Systemy reakcji typu lab-in-a-drop pozwalają na wszechstronne przeprowadzanie złożonych reakcji w skali mikroprzepływowej. Opracowano zautomatyzowaną platformę uruchamiającą składającą się z matrycy cewek elektromagnetycznych o wymiarach 3 x 3, która z powodzeniem została wykorzystana do połączenia dwóch mikroreaktorów o pojemności 10 μl, a tym samym zainicjowania reakcji enzymatycznej w powstałych płynnych kulkach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Kropelki wodne stosowane jako mikroreaktory enzymatyczne i ich elektromagnetyczne uruchamianie
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Dla pomyślnego wdrożenia systemów reakcji mikroprzepływowych, takich jak PCR i elektroforeza, niezbędny jest ruch małych objętości cieczy. W konwencjonalnych platformach typu lab-on-a-chip rozpuszczalniki i próbki są przepuszczane przez zdefiniowane kanały mikroprzepływowe ze złożonymi instalacjami kontroli przepływu. Przedstawiona tutaj platforma do uruchamiania kropelek jest obiecującą alternatywą. Dzięki niemu możliwe jest przemieszczanie kropli cieczy (mikroreaktora) po płaskiej powierzchni platformy reakcyjnej (lab-in-a-drop). Uruchamianie mikroreaktorów na hydrofobowej powierzchni platformy opiera się na wykorzystaniu sił magnetycznych działających na zewnętrzną powłokę kropel cieczy, która składa się z cienkiej warstwy superhydrofobowych cząstek magnetytu. Hydrofobowa powierzchnia platformy jest potrzebna, aby uniknąć kontaktu między ciekłym rdzeniem a powierzchnią, aby umożliwić płynny ruch mikroreaktora. Na platformie można jednocześnie ustawić i przesunąć jeden lub więcej mikroreaktorów o objętości 10 μl. Sama platforma składa się z matrycy 3 x 3 podwójnych cewek elektrycznych, które mieszczą rdzenie neodymowe lub żelazne. Gradienty pola magnetycznego są sterowane automatycznie. Poprzez zmianę gradientów pola magnetycznego, magnetyczna hydrofobowa powłoka mikroreaktorów może być automatycznie manipulowana, aby przesunąć mikroreaktor lub odwracalnie otworzyć powłokę. Reakcje substratów i odpowiadających im enzymów można zainicjować poprzez połączenie mikroreaktorów lub doprowadzenie ich do kontaktu z katalizatorami unieruchomionymi powierzchniowo.
Wprowadzenie
Aplikacje techniczne z mikroreakcjami są głównie wykonywane w predefiniowanych układach mikrokanałowych. Systemy te są powszechnie znane i kompleksowo opisane w literaturze (m.in. 1,2,3). W 2011 r. światowe obroty w zakresie technologii mikroprzepływowych wyniosły 6,2 mld euro 4. Z kolei wykorzystanie swobodnie poruszających się komór mikroreaktorów było wcześniej badane i publikowane jedynie w ograniczonym zakresie. Najpowszechniejszą metodą przemieszczania mikrokropelek wody wodnej jest elektrozwilżanie 5. Inne metody ruchu kr....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Hydrofobizacja nanocząstek magnetycznych
- Do syntezy hydrofobowych cząstek magnetycznych dodać 0,85 g FeCl3 sześciowodnego (3,14 mmol) i 0,30 g czterowodnego FeCl2 (1,51 mmol) do 200 ml roztworu woda/etanol (4:1 v/v).
- Do tej mieszaniny dodać 0,20 ml 1H,1H,2H,2H-perfluorooktylotrietlesilanu (PFOTES) (5,23 mmol) energicznie mieszając mieszadłem magnetycznym (500 obr./min). Przeprowadzić syntezę w atmosferze gazu obojętnego (N2) przy użyciu kolby okrągłodennej z korkiem w celu zapobieżenia wtórnemu utlenianiu cząstek magnetytu.
- Roztworu dopasowywać kroplami roztworem wodorotlenku amonu (1,5 M) do pH 8 (pH....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Cząstki otoczki mają średnicę około 640 nm. Nanocząstki magnetyczne zamknięte w tych fluorosilanowych otoczkach mają średnice w zakresie od 22 nm do 37 nm. Mikroreaktor o objętości 5 µL z wodą jako rdzeniem ciekłym wykazywał kąt zwilżania wynoszący około 160°.
Siła potrzebna do przesunięcia mikroreaktora o objętości 10 µL, opisanego powyżej, wynosi 1,34 ± 0,08 µN. Rysunek 1 przedstawia siłę elektrom.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Dla skutecznego wykorzystania technologii mikroprzepływowych ważne jest przesunięcie objętości reakcji odpowiadającej wymaganiom syntezy i analiz biotechnologicznych. Przedstawiona tutaj platforma uruchamiająca umożliwia przemieszczanie kropel mikroprzepływowych za pomocą siły magnetycznej. Ruch może być wykonywany swobodnie w dwóch wymiarach na płaskiej powierzchni platformy reakcyjnej poprzez zamknięcie kropli cieczy w magnetycznej powłoce superhydrofobowej. W ten sposób wprowadzono system alternatywny dla predefiniowa.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy pragną podziękować DFG za wsparcie.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Drukarka 3D | FelixPrinters | Pro1 | |
| 10-acetylo-3,7-dihydroksyfenoksazyna (Amplex Red) | Life Technologies | A12222 | |
| Wodorotlenek amonu | TU-KL | 1072 | |
| Oprogramowanie CAD | Krawędź podeszwy Siemens | Urządzenie | |
| do pomiaru kąta zwilżania | Dataphysics | OCA 20 | |
| Cylinder magnes | Webcraft GmbH | S-04-13-N | https://www.supermagnete.de/stabmagnete-neodym-rund/stabmagnet-durchmesser-4mm-hoehe-12.5mm-neodym-n42-vernickelt_S-04-13-N |
| Fosforan dipotasowy | Bernd Kraft | 7758-11 | |
| Piec do suszenia | Spoiwo | FD 115 | |
| Etanol | Sigma-Aldrich | 68-17-5 | |
| FeCl2 tetrahydrat | TU-KL | 1625 | |
| FeCl3 sześciowodny | TU-KL | 1622 | |
| Sonda fluorescencyjna | PerkinElmer | LS 55 | |
| Peroksydaza chrzanowa | Carl Roth | 9003-99-0 | |
| Nadtlenek wodoru | Th.Geyer GmbH & Co | 7722-84-1 | |
| Fosforan monopotasowy | Bernd Kraft | 7778-77-0 | |
| Element Peltiera | Conrad | ||
| Perfluoroktylotrietoksysilan | Sigma-Aldrich | 51851-37-7 | |
| Skaningowy mikroskop elektronowy | FEI | Helios NanoLab 650 DualBeam | |
| Separator magnes prętowy | Webcraft GmbH | Q-40-20-10-N | |
| Nawijarka | IWT GmbH | FW122 |
Bibliografia
- Squires, T., Quake, S. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev. Mod. Phys. 77 (3), 977-1026 (2005).
- Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in Droplets in Microfluidic Channels. Angew Chem Int Ed Engl. 45 (44), 7336-7356 (2006).
- Erickson, D., Li, D. Integrated microfluidic devices. Anal. Chim. Acta. 507....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
