Name: Kapilarne odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do formowania mikrokropel monodyspersyjnych o kontrolowanej wielkości (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: Poznaj metodę generowania monodyspersyjnych mikrokropel woda-w-oleju za pomocą kapilarnego odśrodkowego urządzenia mikroprzepływowego. Technika wymaga minimalnej objętości próbki i umożliwia szybkie analizy biochemiczne.

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

Ta praca była wspierana przez obszar badawczy PRESTO "Projektowanie i Kontrola Funkcji Komórkowych" Japońskiej Agencji Nauki i Technologii (JST), Grant in-Aid na Badania Naukowe Innowacyjnych Obszarów "Robotyka Molekularna" (Projekt nr 24104002) z Ministerstwa Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii (MEXT), Japonia, Grant-in-Aid dla Młodych Naukowców (A) (Projekt nr 24680033) oraz Badania Naukowe (B) (Projekt nr 26280097) od Japońskiego Towarzystwa Promocja Nauki (JSPS) oraz kurs Kreatywne projektowanie dla nauk biologicznych i biotechnologii w School of Bioscience and Biotechnology na Tokyo Tech.

1. Produkcja kapilarnego urządzenia mikroprzepływowego
<ol>
	<li>Ustawienie uchwytów 
	Uwaga: Konstrukcja uchwytu jest przedstawiona na rysunku 2A.
	<ol>
		<li>Wyciąć każdą z czterech tarcz uchwytów (Rysunek 2A(i)-(iv)) z płyty z tworzywa poliacetalowego o grubości 2 mm za pomocą frezarki. Dla każdej z czterech tarcz uchwytu należy użyć następujących wymiarów: (i) średnica tarczy 1 8.5 mm, średnica otworu kapilary (CH) 1.3 mm, średnica otworu na (SH) 1.8 mm; (ii) tarcza 2 o średnicy 8,7 mm, średnica CH 2,0 mm, średnica SH 1,8 mm; (iii) tarcza 3 o średnicy 8,7 mm, średnica CO 0,5 mm, średnica SH 1,8 mm; oraz (iv) tarcza 4 o średnicy 9,1 mm, średnica CH 1,0 mm, średnica SH 1,8 mm.</li>
		<li>Zamontuj uchwyty za pomocą M2 × 40 (Rysunek 2B). Dolna część uchwytu (rysunek 2B) składa się z tarczy 1 i tarczy 2 na rysunku 2A(i), (ii), a górna część (rysunek 2B) uchwytu składa się z tarczy 3 i tarczy 4 na rysunku 2A(iii), (iv).
		<ol>
			<li>Aby skonstruować dolną część uchwytu, włóż w trzy SH każdej tarczy 1 i 2. Skróć, odcinając kawałek części gwintowanej. Trzymaj długość na poziomie 0,9 cm (taka sama długość jak dolna część uchwytu).</li>
			<li>Aby skonstruować górną część uchwytu, włóż w dwie SH każdej tarczy 3 i 4. Skróć, odcinając kawałek części gwintowanej. Utrzymuj długość na poziomie 0,7 cm (taka sama długość jak górna część uchwytu).</li>
			<li>Aby zmontować uchwyt, połącz dolną i górną część uchwytu za pomocą długiej. 
			nuta: Zachowaj dokładną długość każdej części uchwytu: dolna część ma 0,9 cm; górna część ma 0,7 cm (rysunek 2B).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie szklanych kapilar
	<ol>
		<li>Należy stosować dwa rodzaje kapilar szklanych: kapilarnę wewnętrzną szklaną (średnica zewnętrzna (OD)/ średnica wewnętrzna (ID): 1.0/0.6 mm) i zewnętrzną szklaną kapilarnę (OD/ID: 2.0/1.12 mm).</li>
		<li>Użyj noża do szkła, aby podzielić zewnętrzną szklaną kapilę na trzy równe części, a następnie użyj noża do szkła, aby podzielić wewnętrzną szklaną kapilarnę na dwie równe części.</li>
		<li>Naostrz każdą podzieloną wewnętrzną i zewnętrzną szklaną kapilarnę za pomocą ściągacza do szklanych kapilar (Rysunek 3A). Ustaw wagę ściągacza na max. Ustaw poziom ciepła ściągacza na 60 stopni dla zewnętrznej szklanej kapilary i 70 stopni dla wewnętrznej kapilary. Ostrożnie naostrz szklaną kapilarę.
		<ol>
			<li>Utrzymuj długość końcówki w zwężonej części szklanej kapilary: wewnętrzna kapila wynosi 1,5-1,8 cm; zewnętrzna kapilata ma 0,8-1,0 cm (ryc. 3C). Jeśli ta długość jest krótsza lub dłuższa niż opisana, wyreguluj poziom ciepła ściągacza.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Przymocuj wewnętrzne lub zewnętrzne szklane kapilary do stojaka microforge za pomocą taśmy (Rysunek 3B).</li>
