단계도 특성 액체 캐리어로 자기 구슬을 사용하여

다음 실험의 전체적인 목표는 자기 비드를 사용하여 랩 앤 튜브(lab and tube) 장치 내 인접한 액체 세그먼트 간의 이월 부피(carryover volume)를 분석하는 것입니다. 이를 위해 소수성 튜브를 사용하여 장치를 제작하고, 시린지 펌프를 통해 공기 밸브로 분리된 여러 개의 액체 세그먼트를 생성하며, 그중 하나의 액체에 자기 비드와 형광 염료를 모두 포함시킵니다. 두 번째 단계로, 외부 자석을 이용해 자기 비드를 각각 이동시킨 후 현미경을 사용하여 인접 액체 세그먼트의 형광 강도를 측정합니다.

자기 비드의 잔류 부피를 계산하기 위해 이러한 형광 강도 측정값에 대해 다음 수치 분석을 수행합니다. 결과는 두 가지 액체로 구성된 다성분 시스템에서 상 변화 분석이 가능함을 보여주며, 이는 인접한 저장조 간에 마이크로리터 규모의 액체 부피를 전달하는 방법으로 자기 비드를 사용할 수 있는 능력에 기반합니다. 따라서 오늘 확인하시게 될 것처럼, 우리는 더 복잡한 기존의 미세 유체 회로 대신 단순한 튜브 내에서 유체를 전달하기 위해 자기 비드를 사용하는 매우 흥미롭고 간단한 기술을 다루고 있습니다.

우리는 이를 처음에 허용 가능한 유체 간의 계면 연구에 적용하였으며, 현재는 전혈의 진단 분석, 적혈구로부터의 단백질 분리, 소변 분석, 면역 분석 등 다른 응용 분야로 확장하고 있습니다. 미세유체 채널을 사용하는 것과 같은 기존의 다른 방법들에 비해 이 기술의 주요 장점은 단순하며 제작 비용이 효율적이라는 점입니다. 또한 다양한 실험 유형 간에 높은 사용자 가변성을 제공하며 일관된 결과를 나타냅니다.

이 방법은 극소량의 피크 부피 이동이 필요한 응용 분야에 대한 통찰을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 혈액 분리, 약물 타겟팅 및 조영제와 같은 다른 시스템에도 적용될 수 있습니다. 튜브를 준비하려면 먼저 튜브를 15 centimeter 길이의 세그먼트로 자른 후, 테이프를 사용하여 튜브 세그먼트를 수직으로 매달고 튜브 아래에 종이 타월을 배치하여 과잉 플루오로폴리머 용액을 수집합니다. 파이펫을 사용하여 각 튜브 세그먼트의 상단 개구부에 100 µL의 플루오로폴리머 용액을 주입하여 내벽의 전체 둘레에 용액이 접하도록 합니다.

과잉의 불소 폴리머 용액을 제거하기 위해 튜브 세그먼트를 1시간 동안 그대로 매달아 둡니다. 그 다음, 튜브 세그먼트를 100 °C의 오븐에 1시간 동안 넣어 불소 폴리머 코팅층을 어닐링합니다. 이어서, 20 mL 샘플 바이알을 마이크로 밸런스 위에 올리고 영점을 조절하여 희석된 자기 비드 용액을 준비합니다.

자성 비드 용액 용기를 흔들어 섞은 후, 마이크로 피펫을 사용하여 0.6 milliliters를 취합니다. 피펫팅한 용액을 저울 위에 놓인 샘플 바이알에 분주하고, 증류수 0.4 milliliters를 샘플 바이알에 분주합니다. 또한, 염료 0.02 weight percent를 탈이온수에 녹이고 용액을 1분 동안 볼텍싱하여 형광 염료를 준비합니다.

튜브 장치를 준비하려면, 튜브의 한쪽 끝에 암형 루어 락 커넥터를 삽입합니다. 튜브를 3 mL 용량 및 0.1 mL 눈금이 있는 루어 락 시린지에 넣습니다. 시린지를 시린지 펌프에 장착하고 주입 속도를 2 mL/h로 설정합니다.

