Name: 単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: 学ぼう、キャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイスを用いた単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成法。生化学分析や単一分子PCR、細胞モデリングに応用可能で、微量サンプルで高収率に液滴を生成できる。

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この研究は、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)さきがけ「細胞機能の設計と制御」研究領域、文部科学省科学研究費補助金新学術領域研究「分子ロボティクス」(課題No.24104002)、日本学会科学研究費補助金若手研究(A)(課題No.24680033)および基盤研究(B)(課題No.26280097)の支援を受けて行われました。日本学術振興会(JSPS)、東京工業大学生命理工学院生命理工学科生命工学デザインコース

キャピラリーをベースにしたマイクロ流体デバイスの1製作<ol><li> ホルダーのセットアップ 注：ホルダーの設計は、 図2Aに示されています。 <ol><li>保有者の4ディスクの各切り取り（ 図2Aの（i） - （iv）の ）フライス盤を使用して、厚さ2mmのポリアセタールプラスチック板から。ホルダーの4ディスクごとに次のディメンションを使用しています。（ⅰ）ディスク1直径8.5ミリメートル、キャピラリーホール（CH）直径1.3ミリメートル、ネジ穴（SH）直径1.8ミリメートル。 （ⅱ）ディスク2直径8.7ミリメートル、CH直径2.0ミリメートル、SH直径1.8ミリメートル。 （iii）のディスク3直径8.7ミリメートル、CH直径0.5ミリメートル、SH直径1.8ミリメートル。および（iv）ディスク4直径9.1ミリメートル、CH直径1.0ミリメートル、SH直径1.8ミリメートル。 </li><li> M2は、40本のネジ（ 図2B）を ×使ってホルダーを組み立てます。ホルダー（ 図2B）の底部には、図2（a）（i）、（ii）および上部（ 図中、ディスク1、ディスク2から成りホルダーのUREの2B）はディスク3 と図2Aのディスク4（III）、（IV）からなります 。 <ol><li>ホルダーの底部を構築するために、各ディスク1の3 SHのネジを挿入し、2は、ねじ部の一部をオフにニップすることにより、ネジを短くしてください。 0.9センチメートル（ホルダーの底部と同じ長さ）で、スクリューの長さにしてください。 </li><li>ホルダーの上部を構築するために、各ディスク3の2 SHにネジを挿入し、4はねじ部の一部をオフにニップすることにより、ネジを短くしてください。 0.7センチメートル（ホルダーの上部と同じ長さ）で、スクリューの長さにしてください。 </li><li>ホルダーを組み立てるために、長いネジ​​を使用して、ホルダーの底部と上部に参加。 注：正確なホルダーの各部分の長さにしてください：底部が0.9 cmで、上部は0.7センチメートル（ 図2B）です。 </li></ol></li></ol></li><li> ガラスキャピラリーの作製 <ol><li>内側のガラスキャピラリー（外径（OD）/内径（ID）：1.0 / 0.6ミリメートル）、および外側ガラスキャピラリー（OD / ID：2.0 / 1.12ミリメートル）ガラスキャピラリーの2種類を使用してください。 </li><li> 3等分に外側ガラスキャピラリーを分割するガラスカッターを使用し、さらに2等分内側ガラスキャピラリーを分割するガラスカッターを使用しています。 </li><li>ガラスキャピラリープラー（ 図3A）を使用して、各分割し、内側と外側のガラスキャピラリーを研ぎます。最大でプーラーの重みを設定します。内側の毛細血管のための外側のガラスキャピラリーのための60度と70度でプラーの熱レベルを設定します。慎重にガラスキャピラリーを研ぎます。 <ol><li>ガラスキャピラリーのくびれ部内の先端部の長さを保つ：内部キャピラリーは1.5〜1.8センチメートルです。