Abstract
חרוזים מגנטיים עם ~ 1.9 מיקרומטר קוטר ממוצע שמשו להובלת כרכי microliter של נוזלים בין מגזרי נוזל רציפים עם צינור לצורך חקירת שינוי שלב של מגזרים אלה נוזליים. חרוזים המגנטיים חיצוניים נשלטו באמצעות מגנט, המאפשרים לחרוזים לגשר על שסתום האוויר בין מגזרי נוזל הסמוכים. ציפוי הידרופובי היה מוחל על המשטח הפנימי של הצינור על מנת לשפר את ההפרדה בין שני מגזרים נוזליים. השדה המגנטי נוצר מיושם אשכול כולל של חרוזים מגנטיים, לכידת כמות נוזל מסוימת בתוך האשכול שנקרא לשאת על נפח. צבע ניאון התווסף למגזר נוזל אחד, ואחריו סדרה של העברות נוזליים, אשר לאחר מכן שינו את עוצמת הקרינה במגזר הנוזל השכן. בהתבסס על הניתוח המספרי של שינוי עוצמת הקרינה שנמדד, לשאת על הנפח למסה של חרוזים מגנטיים כבר מצאלהיות ~ 2 עד 3 μl / מ"ג. כמות קטנה של נוזל זה מותר לשימוש במקטעי נוזל קטנים יחסית של כמה מאה מיקרוליטר, שיפור ההיתכנות של המכשיר לגישת מעבדה בצינור. טכניקה זו של החלת וריאציה הלחנה קטנה בנפח נוזל הייתה מוחלת על ניתוח תרשים שלב ינארי בין מים והחומרים פעילי השטח C12E5 (אתר monododecyl גליקול pentaethylene), שהוביל לניתוח מהיר יותר עם כרכי מדגם קטנים יותר מאשר בשיטות מקובלות.
Introduction
חרוזים מגנטיים (MBS) בסדר הגודל של מיקרומטר 1 בקוטר שימשו 1,2 לעתים קרובות ביישומים מבוססי מייקרו-נוזליים, במיוחד עבור התקנים ביו-רפואיים. במכשירים אלה, מ"ב הציעו יכולות כגון תא והפרדת חומצות גרעין, חומרי ניגוד, ומשלוח סמים, עד כמה שם. השילוב של בקרה חיצונית (שדה מגנטי) ומיקרופלואידיקה מבוססת אגל אפשר 3 שליטה של immunoassays באמצעות כמויות קטנות (<100 NL). גם מ"ב הראו הבטחה בעת שימוש לנוזל טיפול 4. גישה זו משתמשת במ"ב להעביר מולקולות ביולוגיות בין מגזרי נוזל בתוך צינור מופרד על ידי שסתום אוויר. שיטה זו היא לא חזקה כמו מכשירים מורכבים יותר אחרים מעבדה-על-שבב ראו בעבר, אבל זה הרבה יותר פשוט ואין להציע את היכולת של טיפול כרכי microliter בגודל של נוזל. גישה דומה דווחה לאחרונה על ידי הקבוצה של 5 Haselton ולהחיל ביו-רפואימבחני.
אחד ההיבטים החשובים ביותר של המכשיר הזה הוא הפרדת המקטע הנוזלית המוצעת על ידי שסתום האוויר המבוקר-פני השטח-מתח. כרכי microliter של נוזל המצורף למ"ב מועברים דרך אוויר פער זה בין מגזרים נוזליים באמצעות שדה מגנטי חיצוני. מ"ב microparticle (מ~ .4-7 מיקרומטר בקוטר עם ממוצע של 1.9 מיקרומטר) תחת ההשפעה של השדה המגנטי החיצוני ליצור אשכול מיקרו-נקבובי שלוכד את נוזל בתוך. כוחו של מלכוד נוזל זה הוא מספיק כדי לעמוד בכוחות של מתח פנים בעת הובלת מ"ב ממאגר אחד למשנהו. בדרך כלל, השפעה זו אינה רצויה, כמו רוב הגישות רוצה תחבורה של מולקולות ספציפיות (כגון סמנים ביולוגיים) בתוך הנוזלים 6 בלבד. עם זאת, כפי שניתן לראות בעבודה שלנו, השפעה זו יכולה להיות מנוצלת כדי להפוך להיבט חיובי של המכשיר.