		<li>Odetnij końcówkę szklanej kapilary za pomocą mikrokuźni w trzech krokach (Rysunek 3B): (i) dotknij końcówką szklanej kapilary szklanych koralików na platynowym drucie, (ii) podgrzej drut platynowy, naciskając przełącznik nożny przez 1-2 sekundy, oraz (iii) po 1-2 sekundach odetnij końcówkę szklanej kapilary, chłodząc drut platynowy.
		<ol>
			<li>Dostosuj średnice odpowiednio wewnętrznych (di) i zewnętrznych (do) otworów kapilary. Średnica otworu wewnętrznej szklanej kapilary wynosi 5, 10 i 20 μm (di = 5,10, 20 μm), a zewnętrznej szklanej kapilary (do) wynosi 60 μm (do = 60 μm) w tym doświadczeniu. 
			nuta: Szklana kapilara jest jednorazowa. Powtórz wytwarzanie szklanych naczyń włosowatych.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Procedura generowania mikrokropelek bez
<ol>
	<li>Napełnij zewnętrzną szklaną kapilarnę środkiem powierzchniowo czynnym zawierającym olej. Mieszaniną oleju i środka powierzchniowo czynnego jest heksadekan zawierający 2% (w/w) monooleinianu sorbitolu w tym eksperymencie (ryc. 4A). 
	nuta: Istnieje wiele kombinacji olejów i środków powierzchniowo czynnych (np. oleje mogą być fluorowane lub gazowane; środki powierzchniowo czynne mogą być jonowe, niejonowe lub fluorochemiczne).
	<ol>
		<li>Wprowadzić 10 μl heksadekanu zawierającego monooleinian sorbitanu do zewnętrznej szklanej kapilary. Na rysunku 4A średnica otworu zewnętrznej szklanej kapilary (do) wynosi 60 μm (do = 60 μm). Aby wyregulować otwór szklanej kapilary, wróć do kroków 1.2.4-1.2.5.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ustaw zewnętrzną kapilarnę w dolnej części uchwytu (Rysunek 4B).</li>
	<li>Pobrać około 0,1 μl roztworu wodnego do wewnętrznej szklanej kapilary (rysunek 4C) przez działanie kapilarne. Na rysunku 4C średnica otworu wewnętrznej szklanej kapilary (di) wynosi 10 μm (di = 10 μm). Aby wyregulować otwór szklanej kapilary, wróć do kroków 1.2.4-1.2.5.</li>
	<li>Ustaw wewnętrzną kapilarnę w górnej części uchwytu (Rysunek 4D-a). Włóż kapilarnę wewnętrzną do kapilary zewnętrznej (Rysunek 4D-a). Patrząc na białe kółko punktowe, jak na rysunku 4D-a, obserwuj położenie wewnętrznej kapilary wewnątrz zewnętrznej kapilary (wewnętrzna średnica zewnętrznej kapilary (w) = 130 μm) (Rysunek 4D-b,c) za pomocą mikroskopu cyfrowego. Położenie kapilary wewnętrznej w kapilarze zewnętrznej musi być ustawione na w = 100-150 μm. 
	nuta: Aby zmienić położenie wewnętrznej kapilary w zewnętrznej kapilarze, należy przekręcić w górnej części uchwytu. W ten sposób można precyzyjnie kontrolować odległość w.</li>
	<li>Wprowadzić 100 μl heksadekanu zawierającego monooleinian sorbitanu (2% w/w) na dno mikroprobówki o pojemności 1,5 ml próbki. Zamontuj uchwyt z wewnętrznymi i zewnętrznymi kapilarnami w mikroprobówce próbki (Rysunek 4E-a). Pamiętaj, aby sprawdzić zewnętrzną kapilarę, aby trzymać ją z dala od interfejsu powietrze-olej (Rysunek 4E-b).</li>
	<li>Odwirować mikroprobówkę próbki za pomocą miniwirówki stołowej z odchylanym wychyleniem przy ciężarze 1,600 x g przez 1-2 sekundy w celu wytworzenia mikrokropelek (rysunek 4F). Wszystkie eksperymenty należy przeprowadzić w RT. 
	nuta: Użyj wirówki typu wahadłowego. Kropla może zderzyć się ze ścianą boczną mikroprobówki próbki i rozpaść się, gdy używana jest wirówka o stałym kącie nachylenia.</li>
	<li>Powoli wyciągnij kropelki W/O za pomocą pipety, a następnie umieść je na szkiełku podstawowym.</li>
	<li>Uchwyć obrazy mikrokropel generowanych za pomocą mikroskopu cyfrowego (powiększenie, 200X).</li>
</ol>

