Abstract
واستخدمت حبات مغناطيسية مع ~ 1.9 ميكرون متوسط قطر لنقل كميات ميكروليتر من السوائل بين قطاعات السائلة متجاورة مع أنبوب لغرض التحقيق في مرحلة تغيير من تلك الشرائح السائلة. وقد سيطر على حبات مغناطيسية خارجيا باستخدام المغناطيس، والسماح لحبات لسد صمام الهواء بين قطاعات السائلة المجاورة. تم تطبيق طلاء مسعور إلى السطح الداخلي للأنبوب لتعزيز الفصل بين جزأين السائلة. شكلت المجال المغناطيسي تطبق كتلة الإجمالية للحبات مغناطيسية، واستولت على كمية السائل معين داخل الكتلة التي يشار اليها على انها حجم المرحل. تمت إضافة صبغة الفلورسنت إلى الجزء السائل واحدة، تليها سلسلة من التحويلات السائلة، التي ثم تغير كثافة مضان في الجزء السائل المجاورة. استنادا إلى تحليل العددي لقياس تغير كثافة مضان، تم العثور على حجم المرحل في كتلة حبات مغناطيسيةأن يكون ~ 2-3 ميكرولتر / ملغ. هذه كمية صغيرة من السائل يسمح لاستخدام شرائح صغيرة نسبيا السائلة من بضع مئات من ميكرولتر، وتعزيز جدوى الجهاز لنهج مختبر في أنبوب. تم تطبيق هذه التقنية لتطبيق التباين التركيبي صغير في حجم السائل لتحليل مرحلة الرسم ثنائي بين المياه والسطحي C12E5 (pentaethylene جلايكول الأثير monododecyl)، مما أدى إلى أسرع التحليل مع أحجام العينة أصغر من الأساليب التقليدية.
Introduction
حبات مغناطيسية (ميجا) بناء على أمر من 1 ميكرومتر في القطر وقد استخدمت 1،2 في كثير من الأحيان في التطبيقات المستندة إلى الموائع الدقيقة، ولا سيما للأجهزة الطبية الحيوية. في هذه الأجهزة، وعرضت ميجا قدرات مثل الخلايا وفصل الحمض النووي، عوامل التباين، وتسليم المخدرات، على سبيل المثال لا الحصر. وقد مكن مزيج من الخارجية (المجال المغناطيسي) السيطرة على microfluidics والقائم على قطرة 3 السيطرة المناعية باستخدام كميات صغيرة (<100 NL). وقد أظهرت ميجا كما وعد عندما تستخدم لمعالجة السائل 4. يستخدم هذا النهج ميجا لنقل الجزيئات الحيوية بين قطاعات السائل داخل أنبوب مفصولة صمام الهواء. هذه الطريقة ليست قوية مثل أجهزة أخرى أكثر تعقيدا مختبر على رقاقة رأينا في الماضي، وإنما هو أبسط من ذلك بكثير ولا توفر القدرة على التعامل مع كميات ميكروليتر الحجم من السائل. وقد تم مؤخرا ذكرت نهج مماثل 5 من قبل مجموعة Haselton وتطبيقها على الطب الحيويالمقايسات.
واحدة من أهم جانب من جوانب هذا الجهاز هو فصل الجزء السائل التي تقدمها صمام هواء يمكن التحكم سطح التوتر. يتم نقل كميات ميكروليتر من السائل تعلق ميجا من خلال هذه الثغرة الجوي بين قطاعات السائلة باستخدام مجال مغناطيسي تطبيقها خارجيا. ميجا Microparticle (من ~ 0،4-7 ميكرون في القطر بمعدل 1.9 ميكرون) تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي خلق العنقودية الصغيرة التي يسهل اختراقها التي يعوض السائل داخل. قوة هذا انحباس سائل كافية لتحمل قوى التوتر السطحي عند نقل ميجا من خزان واحد إلى آخر. عادة، وهذا أثر غير مرغوب فيه، حيث أن معظم المناهج يريدون نقل جزيئات محددة (مثل المؤشرات الحيوية) الواردة في السوائل 6 فقط. لكن، وكما يمكن أن ينظر إليه في عملنا، وهذا التأثير يمكن استخدامها لتصبح أحد الجوانب الإيجابية للجهاز.