יש לנו מנוצלים "מעבדה בצינור זה"גישה, מוצגת באופן סכמטי באיור 1, לניתוח דיאגרמות שלב במערכות חומרים בינארי. פעילי שטח C12E5 נבחר כמוקד העיקרי של אפיון, כפי שהוא בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים כגון תרופות, מוצרי מזון, קוסמטיקה, וכו 'בפרט, 2 מערכת בינארית H O / C12E5 נחקרה משום שהוא מספק עשיר סט של שלבים לחקור. יש לנו התמקדתי בהיבט מסוים אחד של תערובת כימית זו, כלומר המעברים לשלבי גבישים נוזליים תחת ריכוזים מסוימים 7-9. מעבר זה נצפה בקלות במכשיר שלנו על ידי שילוב מקטבים במחקרי מיקרוסקופיה האופטיים על מנת להדגיש את גבולות שלב.
היכולת למפות דיאגרמות שלב היא אזור חשוב מאוד של מחקר כדי להבין קינטיקה מעורבת עם שלב מעבר 10. היכולת לקבוע את האינטראקציה של חומרים פעילי שטח עם ממסים בדיוקND רכיבים אחרים הוא חיוניים בשל מורכבותם ושלבים ברורים רבים 11. טכניקות רבות אחרות בעבר שימשו לאפיין שינוי שלב. הגישה המקובלת כרוכה בביצוע דגימות רבות, כל אחד בהיקף של ריכוזים שונים ומאפשר להם לאזן, אשר דורשת פעמים עיבוד ממושכות וכמות גבוהה של כרכי מדגם. ואז, דגימות מנותחות בדרך כלל על ידי שיטות אופטיות כגון תחבורת diffusive interfacial (DIT), המציעה רזולוציה גבוהה של יצירות פעילי שטח כגון 12,13. בדומה לשיטה שנוצלנו, שיטת DIT משתמשת באור מקוטב לגבולות שלב מובחנים תמונה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת חד-פעמי להשתמש בחומרים במכשיר
- הכנת הצינור
- חותך צינורות לתוך 15 מגזרי סנטימטר. יש צינורות 1.6 מ"מ קוטר פנימי 3.2 מ"מ וקוטר חיצוני.
- מגזרי צינור לתלות אנכי באמצעות קלטת. מניחים מגבת נייר מתחת צינורות כדי לאסוף את פתרון fluoropolymer העודף.
- הזרק של פתרון fluoropolymer 100 μl לפתיחה עליונה של כל מגזר צינור באמצעות מזרק, כך שזה יבוא במגע עם היקף שלם על-הפנימי הקיר.
- לאפשר מגזרי צינור לתלות במקום עבור שעה 1 כדי להסיר סכום עודף של פתרון fluoropolymer.
- לנקות את כל פתרון fluoropolymer מצד תחתון של צינור שלא לטפטף החוצה. הסר צינורות מתליית עמדה ולהיפטר מגבות נייר.
- מגזרי צינור מקום לתנור ב 100 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 כדי לחשל את שכבת ציפוי fluoropolymer.
- הסר מגזרי צינור מתנור. להשתמש בפינצטה, כמו SEG צינורמפעלים יהיו חמים.
- הכנת פתרון חרוז מגנטי מדולל
- חישוב ריכוז חרוז מגנטי הדרוש כדי להשיג את הרצוי לשאת על הנפח, כפי שנקבע על ידי מערכת היחסים בין לשאת על נפח וMB לראות המוני באיור 2.
הערה: יש הפתרון המקורי MB 1 גרם של מ"ב ב 50 מיליליטר של תמיסה. בהתחשב מבחן קאמרי נפח של 20 μl, לדלל פתרון MB מקורי עם מים מזוקקים ליחס של 6: 4 (פתרון MB: מים) כדי להשיג לשאת על נפח של 0.4 ~ μl. התאם יחס דילול כאשר שונה לשאת על נפח רצוי. - הנח בקבוקון 20 מיליליטר מדגם על מיקרו-מאזן. אפס האיזון.
- להתסיס את מיכל פתרון חרוז המגנטי, אז לסגת 0.6 מיליליטר באמצעות מיקרו-פיפטה.
- לוותר פתרון pipetted לתוך בקבוקון המדגם על איזון.
- לוותר 0.4 מיליליטר של מים מזוקקים לתוך בקבוקון המדגם.
- חישוב ריכוז חרוז מגנטי הדרוש כדי להשיג את הרצוי לשאת על הנפח, כפי שנקבע על ידי מערכת היחסים בין לשאת על נפח וMB לראות המוני באיור 2.