<ol><li>Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactions+in+droplets+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.%2C+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Reactions in droplets in microfluidic channels.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 45 (44), 7336-7356 (2006).</li>
<li>Huebner, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microdroplets%3A+a+sea+of+applications%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microdroplets: a sea of applications?</a> Lab Chip. 8, 1244-1254 (2008).</li>
<li>Taly, V., Kelly, B. T., Griffiths, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplets+as+microreactors+for+highthroughput+biology%5BTitle%5D)+AND+%22ChemBioChem%22%5BJournal%5D)">Droplets as microreactors for highthroughput biology.</a> ChemBioChem. 8 (3), 263-272 (2007).</li>
<li>Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+Droplet+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip+%22%5BJournal%5D)"> Droplet microfluidics.</a> Lab Chip . 8, 198-220 (2008).</li>
<li>Takinoue, M., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Droplet+microfluidics+for+the+study+of+artificial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Bioanal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Droplet microfluidics for the study of artificial cells.</a> Anal. Bioanal. Chem. 400 (6), 1705-1716 (2011).</li>
<li>Hase, M., Yamada, A., Hamada, T., Baigl, D., Yoshikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manipulation+of+cell-sized+phospholipid-coated+microdroplets+and+their+use+as+biochemical+microreactors%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Manipulation of cell-sized phospholipid-coated microdroplets and their use as biochemical microreactors.</a> Langmuir. 23 (2), 348-352 (2007).</li>
<li>Zheng, B., Tice, J. D., Roach, L. S., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Droplet-Based%2C+Composite+PDMS%2FGlass+Capillary+Microfluidic+System+for+Evaluating+Protein+Crystallization+Conditions+by+Microbatch+and+Vapor-Diffusion+Methods+with+On-Chip+X-Ray+Diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.%2C+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">A Droplet-Based, Composite PDMS/Glass Capillary Microfluidic System for Evaluating Protein Crystallization Conditions by Microbatch and Vapor-Diffusion Methods with On-Chip X-Ray Diffraction.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 43 (19), 2508-2511 (2004).</li>
<li>Nakano, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+PCR+using+water-in-oil+emulsion%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Single-molecule PCR using water-in-oil emulsion.</a> J. Biotechnol. 102 (2), 117-124 (2003).</li>
<li>Diehl, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BEAMing%3A+single-molecule+PCR+on+microparticles+in+water-in-oil+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">BEAMing: single-molecule PCR on microparticles in water-in-oil emulsions.</a> Nat. Methods. 3, 551-559 (2006).</li>
<li>He, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+encapsulation+of+single+cells+and+subcellular+organelles+into+picoliter-+and+femtoliter-volume+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter- and femtoliter-volume droplets.</a> Anal. Chem. 77 (6), 1539-1544 (2005).</li>
<li>Baroud, C., Gallaire, F., Dangla, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+microfluidic+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Dynamics of microfluidic droplets.</a> Lab Chip. 10, 2032-2045 (2010).</li>
<li>Utada, A. S., Nieves, A. F., Stone, H. A., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dripping+to+jetting+transitions+in+coflowing+liquid+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams.</a> Phys. Rev. Lett. 99 (9), 094502(2007).</li>
<li>Cramer, C., Fischer, P., Windhab, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+formation+in+a+co-flowing+ambient+fluid%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">Drop formation in a co-flowing ambient fluid.</a> Chem. Eng. Sci. 59 (15), 3045-3058 (2004).</li>
<li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+dispersions+using+%26%2334%3Bflow-focusing%26%2334%3B+in+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Formation of dispersions using &#34;flow-focusing&#34; in microchannels.</a> Appl. Phys. Lett. 82, 364-366 (2003).</li>
<li>Takeuchi, S., Garstecki, P., Weibel, D. B., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+axisymmetric+flow-focusing+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">An axisymmetric flow-focusing microfluidic device.</a> Adv. Mater. 17 (8), 1067-1072 (2005).</li>
<li>Thorsen, T., Roberts, R. W., Arnold, F. H., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+pattern+formation+in+a+vesicle-generating+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device.</a> Phys. Rev. Lett. 86 (18), 4163-4166 (2001).</li>
<li>Yamashita, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+monodisperse+cell-sized+microdroplets+using+a+centrifuge-based+axisymmetric+co-flowing+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biosci.+Biotech%22%5BJournal%5D)">Generation of monodisperse cell-sized microdroplets using a centrifuge-based axisymmetric co-flowing microfluidic device.</a> J. Biosci. Biotech. 119 (4), 492-495 (2015).</li>
<li>Maeda, K., Onoe, H., Takinoue, M., Takeuchi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+synthesis+of+3D+multi-compartmental+particles+with+centrifuge-based+microdroplet+formation+from+a+multi-barrelled+capillary%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlled synthesis of 3D multi-compartmental particles with centrifuge-based microdroplet formation from a multi-barrelled capillary.</a> Adv. Mater. 24 (10), 1340-1346 (2012).</li>
</ol>

