효소 Microreactors 및 그들의 전자기 작동기로 사용 하는 수성 방울

이 장치의 전반적인 목적은 작은 수성 액적에서 자동화된 캐스케이드 반응을 실현하는 새로운 미세유체 플랫폼 기술을 제공하는 것입니다. 이 방법은 미생물의 반응 서열을 재현하고, 효소로 복잡한 반응 서열을 수행하고, 새로운 촉매를 스크리닝함으로써 합성 생물학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. lab-in-a-drop 접근 방식의 주요 장점은 적응력이 매우 뛰어나다는 것입니다.

채널 기반 미세유체 칩과 반대로, 유일한 전제 조건은 친수성 반응 환경입니다. 이 방법은 효소 반응에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 무기 촉매 또는 리간드 스트링과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 저는 제품이 분리되어 있지만 복잡한 밸브 및 분리기 시스템이 없는 미세유체 장치를 설계하려고 할 때 이 방법에 대한 아이디어를 처음 떠올렸습니다.

반응 용액을 액적으로 이동시킴으로써 반응 제어가 매우 간단해집니다. 먼저 코일 본체를 3D 프린팅으로 설계합니다. 그런 다음 와인딩 머신을 사용하여 08mm 구리선으로 시체를 각각 4500번 감쌉니다.

전기 보드에 펠티에 요소를 놓습니다. 코일의 첫 번째 층을 펠티에 요소에 나사로 고정하여 정사각형을 형성합니다. 그런 다음 3D 프린팅 플라스틱 프레임 또는 기타 비전도성 재료로 상단에 두 번째 코일 층을 고정합니다.

리본 케이블로 전기 보드를 자석 제어 장치에 연결합니다. 네오디뮴 자석을 코일에 삽입합니다. 코일 매트릭스 위에 1mm 두께의 석영 유리 또는 플라스틱 플레이트를 놓습니다.

작동 플랫폼 조립을 완료하기 위해 나사로 덮개를 제자리에 고정합니다. 불활성 분위기에서 나노 입자 합성을 시작하려면 먼저 85g의 염화철 (III) 육수화물과 3g의 염화철 (II) 염화물 수화물을 200 밀리리터의 물-에탄올 용액에 현탁시킵니다. 그런 다음 0.2ml의 PFOTES를 넣고 자기 교반 막대를 사용하여 500RPM으로 혼합물을 저어줍니다.

혼합물에 1.5몰 수산화암모늄을 첨가하여 pH 8.0을 달성합니다. 그런 다음 소수성 자성 나노 입자를 얻기 위해 24 시간 동안 용액을 계속 교반합니다. 25kg의 접착력을 가진 막대 자석을 반응 플라스크 바닥에 부착합니다.

용액을 붓고 4 대 1의 물-에탄올 용액으로 입자를 세 번 씻습니다. 자석을 제거하고 입자를 섭씨 60도에서 24시간 동안 건조시킵니다. 주사 전자 현미경으로 입자를 특성화합니다.

0.1 몰 pH 6.5 인산칼륨 완충액과 10 밀리몰 과산화수소에 0.1 밀리리터 양 고추 냉이 과산화 효소 당 0.1 마이크로 그램의 용액을 준비합니다. 그런 다음 인산칼륨 완충액에 형광 프로브 10-Acetyl-3, 7-dihydroxyphenoxazine의 20마이크로몰 용액을 준비합니다. 그런 다음 유리 절구와 절굿공이를 사용하여 건조한 나노 입자를 부드럽게 분쇄합니다.

입자를 폴리스티렌 칭량 팬으로 옮기고 10마이크로리터의 과산화효소 용액을 추가합니다. 약 10초 동안 팬을 부드럽게 휘젓면 과산화효소 용액 주위에 나노 입자 자체 조립이 이루어집니다. 이 마이크로리액터를 액추에이션 플랫폼으로 옮깁니다.

10마이크로리터의 형광 프로브 용액으로 이 과정을 반복하고 두 번째 마이크로리액터를 플랫폼에 놓습니다. 나머지 입자는 실온에 보관하십시오. 펠티에 원소를 사용하여 마이크로리액터의 반응 용액을 섭씨 25도로 유지합니다.

마이크로 리액터 위로 약 10mm 높이에 형광 현미경을 장착하고 현미경을 컴퓨터에 연결합니다. 자석 제어 장치를 사용하여 자석을 활성화하고 돌려 형광 프로브 용액의 마이크로 반응기를 현미경 아래에 배치합니다. 여기등을 켭니다.

코일 자석을 들어 올려 마이크로 반응기를 열고 형광 현미경 이미지 기록을 시작합니다. 2-5초 후 자석을 내려 마이크로 반응기를 닫습니다. 그런 다음 자석 제어를 사용하여 과산화효소 미세반응기를 형광 미세반응기에 인접하게 이동합니다.

형광 프로브 마이크로 반응기를 엽니다. 과산화효소 미반응기를 프로브 미세반응기로 끌어당겨 열고 열어 반응을 시작합니다. 형광 현미경 검사로 반응을 모니터링하고 필요에 따라 병합된 마이크로 반응기를 열고 닫습니다.

마이크로 반응기는 소수성 철 나노 입자로 용액 방울을 코딩하여 만들어졌습니다. 이러한 마이크로 반응기는 작동 플랫폼 아래에서 네오디뮴 자석을 조작하여 이동, 열기, 닫힘 및 병합 할 수 있습니다. 작동 플랫폼은 또한 코일 본체에 철심으로 구성할 수 있습니다.

이것은 마이크로 반응기를 10mm 이상 이동시킬 수 있는 충분한 자기력을 제공하지만 마이크로 반응기를 열기에는 충분하지 않습니다. 따라서 네오디뮴 자석을 사용하여 작은 용액 부피로 반응을 수행해야 합니다. 과산화효소(peroxidase)와 형광 표지(fluorescent label) 사이의 대표적인 효소 반응을 수행하고 형광 현미경으로 모니터링했습니다.

반응 중에 관찰된 Michaelis가 언급한 역학은 문헌 값과 잘 일치했으며, 이는 마이크로리액터 설정이 반응 진행에 영향을 미치지 않음을 나타냅니다. 이 비디오를 시청한 후에는 소수성 미세입자를 합성하고 이것으로 수성 미세입자를 생성하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 플랫폼 기술은 액적 병합에 의한 자동 반응 제어에 사용할 수 있습니다.

또한, 기질로 채워진 단일 마이크로리액터는 동원된 효소가 있는 작은 표면 영역 위로 이동할 수 있습니다. 서로 다른 효소를 가진 여러 고정 영역을 사용하면 운송 가능한 즉각적인 산물과의 순차적 반응 캐스케이드가 가능합니다. 이 프로토타입 개발은 시작에 불과합니다.

현재 우리는 반응 플랫폼 위에 자동 디스펜서 시스템을 구현하여 고정된 효소를 어느 위치에서나 다시 공급하고 있습니다. 코일 매트릭스는 10 곱하기 10 위치로 증가합니다. 이 기술은 생화학 반응 시퀀스의 컴퓨터 제어 계획 및 실행을 위한 길을 열 수 있습니다.