Name: Picoinjection van Microfluidic Drops Zonder metalen elektroden (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-18T18:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 20 s
Description: Leer picoinjectie in microfluïdische druppels zonder metalen elektroden. Deze methode vereenvoudigt fabricage en biedt precieze controle over reagentia-injectie voor biochemische toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door het Ministerie van Biotechniek en Therapeutische Wetenschappen aan UCSF, het California Institute for Quantitative Biosciences (QB3), en de Bridging the Gap Award van de Stichting Rogers Family.

1. Ontwerp Afmetingen van het apparaat en topologieën, gebaseerd op experimentele behoefte met behulp van Computer Aided Design (CAD)-software Opmerking: Selecteer emulsie kanaal diameters kleiner dan die van de sferische druppels. Dit dwingt de druppels in een cilindrische of &quot;worst&quot;-vorm en zorgt voor meer effectieve picoinjection. Voor ons doel, ontwierpen wij 30 x 30 micrometer kanalen voor druppels die 50 micrometer in doorsnede waren. <ol><li> Model picoinjection site (s) na die beschreven door Abate et al.. 3 behalve dat de kanalen van de metalen elektroden verwijderd, omdat ze overbodig. </li><li> Naar kanalen dienen als Faraday Gracht (figuur 1) die werken tussen picoinjection site (s) en de stroomopwaartse emulsie zodat zij beschermen de druppeltjes uit het elektrische veld. Opmerking: Dit voorkomt onbedoelde samenvoeging. </li></ol> 2. Fabricate apparaten gebruiken Soft Photolithographic Technieken <ol><li> Genereer een transparantie fotolithografie masker op basis van het CAD-bestand met behulp van bestaande commerciële diensten. </li><li> Met het fotomasker, behandelings fotolak op silicium wafers op een inrichting meester produceren, zoals eerder beschreven 4. </li><li> Giet PDMS gemengd met verharder (11:01 verhouding) over het apparaat meester in een 5 cm polystyreen petrischaal. </li><li> Plaats de master met PDMS in een vacuüm exsiccator voor ongeveer 15 min om eventuele luchtbellen te verwijderen. </li><li> Hard de PDMS apparaat door deze in een 95 ° C oven gedurende 1 uur. Als alternatief zal de PDMS uitharden bij kamertemperatuur na 24 uur. </li><li> Verwijder het apparaat door te snijden in de omtrek met een chirurgisch mes en zorgvuldig schillen van de inrichting van de master. </li><li> Punch en uitlaat gaten in de PDMS met behulp van een 0,5 mm biopsie punch. </li><li> Bond het apparaat op een glazen objectglaasje met behulp van een plasma-bonder 4. </li></ol> 3. Bereid een LuchtdrukPompbesturing naar een reservoir dat de Fluid op druk <ol><li> Wijzig de pomp uitgang, zodat de samengeperste lucht verlaat via een lengte van 2,7 mm binnendiameter polyethyleen buis. </li><li> Construeren zodat de buis eindigt bij een Luer-lock spuit door het aanbrengen van het lumen via nippel op de achterkant van het luer-lock. </li><li> Seal door de ruimte tussen de luer-lock draden en buis met epoxy. </li><li> Bevestig een 27.5 G naald. </li></ol> 4. Bereid een Monodisperse emulsie van waterige (water-in-olie) Druppeltjes gesuspendeerd in een inert gefluoreerde vervoerder olie met 2% (gew / gew) opgelost Biocompatibele Oppervlakteactieve 7 De specifieke reagentia in deze druppels afhankelijk van de toepassing <ol><li> Ter voorbereiding van herinjectie, laadt de emulsie in een 1 ml spuit met een 27,5 G naald. </li><li> Bevestig de spuit in een injectiepomp en oriënteren de pomp verticaal (naald naar boven). Noot: Deze oriëntatie zorgt ervoor dat de druppels in te pakken in een laag boven de vervoerder olie. Wanneer de pomp wordt gestart, zal de druppels uit de spuit worden geduwd hoge volumefractie van de olielaag eronder. </li></ol> 5. Bereid