Nie zgłasza się konfliktu interesów.

Korzystając z tego urządzenia, monodyspersyjne mikrokropelki W/O zostały wygenerowane przez niestabilność Plateau-Rayleigha przepływu strumieniowego17. Badania mikroskopowe nie wykazały obecności kropel satelitarnych. Podczas produkcji urządzenia niezbędne są trzy kluczowe etapy, aby skutecznie wytworzyć monodyspersyjne mikrokropelki W/O. Po pierwsze, aby dostarczyć prosty strumień oleju zawierającego środek powierzchniowo czynny i roztwór wodny, otwory kapilarne czterech krążków muszą być ułożone w koncentryc...

Mikrokropelki W/O1-5 mają wiele ważnych zastosowań w badaniach biochemii i bioinżynierii, w tym synteza białek6, krystalizacja białek7, emulsja PCR8,9, enkapsulacja komórek10 i budowa sztucznych systemów podobnych do komórek5,6. Aby wyprodukować mikrokropelki W/O do tych zastosowań, ważnymi kryteriami są kontrola wielkości i monodyspersyjności mikrokropel W/O. Urządzenia mikroprzepływowe do wytwarzania monodyspersyjnych, kontrolowanych rozmiarem mikrokropel W/O11 oparte są na metodzie współprzepływowej12,13, metodzie ogniskowania przepływu14,15 i metodzie trójnika16 w mikrokanałach. Chociaż metody te wytwarzają wysoce monodyspersyjne mikrokropelki W/O, proces mikrowytwarzania wymaga skomplikowanej obsługi i specjalistycznych technik przygotowania mikrokanałów, a także wymaga dużej ilości roztworu próbki (co najmniej kilkaset μl) ze względu na nieuniknioną martwą objętość w pompach strzykawkowych i rurkach, które doprowadzają roztwór próbki do mikrokanałów. W związku z tym potrzebna jest łatwa w użyciu metoda o niskiej objętości martwej do generowania monodyspersyjnych mikrokropel W/O.
Ten artykuł, wraz z filmami z procedur eksperymentalnych, opisuje odśrodkowe, kapilarne, osiowosymetryczne, współprzepływowe urządzenie mikroprzepływowe17 do generowania mikrokropel W/O wielkości komórki (Rysunek 1). Ta prosta metoda pozwala osiągnąć monodyspersję i kontrolę wielkości. Wymaga jedynie miniwirówki stołowej i kapilarnego, osiowosymetrycznego, współprzepływowego urządzenia mikroprzepływowego zamocowanego w mikroprobówce do pobierania próbek. Nasza metoda wymaga tylko bardzo małej objętości (0,1 μl) i nie marnuje znaczącej objętości próbki.

