary.</a> Adv. Mater. 24 (10), 1340-1346 (2012).</li>
</ol>

Non vengono dichiarati conflitti di interesse.

L&#39;utilizzo di questo dispositivo, il monodisperse W microgocce / O sono stati generati da Plateau-Rayleigh instabilità di un jet-flusso 17. L&#39;esame microscopico non ha rivelato la presenza di goccioline satellitari. Nella fabbricazione del dispositivo, tre passi critici sono essenziali per generare successo monodisperse microgocce / O W. Innanzitutto, per fornire un flusso rettilineo di tensioattivo contenente olio e soluzione acquosa, i fori capillari di quattro dischi devono essere disposte in un mo...

W / O microgocce 1-5 avere molte applicazioni importanti per lo studio della biochimica e bioingegneria, tra cui la sintesi proteica 6, proteine ​​cristallizzazione 7, emulsione PCR 8,9, incapsulamento della pila 10, e la costruzione di sistemi simili alle cellule artificiali 5,6. Per produrre microgocce W / O per queste applicazioni, criteri importanti sono il controllo della dimensione e monodispersibility delle microgocce W / O. Dispositivi microfluidici per fare monodisperse, dimensioni controllabili W / O microgocce 11 sono basati sul metodo di co-flowing 12,13, metodo flow-focalizzazione 14,15, e il metodo T-svincolo 16 in microcanali. Sebbene questi metodi producono altamente monodisperse microgocce / O W, il processo di microfabbricazione richiede una gestione complicata e tecniche specializzate per la preparazione di microcanali, e richiede anche una grande quantità di soluzione campione (almeno diverse centinaia81; l) a causa del volume morto inevitabili nelle pompe a siringa e tubi che conducono la soluzione campione microcanali. Così, un metodo di facile utilizzo e basso volume morto per generare monodisperse W è necessario / O microgocce. Questo documento, insieme a video di procedure sperimentali, descrive un dispositivo di centrifuga capillare basata assialsimmetrici co-scorre microfluidica 17 per la generazione di cellule di dimensioni, monodisperse W / O microgocce (Figura 1). Questo semplice metodo raggiunge monodispersity dimensioni e controllabilità dimensioni. Si richiede solo un mini-centrifuga da tavolo e un dispositivo di co-scorre assialsimmetrici capillare basata microfluidica fissa in un microtubo di campionamento. Il nostro metodo necessita solo un volume molto piccolo (0,1 mL), e non perde volume significativo del campione.

<table><tbody><tr><td>Piastra in plastica poliacetalica di 2 mm di spessore</td><td></td><td>Utensile Nikkyo Technos, Co., Ltd. (Giappone)</td><td>244-6432-08</td></tr><tr><td>Fresatrice</td><td>Utensile</td><td>Roland DG Co., Ltd. (Giappone)</td><td>MDX-40A</td></tr><tr><td>Fresa RSE230-0.5*2.5</td><td>Utensile</td><td>NS Tool Co., Ltd. (Giappone)</td><td>01-00644-00501</td></tr><tr><td>Viti M2*40</td><td>Utensile</td><td>Jujo Chimica sintetica Labo. (Giappone)</td><td>Codice 0001-024</td></tr><tr><td>Strumento di estrazione per capillry in vetro</td><td></td><td>Narishige (Giappone)</td>Strumento per microforgiatura <td>PC-10</td></tr><tr><td></td><td></td><td>Narishige (Giappone)</td>Strumento capillare interno in vetro <td>MF-900</td></tr><tr><td></td><td></td><td>Narishige (Giappone)</td><td>Strumento</td></tr><tr><td>capillare in vetro esterno</td><td></td> G-1 <td>World Precision Instruments Inc. (USA)</td><td>1B200-6</td></tr><tr><td>Strumento per provetta campione da 1,5 ml</td><td></td><td>INA OPTIKA CO., LTD (Giappone)</td><td>ST-0150F</td></tr><tr><td>Reagente</td><td>esadecano</td><td>Wako Pure Chemical Industries Ltd. (Giappone)</td><td>080-03685&nbsp;</td></tr><tr><td>Monooleato di sorbitano (Span 80)</td><td>Reagente</td><td>Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Giappone)</td>Reagente del sistema <td>Milli Q S0060</td></tr><tr><td></td><td>Merck</td><td>Millipore Corporation (Germania)</td><td>ZRQSVP030</td></tr><tr><td>Mini-centrifuga di tipo oscillante</td><td>Hitech</td><td>Co., Ltd. (Giappone)</td>Strumento per microscopio digitale <td>ATT101</td></tr><tr><td></td><td></td><td>KEYENCE Corporation (Giappone)</td><td>VHX-2001</td></tr></tbody></table>

centrifuga dispositivo a microfluidi capillare a base per la formazione size-controllabile di monodisperse microgocce