Reagentia voor Inleiding tot de Microfluidic Chip <ol><li> Punch drie 0,5 mm gaten in de kap van een 15 ml centrifugebuis (een houder met een schroefdop is voldoende) met een biopsie punch, de naald of boor. </li><li> Plaats een 0,5 mm draadelektrode en ~ 20 cm lengte van PE-slang 2 via twee van de gaten zodat zij de bodem van de buis bereikt. </li><li> In de resterende gat, draad een ~ 2,5 cm van een ~ 20 cm lengte van de PE buis zodanig dat het zal rusten boven het vloeistofniveau. </li><li> Verzegelen de openingen van de bovenkant van de dop met UV-uithardende epoxy. </li><li> De buis wordt met de picoinjection vloeistof en schroef op de dop. </li><li> Verbind de uitgang van de lucht-drukregeling pomp naar de kortere lengte van de slang door inserting van de naald in het lumen. De naald moet goed passen. </li><li> Vul een 1 ml spuit met 1 M NaCl om te dienen als Faraday Gracht. </li><li> Sluit een 27.5 G naald en zet de spuit in een injectiepomp. </li><li> Vul een 1 ml spuit met vervoerder / spacer olie, sluit een 27.5 G naald en zet deze in een injectiepomp. </li></ol> 6. Bereid de microfluïdische apparaat voor Picoinjection <ol><li> Verbind de uitgang buis (langere) vanaf het injectievloeistof container naar de inlaatpoort van de picoinjection vloeistof op het microfluïdische chip. </li><li> Sluit de spuit met de 1 M NaCl aan de inlaatpoort van de Faraday Gracht op microfluïdische chip met een lengte van PE slang. </li><li> Sluit de spuit met de vervoerder olie aan de inlaatpoort van de microfluïdische chip met een lengte van PE slang. </li><li> Plaats PE slang in de emulsie uitlaatpoort op de microfluïdische chip. Het slangetje moet eindigen in een emulsie collectie vaartuig, nochMally een 1,5 ml centrifugebuis. </li><li> Plaats PE slang in de uitlaat poort voor de Faraday Moat op de microfluïdische chip. Het slangetje moet eindigen in een niet-geleidend en elektrisch geïsoleerde container naar een kortsluiting te voorkomen. </li><li> Verbind de uitgang van de hoge-voltage (HV) versterker via poolklem op de metalen elektrode ondergedompeld in de vloeistof picoinjection. </li><li> Verbind de massa-elektrode van de HV versterker via alligator clip om het metaal van de naald van de spuit met de 1 M NaCl. </li></ol> 7. Infuse reagentia in Microfluidic Chip <ol><li> Introduceer de 1 M NaCl (Faraday Moat) om het apparaat met een snelheid van 100 ul / uur. </li><li> Introduceer de druppel emulsie en vervoerder olie aan tarieven die geschikt zijn voor de afmetingen apparaat. Voor onze demo-apparaat, introduceren we de druppels en olie op 200 en 400 pl / uur, respectievelijk. Het debiet moet het mogelijk maken de druppels naar de picoinjector passeren regelmatig gescheidendoor een spleet van de vervoerder olie. </li><li> Stel de op de picoinjection fluïdum zodanig dat de vloeistofdruk aan de picoinjection opening in mechanisch evenwicht met het druppeltje kanaal druk. Let op: Bij deze druk (de Laplace druk), dient de injectie vloeistof uitpuilen in de druppel kanaal zonder ontluikende uit en vormen een eigen druppels (figuur 2). Op deze debieten hierboven beschreven we een druk van ~ 13 psi op de injectieplaats vloeistof evenwicht bereiken op de injectieplaats. </li></ol> 8. Begin Picoinjection <ol><li> Als druppels langs de injectie opening, breng dan een 0-10 V, 10 kHz, AC signaal versterkt 1000 x door de HV-versterker (figuur 3). </li><li> Moduleren injectievolume door verandering van de amplitude van de aangelegde spanning. Opmerking: Hogere voltages moet zorgen voor meer vloeistof te worden ingevoerd om de druppels. In onze tests, zien we een stabiele en consistente injectie bij spanningen zijntussen 100 en 3000 V met injectieoplossingen NaCI variërend 10-500 mM (Figuur 4). </li></ol>