- l צבע פלואורסצנטיהכנת מוניטורים LCD
- לפזר 2 WT.% מצבע לתוך המים DI ידי vortexing פתרון דקות 1.
2. הכנת ההתקנה הניסיונית לניסויים בקרינה
- הכנת מכשיר צינורות.
- הכנס מחבר luer נעילה נקבה על קצה אחד של הצינור.
- מניחים את הצינור לתוך מזרק luer נעילה שיש 3 מיליליטר נפח 0.1 מיליליטר וסיום הלימודים.
- מניחים את המזרק לתוך משאבת המזרק ולקבוע את שיעור העדכון של 2 מיליליטר / שעה.
- להחדרה מדויקת של נוזלים לתוך צינורות, להשתמש במשאבת המזרק למשוך את התמיסה המכילה חרוזים מגנטיים וצבע ניאון.
- הכנס 20 μl של פתרון חרוז מגנטי לתוך צינור באמצעות נסיגת משאבת מזרק. קטע נוזל זה נקרא חדר בדיקה (בדיקת תא הנפח יכול להשתנות בהתאם לניסוי). מערבולת המכל עם פתרון חרוז מגנטי דקות 1 ולאחר מכן להתסיס ביד במהלך מחזור הנסיגה ליצירת תפוצות MB אחידים.
- לאחר הכניסה נוזל תא הבדיקה הגיעה למסקנה, לסגת 6 μl של אוויר לתוך הצינור. נפח זה של אוויר יהיה מאוחר יותר ליצור שסתום בין שני המגזרים נוזליים.
- לאחר הכניסה פער האוויר הושלמה, מתחיל נסיגה 180 μl של נוזל בצבע ניאון. קטע נוזל זה נקרא המאגר. מאגר נפח יכול להשתנות בהתאם לניסוי. נפח מאגר גדול יותר מועיל כדי למזער את השינוי של ריכוז צבע.
- הנח מחבר luer נעילה נקבה שני על הקצה השני של הצינור.
- הסר את התקן הצינור מהמזרק.
- מניחים כובעי Luer נעילה בשני הקצוות של המכשיר.
- התקנת אופטיקה לניסויי הקרינה
- הפעל את כל הרכיבים המחוברים למיקרוסקופ ההפוך.
- הפעל את המחשב ולפתוח את תוכנת ההדמיה מיקרוסקופ.
- קח מדידת עוצמת הקרינה ראשונית של חדר בדיקה ומאגר באמצעות מיקרוסקופ ההפוכה. כאשר מנתח את הקרינה של המדגם, להבטיח כי המוקד הוא בעמדת המרכז (בשני כיווני x ו- y) של מגזר הנוזל בתוך הצינור. שיא מדידות בגיליון אלקטרוני נתונים.
- מניחים את מכשיר על גבי מגנט קובייה כך שכל חרוזים המגנטיים להפריד לאזור אחד בחדר הבדיקה. העבר את החרוזים למאגר על ידי הזזת המכשיר על גבי המגנט (~ 10 שניות). מגנט ניאודימיום קוביית 1 אינץ 'הוא הכיתה N48 עם כוח משיכה של 45.6 קילוגרם.
- ברגע שאשכול חרוז מגנטי מועבר דרך פער האוויר ולתוך המאגר, להתסיס את חרוזים המגנטיים על ידי הנחת המכשיר על גבי המגנט ומסתובב כדי לשחרר את הנוזל שלכוד בתוך האשכול. המשך תסיסה של חרוזים המגנטיים עד הומוגניות של המאגר הייתההושלם (~ 30-45 שניות).
- מניחים את מכשיר על גבי מגנט כך שהחרוזים המגנטיים במאגר כל להפריד לאזור אחד. העבר את אשכול חרוז המגנטי חזרה לחדר הבדיקה.
- ברגע שמגיע לאשכול חדר הבדיקה, להתסיס את חרוזים המגנטיים על ידי הנחת המכשיר על גבי המגנט ומסתובב כדי לשחרר את נוזל הניאון לכוד בתוך. המשך תסיסה של חרוזים המגנטיים עד הומוגניות של חדר הבדיקה הושלמה (~ 30-45 שניות).
- קח מדידות עוצמת הקרינה של שניהם חדר הבדיקה ומאגר באמצעות מיקרוסקופ ההפוכה. שיא מדידות בגיליון אלקטרוני נתונים.
- צעדים 3.2-3.6 חוזרים עד ששני מגזרי הנוזל להתכנס לעוצמות הקרינה דומות (~ 100 מחזורים).
