我々は、金属電極を必要としないマイクロ流体滴をpicoinjectingする技術を開発した。このように、私たちの技術を取り入れたデバイスが作製し使用する方が簡単です。
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この記事について
サマリー
要約
マイクロ流体液滴に試薬をpicoinjectingするための既存の方法は、マイクロ流体チップに統合された金属電極を必要とする。これらの電極の統合は、デバイス製造プロセスに面倒で間違いを起こしやすいステップを追加する。我々はpicoinjection中に金属電極のための必要性を不要にする技術を開発した。ほとんどの生物学的試薬が溶解し、電解質を含有し、導電性であるので、その代わりに、それは、電極として注入流体自体を使用する。電極を排除することによって、我々は、デバイス製造時間および複雑さを低減し、装置をより堅牢にする。また、我々のアプローチで、注入量はpicoinjection溶液に印加される電圧に依存する;これは、私たちは急速に印加される電圧を変調することにより、注入量を調整することができます。当社は、当社の技術は、緩衝液、酵素、および核酸を含む一般的な生物学的化合物を組み込んだ試薬と互換性があることを実証している。
概要
液滴ベースのマイクロ流体工学において、ミクロンスケールの水性液滴は、生物学的反応のための「試験管」として使用される。微細液滴で反応を行うことの利点は、各液滴が試薬のわずかpIを使用して、マイクロフルイディクスと、液滴が形成することができ、1キロヘルツ速度で処理することである。合わせた、これらの特性は、個々の細胞、核酸分子、または全材料のμlで分のうちに実行される化合物との反応の数百万を可能にする。
このようなアプリケーションのためのドロップを使用するには、技術が低下するための試薬の制御されたボリュームを追加するために必要とされる。このような動作は、試験管にピペッティングに類似している。これを達成するための一つの方法は、試薬の液滴が電場を印加することにより、ターゲットドロップとマージされるelectrocoalescenceある。電界は、液滴のインターフェイス上で界面活性剤分子の配列を乱す、IND薄膜の不安定性をucingと2以外の場合安定しているエマルジ ョンで合体をトリガする。電気的に誘発されたマージはまたpicoinjector、これらは加圧されたチャネル3を通過して流れるように滴に試薬を注入する装置の設計に利用される。電界を印加する、picoinjectorデバイスは、金属電極を利用するが、液体ハンダワイヤを容易チャネル内の気泡や埃、ゴミ等により損なわれているように、マイクロ流体チップに金属電極の統合....
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プロトコル
1。実験に基づく設計デバイスの寸法およびトポロジは、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して、ニーズ
注：球形の小滴よりも小さいセレクトエマルジョンチャネル直径。これは円筒形または「ソーセージ」形に液滴を強制し、より効果的なpicoinjectionが可能になります。我々の目的のために、我々は、直径が50ミクロンだった滴のための30×30μmのチャンネルを設計しました。
- モデルpicoinjection部位（単数または複数）が不要であるように、金属電極のためのチャネルは、除去されることを除いて和らげるら 3に記載されたものの後。
- ファラデーモートpicoinjectionサイト（S）と、彼らは、電界からの液滴をシールドするように、上流のエマルジ ョンの間で実行します（ 図1）として機能するようにチャネルを追加。
注意：これは、意図しないマージを防ぐことができます。
ソフトPhotolithを使用する2。製造装置ographicテクニック
- 既存の商用サービスを使用して、CADファイルに基づいて透明性のフォトリソグラフィ·マスクを生成します。
- 4以前に説明したようにフォトマスクを用いて、装置のマスターを製造するために....
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結果
顕微鏡画像はpicoinjection流体の電化は、注射（ 図2）をトリガするのに十分であることをpicoinjectionサイトショーで撮影。注入量は、より高い注入量を可能にするより高い電圧が、印加電圧の振幅を変調することによって制御することができる。我々は、（ 図3）内の注入流体の3つの代表的なモル濃度のために印加される電圧の大きさに対して注入体積をプロットする。速度の手法を実証するために、我々は、選択的に蛍光染料（ 映画1）の存在または不在に依存して、注射部位を通過する液滴を注入した。 10kHzのできるだけ高いレートは、液滴検出機構3の機能に応じて、可能であるものの滴が、200 Hzでインジェクタを通過する。
我々は、液滴が接近しpicoinjectを通過するという事実のため、印加電圧に対する注入量の依存属性イオンオリフィスは、注射部位にバルジから液滴界面油分離層の厚さは8を減少させる。電気的に誘導された薄膜の不安定性の閾値電圧が.......
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ディスカッション
注入量と印加電圧との関係は、彼らが通過するインジェクタデバイスの寸法、picoinjection流体装置、モル濃度にpicoinjection流体を運ぶチューブの長さ、液滴の速度を含む多くの要因に依存する。このような理由のために我々は、ボリューム/電圧関係は、電圧およびモル濃度の作業範囲の縁で注入量を測定することにより、picoinjectionの各実行の前に特徴づけられることをお勧めします。さらに、より高い電圧及び注入液モル濃度ではpicoinjection流体がもはや注入口で平衡状態に保持される現象を観察するのではなく、オフ芽及び流路内の小滴を形成する。水相は部分的に疎水性のチャネルを濡らし、請求我々はそれがオリフィスから、流路11内にクロールさせる、エレクトロウェッティングするこの動作を属性。この不安定性は、希望する前に発生した場合注入量が達成され、これらは注入器を通過して噴射時間を増加させるために液滴流路を狭めるように液滴流量を減らすことを検討してください。
著しくデバイスの製作の合理化に加えて、この技術は、より複雑なコンビナトリアル反応計画の実行を単.......
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開示事項
我々は完全に我々の実験で観察された印加電圧と注入量との関係の背後にある正確な物理的メカニズムを理解していない。ラボの関心と専門知識の関連分野は、この長引く疑問を追求するのに適していません。我々は、この現象を探求するより、物理学や工学洞察力を持つものをお勧めします。
謝辞
この作品は、定量的な生命科学のカリフォルニア大学（QB3）、UCSFの生物工学および治療科学省によってサポートされており、ロジャースファミリー財団からのギャップ賞を埋めるた。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 mL Luer-Lok™ シリンジ | BD Medical | 309628 | |
| LocTite UV硬化接着剤 | Henkel | 35241 | |
| PE-2 チューブ | 科学商品 | BB31695-PE/2 | |
| Novec HFE-7500 | 3M | 98-0212-2928-5 | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S9888 | |
| 1.5 ml 遠心分離管 | エッペンドルフ | 22363531 | |
| BD Falcon 15 ml チューブ | BD Biosciences 352097 | ||
| 空気圧制御ポンプ | Control Air Inc. | DAQと制御ソフトウェアの制御下にあるものをお勧めします | |
| シリンジポンプ | New Era | 1mlのシリンジを保持し、100 μという低い速度で流れることができなければなりません。l/hr | |
| HVアンプルフィア | 0.01 Vから10 Vまでの信号の1,000倍増幅が可能であること | ||
| プラズマボンダー/クリーナー | ハリックプラズマ | ||
| 3インチシリコンウェーハ | シグマアルドリッチ | 647535 | |
| PDMS | ダウコーニング | シルガード184硬化剤付き | |
| SU-8フォトレジスト | MicroChem | を含める必要があります | 粘度はデバイスの寸法に依存 |
参考文献
- Kritikou, E. It's cheaper in the Picolab. Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).
- Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels. Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006). ....
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再版と許可