주사기 펌프 흡입을 통해 튜브에 20 µL를 주입하기 전, 자성 비드 용액이 들어있는 용기를 볼텍싱합니다. 테스트 챔버에 액체 주입이 완료되면, 튜브로 6 µL의 공기를 흡입합니다. 이 공기 층은 나중에 두 액체 분절 사이에 밸브를 형성하게 됩니다.

공기층 삽입이 완료되면, 형광 염료가 포함된 액체 180 µL를 흡입하기 시작하십시오. 튜브의 반대쪽 끝에 두 번째 암형 루어락 커넥터를 장착하고 시린지에서 튜브 장치를 분리하십시오. 그 다음, 장치의 양쪽 끝에 루어락 캡을 씌우십시오.

도립 현미경을 사용하여 테스트 챔버와 리저버의 초기 형광 강도를 측정합니다. 큐브 자석 상단에 장치를 배치하여 테스트 챔버 내의 자기 비드들이 한 구역으로 모두 분리되도록 합니다. 장치를 자석 상단에서 이동시켜 비드들을 리저버로 옮깁니다.

자기 비드 클러스터가 공극을 통해 저장조로 이동하면, 장치를 자석 상단에 배치하고 회전시켜 클러스터 내에 갇혀 있던 액체를 방출함으로써 자기 비드를 교반하여 저장조의 균질화가 완료될 때까지 진행합니다. 그 다음, 저장조 내의 자기 비드가 모두 한 구역으로 분리되도록 장치를 자석 상단에 배치합니다. 자기 비드 클러스터를 다시 테스트 챔버로 이동시킵니다.

클러스터가 테스트 챔버에 도달하면, 장치를 자석 위에 놓고 회전시켜 자성 비드를 교반하십시오. 테스트 챔버의 균질화가 완료될 때까지 내부에 갇혀 있던 형광 액체를 방출하십시오. 도립 현미경을 사용하여 테스트 챔버와 리저보어 양쪽의 형광 강도를 측정하십시오.

두 액체 구역의 형광 강도가 비슷해질 때까지 이 단계를 반복합니다. 튜빙 장치를 준비하려면, 튜빙의 한쪽 끝에 암형 루어 락(female lure lock)을 끼우고 튜브를 루어 락 시린지에 넣습니다. 그런 다음 시린지를 시린지 펌프에 장착하고 주입 속도를 2 mL/h로 설정합니다.

시린지 펌프 흡입 방식을 사용하여 물과 1:1로 혼합된 자기 비드 및 C 12 E 5 혼합 용액 20 µL를 튜브에 주입하십시오. 테스트 챔버에 액체 주입이 완료되면, 에어 갭 주입을 위해 튜브 안으로 공기 6 µL를 흡입하십시오. 광학계를 설정하기 위해 순수 C 12 E 5 계면활성제 180 µL를 흡입하기 시작하십시오.

먼저, 자성 비드가 들어 있는 테스트 챔버가 초점에 맞도록 튜빙 장치가 연결된 시린지 펌프를 이동시킵니다. 이때 실체 현미경과 함께 교차 편광판을 사용합니다. 침전된 고체상과 액체상 사이의 대비를 높이기 위해 LED 광원 위에 편광 필름 시트를 배치합니다. LED 광원을 시린지 펌프에 연결된 튜브 아래로 밀어 넣습니다.

테이프를 사용하여 스테레오 현미경의 렌즈에 또 다른 편광 필름을 부착하되, 두 편광 필름이 서로 90도 각도로 어긋나도록 합니다. 큐브 자석을 스탠드에 고정한 상태로 테스트 챔버 옆에 배치합니다. 자성 비드들이 클러스터를 형성하면, 2 mL/h의 유속으로 튜브에 액체를 펌핑하여 자성 비드 클러스터가 테스트 챔버에서 공극(air gap)을 지나 계면활성제 저장소 챔버로 이동하게 합니다.

자기 비드 클러스터가 리저버 챔버의 중간 지점에 도달하면, 시린지 펌프의 펌핑을 중단하십시오. 자기 비드를 분리하고 자기 비드 클러스터 내에 갇힌 액체의 확산 시간을 줄이기 위해 큐브 자석을 튜브에서 멀리 이동시키십시오. 액체의 확산과 상 변화가 완료되면, 자기 비드가 다시 클러스터를 형성할 수 있도록 자석을 리저버 옆의 원래 위치로 되돌려 놓으십시오.