4. אנליזה נומרית של נתונים פלורסנט
- נתוני עוצמת ניאון עם מאוחסנים לתוך גיליון אלקטרוני, לבצע אנליזה נומרית באמצעות MATLAB.
- Derivמשוואות דואר לחשב שווי תיאורטי של עוצמת הקרינה בשני המאגרים וחדר בדיקה. לשלב את המשוואות לקובץ תסריט MATLAB הבאות:
שבו אני הוא את עוצמת הקרינה (AU), V הוא נפח (μl), n הוא מספר ההעברות, R הוא המאגר, T הוא חדר הבדיקה, ו- C הוא לשאת מעל. - באמצעות MATLAB, ליצור חלקות ולנתח כדי לקבוע לשאת על הנפח לכל הניסויים. להשתמש בנתונים אלה כדי לייצר איור 2.
5. הכנת ההתקנה הניסיונית לניסויים פעילים שטח
- הכנת מכשיר צינורות.
- הכנס Luer נעילת נקבה על קצה אחד של הצינור.
- מניחים את הצינור לתוך מזרק luer נעילה.
- מניחים את המזרק לתוך משאבת המזרק ולקבוע את שיעור העדכון של 2 מיליליטר / שעה.
- להחדרה מדויקת של נוזלים לתוך צינורות, להשתמש במשאבת המזרק למשוך את התמיסה המכילה חרוזים המגנטיים וsurfactant.
- הכנס פתרון חרוז 20 μl מגנטי לתוך צינור באמצעות נסיגת משאבת מזרק. קטע נוזל זה נקרא חדר בדיקה (בדיקת תא הנפח יכול להשתנות בהתאם לניסוי). להתסיס את המכל עם פתרון חרוז מגנטי ביד במהלך מחזור הנסיגה ליצירת תפוצות MB אחידים.
- לאחר הכניסה נוזל תא הבדיקה הגיעה למסקנה, לסגת 6 μl של אוויר לתוך הצינור. נפח זה של אוויר יהיה מאוחר יותר ייקרא פער האוויר.
- לאחר הכניסה פער האוויר הושלמה, מתחיל נסיגה 180 μl של שטח C12E5 הטהור. זה יהיה מאוחר יותר ייקרא המאגר.
- התקנת אופטיקה לניסויי שטח.
- הזז משאבת מזרק עם מכשיר צינורות כך שחדר הבדיקה עם חרוזים מגנטיים הוא בפוקוס עם מיקרוסקופ סטריאו.
- הנח גיליון של סרט מקטב על גבי מקור אור LED. חלק את מקור אור LED מתחת לצינור המחובר למשאבת המזרק.
- צרף אחר סרט מקטב לעדשה של מיקרוסקופ סטריאו באמצעות קלטת. הקפד ששני סרטי המקטב יש תואר 90 לקזז אחד מהשני.
- הר CCD (התקן מצמידים תשלום) מצלמה למיקרוסקופ סטריאו. חבר את המצלמה למחשב ולפתוח את תוכנת ההדמיה.
6. נוהל ניסיון לניסויים פעילים שטח
- הנח את מגנט הקובייה ליד חדר הבדיקה ואילו המגנט הוא רכוב על דוכן.
- ברגע שהחרוזים המגנטיים יוצרים אשכול, להתחיל שאיבת נוזלים בצינור בשיעור של 2 מיליליטר / שעה ההזנה כך שאשכול חרוז המגנטי מועבר מחדר הבדיקה, על פני פער האוויר, ולתוך תא המאגר פעילי שטח.
- ברגע שאשכול חרוז המגנטי מגיע לנקודת האמצע של תא המאגר, להפסיק את השאיבה במשאבת המזרק.
- הזז את מגנט הקובייה מהצינור, המאפשר לחרוזים מגנטיים להפרידND לצמצם את זמן דיפוזיה של נוזלי לכודים באשכול חרוז המגנטי.
- צפה במסך המחשב כדי לצפות בH 2 O / מחזור תערובת C12E5 דרך שלבים שונים.
- ברגע ששינוי דיפוזיה והשלב של הנוזל הושלם, למקם את המגנט חזרה ליעד לשעבר במאגר כך חרוזים המגנטיים יוצרים לאשכול.
- באמצעות משאבת המזרק, למשוך את הנוזלים כך שאשכול חרוז המגנטי מועבר מהמאגר פעילי השטח, על פני פער האוויר, ובחזרה לחדר בדיקת 2 O H.