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Qui, dimostriamo un metodo semplice per la produzione rapida di, monodisperse, W microgocce / O size-controllabile mediante un dispositivo di microfluidica centrifuga capillare-based. microgocce W / O sono stati recentemente utilizzati in potenti metodi che consentono miniaturizzazione esperimenti chimici. Pertanto, lo sviluppo di un metodo versatile per cedere monodisperse W è necessario / O microgocce. Abbiamo sviluppato un metodo per generare monodisperse W microgocce / O basato su un dispositivo assialsimmetrici centrifuga capillare basata co-scorre microfluidica. Siamo riusciti a controllare la dimensione delle microgoccioline regolando l&#39;orifizio capillare. Il nostro metodo richiede un&#39;attrezzatura che è più facile da usare rispetto ad altre tecniche di microfluidica, richiede solo una piccola quantità (0,1-1 ml) di soluzione campione per incapsulamento, e consente la produzione di centinaia di migliaia numero di microgocce / O W al secondo . Ci aspettiamo che questo metodo vi aiuterà studi biologici che richiedono prezioso s biologicoamples conservando il volume dei campioni per una rapida biochimica analisi quantitativa e studi biologici.

In questo studio, presentiamo un metodo semplice per la generazione di microgocce W / O cellulari dimensioni utilizzando un dispositivo microfluidico centrifuga capillare basata (Figura 1). Il dispositivo microfluidico era composto da un supporto capillare (Figura 2B), due capillari di vetro (vetro capillari interno ed esterno in Figura 3C), e un microtubo contenente un olio compreso tensioattivo. Abbiamo iniettato 0,1 ml di soluzione di...

Qui, dimostriamo un semplice metodo di produzione per microgoccioline di acqua in olio (W/O) controllabili in dimensioni controllabili utilizzando un dispositivo microfluidico centrifugo basato su capillari. Questo metodo richiede solo un piccolo volume di campione e consente una produzione ad alto rendimento. Ci aspettiamo che questo metodo sarà utile per analisi biochimiche e cellulari rapide.

Centrifuga dispositivo a microfluidi capillare a base per la Formazione Size-controllabile di Monodisperse microgocce