لقد استخدمت هذا "مختبر في أنبوب"النهج، كما هو موضح في الشكل 1 تخطيطي، لتحليل مخططات المرحلة في النظم المواد ثنائية. وقد تم اختيار السطحي C12E5 بوصفه المحور الرئيسي للتوصيف، كما يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية مثل الصناعات الدوائية، والمنتجات الغذائية، ومستحضرات التجميل، وما إلى ذلك على وجه الخصوص، وكان التحقيق في H 2 O / C12E5 نظام ثنائي لأنه يوفر الأغنياء مجموعة من المراحل لاستكشاف. لقد ركزنا على جانب واحد محدد من هذا الخليط الكيميائي، وهي الانتقال الى مراحل البلورية السائلة تحت بعض تركيزات 7-9. وقد لوحظ هذا التحول بسهولة في الجهاز لدينا من خلال دمج المستقطبات في الدراسات المجهر الضوئي من أجل تسليط الضوء على حدود المرحلة.
أن تكون قادرة على الخريطة مخططات المرحلة هي منطقة مهمة جدا من الدراسة من أجل فهم حركية يشارك مع المرحلة الانتقالية 10. القدرة على تحديد بدقة التفاعل السطحي مع المذيبات لالثاني المكونات الأخرى أمر بالغ الأهمية نظرا لتعقيدها والعديد من مراحل متميزة (11). وقد سبق استخدام العديد من التقنيات الأخرى لتوصيف مرحلة تغيير. ينطوي النهج التقليدي صنع العديد من العينات، يتألف كل منها من تركيزات مختلفة والسماح لهم لكي تتوازن، الأمر الذي يتطلب أوقات المعالجة المطولة وكمية عالية من أحجام العينة. ثم، يتم عادة تحليل العينات عن طريق وسائل بصرية مثل النقل بينية ناشر (DIT)، والذي يقدم عالية الدقة من هذه التراكيب السطحي 12،13. وعلى غرار الأسلوب نحن قد تستخدم، يستخدم أسلوب DIT الضوء المستقطب إلى صورة حدود مرحلة متميزة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد لمرة واحدة استخدام المواد في الجهاز
- إعداد أنبوب
- قطع الأنابيب إلى 15 سم قطاعات. أنابيب لديها 1.6 مم القطر الداخلي و 3.2 مم القطر الخارجي.
- شرائح أنبوب تعليق عموديا باستخدام الشريط. ضع منشفة ورقية تحت أنابيب لجمع الحل الفلورو بوليمر الزائد.
- ضخ 100 ميكرولتر من محلول الفلورو في افتتاح قمة كل شريحة باستخدام أنبوب حقنة، بحيث أنها سوف تأتي في اتصال مع محيط بأكمله على الجدار الداخلي.
- السماح قطاعات أنبوب لشنق في مكان لمدة 1 ساعة لإزالة كميات زائدة من حل الفلورو.
- تنظيف أي حل الفلورو من الجانب السفلي من الأنبوب الذي لم بالتنقيط بها. إزالة أنابيب من شنقا موقف والتخلص من المناشف الورقية.
- شرائح مكان الأنبوب في الفرن على 100 درجة مئوية لمدة 1 ساعة ليصلب طبقة طلاء الفلورو.
- إزالة شرائح أنبوب من الفرن. استخدام ملاقط، وأنبوب ثوانىوالإدلاء بالبيانات تكون ساخنة.
- إعداد المخفف حل حبة المغناطيسي
- حساب تركيز حبة المغناطيسي اللازمة لتحقيق حجم المرحل المطلوب، على النحو الذي تحدده العلاقة بين المرحل حجم وMB يظهر كتلة في الشكل 2.