<ol><li>Kritikou, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((It%27s+cheaper+in+the+Picolab%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Genet%22%5BJournal%5D)">It's cheaper in the Picolab.</a> Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).</li>
<li>Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrocoalescence+of+drops+synchronized+by+size-dependent+flow+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).</li>
<li>Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+injection+with+microfluidics+using+picoinjectors%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U+S+A%22%5BJournal%5D)">High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).</li>
<li>Harris, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+a+microfluidic+device+for+the+compartmentalization+of+neuron+soma+and+axons%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons.</a> J. Vis. Exp. (7), (2007).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+microfluidic+systems+in+poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane).</a> Anal. Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li>
<li>O'Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrode-free+picoinjection+of+microfluidic+drops%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrode-free picoinjection of microfluidic drops.</a> Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).</li>
<li>Holtze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatible+surfactants+for+water-in-fluorocarbon+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions.</a> Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).</li>
<li>Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+dynamics+passing+through+obstructions+in+confined+microchannel+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid.+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).</li>
<li>Herminghaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamical+instability+of+thin+liquid+films+between+conducting+media%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dynamical instability of thin liquid films between conducting media.</a> Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).</li>
<li>Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+electrocoalescence+in+microfluidics%3A+Targeting+a+single+lamella%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).</li>
<li>Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting-controlled+droplet+generation+in+a+microfluidic+flow-focusing+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys%3A+Condens.+Matter%22%5BJournal%5D)">Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device.</a> J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).</li>
<li>Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Picoinjection+enables+digital+detection+of+RNA+with+droplet+rt-PCR%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR.</a> PLoS ONE. 8 (4), (2013).</li>
</ol>

We begrijpen niet helemaal exacte mechanisme achter de relatie tussen de aangelegde spanning en injectievolume waargenomen in onze experimenten. Belangen van het laboratorium en de relevante gebieden van expertise zijn niet goed geschikt voor het nastreven van deze slepende kwestie. We moedigen mensen met meer natuurkunde en techniek inzicht om dit fenomeen te onderzoeken.

De relatie tussen geïnjecteerde volume en aangelegde spanning is afhankelijk van vele factoren, met afmetingen inrichting lengte van de buis die de picoinjection vloeistof naar de inrichting, molariteit van picoinjection vloeistof en de snelheid van de druppels als ze passeren zij injector. Om deze reden adviseren wij dat het volume / spanning relatie vóór elke run van picoinjection worden gekenmerkt door het meten van injectie volumes aan de randen van het werkbereik van de spanning en molariteit. Bovendien, bij hogere...

