Wykorzystanie zmniejszonej interakcji kropelka-powierzchnia w celu optymalizacji transportu bioanalitów w cyfrowej mikrofluidyce
November 10th, 2014
Opisano protokół produkcji i obsługi urządzeń do odwadniania pól (Field-DW), a także wstępne badania wpływu pól elektrycznych na zawartość kropel.
Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie urządzenia do zwilżania w terenie, które jest w stanie transportować kropelki z bioanalitami bez dodatków. Osiąga się to poprzez uprzednie pokrycie przewodzącego podłoża sadzą ze świecy. Podłoże będzie służyło jako dolna elektroda urządzenia.
Drugim krokiem jest zabezpieczenie warstwy sadzy poprzez nałożenie ciekłych polimerów fluorowych. Następnie wyprodukuj górne elektrody urządzenia. Następnie podłącz górną i dolną elektrodę do elektroniki eksperymentu.
Ostatnim krokiem jest umieszczenie próbki między elektrodami w celu przetestowania urządzenia. Ostatecznie wyniki pokazują, że urządzenia zwilżające w terenie mogą wspierać ciągły transfer kropel w odpowiedzi na każdy impuls elektryczny przez co najmniej 700 impulsów. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak elektrozwilżanie, jest to, że pole elektryczne nie prowadzi do zwilżania i nie ma potrzeby stosowania dodatkowych dodatków do transportu kropel.
Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku opracowania w pełni zautomatyzowanego laboratorium na platformie chipowej, które działa niezależnie od chemii kropel, Demonstrując procedury, Michael Kowski i Selena będą robić studentów z mojego laboratorium. Pierwszym krokiem jest przygotowanie podłoża przewodzącego pod elektrodę uziemiającą. W tym celu blacha miedziana została pocięta na prostokąty.
Prostokąty mają wymiary 75 milimetrów na 43 milimetry i grubość 0,5 milimetra. Gotowy, Pojemnik z miedzią trawioną do czyszczenia podłoży. Ten film będzie zgodny z protokołem przy użyciu tylko jednego podłoża.
Zanurz podłoże w trawieniu na około 30 sekund. Po zanurzeniu odzyskaj podłoże i umyj je przez bieganie. Zalej go wodą, osusz papierem, a przed kontynuowaniem umieść go poziomo na wsporniku, który umożliwia dostęp do jego powierzchni skierowanej w dół.
W tym filmie używany jest zamontowany otwarty pierścień. Przygotuj mieszaninę ciekłego fluoropolimeru i zakraplacz do jego aplikacji. Zaopatrz się w świecę parafinową, aby zapewnić sadzę, która zostanie zastosowana.
Zapal go i kontynuuj, przesuwając świecę pod miedzianym podłożem. Utrzymuj górną część płomienia około jednego centymetra poniżej dolnej części podłoża. Kontynuuj zamiatanie świecy przez 30 do 45 sekund.
Uważając, aby nie dotknąć powierzchni sadzy. Po pokryciu podłoża sadzą należy natychmiast usunąć i zgasić świecę. Użyj pęsety, aby chwycić podłoże i obróć je, aby odsłonić stronę pokrytą sadzą.
Gdy jest jeszcze ciepły, użyj zakraplacza, aby osadzać kropelki ciekłego polimeru fluorowego na krawędziach, aby zlokalizować zakłócenie warstwy sadzy. Po nałożeniu kropli przechyl podłoże tak, aby było prawie pionowe. Następnie umieść więcej kropel i pozwól im toczyć się po całej powierzchni sadzy, rozprowadzając się.
Tak bardzo, jak to możliwe. Kontynuuj, przenosząc podłoże na gorącą płytę utrzymywaną w temperaturze 160 stopni Celsjusza. Również wewnątrz okapu chemicznego umieść podłoże sadzą stroną z sadzą skierowaną do góry na gorącej płycie, aby piec przez 15 minut.
Po 15 minutach zdejmij podłoże z płyty grzejnej i pozostaw je na noc w temperaturze pokojowej przed użyciem go jako elektrody dolnej. Podłoże można przechowywać w nieskończoność, gdy elektroda uziemiająca jest gotowa do użycia. Kolejnym krokiem jest przygotowanie górnych elektrod.
W tym filmie wykorzystano elektrody wykonane zgodnie z protokołem z literatury. Projekt elektrody został wydrukowany na cienkim laminacie miedzianym, wytrawiony i oczyszczony, aby dotrzeć do tego punktu. Każda z 10 elektrod ma dwa milimetry szerokości i 0,3 milimetra szerokości.