ملاحظة: MB حل الأصلي له 1 غرام من ميجا في 50 مل من محلول. النظر في حجم غرفة الاختبار من 20 ميكرولتر، وتمييع MB حل الأصلي مع الماء المقطر إلى نسبة 6: 4 (MB الحل: الماء) للحصول على حجم ترحيل ~ 0.4 ميكرولتر. ضبط نسبة التخفيف عند الرغبة مختلف حجم المرحل. - ضع قارورة 20 مل العينة على التوازن الجزئي. الصفر التوازن.
- تستنهض الهمم الحاوية حل حبة المغناطيسي، ثم سحب 0.6 مل باستخدام ماصة الصغرى.
- الاستغناء عن حل pipetted في قارورة العينة على التوازن.
- الاستغناء عن 0.4 مل من الماء المقطر في عينة قارورة.
- حساب تركيز حبة المغناطيسي اللازمة لتحقيق حجم المرحل المطلوب، على النحو الذي تحدده العلاقة بين المرحل حجم وMB يظهر كتلة في الشكل 2.
- صبغة الفلورسنت لإعداد iquid
- حل 2 وزن٪ من الصبغة في الماء DI قبل vortexing الحل لمدة 1 دقيقة.
2. إعداد الإعداد التجريبية للتجارب الإسفار
- إعداد جهاز الأنابيب.
- إدراج الإناث موصل لور قفل على واحدة من نهاية الأنبوب.
- وضع أنبوب في محقنة لور قفل لديها حجم 3 مل و 0.1 مل التخرج.
- ضع الحقنة في ضخ حقنة وضبط معدل التغذية في 2 مل / ساعة.
- لالإدراج دقيقة من السوائل في الأنابيب، واستخدام ضخ حقنة لسحب محلول يحتوي على حبات مغناطيسية وصبغة الفلورسنت.
- إدراج 20 ميكرولتر من محلول حبة المغناطيسي في أنبوب باستخدام ضخ حقنة الانسحاب. ويشار إلى هذا الجزء السائل باسم غرفة الاختبار (اختبار حجم الغرفة يمكن أن تختلف تبعا التجربة). دوامة الحاوية مع الحل حبة المغناطيسي لمدة 1 دقيقة ثم تستنهض الهمم باليد أثناء دورة انسحاب لتشكيل MB التفرق موحدة.
- بعد اختتمت غرفة الاختبار الإدراج السائل، سحب 6 ميكرولتر من الهواء في الأنبوب. وهذا الحجم من الهواء تشكل في وقت لاحق صمام بين اثنين من شرائح السائلة.
- بعد اكتمال فجوة الهواء الإدراج، تبدأ سحب 180 ميكرولتر من السائل مع صبغة الفلورسنت. ويشار إلى هذا الجزء السائل باسم الخزان. حجم الخزان يمكن أن تختلف تبعا التجربة. أكبر حجم المكمن هو مفيد للحد من تغير تركيز الصبغة.
- وضع الإناث موصل لور قفل الثاني على الطرف الآخر من الأنبوب.
- إزالة الجهاز أنبوب من الحقنة.
- تضع سقفا لور قفل على طرفي الجهاز.
- الإعداد البصريات للتجارب مضان
- بدوره على جميع مكونات متصلة مجهر مقلوب.
- قم بتشغيل الكمبيوتر وفتح برامج التصوير المجهر.
- اتخاذ الأولي قياس كثافة مضان من غرفة الاختبار وخزان باستخدام مجهر مقلوب. عند تحليل مضان من العينة، وضمان أن يتم التركيز في موقف مركز (في كلا الاتجاهين x و Y) الجزء السائل داخل الأنبوب. قياسات سجل في جدول البيانات.
- وضع الجهاز على رأس مكعب المغناطيس بحيث حبات مغناطيسية كل فصل إلى منطقة واحدة في غرفة الاختبار. نقل حبات إلى الخزان عن طريق تحريك الجهاز على أعلى من المغناطيس (~ 10 ثانية). 1 بوصة النيوديميوم مكعب المغناطيس الصف N48 مع قوة سحب من 45.6 كجم.