In-druppel op basis microfluidics, worden micronschaal waterige druppeltjes gebruikt als &quot;reageerbuizen&quot; voor biologische reacties. Het voordeel van het uitvoeren van reacties in de kleine druppeltjes is dat elke druppel gebruikt slechts een paar pl van reagens en, met microfluidics, kunnen de druppels worden gevormd en verwerkt op kilohertz tarieven 1. Gecombineerd, deze eigenschappen kunnen miljoenen reacties met individuele cellen, nucleïnezuurmoleculen of verbindingen worden uitgevoerd in enkele minuten met ui totaal materiaal. Druppels voor toepassingen zoals deze te gebruiken, zijn technieken die nodig zijn voor gecontroleerde hoeveelheden reagentia toe te voegen aan de druppels; dergelijke operaties zijn analoog aan pipetteren in reageerbuizen. Een werkwijze voor het bereiken is electrocoalescence, waarbij een druppel reagens wordt samengevoegd met het doel druppel aanleggen van een elektrisch veld. Het elektrische veld verstoort de rangschikking van oppervlakte-actieve moleculen op de interfaces van de druppels, inducing een dunne film instabiliteit en triggering coalescentie in emulsies die anders stabiel 2 zijn. Elektrisch geïnduceerde samenvoegen wordt ook benut in het ontwerp van de picoinjector, een apparaat dat reagentia injecteert in druppels als zij door een druk kanaal 3 stroomt. Om het elektrisch veld, picoinjector apparaten maken gebruik van metalen elektroden, maar de integratie van metalen elektroden in microfluïdische chips is vaak een complex en foutgevoelig proces als de vloeistof-soldeer draden gemakkelijk worden aangetast door luchtbellen of stof en ander vuil in het kanaal , evenals breuken van stress of buigen tijdens de installatie-apparaat. Hier presenteren we een methode om picoinjection voeren zonder het gebruik van metalen elektroden, waardoor de fabricage eenvoudiger en robuuster. Om picoinjection triggeren, we gebruiken in plaats van de injectie vloeistof zich als een elektrode, aangezien de meeste biologische reagentia bevatten opgeloste elektrolyten en zijn geleidend. We voegen ook een &quot;Faraday Moat &quot;gevoelige gebieden van het apparaat en fungeren als een universele grond (figuur 1) af te schermen. moat elektrisch isoleert de druppeltjes stroomopwaarts van de picoinjection plaats door middel van een grond, het voorkomen van onbedoelde druppel fusie. Een bijkomend voordeel van onze techniek is dat de volume geïnjecteerd in de druppels hangt af van de grootte van de aangelegde spanning, waardoor het kan worden bijgesteld door het afstemmen van het toegevoerde signaal. Wij fabriceren onze toestellen in poly (dimethylsiloxaan) (PDMS) met behulp van zachte fotolithografische technieken 4,5. Onze aanpak is compatibel met apparaten vervaardigd in andere materialen, zoals harsen, kunststoffen en epoxy. De kanalen hebben hoogtes en breedtes van 30 micrometer, die optimaal zijn voor het werken met druppeltjes 50 micrometer in doorsnede (65 pl) zijn. We introduceren reagentia via polyethyleen buis (0.3/1.09 mm binnen / buitendiameter) ingebracht in havens gemaakt tijdens apparaat fabricage met 0,50 mm biopsie stoten, vergelijkbaar met methoden descrIBED eerder 5. De exacte samenstelling van de injectievloeistof afhankelijk van de specifieke toepassing. De vloeistof hoeft alleen bevatten opgeloste elektrolyten bij concentraties hoog genoeg om voldoende geleidbaarheid opleveren voor de elektrische signaal naar de picoinjector te zenden. In benchtests hebben wij gevonden dat ionische concentraties hoger dan 10 mM moeten volstaan ​​6, hoewel deze waarde en de geleidbaarheid fluïdum afhangen van de specifieke afmetingen inrichting en grootte van de aangelegde spanning.

<table><tbody><tr><td>1 ml Luer-Lok&trade; spuit</td><td>BD Medical</td><td>309628</td><td></td></tr><tr><td>LocTite UV-genezen lijm</td><td>Henkel</td><td>35241</td><td></td></tr><tr><td>PE-2 slang</td><td>Scientific Commodities</td><td>BB31695-PE/2</td><td></td></tr><tr><td>Novec HFE-7500</td><td>3M</td><td>98-0212-2928-5</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>1,5 ml centrifugebuizen</td><td>Eppendorf</td><td>22363531</td><td></td></tr><tr><td>BD Falcon 15 ml buis</td><td>BD Biosciences</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>Luchtdrukregelpomp</td><td>Control Air Inc.</td><td></td><td>We bevelen aan om onder de controle van DAQ en besturingssoftware te plaatsen</td></tr><tr><td>Spuitpompen</td><td>New Era</td><td></td><td>Moet in staat zijn om 1 ml spuiten vast te houden en met snelheden zo laag als 100 &#956;l/hr te laten stromen</td></tr><tr><td>HV-versterker</td><td></td><td></td><td>Moet in staat zijn tot 1.000x versterking van signalen tussen 0,01 en 10 V</td></tr><tr><td>Plasma bonder/reiniger</td><td>Harrick Plasma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3&rdquo; siliciumwafels</td><td>Sigma Aldrich</td><td>647535</td><td></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>Sylgard 184 met uithardingsmiddel moet worden meegeleverd</td></tr><tr><td>SU-8 fotoresist</td><td>MicroChem</td><td></td><td>Viscositeit hangt af van de afmetingen van het apparaat</td></tr></tbody></table>