外側キャピラリーは0.8〜1.0センチメートル（ 図3C）です。この長さは、記載の長さよりも短い又は長い場合、プーラーの熱レベルを調整してください。 </li></ol></li><li> Fテープを使用して、マイクロフォージスタンド（ 図3B）の内側又は外側ガラスキャピラリーIX。 </li><li> 3段階（ 図3B）にマイクロフォージを使用して、ガラスキャピラリーの先端をカットオフ：（i）は、白金線上にガラスビーズにガラスキャピラリーの先端に触れ、（ii）の足を踏んにより白金線を加熱1-2秒間スイッチ、および（iii）1から2秒後に、白金線を冷却することによってガラスキャピラリーの先端を切り落としました。 <ol><li>それぞれ、内側の （d i）をと外側の （d 0）キャピラリーオリフィスの直径を調整します。内側のガラスキャピラリーのオリフィス径は、10 5、及び20ミクロン（dは I = 5,10、20ミクロン）と外側のガラスキャピラリー（D oは）この実験では60ミクロン（D 0 = 60μm）です。 注：ガラスキャピラリーは、使い捨てです。ガラスcapillarの製造を繰り返しIES。 </li></ol></li></ol></li></ol>生成W / Oの微小液滴2.手順<ol><li>石油系界面活性剤を有する外側ガラスキャピラリーを記入してください。油と界面活性剤の混合物は、この実験（ 図4A）中の2％（w / w）のソルビタンモノオレエートを含むヘキサデカンです。 注意：油および界面活性剤の多くの組み合わせがあります（ 例えば 、油は、フッ素化又は炭酸であってもよく、界面活性剤は、イオン性、非イオン性、またはフッ素系でもよいです）。 <ol><li>外側のガラスキャピラリーにモノオレイン酸ソルビタンを含むヘキサデカンの10μLを紹介します。 図4Aに 、外側のガラスキャピラリー（D 0）のオリフィス直径が60ミクロン（D 0 = 60マイクロメートル）です。ガラスキャピラリーのオリフィスを調整するには、手順1.2.4-1.2.5に戻ります。 </li></ol></li><li>ホルダー（ 図4B）の底部に外側キャピラリを設定します。 </li><li> DRA毛管作用により、内側ガラスキャピラリー（ 図4C）への水溶液の約0.1μlのwです。 図4Cで、内側のガラスキャピラリー（Dの i）のオリフィス直径は（D私は 10ミクロンを=）10μmです。ガラスキャピラリーのオリフィスを調整するには、手順1.2.4-1.2.5に戻ります。 </li><li>ホルダー（ 図4D-A）の上部に内側キャピラリを設定します。外側の毛細血管（ 図4D-A）に、内側キャピラリを挿入します。 図4D-のように白い点の円を見ると、デジタル顕微鏡を用いて、外側キャピラリー（ 図4D-B、C）（外キャピラリー（ ワット ）= 130ミクロンの内径）の内側に、内側キャピラリの位置を観察します。外側の毛細血管の内毛細血管の位置は、 ワット = 100-150ミクロンに設定する必要があります。 注意：内部の位置を変更するには外側の毛細血管内の毛細血管は、ホルダーの上部にネジを回してください。これにより、 距離 W を正確に制御することができます。 </li><li> 1.5ミリリットルのサンプルマイクロチューブの底部にヘキサデカン含むソルビタンモノオレエート（w / wの2％）の100μLを紹介します。サンプルマイクロチューブ（ 図4E-a）の中で、内側と外側の毛細血管で、ホルダーを取り付けます。空気-油界面（ 図4E-B）からそれを遠ざけるために、外側キャピラリを確認してください。 </li><li>遠心分離（ 図4F）の微小液滴を生成するために、1-2秒間1600×gでの重力で卓上スイングアウト型ミニ遠心機を用いて、サンプルマイクロチューブ。 RTですべての実験を行います。 注：スイングアウト型遠心分離機を使用してください。液滴は、試料マイクロチューブの側壁に衝突し、固定角度型遠心分離機を使用した場合に崩壊することができます。 </li><li>ゆっくりピペットでW / O液滴を策定し、その後、ガラスの上に置きますライド。 </li><li>デジタル顕微鏡（倍率、200X）を使用して生成された微小液滴の画像をキャプチャします。 </li></ol>