- مرة واحدة يتم نقل كتلة حبة المغناطيسي من خلال فجوة الهواء وداخل الخزان، وتستنهض الهمم حبات مغناطيسية من خلال وضع الجهاز على أعلى من المغناطيس والدورية للافراج عن السائل الوقوع داخل الكتلة. تواصل التحريض من حبات مغناطيسية حتى يتم التجانس الخزانالانتهاء (~ 30-45 ثانية).
- وضع الجهاز على رأس المغناطيس بحيث حبات مغناطيسية في الخزان كل فصل إلى منطقة واحدة. نقل الكتلة حبة المغناطيسي مرة أخرى إلى غرفة الاختبار.
- مرة واحدة الكتلة تصل إلى غرفة الاختبار، تستنهض الهمم حبات مغناطيسية من خلال وضع الجهاز على أعلى من المغناطيس والدورية للافراج عن السائل الفلورسنت محاصرين داخل. تواصل التحريض من حبات مغناطيسية حتى تم الانتهاء تجانس غرفة الاختبار (~ 30-45 ثانية).
- أخذ قياسات كثافة مضان من كل من غرفة الاختبار وخزان باستخدام مجهر مقلوب. قياسات سجل في جدول البيانات.
- وتتكرر الخطوات 3،2-3،6 حتى قطاعي السائلة تلتقي لشدة مضان مماثلة (~ 100 دورات).
4. التحليل العددي من البيانات الفلورسنت
- مع تخزين البيانات كثافة الفلورسنت في جدول بيانات، نفذ التحليل العددي باستخدام MATLAB.
- Derivالمعادلات البريد لحساب قيمة النظرية للكثافة مضان في كل من خزان وغرفة الاختبار. دمج المعادلات التالية في ملف نصي MATLAB:
حيث I هي شدة مضان (AU)، V هو حجم (ميكرولتر)، ن هو عدد التحويلات، R هو الخزان، T هو غرفة الاختبار، وC هو ترحيل. - باستخدام MATLAB، وتوليد المؤامرات وتحليل لتحديد حجم المرحل لجميع التجارب. استخدام هذه البيانات لإنتاج الشكل 2.
5. إعداد الإعداد التجريبية للتجارب السطحي
- إعداد جهاز الأنابيب.
- إدراج الإناث لور قفل على واحدة من نهاية الأنبوب.
- وضع أنبوب في محقنة لور قفل.
- ضع الحقنة في ضخ حقنة وضبط معدل التغذية في 2 مل / ساعة.
- لالإدراج دقيقة من السوائل في الأنابيب، واستخدام ضخ حقنة لسحب محلول يحتوي على حبات مغناطيسية وسوrfactant.
- إدراج حل حبة 20 ميكرولتر المغناطيسي في أنبوب باستخدام ضخ حقنة الانسحاب. ويشار إلى هذا الجزء السائل باسم غرفة الاختبار (اختبار حجم الغرفة يمكن أن تختلف تبعا التجربة). تستنهض الهمم الحاوية مع الحل حبة المغناطيسي باليد أثناء دورة انسحاب لتشكيل MB التفرق موحدة.
- بعد اختتمت غرفة الاختبار الإدراج السائل، سحب 6 ميكرولتر من الهواء في الأنبوب. سيتم لاحقا يشار إلى هذا الحجم من الهواء على أنها فجوة الهواء.
- بعد اكتمال فجوة الهواء الإدراج، تبدأ سحب 180 ميكرولتر من الذهب الخالص C12E5 السطحي. هذا سيتم لاحقا يشار إلى الخزان.
- الإعداد البصريات للتجارب السطحي.
- نقل ضخ حقنة مع جهاز أنابيب بحيث غرفة الاختبار مع حبات مغناطيسية هو في التركيز مع المجهر ستيريو.
- وضع ورقة من فيلم المستقطب على رأس مصدر ضوء LED. حرك مصدر ضوء LED تحت أنبوب تعلقضخ حقنة.
