Profiterend van Reduced Droplet-oppervlak interactie aan Transport van Bioanalytes Optimaliseer in Digital Microfluidics
10 november 2014
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.
Het algemene doel van deze procedure is om een veldde-wetting-apparaat te fabriceren dat in staat is druppels met bio-analyten zonder additieven te vervoeren. Dit wordt bereikt door eerst een geleidend substraat te coaten met kaarsroet. Het substraat zal dienen als de bodemelektrode van het apparaat.
De tweede stap is om de roetlaag te beschermen door vloeibare fluoropolymeren aan te brengen. Vervolgens worden de bovenste elektroden van het apparaat vervaardigd. Verbind vervolgens de bovenste en onderste elektroden met de elektronica van het experiment.
De laatste stap is om een monster tussen de elektroden te plaatsen om het apparaat te testen. Uiteindelijk laten de resultaten zien dat veldde-wettingapparaten een continue druppeloverdracht kunnen ondersteunen als reactie op elke elektrische puls gedurende minimaal 700 pulsen. De belangrijkste voordelen van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals Electrowetting zijn dat het elektrische veld niet leidt tot bevochtiging en dat er geen extra additieven nodig zijn voor druppeltransport.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar de ontwikkeling van een volledig geautomatiseerd lab-on-a-chip platform dat onafhankelijk is van de druppelchemie. Het demonstreren van de procedures zal door Michael Kowski en Selena worden gedaan, onderzoekers uit mijn lab. De eerste stap is om het geleidende substraat voor de grondelektrode voor te bereiden. Voor dit doel is een koperplaat in rechthoeken gesneden.
De rechthoeken zijn 75 millimeter bij 43 millimeter met een dikte van 0,5 millimeter. Klaar, Een container met koper-ets om de substraten schoon te maken. Deze video zal het protocol volgen met slechts één substraat.
Dompel het substraat ongeveer 30 seconden in de ets. Na het onderdompelen, herstel het substraat en was het door het onder stromend water te houden. Droog het met papier en voordat u verder gaat, plaatst u het horizontaal op een ondersteuning die toegang geeft tot de naar beneden gerichte oppervlakte.
Voor deze video wordt een gemonteerde open ring gebruikt. Zorg dat u een mengsel van vloeibaar fluoropolymeer en een druppelaar voor de toepassing ervan klaar hebt. Verkrijg een paraffinekaars om het roet te leveren dat zal worden aangebracht.
Steek de kaars aan en veeg de kaars onder het kopersubstraat. Houd de top van de vlam ongeveer een centimeter onder de onderkant van het substraat. Veeg de kaars 30 tot 45 seconden door.
Zorg ervoor dat u het roetoppervlak niet aanraakt. Nadat het substraat met roet is bedekt, verwijdert u en blust u de kaars onmiddellijk. Gebruik een pincet om het substraat vast te pakken en draai het om de met roet bedekte kant bloot te leggen.
Terwijl het nog warm is, gebruikt u een druppelaar om druppels van het vloeibare fluoropolymeer op de randen te deponeren om de verstoring van de roetlaag te lokaliseren. Zodra de druppels zijn aangebracht, kantel het substraat zodat het bijna verticaal staat. Deponeer vervolgens meer druppels en laat ze over het hele roetoppervlak rollen en zich verspreiden.
Zoveel mogelijk. Ga verder door het substraat naar een heet plaatje te brengen dat op 160 graden Celsius wordt gehouden. Plaats ook in de chemische kap het substraat met de roetzijde naar boven op een heet plaatje om 15 minuten te bakken.
Na 15 minuten haalt u het substraat van het hete plaatje en laat het een nacht op kamertemperatuur staan voordat u het als bodemelektrode gebruikt. Het substraat kan onbeperkt worden opgeslagen wanneer de grondelektrode klaar is voor gebruik. De volgende stap is het voorbereiden van de bovenste elektroden.
Deze video gebruikt elektroden die zijn vervaardigd volgens een protocol uit de literatuur. Het ontwerp van de elektrode werd op een dun koperlaminaat afgedrukt, geëtst en gereinigd om dit punt te bereiken. Elk van de 10 elektroden is twee millimeter breed en 0,3 millimeter breed.
De elektroden worden gemonteerd op een glazen plaat die 75 millimeter bij 25 millimeter is en ongeveer een millimeter dik. Breng dubbelzijdig plakband aan op een uiteinde van de plaat en vermijd het introduceren van luchtzakken. Bevestig vervolgens het laminaat zorgvuldig aan de glijbaan, zodat de elektroden dicht bij de rand zijn.
Snij vervolgens een stuk per Fluor al coy-folie van ongeveer de breedte van de glijbaan. Plaats de folie over de elektroden om accidentele kortsluiting te voorkomen. Bevestig het met plakband.
De elektroden kunnen nu worden gebruikt met de elektronische interface. Neem zowel de bovenste als onderste elektroden mee naar de experimentele opstelling om het veldde-wetting-apparaat te voltooien. In de experimentele opstelling is de bodemelektrode elektrisch geaard.
Bovenop zijn de bovenste elektroden via een instelbare hoogte-connector verbonden met relais. Bedien het microfluïdische apparaat met een computerprogramma dat een druppel tussen aangrenzende elektroden beweegt. In dit experiment wordt de beweging van druppels in het microfluïdische apparaat gevisualiseerd.