picoinjection van microfluidic drops zonder metalen elektroden

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Bestaande methoden voor picoinjecting reagentia in microfluïdische druppels vereisen metalen elektroden geïntegreerd in de microfluïdische chip. De integratie van deze elektroden voegt omslachtig en foutgevoelig stappen om het apparaat fabricageproces. We hebben een techniek die de behoefte aan metalen elektroden ondervangt tijdens picoinjection ontwikkeld. In plaats daarvan gebruikt de injectievloeistof zelf als elektrode, aangezien de meeste biologische reagentia bevatten opgeloste elektrolyten en geleidend. Door het elimineren van de elektroden, verminderen we apparaat fabricage tijd en complexiteit, en maken de apparaten meer robuust. Bovendien, onze benadering het injectievolume is afhankelijk van de spanning op de picoinjection oplossing; Dit stelt ons in staat om het volume geïnjecteerd door het moduleren van de aangelegde spanning snel aan te passen. We zien dat onze techniek verenigbaar met reagentia daarin gemeenschappelijke biologische verbindingen, waaronder buffers, enzymen en nucleïnezuren.

Microscopische opnamen met de picoinjection site die elektrificatie van de picoinjection fluïdum voldoende injectie (fig. 2) te activeren. Het geïnjecteerde volume kan worden geregeld door het moduleren van de amplitude van de aangelegde spanning met hogere spanning waardoor hogere injectievolume. Wij plotten het injectievolume versus de grootte van de aangelegde spanning voor drie representatieve molariteiten van injectievloeistof in (figuur 3). De snelheid tonen onze werkwijze, we sel...

We hebben een techniek voor picoinjecting microfluïdische druppels die metalen elektroden niet vereist ontwikkeld. Als zodanig hulpmiddelen die onze techniek eenvoudiger te fabriceren en te gebruiken.

Picoinjection van Microfluidic Drops Zonder metalen elektroden

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of ...