<ol><li>Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactions+in+droplets+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.%2C+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Reactions in droplets in microfluidic channels.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 45 (44), 7336-7356 (2006).</li>
<li>Huebner, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microdroplets%3A+a+sea+of+applications%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microdroplets: a sea of applications?</a> Lab Chip. 8, 1244-1254 (2008).</li>
<li>Taly, V., Kelly, B. T., Griffiths, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplets+as+microreactors+for+highthroughput+biology%5BTitle%5D)+AND+%22ChemBioChem%22%5BJournal%5D)">Droplets as microreactors for highthroughput biology.</a> ChemBioChem. 8 (3), 263-272 (2007).</li>
<li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+Droplet+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip+%22%5BJournal%5D)"> Droplet microfluidics.</a> Lab Chip . 8, 198-220 (2008).</li>
<li>Takinoue, M., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+microfluidics+for+the+study+of+artificial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Bioanal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Droplet microfluidics for the study of artificial cells.</a> Anal. Bioanal. Chem. 400 (6), 1705-1716 (2011).</li>
<li>Hase, M., Yamada, A., Hamada, T., Baigl, D., Yoshikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manipulation+of+cell-sized+phospholipid-coated+microdroplets+and+their+use+as+biochemical+microreactors%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Manipulation of cell-sized phospholipid-coated microdroplets and their use as biochemical microreactors.</a> Langmuir. 23 (2), 348-352 (2007).</li>
<li>Zheng, B., Tice, J. D., Roach, L. S., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Droplet-Based%2C+Composite+PDMS%2FGlass+Capillary+Microfluidic+System+for+Evaluating+Protein+Crystallization+Conditions+by+Microbatch+and+Vapor-Diffusion+Methods+with+On-Chip+X-Ray+Diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.%2C+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">A Droplet-Based, Composite PDMS/Glass Capillary Microfluidic System for Evaluating Protein Crystallization Conditions by Microbatch and Vapor-Diffusion Methods with On-Chip X-Ray Diffraction.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 43 (19), 2508-2511 (2004).</li>
<li>Nakano, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+PCR+using+water-in-oil+emulsion%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Single-molecule PCR using water-in-oil emulsion.</a> J. Biotechnol. 102 (2), 117-124 (2003).</li>
<li>Diehl, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BEAMing%3A+single-molecule+PCR+on+microparticles+in+water-in-oil+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">BEAMing: single-molecule PCR on microparticles in water-in-oil emulsions.</a> Nat. Methods. 3, 551-559 (2006).</li>
<li>He, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+encapsulation+of+single+cells+and+subcellular+organelles+into+picoliter-+and+femtoliter-volume+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter- and femtoliter-volume droplets.</a> Anal. Chem. 77 (6), 1539-1544 (2005).</li>
<li>Baroud, C., Gallaire, F., Dangla, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+microfluidic+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Dynamics of microfluidic droplets.</a> Lab Chip. 10, 2032-2045 (2010).</li>
<li>Utada, A. S., Nieves, A. F., Stone, H. A., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dripping+to+jetting+transitions+in+coflowing+liquid+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams.</a> Phys. Rev. Lett. 99 (9), 094502(2007).</li>
<li>Cramer, C., Fischer, P., Windhab, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+formation+in+a+co-flowing+ambient+fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">Drop formation in a co-flowing ambient fluid.</a> Chem. Eng. Sci. 59 (15), 3045-3058 (2004).</li>
<li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+dispersions+using+%26%2334%3Bflow-focusing%26%2334%3B+in+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Formation of dispersions using &#34;flow-focusing&#34; in microchannels.</a> Appl. Phys. Lett. 82, 364-366 (2003).</li>
<li>Takeuchi, S., Garstecki, P., Weibel, D. B., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+axisymmetric+flow-focusing+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">An axisymmetric flow-focusing microfluidic device.</a> Adv. Mater. 17 (8), 1067-1072 (2005).</li>
<li>Thorsen, T., Roberts, R. W., Arnold, F. H., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+pattern+formation+in+a+vesicle-generating+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device.</a> Phys. Rev. Lett. 86 (18), 4163-4166 (2001).</li>
<li>Yamashita, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+monodisperse+cell-sized+microdroplets+using+a+centrifuge-based+axisymmetric+co-flowing+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biosci.+Biotech%22%5BJournal%5D)">Generation of monodisperse cell-sized microdroplets using a centrifuge-based axisymmetric co-flowing microfluidic device.</a> J. Biosci. Biotech. 119 (4), 492-495 (2015).</li>
<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>