시린지 펌프를 사용하여, 자성 비드 클러스터가 계면활성제 저장조에서 공극을 지나 테스트 챔버로 다시 이동하도록 액체를 흡입합니다. 자성 비드 클러스터가 테스트 챔버의 중간 지점에 도달하면, 시린지 펌프를 멈추고 큐브 자석을 튜브에서 멀리 이동시킵니다. 액체의 확산 및 상 변화가 완료되면, 자성 비드가 다시 클러스터를 형성할 수 있도록 자석을 저장조 옆의 이전 위치로 되돌려 놓습니다.

테스트 챔버에 상 변화가 나타날 때까지 이 단계들을 반복하십시오. 여기 표시된 이미지는 소수성 튜브 내부의 자성 비드 수용액과 비이온성 계면활성제 C 12 E 5의 모습입니다. 초기 자성 비드 전송 과정 동안, 비드는 외부 큐브 자석을 사용하여 제자리에 고정됩니다.

액체가 여기 왼쪽으로 펌핑되는 동안, 비드는 테스트 챔버를 빠져나와 C 12 E 5로 진입합니다. 자기 비드가 진입하면 계면활성제 수용액이 자기 비드 구조로부터 확산되기 시작합니다. 자기 비드가 계면활성제 챔버에 5초 동안 머문 후, 10초 시점에서는 아주 적은 양의 상 변화만 관찰됩니다.

자기 비즈가 계면활성제에 완전히 둘러싸여 있습니다. 상변화는 4분 지점의 92번째 표시까지 계속됩니다. 9분 지점에서 상변화가 증가합니다.

구조가 수직으로 성장함에 따라 수평 상변화가 줄어들기 시작합니다. 17분 시점과 달리, 25분 시점에는 상변화의 크기가 급격히 감소하여 아주 적은 양의 상변화만 남아 있는 것을 볼 수 있습니다. 다음은 계면활성제를 옮기기 전, 장치 내에 자성 비드가 포함된 water C 12 V five 테스트 챔버의 초기 상태입니다.

6회의 왕복 이송 후 상 변화가 일어났습니다. 반대로, 장치 내에 자성 비드가 없는 경우에는 상 변화가 관찰되지 않았으며, 이는 관찰된 결과가 액체가 아닌 자성 비드의 캐리오버(carryover)로 인한 것임을 증명합니다. 이 절차를 시도하는 동안 튜브의 내벽에 부착되었습니다.

이 절차를 따를 때, 인접한 리저버 간에 액체를 옮길 때 확산 과정이 일어날 수 있도록 충분한 시간을 두는 것이 중요합니다. 확산 과정을 어떻게 가속화할 것인지와 수동 조작을 어떻게 최소화할 것인지와 같은 추가적인 질문에 답하기 위해, 전자기식 식생을 사용하는 것과 같은 다른 옵션들을 우리 시스템에 통합할 수 있습니다. 맥락을 설명하자면, 기본적으로 플라스틱 튜브와 자성 비드, 그리고 외부 자석을 사용하는 이 매우 간단한 기술은 서로 다른 유체의 분리와 그들의 상평형 그림 공간을 탐색하는 데 적용되어 왔습니다.

하지만 이 기술의 다재다능함과 단순함은 주로 다양한 체액의 진단 분석 분야를 포함한 많은 다른 응용 분야에서 이점을 제공할 것입니다. 자기 비즈를 사용하여 소량의 시료를 직접 운반하거나 자기 비즈의 기능화를 통해 운반함으로써, 체액 시료의 성분을 분석할 수 있습니다. 이는 모든 관련 분야에 응용 가능합니다.

예를 들어, 전혈 내 적혈구로부터 단백질을 분리 및 분석하거나, 이와 유사하게 소변 및 기타 여러 체액을 분석하는 과정에서, 기존의 미세유체 소자 제작과 관련된 복잡성과 비용 없이 간단한 기술을 사용하여 이러한 방식으로 분석할 수 있습니다.