Het algemene doel van deze procedure is het ontwerpen, vervaardigen en gebruiken van microfluïdische chips die in staat zijn om reagentia nauwkeurig en gecontroleerd in water-in-olie-druppeltjes te injecteren, een proces dat bekend staat als pico-injectie. Dit wordt bereikt door eerst een apparaat te ontwerpen met een emulsiekanaal dat versmalt tot een diameter die kleiner is dan die van de bolvormige druppeltjes, waardoor deze gelijkmatig verdeeld worden in een inerte draagolie. In een tweede stap worden de water- en oliedruppeltjes in het apparaat geïntroduceerd en stromen zij naar de injectieplaats.Een loodrecht kanaal waarin de te injecteren reagentia zich bevinden. Vervolgens wordt een hoge spanning aangelegd over de injectievloeistof terwijl de druppels de injectieplaats passeren, om de druppels en de injectievloeistof te laten samensmelten. De resultaten tonen aan dat door het aanpassen van de grootte van de aangelegde spanning, het volume van het geïnjecteerde reagens nauwkeurig kan worden gecontroleerd met een picoliterresolutie. Deze techniek is ontstaan uit de behoefte om de fabricage van onze apparaten te vereenvoudigen door de noodzaak van metalelektroden weg te nemen.De voordelen ten opzichte van bestaande technieken zijn onder meer het gemak en de eenvoud van het ontwerp, de fabricage en het gebruik van het apparaat. De metalen elektroden die in eerdere methoden werden gebruikt, waren gevoelig voor breuken en voor stof en vuil in de kanalen tijdens de fabricage. Door de elektroden te elimineren, hebben we onze apparaten robuuster gemaakt en onze fabricage-efficiëntie verbeterd. De eerste stap is het ontwerpen van een microfluïdische chip op basis van de behoeften van het experiment.Gebruik hiervoor computerondersteunde ontwerpsoftware (CAD), zodat later fotolithografische technieken kunnen worden toegepast. Dit chipontwerp bevat emulsiekanalen die kleiner zijn dan de te gebruiken sferische druppeltjes om een effectievere pico-injectie mogelijk te maken. De locatie voor de pico-injectie is gebaseerd op een ontwerp uit de literatuur, waarbij de metalen elektroden zijn verwijderd.Extra kanalen dienen als een Faraday-gracht om stroomopwaartse druppeltjes af te schermen van het elektrische veld. Zodra het ontwerp is voltooid, worden zachte fotolithografische technieken gebruikt om de apparaten te vervaardigen, waarna ze op een glazen microscoopglaasje worden gebonden, zodat het apparaat klaar is voor gebruik. Bereid een luchtdrukregelpomp voor om een reservoir met vloeistof onder druk te zetten.Doe dit door de pompopbrengst zodanig aan te passen dat de onder druk staande lucht via een stuk polyethyleenslangen met een binnendiameter van 2,7 millimeter ontsnapt. Sluit de slang af door deze over de tuit aan de achterzijde van een spuitpunt te schuiven. Nadat de ruimte tussen de spuit en de slang met epoxy is afgedicht, brengt u een naald van 27,5 gauge aan met behulp van reagentia die geschikt zijn voor het experiment.Bereid een uniforme emulsie voor van waterige druppels gesuspendeerd in draagolie. Laad de emulsie in een spuit van één milliliter die is uitgerust met een naald van 27,5 gauge. Bevestig de spuit vervolgens in een spuitenpomp en richt deze zo dat de naald naar boven wijst.De volgende stap is het voorbereiden van de reagentia en hun reservoirs voor introductie in het microfluïdische apparaat. Begin met een centrifugebuis van 15 milliliter en een dop. Gebruik een biopsietpons of een ander geschikt instrument om drie gaten van 0,5 millimeter in de dop te ponsen.Bereid een draadelektrode voor met een diameter van 0,5 millimeter en een lengte die enkele centimeters langer is dan de centrifugebuis. Plaats deze elektrode in één van de gaten in de dop. Zorg ervoor dat de elektrode de bodem van de buis bereikt en enkele centimeters boven de bovenkant uitsteekt.Bereid vervolgens een polyethyleenslang van ongeveer 20 centimeter voor. Voeg deze in een tweede gat in. Ook deze slang moet de bodem van de buis in het overgebleven gat bereiken.Rijg een stuk polyethyleenslang van ongeveer 2,5 centimeter door. Deze slang moet boven het vloeistofniveau blijven. Breng UV-uithardende epoxy aan om de kieren aan de bovenkant van de dop af te dichten.Wanneer de