利益相反は宣言されません。

この装置を用いて、単分散W / Oの微小液滴を、ジェット流17のプラトー・レイリー不安定性によって生成されました。顕微鏡検査は、サテライト滴の存在を明らかにしませんでした。デバイスの製造においては、3つの重要なステップが正常に単分散W / Oの微小液滴を生成するために必須です。まず、油界面活性剤水溶液の直進流を供給するためには、4つのディスクのキャピラリ孔は同心円状に配置されなければなりません。それ接点上ホルダ場合、キャピラリの先端が割れやすいため、2番目の、内側のキャピラリーは慎重に外側キャピラリーに挿入しました。この操作は困難な場合がありますので、我々は拡大鏡を使用することをお勧めします。最後に、水溶液17の吐出流量を作るために、外側の毛細血管への内側のキャピラリの位置は、 ワット = 100-150ミクロンに設定する必要があります。遠心マイクにより生成したW / Oの微小液滴のサイズ分布の場合rofluidicデバイスが単分散ではなく、外側のキャピラリー内で、内側キャピラリの位置を確認してください。外側の毛細血管の内毛細血管の位置を変更するには、ホルダーの上部にネジを回...

W / O微小液滴1-5タンパク質合成6、蛋白質結晶7、エマルジ ​​ョンPCR 8,9、細胞カプセル化10、および人工細胞様システム5,6の建設を含む生化学および生物工学の研究のための多くの重要な用途を有します。これらの用途のためにW / Oの微小液滴を生成するために、重要な基準は、W / Oの微小液滴のサイズと単分散性の制御です。単分散、サイズ制御可能にW / O微小液滴11が共同流動法12,13、フローフォーカシング方式14,15、およびマイクロチャネルの中のT-接合法16に基づいています作るためのマイクロ流体デバイス。これらの方法は、高度に単分散W / Oの微小液滴を生成するが、微細加工プロセスは、マイクロチャネルの製造のために複雑な処理及び専門技術を必要とし、また、少なくとも数百サンプル溶液を大量に（必要81; l）のためにマイクロチャネルに試料溶液を行ってシリンジポンプとチューブで避けられない死容積の。したがって、使いやすい、低デッドボリューム法単分散W / Oの微小液滴を生成することが必要です。 本稿では、実験手順の動画と一緒に、セルサイズ、単分散W / Oの微小液滴（ 図1）を生成するための遠心キャピラリーベースの軸対称コ流れるマイクロ流体デバイス17を説明します 。この単純な方法は、サイズの単分散性と寸法制御を実現しています。それはちょうど卓上ミニ遠心機とサンプリングマイクロチューブに固定された毛細管ベースの軸対称コ流れるマイクロ流体デバイスを必要とします。我々の方法は、ごく少量（0.1μl）を必要とし、サンプルの任意の有意な量を無駄にしません。