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

L'obiettivo generale di questa procedura è generare microgocce monodisperse di acqua e olio per studi biologici, utilizzando un dispositivo microfluidico centrifugo a flusso coassiale basato su capillari. Questo metodo può contribuire a produrre microgocce monodisperse per il campo biochimico, favorendo lo studio e il progresso in sintesi, PCR a singola molecola, incapsulamento singolo e modellizzazione semplice di cellule viventi. I principali vantaggi di questa tecnica sono la facilità d'uso e la regolabilità.Richiede meno di un microlitro di soluzione campione ed è in grado di produrre microgocce monodisperse delle dimensioni richieste. A dimostrare la procedura sarà Morita, un ricercatore postdottorato del mio laboratorio. Il montaggio microfluidico basato su capillari inizia con la preparazione del supporto per capillare.Iniziare con la fresatura di quattro dischi da lastre di plastica in poliacetile dello spessore di due millimetri, utilizzando una fresatrice. I dischi vengono utilizzati per formare una colonna sostenuta da aste e viti. Assemblare le lastre utilizzando viti M.2.Per prima cosa, utilizzando i dischi uno e due, assemblare la parte inferiore del supporto. Successivamente, accorciare le viti tagliandole nelle sezioni filettate. Collegare tre dei quattro fori per fissare i due dischi, formando un impilamento di 0,9 centimetri.In modo analogo, assemblare la parte superiore del supporto utilizzando i dischi tre e quattro. Utilizzare due dei fori in ciascuna piastra per collegare le piastre. Rendere la pila alta 0,7 centimetri.Ora, utilizzare una vite lunga per unire i due fori vuoti nella parte superiore del supporto con i due fori vuoti nella parte inferiore del supporto. La vite lunga deve creare un'intercapedine tra i supporti di circa due-tre millimetri e la testa della vite deve sporgere di circa 2,2 centimetri rispetto al supporto completato. Ogni esperimento utilizza un nuovo set di capillari fabbricati a partire da due capillari.Da un capillare di 90 millimetri, ricavare due capillari interni utilizzando un tagliavetro. Creare due sezioni di uguale dimensione. Da un capillare di 150 millimetri, ricavare tre sezioni di capillare interno.Successivamente, utilizzando un estrattore di vetro, appuntire ogni sezione capillare. Impostare il peso dell'estrattore al massimo e regolare il livello di calore a 60-70 gradi per il capillare esterno o a 70-80 per il capillare interno. Quindi, affilare con attenzione il vetro.Mantenere la lunghezza delle parti ristrette dei capillari entro i limiti consigliati. Se la lunghezza delle punte è troppo lunga o troppo corta, regolare l'elemento riscaldante finché non si raggiunge la lunghezza corretta. Ora, prepararsi a tagliare le punte.Per prima cosa, utilizzare del nastro trasparente per fissare un capillare alla piastra del microscopio. Far sporgere la punta al di sotto dell'obiettivo. In secondo luogo, utilizzando un filo di platino ricoperto da perline di vetro, tagliare la punta in tre fasi.Prima, posizionare il capillare dove si desidera che avvenga la rottura a contatto con una perla fredda. Secondo, riscaldare il filo per uno o due secondi. Poi, terzo, tagliare la punta raffreddando il filo di platino.Questa operazione deve essere eseguita utilizzando un controllo a pedale per riscaldare il filo. Ora, utilizzando un microforgiatore, regolare i diametri degli orifizi capillari. Per i due capillari di vetro esterni, realizzare orifizi di 60 micron.Per i tre capillari interni, realizzare orifici con diametri di cinque, 10 e 20 micron. Per generare le microgocce, riempire innanzitutto un capillare di vetro esterno con un olio contenente un tensioattivo, come l'esadecano contenente il 2% in peso di sorbitolo monooleato. Caricare 10 microlitri della soluzione nel capillare.Quindi, fissare la capillare caricata alla parte inferiore del supporto. Successivamente, utilizzando l'azione capillare, caricare circa 0,1 microlitri di soluzione acquosa in un capillare di vetro interno. Posizionare il capillare interno caricato nella parte superiore del supporto.Ora, inserire il capillare interno attraverso il supporto e nel capillare esterno. Osservando la punta attraverso un microscopio, ruotare lentamente la vite lunga del supporto per avanzare con attenzione il capillare interno all'interno del capillare esterno. Procedere con l'avanzamento del capillare interno fino a quando il diametro del capillare esterno è compreso tra 100 e 150 micron.Ora, introdurre 100 microlitri dello stesso olio con surfattante nel fondo di una microprovetta da 1,5 millilitri. Questa fungerà da provetta per la raccolta dei microgoccioline. Posizionare con attenzione il supporto e le capillari all'interno della microprovetta caricata.Assicurarsi che la capillare esterna non sia a contatto con la soluzione nel microtubo. Quindi, inserire il tubo in una centrifuga da banco di tipo a rotore oscillante. Per generare le microgocce, far funzionare la centrifuga a 1.600 ×g per uno o due secondi.Quindi, rimuovere i capillari e il supporto dal tubo e prelevare un'aliquote delle microgocce acqua-olio raccolte nel tubo. Espellere le microgocce su un vetrino di vetro e acquisirne le immagini per l'analisi. Utilizzando questo protocollo, sono state prodotte diverse microgocce acqua-olio a partire da esadecano contenente il 2% di sorbitano monooleato.Gocce prodotte utilizzando una pipetta interna con un diametro dell'orifizio di cinque micrometri sono state misurate in media pari a 8,3 micrometri di diametro. Gocce prodotte utilizzando una pipetta interna con un diametro dell'orifizio di 10 micrometri sono state misurate in media pari a 12,7 micrometri di diametro. Gocce prodotte utilizzando una pipetta interna con un orifizio di 20 micrometri erano di circa 17,9 micrometri di diametro.Pertanto, questo metodo produce microgocce monodisperse con un diametro prossimo alle dimensioni dell'orifizio capillare interno. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come produrre e controllare le dimensioni di microgocce monodisperse di acqua e olio per esperimenti chimici quantitativi. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in cinque-dieci minuti, se effettuata correttamente.

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Centrifuga dispositivo a microfluidi capillare a base per la Formazione Size-controllabile di Monodisperse microgocce

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