Gebruik een 24 96 vergrotingsassemblage in combinatie met een CCD-camera. Sluit een videorecorder aan op de camera met behulp van S-video. Bereid op dit punt een monster voor voor het experiment, in dit geval een C-elegantie en een mediumpipet van vier microliter druppel.
Plaats de druppel op de met roet beklede bodemelektrode, zodat deze zich in het midden van de bovenste elektroden bevindt. Pas vervolgens de positie van de bovenste elektroden aan, zodat ze ongeveer 0,3 millimeter boven de druppel zijn. Met de elektronische interface en de hoogspanning aan, pas de hoogte van de bovenste elektrode aan tot de druppel begint te bewegen.
Laat de elektrode de druppel niet aanraken. Zodra de druppelbeweging stabiel is, begint u met opnemen met de camera tot de druppel niet meer beweegt als reactie op vijf tot tien pulsen. Deze video toont de succesvolle overdracht van C elgan in medium tussen de elektroden van een velddueting-apparaat.
Eerder werk met fluorescerend gelabeld bovien serumalbumine of BSA helpt de interactie tussen monsters en het substraat aan de linkerkant te demonstr
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel beschrijft het protocol voor de fabricage en werking van veld-ontwateringsapparaten (Field-DW) en voorlopige studies over de effecten van elektrische velden op druppelinhoud.
Belangrijke studieonderdelen
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biotechnologie
- Microfabricage
Achtergrond
- Veld-ontwateringsapparaten worden gebruikt voor het transporteren van druppels.
- Deze apparaten kunnen bioanalyten vervoeren zonder toevoeging van additieven.
- Het begrijpen van de effecten van elektrische velden op het gedrag van druppels is cruciaal.
- Eerdere studies hebben verschillende methoden voor druppelmanipulatie onderzocht.
Doel van het onderzoek
- Om een veld-ontwateringsapparaat te fabriceren.
- Om het effect van elektrische velden op druppelinhoud te onderzoeken.
- Om de efficiëntie van het transporteren van bioanalyten te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Een geleidend substraat coaten met kaarsroet.
- Het aanbrengen van vloeibare fluoropolymeren om de roetlaag te beschermen.
- De fabricage van topelektroden voor het apparaat.
- Elektroden aansluiten op de experimentele elektronica.
Belangrijkste resultaten
- Het gefabriceerde apparaat transporteert druppels succesvol.
- Elektrische velden beïnvloeden het gedrag van druppelinhoud.
- Voorlopige studies wijzen op mogelijke toepassingen in bioanalyse.
- Verder onderzoek is nodig om de apparaatprestaties te optimaliseren.
Conclusies
- Veld-ontwateringsapparaten zijn veelbelovend voor bioanalytische toepassingen.
- Elektrische velden spelen een belangrijke rol bij druppelmanipulatie.
- De studie legt de basis voor toekomstige ontwikkelingen op dit gebied.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Digital microfluidics platforms face limitations in transporting bioanalytes due to droplet-surface interactions that depend on chemical composition, hindering broad applicability in assay development. Field-dewetting (Field-DW) devices overcome this by enabling additive-free transport of cells, proteins, and model organisms, supporting mechanistic de-risking in early discovery. This approach enhances predictive confidence by isolating transport variables from droplet chemistry, improving reproducibility across diverse bioanalyte panels.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by transporting bioanalytes without confounding additive interactions.
- Operational Value: Supports functional target validation through consistent droplet motion independent of analyte composition.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by ensuring transport reliability across varying droplet contents.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility by eliminating surface interaction variability.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates disease-relevant system compatibility by transporting multicellular model organisms unaffected by operational electric fields.
- Operational Value: Supports preclinical continuity through scalable, reusable device operation across discovery stages.
Pipeline & Workflow Integration
Field-DW devices integrate into the discovery continuum from early biology to lead identification by providing a transport mechanism that de-risks target engagement studies through chemistry-independent droplet manipulation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling reliable movement of proteins, cells, and organisms without additive-induced artifacts.
- Screening: Enhances assay readiness through reproducible droplet transport validated over 700 electric pulses, ensuring consistent compound evaluation.
- Analytics: Delivers quantitative outputs via stable droplet transfer metrics that allow teams to compare transport efficiency across conditions.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical work by demonstrating compatibility with multicellular models, supporting risk-adjusted advancement decisions.
- Enterprise Reuse: Positions the device as a reusable platform capability rather than a single-use tool, enabling cross-project standardization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through reduced mechanistic ambiguity in bioanalyte transport.
- Operational Value: Standardization and scalability via additive-free operation and long-term electrode stability.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions by minimizing false negatives from transport-related variability.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization through improved reproducibility in early-stage bioanalytical workflows.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication and surface chemistry for soot deposition and fluoropolymer coating.
- Depends on precision instrumentation for electrode alignment and high-voltage pulsing control.
- Necessitates cross-team standardization of substrate preparation and device assembly protocols.
- Involves adaptation considerations when scaling to different droplet volumes or bioanalyte types.
- Includes practical limitations such as the need for hydrophobic surface maintenance and contamination control during soot application.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:30
Coating of Conductive Substrate with Candle Soot
4:06
Fabrication of the Top Electrodes and Connection to the Electrode Interface
5:48
Droplet Visualization and Handling
6:55
Results: Transfer of C. elegans in Medium on a Field–dewetting device
7:33
Conclusion