<table><tbody><tr><td>2mm厚ポリアセタールプラスチックプレート</td><td>工具</td><td>(株)日京テクノス(日本)</td><td>244-6432-08</td></tr><tr><td>フライス盤</td><td>工具</td><td>ローランド ディー.ジー.(株)</td><td>MDX-40A</td></tr><tr><td>エンドミル RSE230-0.5*2.5</td><td>工具</td><td>NS工具(株</td>)<td>01-00644-00501</td></tr><tr><td>M2*40ネジ</td><td>工具</td><td>十条合成化学研究所(日本)</td><td>0001-024</td></tr><tr><td>ガラスキャピラリープーラー</td><td>ツール</td><td>成重 (日本)</td><td>PC-10</td></tr><tr><td>マイクロフォージ</td><td>ツール</td><td>成重 (日本)</td><td>MF-900</td></tr><tr><td>内面ガラス毛細管</td><td>工具</td><td>成重 (日本)</td><td>G-1</td></tr><tr><td>外ガラス毛細</td><td>工具</td><td>ワールド・プレシジョンズ・インク (アメリカ)</td><td>1B200-6</td></tr><tr><td>1.5 ml サンプルチューブ</td><td>ツール</td><td>伊那光学株式会社 (日本)</td><td>ST-0150F</td></tr><tr><td>ヘキサデカン</td><td>試薬</td><td>和光純薬工業(株)</td><td>080-03685&nbsp;</td></tr><tr><td>モノオレエートソルビタン(Span 80)</td><td>試薬</td><td>東京化学工業(株)</td><td>S0060</td></tr><tr><td>Milli Qシステム</td><td>試薬</td><td>Merck Millipore Corporation(ドイツ)</td><td>ZRQSVP030</td></tr><tr><td>スイングアウト型ミニ遠心</td><td>ツール</td><td>(株)ハイテック(日本)</td><td>ATT101</td></tr><tr><td>デジタル顕微鏡</td><td>ツール</td><td>(キーエンス)</td><td>VHX-2001</td></tr></tbody></table>

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

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

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用いたサイズ制御可能な単分散、W / Oの微小液滴の急速な生産のための簡単​​な方法を示しています。 W / O微小滴は、最近小型化化学実験を可能にする強力な方法で使用されてきました。したがって、単分散W / Oの微小液滴を生成する多様な方法を開発することは必要とされています。我々は、毛管系の遠心軸対称共流れるマイクロ流体デバイスに基づいて、単分散W / Oの微小液滴を生成するための方法を開発しました。我々は、キャピラリーオリフィスを調整することにより、微小液滴のサイズを制御することに成功しました。我々の方法は、カプセル化のためのサンプル溶液のみを少量（0.1μl）を必要とする簡単に使用できる他のマイクロ流体技術に比べてある機器を必要とし、毎秒W / Oの微小液滴の数百万の数の生産を可能にします。我々は、この方法は、貴重な生物学のを必要とする生物学的研究を支援することを期待迅速な定量分析の生化学的および生物学的研究のためのサンプルの容量を節約することによってamples。

本研究では、キャピラリーベースの遠心式の微細流動装置（ 図1）を用いて細胞サイズのW / Oの微小液滴を生成するための簡単な方法を提示します。マイクロ流体デバイスは、毛細管ホルダ（ 図2B）、2つのガラスキャピラリー（ 図3Cにおける内側および外側ガラスキャピラリー）、及び界面活性剤を含む油を含むマイクロチューブを構成しました。我々は、内側のガラスキャピラリーに試料溶液の0.1μLを注入し、外側のガラスキャピラリー（ 図4D）に内側のガラスキャピラリーを置きました。セルサイズW / Oの微小液滴が試料溶液17（ 図1B）の吐出流のプラトー・レイリー不安定性によって生成され、少なくとも2時間17安定でした。 毛細管-BAから生成されたW / O...