- نعلق الفيلم المستقطب آخر لعدسة المجهر ستيريو باستخدام الشريط. مما لا شك فيه أن اثنين من الأفلام المستقطب لها 90 درجة تعويض عن بعضها البعض.
- شن CCD (المسؤول إلى جانب جهاز) الكاميرا إلى مجهر ستيريو. توصيل الكاميرا إلى الكمبيوتر وفتح برامج التصوير.
6. إجراء التجارب لتجارب السطحي
- وضع مغناطيس مكعب المقبل إلى غرفة الاختبار بينما شنت المغناطيس على موقف.
- مرة واحدة تشكل حبات مغناطيسية كتلة، تبدأ ضخ السوائل في الأنبوب في معدل التغذية من 2 مل / ساعة بحيث يتم نقل الكتلة حبة المغناطيسي من غرفة الاختبار، عبر فجوة الهواء، والى غرفة الخزان السطحي.
- وبمجرد وصول كتلة حبة المغناطيسي في منتصف الغرفة الخزان، ووقف الضخ على ضخ حقنة.
- تحريك المغناطيس المكعب بعيدا عن الأنبوب، والسماح لحبات مغناطيسية لفصلالثانية تقليل الوقت نشر السائل المحاصرين في الكتلة حبة المغناطيسي.
- مشاهدة شاشة الكمبيوتر لمراقبة H 2 O / C12E5 دورة الخليط من خلال مراحل مختلفة.
- بمجرد الانتهاء من نشر ومرحلة التغيير من السائل، ضع مغناطيس إلى وجهتها سابقا من قبل الخزان بحيث تشكل حبات مغناطيسية إلى كتلة.
- عن طريق ضخ حقنة، سحب السوائل مثل أن الكتلة حبة المغناطيسي يتم نقلها من الخزان السطحي، عبر فجوة الهواء، ومرة أخرى إلى H 2 O اختبار الغرفة.
- وبمجرد وصول كتلة حبة المغناطيسي في منتصف غرفة الاختبار، ووقف الضخ على ضخ حقنة.
- تحريك المغناطيس المكعب بعيدا عن الأنبوب. وهذا سوف يسمح حبات مغناطيسية لفصل وسوف يساعد على التقليل من الوقت نشر السائل المحاصرين في الكتلة حبة المغناطيسي.
- مشاهدة شاشة الكمبيوتر لمراقبة H 2 O / C12E5 دورة الخليط من خلال مراحل مختلفة. بمجرد الانتهاء من نشر ومرحلة التغيير من السائل، ضع مغناطيس إلى الوجهة السابقة من خلال غرفة الاختبار بحيث تشكل حبات مغناطيسية إلى كتلة.
- كرر الخطوات 6،2-6،11 حتى تعرض غرفة الاختبار تغيير المرحلة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
باستخدام نهج مختبر في انابيب لنقل كميات ميكرولتر حجم السائل مع حبات مغناطيسية جنبا إلى جنب مع MATLAB للتحليل العددي، متوسط حجم التداول المرحل السائلة، بوصفها وظيفة من المغناطيسية كتلة حبة، تم العثور على (الشكل 2). كتلة أكبر من حبات مغناطيسية توفر أعلى حجم المرحل في معدل 2-3 ميكرولتر / ملغ. تم استخدام الإعداد التجريبية (الشكل 1) لمراقبة مرحلة تغيير داخل H 2 O / C12E5 النظام الثنائي. منذ H 2 O نظام / C12E5 هو معروف ولديه العديد من مراحل متميزة، وهو ما يمكن ملاحظته في الشكل 3B، كان بمثابة نقطة مرجعية ملائمة لمزيد من تميز الجهاز لدينا. خط متقطع في الشكل 3B يبين درجة الحرارة الاسمية التي أجريت تجارب على من ~ 20 ° C. وقد لوحظت ردود فعل بعناية من أوقات قصيرة، مثل 0-90 ثانية رأينا في الشكل 3C، لمرات أطول، مثل 1.5 إلى 25 دقيقة & #160؛ رأينا في الشكل 4 L 1 إلى L α مرحلة تغيير كان يستخدم للتحقق من حجم المرحل في H 2 O / C12E5 النظام الثنائي. وتبين الملاحظة المدى القصير مرحلة التحولات في مختلف مراحل البلورية السائلة عندما يتم نقل المياه نفذت في غرفة بالسطح C12E5. ومع ذلك، يمكن أن يكون هذا التغيير المرحلة الزمنية مع استمرار انتشار للوصول إلى دولة متجانسة في غرفة السائلة. في نهاية المطاف، فإن عمليات نقل متعددة يؤدي إلى تغيير دائم المرحلة كما هو مبين في الشكل 5B. على الرغم من طلاء مسعور تم تطبيقها على الجدار الداخلي للأنبوب، كانت هناك مخاوف من الجهاز لدينا اختلاف في حجم المرحل بسبب الخلاف السائل إلى الجدار الداخلي للأنبوب كما تم ضخ كميات أكبر ذهابا وإيابا . وكانت طريقة واحدة لدحض هذا القلق لإزالة حبات مغناطيسية من الجهاز وإجراء التجارب نفسها تماما كما لو كانت حبات مغناطيسية لا تزال في مكانها. وهذا من شأنه القضاء على المدورةأكثر من وحدة التخزين، مما يتيح لنا أن نلاحظ أي تأثير على التركيب الكيميائي القادمة من هذا النقل السائل غير مرغوب فيها. وقدم مقارنة بين مرحلة تغيير رأينا عندما حبات مغناطيسية في مكانها الصحيح (الشكل 5 A، B) مقابل عندما كنت إزالتها من النظام (الشكل 5 C، D). لحسن الحظ، وجدنا هذا القلق أن تكون تافهة بالمقارنة مع حجم المرحل.
الشكل 1. رسم تخطيطي من الإعداد التجريبية وصورة لأنبوب استخدمت تظهر جزأين السائلة مفصولة صمام الهواء. طبع (مكيف) بإذن من Blumenschein، N.، وهان، D.، Caggioni، M.، Steckl، A. المغناطيسي الجزيئات السائل الناقلون في النهج ميكروفلويديك مختبر في أنبوب للكشف عن المرحلة تغيير. ACS المواد التطبيقية واجهات. 6 (11)، 8066-8072، دوى: 10.1021 / am502845p (2014). حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. متوسط حجم السائل المرحل في نقل مقابل المغناطيسية كتلة حبة. التحليل العددي من مؤامرة باستخدام MATLAB. طبع (مكيف) بإذن من Blumenschein، N.، وهان، D.، Caggioni، M.، Steckl، A. الجزيئات المغناطيسية كما السائل الناقلون في النهج ميكروفلويديك مختبر في انابيب لكشف مرحلة تغيير. ACS المواد التطبيقية واجهات. 6 (11)، 8066-8072، دوى: 10.1021 / am502845p (2014). حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
المحافظة على together.within صفحة = "دائما"> 
الشكل 3. (A) مختبر في أنبوب الإعداد التجريبية. (B) المرحلة مؤامرة تغيير H 2 O / C12E5 النظام الثنائي. (C) مرحلة تغيير الملاحظ من H 2 O / C12E5 0-90 ثانية. طبع (مكيف) بإذن من Blumenschein، N.، وهان، D.، Caggioni، M.، Steckl، A. الجزيئات المغناطيسية كما السائل الناقلون في النهج ميكروفلويديك مختبر في انابيب لكشف مرحلة تغيير. ACS المواد التطبيقية واجهات. 