<table><tbody><tr><td>Płyta z tworzywa sztucznego poliacetalu o grubości 2 mm</td><td></td><td>Narzędzie Nikkyo Technos, Co., Ltd. (Japonia)</td> <td>244-6432-08</td></tr><tr><td>Frezarka</td><td>Narzędzie</td><td>Roland DG Co., Ltd. (Japonia)</td> <td>MDX-40A</td></tr><tr><td>Frez palcowy RSE230-0,5 * 2,5</td><td>Narzędzie</td><td>NS Tool Co., Ltd. (Japonia) 01-00644-00501</td><td></td></tr> <tr><td>M2 * 40</td><td>Narzędzie</td><td>Jujo Chemia syntetyczna Labo. (Japonia)</td><td>0001-024</td></tr><tr><td>Narzędzie do ściągania szkła Capillry</td><td></td><td>Narishige (Japonia)</td><td>PC-10</td></tr><tr><td>Narzędzie Microforge</td><td></td><td>Narishige (Japonia)</td><td>MF-900</td></tr><tr><td>Narzędzie do kapilary ze szkła wewnętrznego</td><td></td><td>Narishige (Japonia)</td> <td>G-1</td></tr><tr><td>Narzędzie do kapilar ze szkła zewnętrznego</td><td></td><td>World Precision Instruments Inc. (USA)</td><td>1B200-6</td></tr><tr><td>1,5 ml Narzędzie do probówek na próbki</td><td></td><td>INA OPTIKA CO., LTD (Japonia)</td><td>ST-0150F</td></tr><tr><td>Odczynnik</td><td>heksadekanowy</td><td>Wako Pure Chemical Industries Ltd. (Japonia)</td><td>080-03685&nbsp;</td></tr><tr><td>Monooleinian sorbitanu (zakres 80)</td><td>Odczynnik</td><td>Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Japonia)</td><td>S0060</td></tr><tr><td>System Milli Q</td><td>Odczynnik</td><td>Merck Millipore Corporation (Niemcy)</td><td>ZRQSVP030</td></tr><tr><td>Wahadłowe narzędzie do mini-wirówki</td><td></td><td>Hitech Co., Ltd. (Japonia)</td><td>ATT101</td></tr><tr><td>Mikroskop cyfrowy</td><td></td><td>KEYENCE Corporation (Japonia)</td><td>VHX-2001</td></tr></tbody></table>

kapilarne odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do formowania mikrokropel monodyspersyjnych o kontrolowanej wielkości

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Tutaj demonstrujemy prostą metodę szybkiej produkcji mikrokropel o kontrolowanej wielkości, monodyspersyjnych, W/O, za pomocą kapilarnego odśrodkowego urządzenia mikroprzepływowego. Mikrokropelki W/O są ostatnio wykorzystywane w potężnych metodach, które umożliwiają zminiaturyzowane eksperymenty chemiczne. Dlatego konieczne jest opracowanie wszechstronnej metody uzyskiwania monodyspersyjnych mikrokropelek W/O. Opracowaliśmy metodę generowania monodyspersyjnych mikrokropel W/O w oparciu o kapilarne odśrodkowe osiowosymetryczne współprzepływowe urządzenie mikroprzepływowe. Udało nam się kontrolować wielkość mikrokropel poprzez regulację otworu kapilarnego. Nasza metoda wymaga sprzętu, który jest łatwiejszy w użyciu niż w przypadku innych technik mikroprzepływowych, wymaga tylko niewielkiej objętości (0,1-1 μl) roztworu próbki do enkapsulacji i umożliwia produkcję setek tysięcy mikrokropelek W/O na sekundę. Oczekujemy, że ta metoda wspomoże badania biologiczne, które wymagają cennych próbek biologicznych, zachowując objętość próbek do szybkiej analizy ilościowej, badań biochemicznych i biologicznych.

W niniejszym badaniu przedstawiamy prostą metodę generowania mikrokropel w/o o rozmiarach komórkowych z wykorzystaniem kapilarnego mikrofluidycznego urządzenia odśrodkowego (Rysunek 1). Urządzenie mikrofluidyczne składało się z uchwytu kapilarnego (Rysunek 2B), dwóch kapilar szklanych (wewnętrzna i zewnętrzna kapilara szklana na Rysunku 3C) oraz mikroprobówki zawierającej olej z dodatkiem surfaktantu. Do wewnętrznej kapilary szklanej wstr...