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。

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

この手順の全体的な目的は、キャピラリーベースの遠心対称共流マイクロ流体デバイスを用いて、生物学的研究のための単分散の水および油のマイクロ液滴を生成することです。この手法は、合成、シングルモジュールPCR、シングルカプセル化、および生存細胞の単純なモデリングにおける研究を前進させるため、生化学分野に単分散マイクロ液滴を提供することが可能です。この技術の主な利点は、簡便であり、調整が可能であることです。サンプル溶液は1 µL未満で十分であり、必要に応じたサイズの単分散マイクロドロップレットを生成することが可能です。本手順のデモンストレーションは、私の研究室のポストドクターであるMoritaが行います。キャピラリーベースのマイクロ流体アセンブリは、まずキャピラリーホルダーの準備から始まります。まず、フライス盤を用いて、厚さ2 mmのポリアセタールプラスチックプレートから4枚のディスクを削り出します。これらのディスクは、ロッドとネジで支持されるカラムを形成するために使用します。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2を用いてホルダーの底部を組み立てます。次に、ネジのネジ山部分をカットして短くします。4つの穴のうち3つの穴を接続し、2枚のディスクを固定して0.9 centimeterの積層構造を作成します。同様に、3枚目と4枚目のディスクを用いてホルダーの上部を組み立てます。各プレートにある2つの穴を使用して、プレート同士を接続してください。スタックの高さを0.7 centimetersにします。次に、長いネジを使用して、ホルダー上部の2つの空き穴とホルダー下部の2つの空き穴を結合させます。長いネジによって、ホルダー間に約2～3 mmの間隔ができ、ネジの頭が完成したホルダーから約2.2 cm突出している状態にします。各実験では、2本のキャピラリーから作製された新しいキャピラリーセットを使用します。ガラスカッターを用いて、90 mmのキャピラリーから2本の内部キャピラリーを作成します。等しいサイズのセクションを2つ作成してください。また、150 mmのキャピラリーから3本の内部キャピラリーセクションを作成します。次に、ガラスピューラーを用いて、各キャピラリーセクションの先端を鋭くします。ピューラーの荷重を最大に設定し、加熱温度を外側キャピラリーの場合は60-70度、内側キャピラリーの場合は70-80度に設定します。その後、注意深くガラスを鋭利に加工します。キャピラリーの収縮部分の長さを、推奨される範囲内に維持してください。先端の長さが長すぎる、あるいは短すぎる場合は、適切な長さになるまで加熱要素を調整します。これで、先端を切断する準備が整いました。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。このとき、先端が対物レンズの下に来るように配置してください。次に、ガラスビーズで覆われた白金線を用い、3段階に分けて先端を切断します。まず、破断させる位置のキャピラリーを冷却ビーズに接触させます。次に、ワイヤーを1～2秒間加熱します。そして3番目に、白金ワイヤーを冷却して先端を切断します。この操作は、フットペダルコントローラーを使用してワイヤーを加熱しながら行う必要があります。次に、マイクロフォージを用いて、キャピラリー開口部の直径を調整します。2本の外側ガラスキャピラリーの開口部を60 micronsにしてください。3本の内部キャピラリーに、直径5、10、および20 µmのオリフィスを作成します。マイクロドロップレットを生成するには、まず外部ガラスキャピラリーに、重量比2%のソルビタンモノオレアートを含むヘキサデカンなどの界面活性剤含有オイルを満たします。この溶液10 µLをキャピラリーにロードします。次に、サンプルを充填したコピラリーをホルダーの下部に固定します。続いて、毛細管現象を利用して、約0.1 µLの水溶液を内側のガラスキャピラリーに充填します。充填した内側キャピラリーをホルダーの上部に配置します。次に、ホルダーを介して内側キャピラリーを外側キャピラリーに挿入します。顕微鏡で先端を観察しながら、ホルダーのロングネジを回し、内側キャピラリーをゆっくりと慎重に外側キャピラリー内へ進めます。外側キャピラリーの直径が100から150 micronsの間になる位置まで、内側キャピラリーを進めてください。次に、界面活性剤を含む同一のオイル100 µLを1.5 mLマイクロチューブの底に導入します。これがマイクロドロップレット回収チューブとなります。ホルダーとキャピラリーを、オイルを入れたマイクロチューブの中に慎重に配置してください。外側キャピラリーがマイクロチューブ内の溶液に接触していないことを確認します。その後、チューブを卓上のスイングローター型遠心機にセットします。マイクロドロップレットを生成するため、1,600 ×gで1〜2秒間遠心分離を行います。次に、チューブからキャピラリーとホルダーを取り出し、チューブに回収された水-油マイクロドロップレットのアリコートを分取します。マイクロドロップレットをガラススライド上に吐出し、分析のために撮像します。本プロトコルを用いて、2% sorbitin monooleateを含むヘキサデカンから、さまざまな水-油マイクロドロップレットを作製しました。オリフィス径5 µmの内側ピペットを用いて作製した液滴の平均直径は8.3 µmでした。オリフィス径10 µmの内側ピペットを用いて作製した液滴の平均直径は12.7 µmでした。オリフィス径20 µmの内側ピペットを用いて作製した液滴の直径は約17.9 µmでした。したがって、本手法を用いることで、内側キャピラリーのオリフィス径に近い直径を持つ単分散マイクロドロップレットを生成することが可能です。このビデオを視聴することで、定量的な化学実験に用いるための、単分散の水および油のマイクロドロップレットの生成方法とそのサイズ制御について深く理解できるはずです。適切に実施すれば、この技術を習得した後、5分から10分で完了させることができます。