6 (11)، 8066-8072، دوى: 10.1021 / am502845p (2014). حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 4.H 2 O / C12E5 مرحلة تغيير خلال الفترة بين 1.5 و 25 دقيقة. طبع (مكيف) بإذن من Blumenschein، N.، وهان، D.، Caggioni، M.، Steckl، A. الجزيئات المغناطيسية كما السائل الناقلون في مختبر ميكروفلويديك -in انابيب النهج للكشف عن المرحلة تغيير. ACS المواد التطبيقية واجهات. 6 (11)، 8066-8072، دوى: 10.1021 / am502845p (2014). حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. اثنين من أجهزة أعدت مع غرفة الاختبار التركيز الأولي 1: 1 H 2 O / C12E5 وخزان يحتوي على نقية C12E5. باستخدام ~ 0.2 ملغ من الخرز الشرط الأولي (A) إلى 6 التحويلات (B)، ونموذج الانتقال من L1 إلى Lα المرحلة. وفي abseالامتحانات التنافسية الوطنية من ميجا، ويعتبر أي تغيير المرحلة (C، D). وقد أجريت التجربة على 25 ° C. طبع (مكيف) بإذن من Blumenschein، N.، وهان، D.، Caggioni، M.، Steckl، A. الجزيئات المغناطيسية كما السائل الناقلون في النهج ميكروفلويديك مختبر في انابيب لكشف مرحلة تغيير. ACS المواد التطبيقية واجهات. 6 (11)، 8066-8072، دوى: 10.1021 / am502845p (2014). حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
في التقنيات الأكثر شيوعا لتحقيق مرحلة الرسم، وعينات متعددة مع التراكيب ونسب مختلفة تحتاج إلى أن تكون مستعدة ولديها للوصول إلى التوازن الحرارية الذي يسبب عملية طويلة وكمية كبيرة من المواد. بعض التحديات يمكن حلها عن طريق DIT طريقة (نقل بينية ناشر) باستخدام الشعرية شقة وطريقة تحليل الأشعة تحت الحمراء، ولكن يمكن أن أيا منها حل جميع التحديات مع الاستثمار منخفض التكلفة.
وقد أثبتت جدوى استخدام حبات مغناطيسية الناقلين السائلة في هذا النهج ميكروفلويديك "مختبر في أنبوب" لاستخدام الكشف عن مرحلة تغيير بين قطاعات السائلة المجاورة. وتسمح هذه الطريقة للتغيير التكوين الدقيق، والتي يمكن محددة سلفا باستخدام تقنية التحليل العددي هو مبين. أثبتت القدرة على عرض التغييرات الحية في نظام السطحي للماء في حين جعل التعديلات ضئيلة للمادة الكيميائية المكياج ليكون رصيدا قيما في هذا الجهاز.التقنيات الحالية المستخدمة في صناعة لتحليل مرحلة تغيير ديها بعض المظاهر غير المرغوب فيها المرتبطة بها. الثمن هو دائما مصدر قلق، وامتلاك القدرة على استخدام مثل هذه الكميات الصغيرة من المواد الكيميائية باهظة الثمن مثل C12E5 خلال التجريب هو بالتأكيد ميزة. وبالمثل، عندما خفض حجم العينة، يتم تقليل وقت الانتظار لعملية نشر عقده بشكل ملحوظ. وH 2 نظام O / C12E5 معقد إلى حد ما ويمكن أن يستغرق وقتا طويلا لتسوية في مرحلة معينة عندما يتم تغيير تكوينه. قد تظهر هذه الأوقات نشر مطولة ليكون غير مرغوب فيه، ولكن عندما مقارنتها إلى العصور نشر الأساليب المتبعة في الصناعة، ويعتبر ذلك بسرعة بمثابة خطوة تقدمية في تحليل تكوين أنظمة معقدة.