Tutaj demonstrujemy prostą metodę produkcji mikrokropelek o kontrolowanej wielkości, monodyspersyjnych, typu woda w oleju (W/O) za pomocą kapilarnego odśrodkowego urządzenia mikroprzepływowego. Metoda ta wymaga jedynie niewielkiej objętości próbki i umożliwia produkcję o wysokiej wydajności. Spodziewamy się, że ta metoda będzie przydatna do szybkich analiz biochemicznych i komórkowych.

Kapilarne odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do formowania mikrokropel monodyspersyjnych o kontrolowanej wielkości

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest generowanie monodyspersyjnych wodnych i olejowych mikrokropel do badań biologicznych przy użyciu kapilarnego, centryfugalnego, osiowo-symetrycznego mikroprzepływowego urządzenia współpłynnego. Metoda ta może pomóc w produkcji monodyspersyjnych mikrokropel dla dziedziny biochemii, aby usprawnić badania w zakresie syntezy, PCR pojedynczej cząsteczki, pojedynczej enkapsulacji oraz prostego modelowania żywych komórek. Głównymi zaletami tej techniki są łatwość wykonania oraz możliwość regulacji.Wymaga ono mniej niż jednego mikrolitra roztworu próbki i może wytwarzać monodyspersyjne mikrokrople o pożądanej wielkości. Procedurę zademonstruje Morita, postdoc z mojego laboratorium. Montaż układu mikroprzepływowego opartego na kapilarach rozpoczyna się od przygotowania uchwytu kapilary.Rozpocznij od wyfrezowania czterech krążków z płyt z tworzywa poliacetalo o grubości dwóch milimetrów za pomocą frezarki. Krążki te służą do zbudowania kolumny wspartej na prętach i śrubach. Za pomocą śrub M.2 zmontuj płyty.Najpierw, z dysków pierwszego i drugiego, zmontuj podstawę uchwytu. Następnie skróć śruby, przecinając je w sekcjach gwintowanych. Połącz trzy z czterech otworów, aby zabezpieczyć dwa dyski, tworząc stos o grubości 0.9 centimeter.W podobny sposób zmontuj górną część uchwytu z dysków trzeciego i czwartego. Użyj dwóch otworów w każdej płytce, aby je ze sobą połączyć. Stos powinien mieć wysokość 0,7 centymetrów.Następnie należy użyć długiej śruby, aby połączyć dwa puste otwory w górnej części uchwytu z dwoma pustymi otworami w dolnej części uchwytu. Długa śruby powinna pozostawić przerwę między uchwytami wynoszącą około dwóch do trzech milimetrów, a łowica śruby powinna wystawać poza kompletny uchwyt o około 2,2 centymetra. W każdym eksperymencie stosuje się nowy zestaw kapilar wykonany z dwóch kapilar.Z kapilary o długości 90 mm przygotuj dwie kapilary wewnętrzne za pomocą przecinaka do szkła. Utnij dwa odcinki o tej samej długości. Z kapilary o długości 150 mm przygotuj trzy odcinki kapilar wewnętrznych.Następnie, używając wyciągarki do szkła, zaostrz każdą sekcję kapilary. Ustaw wagę wyciągarki na wartość maksymalną, a poziom ciepła na 60-70 stopni dla kapilary zewnętrznej lub 70-80 dla kapilary wewnętrznej. Następnie ostrożnie zaostrz szkło.Należy utrzymać długość zwężonych części kapilar w zalecanych granicach. Jeśli końcówki są zbyt długie lub zbyt krótkie, należy regulować element grzejny aż do uzyskania właściwej długości. Następnie należy przygotować się do odcięcia końcówek.Najpierw zabezpiecz kapilarę na stole mikroskopu za pomocą przezroczystej taśmy klejącej. Umieść końcówkę kapilary tak, aby wystawała pod obiektywem. Następnie, używając drutu platynowego pokrytego szklanymi kuleczkami, odetnij końcówkę w trzech etapach.W pierwszym kroku należy zetknąć kapilarę w miejscu planowanego przełamania z zimną kuleczką. Po drugie, należy podgrzewać drucik przez jedną do dwóch sekund. Następnie, w trzecim kroku, odcina się końcówkę poprzez schłodzenie platynowego drucika.Operację tę należy przeprowadzić przy użyciu pedału sterującego podgrzewaniem drutu. Następnie, korzystając z mikrokuźni, należy dostosować średnice otworów kapilarnych. W przypadku dwóch zewnętrznych kapilar szklanych średnica otworów powinna wynosić 60 mikronów.W przypadku trzech wewnętrznych kapilar wykonaj otwory o średnicach odpowiednio 5, 10 i 20 mikronów. Aby wytworzyć mikrokropelki, najpierw napełnij zewnętrzną kapilarę szklaną olejem z dodatkiem surfaktantu, np. heksadekanem zawierającym 2% wagowo sorbitanu monooleinianu. Wprowadź 10 µL roztworu do kapilary.Następnie przymocuj napełnioną kapilarę do dolnej części uchwytu. Dalej, wykorzystując zjawisko kapilarne, wprowadź około 0.1 µl roztworu wodnego do wewnętrznej kapilary szklanej. Umieść napełnioną kapilarę wewnętrzną w górnej części uchwytu.Następnie wsuń kapilarę wewnętrzną przez uchwyt do kapilary zewnętrznej. Obserwując końcówkę pod mikroskopem, obracaj długą śrubą uchwytu, aby powoli i ostrożnie wprowadzać kapilarę wewnętrzną do kapilary zewnętrznej. Wsuwaj kapilarę wewnętrzną do momentu, aż średnica kapilary zewnętrznej wyniesie od 100 do 150 mikronów.Następnie wprowadź 100 µL tego samego oleju z surfaktantem na dno mikroprobówki o pojemności 1,5 ml. Będzie ona służyć jako probówka do zbierania mikrokropel. Ostrożnie umieść uchwyt i kapilary w napełnionej mikroprobówce.Upewnij się, że zewnętrzna kapilara nie styka się z roztworem w mikroprobówce. Następnie umieść probówkę w wirówce stołowej z rotorem kątowym. Aby wytworzyć mikrokrople, wiruj próbkę z prędkością 1 600 ×g przez jedną lub dwie sekundy.Następnie wyjmij kapilary oraz uchwyt z probówki i pobierz alikwot zgromadzonych w niej mikrokropel woda-olej. Wyrzuć mikrokrople na szkiełko przedmiotowe i wykonaj ich obrazowanie do analizy. Z zastosowaniem tego protokołu przygotowano różne mikrokrople woda-olej z heksadekanu zawierającego 2% sorbitanu monooleinianu.Krople wytworzone przy użyciu wewnętrznej pipety o średnicy otworu 5 µm miały średnio 8,3 µm średnicy. Krople wytworzone przy użyciu wewnętrznej pipety o średnicy otworu 10 µm miały średnio 12,7 µm średnicy. Krople wytworzone przy użyciu wewnętrznej pipety o otworze 20 µm miały średnicę około 17,9 µm.W ten sposób metoda ta pozwala na wytworzenie monodyspersyjnych mikrokropli, których średnica jest zbliżona do rozmiaru otworu wewnętrznej kapilary. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak wytwarzać i kontrolować rozmiar monodyspersyjnych mikrokropli wody i oleju do ilościowych eksperymentów chemicznych. Po opanowaniu techniki, przy prawidłowym wykonaniu, proces ten zajmuje od pięciu do 10 minut.

