Aquosas gotículas usadas como Microreactors enzimática e sua atuação eletromagnética

O objetivo geral deste dispositivo é fornecer uma nova tecnologia de plataforma microfluídica que realiza reações automatizadas em cascata em pequenas gotículas aquosas. Este método pode ajudar a responder a questões-chave para o campo da biologia sintética, reproduzindo sequências de reação de microrganismos, realizando sequências de reação complexas com enzimas e rastreando novos catalisadores. A principal vantagem de nossa abordagem lab-in-a-drop é que ela é muito adaptável.

Ao contrário dos chips microfluídicos baseados em canal, o único pré-requisito é um ambiente de reação hidrofílica. Embora esse método possa fornecer informações sobre reações enzimáticas, ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como catalisadores inorgânicos ou encordoamento de ligantes. Tive a ideia para esse método pela primeira vez quando tentei projetar um dispositivo microfluídico com separação integrada de produtos, mas sem um sistema complexo de válvulas e separadores.

Ao mover a solução de reação como uma gota, o controle da reação se torna muito simples. Primeiro, projete em 3D para imprimir os corpos da bobina. Em seguida, use uma máquina de enrolamento para envolver os corpos com um fio de cobre de 08 milímetros 45 centenas de vezes cada.

Coloque um elemento Peltier em uma placa elétrica. Aparafuse a primeira camada de bobinas no elemento Peltier para formar um quadrado. Em seguida, prenda a segunda camada de bobinas na parte superior com a moldura de plástico impressa em 3D ou outro material não condutor.

Conecte a placa elétrica ao controle magnético com um cabo de fita. Insira ímãs de neodímio nas bobinas. Coloque uma placa de vidro ou plástico de quartzo de um milímetro de espessura no topo da matriz da bobina.

Prenda a tampa no lugar com parafusos para concluir a montagem da plataforma de acionamento. Para iniciar a síntese de nanopartículas sob uma atmosfera inerte, primeiro suspenda 85 gramas de cloreto de ferro (III) hexahidratado e 3 gramas de cloreto de ferro (II) tetrahidratado em 200 mililitros de uma solução de água para etanol de quatro para um. Em seguida, adicione 0,2 mililitros de PFOTES e mexa a mistura a 500 RPM com uma barra de agitação magnética.

Adicione hidróxido de amônio 1,5 molar à mistura para obter um pH de 8,0. Em seguida, continue mexendo a solução por 24 horas para obter as nanopartículas magnéticas hidrofóbicas. Fixar uma barra magnética com uma força adesiva de 25 quilogramas no fundo do balão de reacção.

Despeje a solução e lave as partículas três vezes com uma solução de água para etanol de quatro para um. Remova o ímã e seque as partículas a 60 graus Celsius por 24 horas. Caracterize as partículas com microscopia eletrônica de varredura.

Preparar uma solução de 0,1 microgramas por mililitro de peroxidase de rábano em tampão fosfato de potássio de pH 0,1 molar 6,5 com peróxido de hidrogénio 10 milimolar. Em seguida, prepare uma solução 20 micromolar da sonda fluorescente 10-Acetil-3, 7-di-hidroxifenoxazina em tampão fosfato de potássio. Em seguida, moa suavemente as nanopartículas secas usando um almofariz de vidro e pilão.

Transfira as partículas para um prato de pesagem de poliestireno e adicione 10 microlitros da solução de peroxidase. Gire suavemente a panela por cerca de 10 segundos para obter a automontagem de nanopartículas ao redor da solução de peroxidase. Transferir este microrreator para a plataforma de atuação.

Repita este processo com 10 microlitros da solução de sonda fluorescente e coloque o segundo microrreator na plataforma. Armazene as partículas restantes em temperatura ambiente. Use o elemento Peltier para manter as soluções de reação nos microrreatores a 25 graus Celsius.

Monte um microscópio de fluorescência cerca de 10 milímetros acima dos microrreatores e conecte o microscópio a um computador. Usando o controle magnético, ative os ímãs e gire para posicionar o microrreator da solução de sonda fluorescente sob o microscópio. Ligue a luz de excitação.

Levante o ímã da bobina para abrir o microrreator e comece a gravar a imagem da microscopia de fluorescência. Após dois a cinco segundos, abaixe o ímã para fechar o microrreator. Em seguida, use o controle magnético para mover o microrreator de peroxidase adjacente ao microrreator de fluorescência.

Abra o microrreator de sonda fluorescente. O microrreator de peroxidase é puxado para dentro do microrreator da sonda e aberto, iniciando a reação. Monitore a reação por microscopia de fluorescência abrindo e fechando o microrreator fundido conforme necessário.

Os microrreatores foram criados codificando gotículas de solução com nanopartículas de ferro hidrofóbicas. Esses microrreatores podem ser movidos, abertos, fechados e fundidos pela manipulação de ímãs de neodímio sob uma plataforma de atuação. A plataforma de acionamento também pode ser construída com núcleos de ferro nos corpos da bobina.

Isso fornece força magnética suficiente para mover um microrreator em mais de 10 milímetros, mas é insuficiente para abrir o microrreator. Assim, um ímã de neodímio deve ser usado para realizar reações em pequenos volumes de solução. Uma reação enzimática representativa entre uma peroxidase e um marcador fluorescente foi realizada e monitorada por microscopia fluorescente.

A cinética mencionada por Michaelis observada durante a reação concordou bem com os valores da literatura, indicando que a configuração do microrreator não influencia o progresso da reação. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como sintetizar micropartículas hidrofóbicas e gerar microgotículas aquosas com elas. A tecnologia da plataforma pode ser usada para controle de reação automatizado por fusão de gotículas.

Além disso, microrreatores individuais preenchidos com substrato podem ser movidos em cima de pequenas zonas de superfície com enzimas mobilizadas. O uso de múltiplas zonas de imobilização com diferentes enzimas permite uma cascata de reação sequencial com produtos transportáveis e imediatos. Este desenvolvimento de protótipo é apenas o começo.

Atualmente, estamos implementando um sistema dispensador automatizado acima da plataforma de reação para repor enzimas imobilizadas em qualquer posição. A matriz da bobina será aumentada para 10 vezes 10 posições. Essa técnica pode abrir caminho para o planejamento e execução controlados por computador de sequências de reações bioquímicas.