Elektrody zostaną zamontowane na szklanym szkiełku o wymiarach 75 milimetrów na 25 milimetrów i grubości około jednego milimetra. Nałóż taśmę dwustronną na jeden koniec szkiełka i unikaj wprowadzania kieszeni powietrznych. Następnie ostrożnie przymocuj laminat do szkiełka tak, aby elektrody znajdowały się blisko krawędzi.
Następnie wytnij kawałek folii Fluor al coy o szerokości szkiełka. Umieść folię na elektrodach, aby zapobiec przypadkowym zwarciom. Przymocuj go taśmą.
Elektrody mogą być teraz używane z interfejsem elektronicznym. Zabierz zarówno górną, jak i dolną elektrodę do układu doświadczalnego, aby ukończyć urządzenie do zwilżania pola. W układzie eksperymentalnym dolna elektroda jest uziemiona elektrycznie.
Nad nim górne elektrody są połączone z przekaźnikami za pomocą złącza o regulowanej wysokości. Steruj urządzeniem mikrofluidycznym za pomocą programu komputerowego, który przemieszcza kroplę między sąsiednimi elektrodami. W tym eksperymencie zostanie zobrazowany ruch kropel w urządzeniu mikrofluidycznym.
Użyj zestawu powiększenia 24 96 w połączeniu z kamerą CCD. Podłącz magnetowid do aparatu za pomocą S video. W tym momencie należy pobrać próbkę do eksperymentu w tym przypadku elegancję C i średnią pipetę o kropli czterech mikrolitrów.
Umieść kroplę na dolnej elektrodzie pokrytej sadzą, tak aby znajdowała się pośrodku górnych elektrod. Następnie wyreguluj położenie górnych elektrod tak, aby znajdowały się około 0,3 milimetra nad kroplą. Przy włączonym interfejsie elektronicznym i wysokim napięciu wyreguluj wysokość górnej elektrody, aż kropla zacznie się poruszać.
Nie pozwól, aby elektroda dotknęła kropli. Gdy ruch kropli ustabilizuje się, rozpocznij nagrywanie za pomocą kamery, aż kropla przestanie się poruszać w odpowiedzi na pięć do 10 impulsów. Ten film pokazuje udany transfer C elgana w medium między elektrodami urządzenia do duetu polowego.
Wcześniejsze prace z fluorescencyjnie znakowaną albuminą surowicy bydlęcej lub BSA pomagają wykazać interakcję między próbkami a substratem po lewej stronie. BSA znajduje się na powierzchni pokrytej sadzą, w przeciwieństwie do powierzchni po prawej stronie na powierzchni używanej wyłącznie z fluorowanej cieczy. Próbka BSA wykazuje silne oddziaływanie powierzchniowe.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wyprodukować, poczuć urządzenia ślubne. Nie zapomnij przestrzegać wytycznych dotyczących bezpieczeństwa w laboratorium.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten artykuł opisuje protokół produkcji i działania urządzeń do odwilżania pola (Field-DW) oraz wstępne badania nad wpływem pól elektrycznych na zawartość kropli.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biotechnologia
- Mikrofabrykacja
Tło
- Urządzenia do odwilżania pola służą do transportu kropel.
- Urządzenia te mogą przenosić bioanalyty bez konieczności dodatków.
- Zrozumienie wpływu pól elektrycznych na zachowanie kropli jest kluczowe.
- Poprzednie badania eksplorowały różne metody manipulacji kroplami.
Cel badania
- Zbudowanie urządzenia do odwilżania pola.
- Badanie wpływu pól elektrycznych na zawartość kropel.
- Poprawa wydajności transportu bioanalytów.
Zastosowane metody
- Pokrycie przewodzącego podłoża sadzą świecową.
- Nakładanie płynnych fluoropolimerów w celu ochrony warstwy sadzy.
- Wytwarzanie górnych elektrod urządzenia.
- Podłączenie elektrod do eksperymentalnej elektroniki.
Główne wyniki
- Zbudowane urządzenie skutecznie transportuje krople.
- Pola elektryczne wpływają na zachowanie zawartości kropel.
- Wstępne badania wskazują na potencjalne zastosowania w bioanalizie.
- Wymagane są dalsze badania w celu optymalizacji wydajności urządzenia.
Wnioski
- Urządzenia do odwilżania pola są obiecujące w zastosowaniach bioanalitycznych.
- Pola elektryczne odgrywają istotną rolę w manipulacji kroplami.
- Badanie zapewnia bazę dla przyszłych osiągnięć w tej dziedzinie.
Często zadawane pytania
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