capillary-based-centrifugal-microfluidic-device-for-size-controllable

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opracowano nowy system mikrofluidyczny wykorzystujący zjawisko pompowania pasywnego oraz sterowany przez użytkownika system dostarczania płynów. Ze względu na niski koszt, łatwość obsługi, precyzję objętościową, wysoką prędkość, powtarzalność i automatyzację, system mikrofluidyczny ten ma potencjał do zastosowania w szerokim zakresie aplikacji biologicznych.

Szybki system dostarczania oparty na kropelkach do pompowania pasywnego w urządzeniach mikroprzepływowych

Mikrofluidyczne platformy kropelkowe są obiecującymi narzędziami do eksperymentów wysokoprzepustowych, ponieważ umożliwiają one niskokosztowe generowanie piko-litrowych, samoczynnie odseparowanych komór z częstotliwością rzędu kHz. Dzięki integracji z szybkimi, czułymi i wysokorozdzielczymi metodami spektroskopii fluorescencyjnej, duże ilości informacji generowanych w tych systemach mogą być efektywnie wydobywane, przetwarzane i wykorzystywane.

Metody detekcji fluorescencyjnej dla mikroprzepływowych platform kroplkowych

Łącząc generowanie monodyspersyjnych kropli z inercyjnym porządkowaniem komórek i cząsteczek, opisujemy metodę enkapsulacji pożądanej liczby komórek lub cząsteczek w pojedynczej kropli z częstotliwością rzędu kHz. Wykazujemy wydajność dwukrotnie przekraczającą wydajność enkapsulacji nieuporządkowanej w przypadku kropli z jedną lub dwiema cząsteczkami.

