February 22nd, 2016
ここでは、キャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイスを使用して、サイズ制御可能な単分散油中水型(W / O)マイクロ液滴の簡単な生成方法を示します。この方法は、少量のサンプルしか必要とせず、高収率の生産を可能にします。この方法は、迅速な生化学的および細胞分析に役立つと期待しています。
この手順の全体的な目標は、キャピラリーベースの遠心軸対称共流マイクロ流体デバイスを使用して、生物学的研究用の単分散水および油の微小液滴を生成することです。この方法は、生化学分野向けの単分散微小液滴の生成に役立ち、合成、単一分子PCR、単一カプセル化、および生細胞の単純なモデリングにおける研究を進めることができます。この手法の主な利点は、簡単で調整可能であることです。
必要なサンプル溶液は1マイクロリットル未満で、必要なサイズの単分散微液滴を生成できます。その手順を実演するのは、私の研究室のポスドクである森田さんです。キャピラリーベースのマイクロ流体アセンブリは、キャピラリーホルダーの準備から始まります。
まず、厚さ2mmのポリアセチルプラスチック板から4枚のディスクをフライス盤でフライス加工します。ディスクは、ロッドとネジで支えられたコラムを形成するために使用されます。M.2ネジを使用して、プレートを組み立てます。
まず、ディスク1とディスク2から、ホルダーの底を組み立てます。次に、ネジをねじ山部分で切って短くします。4つの穴のうち3つを接続して2つのディスクを固定し、0.9センチメートルのスタックを作ります。
同様に、ホルダーの上部をディスク3と4から組み立てます。各プレートの2つの穴を使用して、プレートを接続します。スタックの高さを0.7センチにします。
次に、長いネジを使用して、ホルダーの上部にある2つの空の穴をホルダーの下部にある2つの空の穴と結合します。長いネジは、ホルダー間に約2〜3ミリメートルの隙間を空け、ネジの頭が完成したホルダーに約2.2センチメートル張り出す必要があります。各実験では、2 つのキャピラリーから作製された新しいキャピラリーのセットを使用します。
90mmのキャピラリーから、ガラスカッターを使用して2つの内側のキャピラリーを作成します。同じサイズのセクションを 2 つ作成します。150mmのキャピラリーから、内側のキャピラリーセクションを3つ作ります。
次に、ガラスプーラーを使用して、各キャピラリーセクションをシャープにします。プーラーウェイトを最大に設定し、熱レベルを外側のキャピラリーで60〜70度、内側のキャピラリーで70〜80度に設定します。次に、ガラスを慎重に研ぎます。
毛細血管のくびれた部分の長さを推奨範囲内に保ちます。先端の長さが長すぎるか短すぎる場合は、正しい長さになるまで発熱体を調整します。次に、先端をカットする準備をします。
まず、透明なテープを使用して、キャピラリーを顕微鏡ステージに固定します。対物レンズの下に先端を張り出します。次に、ガラスビーズで覆われたプラチナワイヤーを使用して、先端を3段階で切断します。
まず、切れ目が発生するはずの場所にキャピラリーを冷たいビーズと接触させて置きます。次に、ワイヤーを1〜2秒間加熱します。次に、3番目に、プラチナ線を冷却して先端を切り取ります。
この操作は、フットペダルコントロールを使用してワイヤーを加熱するために実行する必要があります。次に、マイクロフォージを使用して、キャピラリーオリフィスの直径を調整します。外側の2つのガラスキャピラリーは、オリフィスを60ミクロンにします。
3つの内側の毛細血管については、直径5、10、20ミクロンのオリフィスを作ります。微小液滴を生成するには、まず外側のガラスキャピラリーに、モノオレイン酸モノオレチンが2重量%のヘキサデカンなどの含油界面活性剤を充填します。10マイクロリットルの溶液をキャピラリーにロードします。
次に、装填したコピラリーをホルダーの底部に固定します。次に、キャピラリー作用を利用して、約0.1マイクロリットルの水溶液を内側のガラスキャピラリーにロードします。ロードされたインナーキャピラリーをホルダーの上部に配置します。
次に、内側の毛細管をホルダーを横切って外側の毛細管に挿入します。先端を顕微鏡で観察しながら、ホルダーの長いネジを回して、内側の毛細血管をゆっくりと慎重に外側の毛細血管に進めます。内側のキャピラリーを、外側のキャピラリーの直径が100〜150ミクロンのところまで進めます。
次に、界面活性剤を含む同じオイルを100マイクロリットル、1.5ミリリットルのマイクロチューブの底に導入します。これは、マイクロドプレット収集チューブとして機能します。ホルダーとキャピラリーをロードされたマイクロチューブに慎重に配置します。
外側のキャピラリーがマイクロチューブ内の溶液と接触していないことを確認してください。次に、チューブを卓上スイングアウトタイプの遠心分離機にロードします。微小液滴を生成するには、遠心分離機を重力の1,600倍で1〜2秒間運転します。
次に、キャピラリーとホルダーをチューブから取り外し、チューブに集めた水-油の微小液滴を分量します。微小液滴をスライドガラスに噴射し、画像化して分析します。このプロトコルを使用して、2%モノオレエートソルビチンを含むヘキサデカンから作られたさまざまな水油微小液滴。
オリフィス径5ミクロンのインナーピペットで作製した液滴は、平均で8.3ミクロンと測定されました。オリフィス径10ミクロンのインナーピペットで作製した液滴は、平均で直径12.7ミクロンと測定されました。オリフィスが20ミクロンのインナーピペットで作製した液滴は、直径が約17.9ミクロンでした。
したがって、この方法では、内側の毛細血管オリフィスのサイズに近い直径を持つ単分散微小液滴が生成されます。このビデオを見れば、定量的化学実験のための単分散水および油微小液滴の生成方法とサイズ制御方法について十分に理解できるはずです。一度習得すると、このテクニックは適切に実行されれば、5〜10分で実行できます。
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この記事では、毛細管ベースの遠心マイクロ流体デバイスを使用して、サイズ制御可能な一分散性水中油マイクロ液滴を生成する方法を紹介します。この技術は効率的で、最小限のサンプル量で済み、生化学分析のための高収率生産を可能にします。
Rapid, size-controllable generation of monodisperse microdroplets enables scalable miniaturization of biochemical assays and single-cell analyses in early discovery workflows. This capillary-based centrifugal microfluidic device conserves precious biological samples while supporting high-throughput, quantitative experimentation. The approach strengthens predictive confidence and reproducibility at critical inflection points in biopharma R&D pipelines.
This device integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling miniaturized, quantitative assays for target validation, screening, and translational research.