uitharding is voltooid, vul de buis hier met de gewenste pico-injectievloeistof, 100 millimolair natriumchloride, en draai de dop erop. Verbind de uitgang van de luchtdrukregelpomp met het kortere stukje slang in de dop. Bij het inbrengen van de naald in het lumen moet de naald nauw aansluiten.Plaats de centrifugebuis in de houder. Vul vervolgens een spuit van 1 ml met 1 M natriumchloride. Sluit een naald van 27,5 gauge aan om als Faraday-grachtvloeistof te dienen en bevestig de spuit op een spuitpomp.Vul een andere spuit van één milliliter met carrier spacer-olie. Bevestig een naald van 27,5 gauge en plaats deze in een spuitenpomp. Op dit punt kunnen de verbindingen met de microfluïdische chip worden gemaakt.Zorg eerst dat de chip stevig op een vlak oppervlak is bevestigd. Breng vervolgens het open uiteinde van de lange slang van de houder voor de injectievloeistof naar de chip. Verbind deze slang met de inlaatpoort van de pico-injectievloeistof op de microfluïdische chip.Bevestig vervolgens polyetheyleenslangen aan de spuit met natriumchloride en leid deze door naar de chip. Sluit de slang aan op de inlaatpoort van de Faraday-gracht. Gebruik daarnaast slangen om de spuit met de draagolie te verbinden met de bijbehorende inlaatpoort op het apparaat.Beëindig een slang die van de uitlaatpoort van de emulsie naar een opvangvat loopt. Gebruik tot slot slang om de uitlaatpoort van de Faraday-gracht te verbinden met een niet-geleidende, elektrisch geïsoleerde container. Uiteindelijk ziet de microfluïdische chip er als volgt uit.Neem nu een draad van de aarde van een hoogspanningsversterker en verbind deze met de naald van de spuit met natriumchloride. Gebruik een krokodillenklem om de draad aan de naald te bevestigen. Trek een andere draad van de hoogspanningsuitgang van de versterker naar de elektrode die is ondergedompeld in de pico-injectievloeistof.Gebruik een krokodillenklem om de verbinding te maken als ingang voor de versterker. Gebruik de computeruitgang van een softwaregestuurde golfvormgenerator. Start de infusie van het systeem door de 1 M natriumchloride faraday mote-vloeistof aan het apparaat toe te voegen met een snelheid van 100 µL per uur.Start daarna de druppel-, emulsie- en dragervloeistof om druppels met regelmatige intervallen, gescheiden door een laag dragervloeistof, langs de pico-injector te laten passeren. Pas de druk op de pico-injectievloeistof aan, zodat de vloeistof bij de opening van de pico-injector in het druppelkanaal uitpuilt, maar niet afbreekt om eigen druppels te vormen. Gebruik de golfvormgenerator om een AC-signaal van 10 kilohertz te produceren met een amplitude van 0 tot 10 volt, dat duizendmaal wordt versterkt door de hoogspanningsversterker.Om pico-injectie te bewerkstelligen, dient dit signaal te worden toegepast op de druppeltjes terwijl ze langs de injectieopening passeren, waarbij de amplitude als parameter wordt gebruikt. Deze video toont de selectieve injectie van druppeltjes afhankelijk van de aanwezigheid van een fluorescerende kleurstof.In dit geval passeerden er 200 druppels per seconde de injector, maar met een geschikt detectiemechanisme voor druppels zijn snelheden tot 10.000 per seconde mogelijk. Deze figuren tonen de geïnjecteerde volumefractie als functie van de aangelegde spanning voor injectievloeistoffen met verschillende molariteit. Er wordt aangenomen dat hogere spanningen leiden tot een eerdere onset van coalescentie, wat resulteert in verhoogde injectieduur en -volumes.Deze tweedimensionale heat map laat de relatie zien tussen de molariteit van de ionische oplossing en de spanning die nodig is om de injectievolumes te bereiken. Oplossingen met een lagere molariteit vereisen hogere spanningen, omdat ze het elektrische veld op de injectieplaats gemakkelijker verminderen. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe u snel en robuust microfluïdische apparaten kunt ontwerpen en vervaardigen die een nauwkeurige en controleerbare injectie van reagentia in uw druppels mogelijk maken.Vergeet niet dat werken met hoge spanning uiterst gevaarlijk kan zijn; er moeten altijd voorzorgsmaatregelen worden getroffen, zoals een juiste aarding, persoonlijk beschermende uitrusting en ingebouwde beveiligingsmechanismen.