عند تحليل مرحلة تغيير نظام ثنائي، أو أي عدد من المواد الكيميائية المختلطة، فمن الأهمية بمكان أن يكون الدقة الكافية في طريقة المستخدمة. وأنفق الكثير من الوقت إيجاد علاقة بين حجم المرحل وأماهgnetic كتلة حبة. هناك عدد قليل من المتغيرات المختلفة، مثل حبة المغناطيسي المسامية العنقودية، اختبار حجم الغرفة مقابل حجم الخزان، والمغناطيسية كتلة كتلة حبة، درست، مما يتيح لنا دمج مجموعات مختلفة من البيانات وخلق نموذج. وخلال هذه العملية، كانت الوجبات الجاهزة الكبيرة العلاقة الخطية التي تم الحصول عليها بين حجم المرحل وحبة المغناطيسي كتلة كتلة. وجدنا حجم المرحل أن يكون ~ 2-3 ميكرولتر / ملغ من الخرز. بالطبع، هذه العلاقة لا ترتبط مع وحدات التخزين غرفة الاختبار والخزان، مما يسمح للمزيد من أساليب التجريب المعقدة. وهذا يعني، لأن حجم المرحل يعمل تقريبا كما ثابت اعتمادا على المغناطيسية كتلة حبة، وأحجام سيولة في النظام يمكن محددة سلفا لإحداث تغييرات الخطوة المطلوبة في تكوين السوائل اثنين. هذا يمكن أن تأتي في متناول اليدين عندما يريد المستخدم لمعرفة تقلبات تكوين أي مكان من 0.25٪ إلى 10٪.
وينص البروتوكول جدوى عالية لاستكشاف فاالرسم البياني ذاته مع كمية صغيرة عينة وقرار الغرامة على تكوينها. ومع ذلك، البروتوكول الحالي لا يزال يتطلب عدة دقائق لنقل واحد، مما أدى إلى أيام لاستكمال التحقيق مرحلة الرسم التخطيطي. هذا القيد لا يمكن التغلب عليها إما عن طريق استخدام أرق قطر الأنبوب أو يشتغل الميكانيكية الناجمة عن تغير المجال المغناطيسي الخارجي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AccuBead | Bioneer Inc. | TS-1010-1 | Magnetic beads |
| C12E5 Surfactant | Sigma-Aldrich | 76437 | |
| Thermo Scientific Nalgene 890 | Fisher Scientific | 14176178 | |
| Cube Magnet | Apex Magnets | M1CU | |
| Polarizer Film | Edmund Optics | 38-493 | |
| Teflon AF | Dupont | 400s1-100-1 | Fluoropolymer solution |
| Keyacid Red Dye | Keystone | 601-001-49 | Fluorescent dye |
| Luer-Lock | Cole-Parmer | T-45502-12 | Female |
| Luer-Lock | Cole-Parmer | T-45502-56 | Male |
| Syringe | Fisher Scientific | 14-823-435 | 3 ml |
| Syringe Pump | Stoelting | 53130 | |
| Stereo Microscope | Nikon | SMZ-2T | |
| Inverted Microscope | Nikon | Eclipse Ti-U | The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm. |
| Balance | Denver Instruments | PI-225D | |
| Microscope-Mounted Camera | Motic | 5000 |
References
- Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis. Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).
- Kozissnik, B., Dobson, J. Biomedical applications of mesoscale magnetic particles. MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).
- Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -L., Malaquin, L. Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays. Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).
- Blumenschein, N. A., Han, D., Caggioni, M., Steckl, A. J. Magnetic Particles as Liquid Carriers in the Microfluidic Lab-in-Tube Approach To Detect Phase Change. ACS Applied Materials, & Interface. 6, 8066-8072 (2014).
- Bordelon, H., et al. Development of a low-resource RNA extraction cassette based on surface tension valves. ACS applied materials. 3, 2161-2168 (2011).
- Adams, N. M., et al. Design criteria for developing low-resource magnetic bead assays using surface tension valves. Biomicrofluidic. 7, 014104 (2013).
- Hishida, M., Tanaka, K. Transition of the hydration state of a surfactant accompanying structural transitions of self-assembled aggregates. Journal of Physics: Condensed Matte. 24, 284113 (2012).
- Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system. Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).
- Chen, B. -H., et al. Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants. Langmui. 16, 5276-5283 (2000).
- Warren, P. B., Buchanan, M. Kinetics of surfactant dissolution. Current Opinion in Colloid, & Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).
- Laughlin, R. The Aqueous Phase Behavior of Surfactant. , Academic Press. New York. (1996).
- Laughlin, R. G., et al. Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR). The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).
- Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2−Water System. Langmui. 16, 3537-3542 (2000).