Wysokoprzepustowa mikroenkapsulacja pojedynczych komórek i wielu komórek

Ten protokół opisuje architekturę systemu do wykonywania automatycznych separacji cząstek o małej objętości (0,15–1,5 ml) za pomocą urządzenia mikroprzepływowego i omawia metody optymalizacji wydajności i działania urządzenia akustycznego.

Platforma mikroprzepływowa do precyzyjnego przetwarzania próbek o małej objętości i jej wykorzystanie do wymiarowania oddzielnych cząstek biologicznych za pomocą mikrourządzenia akustycznego

Tutaj prezentujemy protokół ilustrujący procesy produkcji i eksperymenty weryfikacyjne pół-trójwymiarowego (pół-3D) mikroprzepływowego chipa skupiającego przepływ do tworzenia kropel.

Wytwarzanie kropelek diakrylanu z poli(glikolu etylenowego) o kontrolowanej wielkości za pomocą pół-3-wymiarowych urządzeń mikroprzepływowych z ogniskowaniem przepływu

Wykazano, że urządzenie do współprzepływu z inwersją faz generuje monodyspersyjne kropelki o wysokiej lepkości powyżej 1 Pas, co jest trudne do zrealizowania w mikroprzepływach kropelkowych.

Wytwarzanie kropelek o wysokiej lepkości za pomocą mikroprzepływowego urządzenia kapilarnego ze strukturą współprzepływu z inwersją faz

Prezentujemy system mikroprzepływowy do wysokoprzepustowych badań nad złożonymi maszynami życia, który składa się z 1500 jednostek hodowlanych, szeregu ulepszonych pomp perystaltycznych i modułu mieszania na miejscu. Chip mikroprzepływowy pozwala na analizę wysoce złożonych i dynamicznych warunków mikrośrodowiskowych in vivo.

Generowanie dynamicznych warunków środowiskowych za pomocą wysokowydajnego urządzenia mikroprzepływowego

Testy kropelek wody w oleju są przydatne do chemii analitycznej, ewolucji enzymów i analizy pojedynczych komórek, ale zazwyczaj wymagają mikrofluidyki do formowania kropel. W tym miejscu opisujemy emulgację z szablonami cząstek, bezprzepływowe podejście do wykonywania testów kropelkowych.

Emulgacja szablonowa cząstek umożliwia oznaczanie kropel bez mikroprzepływowości

Tutaj przedstawiono protokół produkcji urządzeń mikroprzepływowych na bazie szkła, używanych do generowania wysoce monodyspersyjnych emulsji o kontrolowanej wielkości kropli.

Urządzenia na bazie szkła do generowania kropli i emulsji

Prezentacja dwuwarstwowego urządzenia opartego na polidimetylosiloksanie (PDMS) do produkcji bibliotek kombinatorycznych w emulsjach (korkach) typu woda w oleju jest przedstawiona. Niezbędny sprzęt i oprogramowanie wymagane do automatyzacji produkcji zatyczek jest szczegółowo opisane w protokole, a także pokazano produkcję ilościowej biblioteki zatyczek fluorescencyjnych.

Dwuwarstwowe urządzenie mikroprzepływowe do kombinatorycznej produkcji korków

Protokół opisuje zaawansowaną platformę mikroprzepływową do ilościowego pomiaru dynamiki wydzielania cytokin w pojedynczych ludzkich komórkach jednojądrzastych krwi obwodowej. Platforma mierzy równolegle do trzech cytokin (IL-6, TNFα i IL-1β) dla każdej pojedynczej komórki stymulowanej lipopolisacharydem, na przykład.

Podejście mikroprzepływowe do rozwiązywania jednoczesnego i sekwencyjnego wydzielania cytokin w poszczególnych komórkach wielofunkcyjnych

Poznaj metodę generowania monodyspersyjnych mikrokropel woda-w-oleju za pomocą kapilarnego odśrodkowego urządzenia mikroprzepływowego. Technika wymaga minimalnej objętości próbki i umożliwia szybkie analizy biochemiczne.

Kapilarne odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do formowania mikrokropel monodyspersyjnych o kontrolowanej wielkości

Przeglądaj więcej filmów