picoinjection-of-microfluidic-drops-without-metal-electrodes

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een nieuwe microfluïdische systeem is ontwikkeld met behulp van het fenomeen van de passieve pompen en een door de gebruiker gecontroleerd vloeistof aflevering systeem. Dit microfluïdische systeem heeft de potentie om te worden gebruikt in een breed scala van biologische toepassingen, gezien de lage kosten, gebruiksgemak, volumetrische precisie, hoge snelheid, herhaalbaarheid en automatisering.

High Speed ​​Droplet-based Delivery System voor Passive Pompen in microfluïdische apparaten

Source: Vanegas, M. I., et al. Microinjectrode System for Combined Drug Infusion and Electrophysiology. J. Vis. Exp. (2019)This video demonstrates a microelectrode-based microfluidic device that delivers drug solution through a capillary tube, using an oil-based marker solution for precise volume tracking and enabling simultaneous neural recording and drug infusion.

Microfluidic-Based Microinjectrode System for Combined Drug Infusion and Electrophysiology

Het protocol voor de fabricage en werking van velddewetende apparaten (Field-DW) wordt beschreven, evenals de voorlopige studies van de effecten van elektrische velden op druppelinhouden.

Profiterend van Reduced Droplet-oppervlak interactie aan Transport van Bioanalytes Optimaliseer in Digital Microfluidics

We presenteren een discrete druppel monster introductie voor inductief gekoppeld plasma massaspectrometrie (ICPMS). Het is gebaseerd op een goedkope en wegwerpbare microfluïdische chip die sterk monodisperse druppeltjes in een groottebereik van 40-60 pm bij frequenties van 90 tot 7000 Hz.

Een Microfluïdische Chip voor ICPMS Sample Inleiding

We presenteren een methode om de interfaciale energie van een vloeibaar metaal in een elektrolyt te beheersen via elektrochemische afzetting (of verwijdering) van een oppervlakteoxidelaag. Deze eenvoudige methode kan het capillaire gedrag van gallium-gebaseerde vloeibare metalen beheersen door de interfaciale energie snel, significant en reversibel af te stemmen met behulp van bescheiden voltages.

Een methode om oppervlaktespanning van een Liquid Metal Manipuleer via oxidatie en reductie

We tonen een microfluïdische platform met een geïntegreerde oppervlakte-elektrode netwerk resistieve pulse sensing (RPS) met code division multiple access (CDMA) combineert, om detectie en afmeting van deeltjes in meerdere microkanalen multiplexen.

Microfluïdische Platform met multiplexverzending elektronische detectie voor ruimtelijke Tracking van Deeltjes

We presenteren een microinjectrode systeem ontworpen voor elektrofysiologie en geassisteerde levering van experimentele sondes (dat wil zeggen, nano sensoren, micro-elektroden), met optionele drug Infusion. Op grote schaal beschikbare microfluïdische componenten worden gekoppeld aan een canule met de sonde. Een stap-voor-stap protocol voor de microinjectrode constructie is inbegrepen, met resultaten tijdens infusie van muscimol in de makaak cortex.

Microinjectrode systeem voor gecombineerde geneesmiddel infusie en elektrofysiologie

We beschrijven een educatieve kit waarmee gebruikers meerdere experimenten kunnen uitvoeren en praktische ervaring kunnen opdoen met digitale microfluïdica.

Een veelzijdige kit gebaseerd op digitale microfluïdische druppelbediening voor wetenschappelijk onderwijs

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de productie van op glas gebaseerde microfluïdische apparaten die worden gebruikt voor het genereren van zeer monodisperse emulsies met gecontroleerde druppelgrootte.

Op glas gebaseerde apparaten om druppels en emulsies te genereren

De fabricage van een dubbellaags apparaat op basis van polydimethylsiloxaan (PDMS) voor de productie van combinatorische bibliotheken in water-in-olie-emulsies (pluggen) wordt hier gepresenteerd. De benodigde hardware en software die nodig zijn om de productie van stekkers te automatiseren, worden gedetailleerd beschreven in het protocol en de productie van een kwantitatieve bibliotheek van fluorescentiestekkers wordt ook gedemonstreerd.

Dubbellaags microfluïdisch apparaat voor de productie van combinatorische pluggen

Het protocol beschrijft een geavanceerd microfluïdisch platform om de cytokinesecretiedynamiek van individuele menselijke perifere mononucleaire bloedcellen kwantitatief te meten. Het platform meet tot drie cytokines parallel (IL-6, TNFα en IL-1β) voor elke individuele cel die wordt gestimuleerd met lipopolysaccharide als voorbeeld.

Microfluïdische benadering om gelijktijdige en sequentiële cytokinesecretie van individuele polyfunctionele cellen op te lossen 

Leer picoinjectie in microfluïdische druppels zonder metalen elektroden. Deze methode vereenvoudigt fabricage en biedt precieze controle over reagentia-injectie voor biochemische toepassingen.

Picoinjection van Microfluidic Drops Zonder metalen elektroden

Meer video's verkennen