capillary-based-centrifugal-microfluidic-device-for-size-controllable

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JoVE Journal

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工学

小説マイクロ流体システムは受動的なポンプの現象とユーザ制御された流体供給システムを使用して開発されました。このマイクロ流体システムは、低コスト、使いやすさ、体積精度、高速、再現性と自動化を与えられた生物学的なさまざまなアプリケーションで使用される可能性があります。...

マイクロ流体デバイスでパッシブポンピング用高速液滴ベースのデリバリーシステム

彼らはkHzのレートで安価にピコリットル、自己区分血管を生成することができるので、液滴ベースのマイクロ流体プラットフォームは、ハイスループットの実験のための有望な候補である。...

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

細胞と粒子の慣性順序を持つ単分散ドロップ生成を組み合わせることで、我々は、kHzのレートで一滴の細胞または粒子の所望の数をカプセル化する方法を説明します。我々は、二回のシングルとダブルの粒子降下を順不同カプセルのものを超えて効率を示しています。...

ハイスループットマイクロカプセル化シングルセルと複数セル

このプロトコルは、マイクロ流体デバイスを使用して自動化された小容量(0.15–1.5...

マイクロ流体精密小容量サンプル処理のためのプラットフォームとアコースティックマイクロデバイスで区切り生物学的粒子サイズのためのその使用

ここでは、製造プロセスと semi-three-dimensional (半 3 D)...

サイズ制御されたポリ (エチレング リコール) レート液滴を介して半 3 次元流れ焦点マイクロ流体デバイスの生成

1 Pa は、液滴マイクロ流体システムで実現することは困難である上径高粘度液滴を生成する位相反転共同フロー...

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

1500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプの配列、オンサイトミキシングモジュラスから構成される複雑な寿命機械の高スループット研究のためのマイクロ流体システムを発表します。マイクロ流体チップは、生体内の非常に複雑で動的な微小環境条件の解析を可能にします。...

ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

油中水滴アッセイは、分析化学、酵素進化、単一細胞分析に有用であるが、通常は液滴を形成するためにマイクロ流体が必要である。ここでは、液滴アッセイを行うマイクロ流体フリーアプローチである粒子鋳型乳化について述べている。...

粒子テンプレート化乳化により、マイクロ流体フリーのドロップレットアッセイが可能

ここでは、制御された滴サイズを有する高度に単分散エマルジョンを生成するために使用されるガラスベースのマイクロ流体デバイスを製造するためのプロトコルが提示される。...

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

ここでは、油中水型エマルジョン(プラグ)でコンビナトリアルライブラリを産生するためのポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースの二重層デバイスの作製について説明します。プラグ製造の自動化に必要なハードウェアとソフトウェアがプロトコルに詳述されており、蛍光プラグの定量的ライブラリの製造も実証されています。...

コンビナトリアルプラグ製造のための二層マイクロ流体デバイス

このプロトコルは、個々のヒト末梢血単核細胞のサイトカイン分泌動態を定量的に測定するための高度なマイクロ流体プラットフォームを説明しています。このプラットフォームは、例としてリポ多糖で刺激された個々の細胞ごとに最大3つのサイトカイン(IL-6、TNFα、およびIL-1β)を並行して測定します。...

個々の多機能細胞の同時および逐次サイトカイン分泌を解明するためのマイクロ流体アプローチ 

学ぼう、キャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイスを用いた単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成法。生化学分析や単一分子PCR、細胞モデリングに応用可能で、微量サンプルで高収率に液滴を生成できる。

単分散微小液滴のサイズ制御可能な形成のためのキャピラリーベースの遠心マイクロ流体デバイス

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