- ברגע שאשכול חרוז המגנטי מגיע לנקודת האמצע של חדר הבדיקה, להפסיק את השאיבה במשאבת המזרק.
- הזז את מגנט הקובייה מהצינור. זה יאפשר חרוזים מגנטיים להפריד ויעזור לצמצם את זמן דיפוזיה של נוזלי לכודים באשכול חרוז המגנטי.
- צפה במסך המחשב כדי לצפות בH 2 O / מחזור תערובת C12E5 דרך שלבים שונים. ברגע ששינוי דיפוזיה והשלב של הנוזל הושלם, למקם את המגנט חזרה ליעד לשעבר שלה על ידי תא הבדיקה כדי חרוזים המגנטיים יוצרים לאשכול.
- חזור על שלבים 6.2-6.11 עד חדר הבדיקה מציג שינוי שלב.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
שימוש בגישה Lab-ב- טיוב להובלת כמויות μl בנפח של נוזל עם חרוזים מגנטיים יחד עם MATLAB לאנליזה נומרית, כרכים לשאת על נוזל ממוצע, כפונקציה של מסת חרוז מגנטית, נמצאו (איור 2). מסה גבוהה יותר של חרוזים מגנטיים מספקת גבוה יותר לשאת על נפח בשיעור 2-3 μl / מ"ג. הגדרת הניסוי (איור 1) שימשה להתבונן שינוי שלב ב2 O מערכת בינארית H / C12E5. מאז מערכת 2 O / C12E5 H היא ידועה ויש הרבה שלבים ברורים, שניתן לראות באיור 3, זה שימש כנקודת ההתייחסות מתאימה לאפיין המכשיר שלנו עוד יותר. הקו המקווקו באיור 3 מראה את הטמפרטורה הנומינלית, שניסויים בוצעו מ~ C ° 20. תגובות נצפו בזהירות מפעמים קצרות, כגון 0-90 שניות ניתן לראות באיור 3 ג, לזמנים ארוכים יותר, כגון 1.5-25 דקות & #160;. ניתן לראות באיור 4 L 1 לשינוי שלב α L שימש כדי לוודא לשאת על נפח ב2 O מערכת בינארית H / C12E5. תצפית לטווח קצר ניתן לראות מעבר פאזה לשלבי גבישים נוזליים שונים כאשר המים שנערכו מועבר לתא שטח C12E5. עם זאת, שינוי בשלב זה יכול להיות זמני כדיפוזיה ממשיכה להגיע למצב אחיד בתא הנוזל. סופו של דבר, ההעברות מרובות תוביל לשינוי שלב קבוע כפי שמוצגות באיור 5. למרות ציפוי הידרופובי היה מוחל על הפנימי-הקיר של הצינור, דאגה אחת מהמכשיר שלנו הייתה שונה בלשאת על נפח בשל דבק נוזלי לפנימי-הקיר של הצינור כאמצעי אחסון גדול יותר היו נשאב בחזרה-ושוב . דרך אחת להפריך חשש זה הייתה כדי להסיר את חרוזים המגנטיים מהמכשיר ולבצע את אותה ניסויים בדיוק כאילו חרוזים המגנטיים היו עדיין במקום. זה היה לחסל את עם המזוודהעל עוצמת קול, ומאפשר לנו להתבונן בכל תופעות בהרכב כימי שמקורם בהעברת נוזל בלתי רצויה זו. השוואה של שינוי השלב ראתה כאשר חרוזים המגנטיים נמצאים במקום (איור 5, B) לעומת כאשר הם הוסרו מהמערכת (5 C איור, ד) נעשתה. למרבה המזל, חשש זה נמצא חסר חשיבות בהשוואה ללשאת על הנפח.
איור 1. תרשים סכמטי של התקנה ותמונה של צינור ניסוי נעשתה שימוש מראה שני מגזרי נוזל מופרדים על ידי שסתום אוויר. יצא לאור שוב (מותאם) באישור Blumenschein, נ ', האן, ד', Caggioni, מ ', Steckl, א המגנטי חלקיקים כמו דיסקים נוזליים בגישת Lab-ב- טיוב Microfluidic לזיהוי שלב שינוי. אפלייד ACS וממשקים. 6 (11), 8,066-8,072, doi: 10.1021 / am502845p (2014). כל הזכויות שמורות 2,014 האגודה האמריקנית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. נוזל הממוצע לשאת על נפח להעברה לעומת מסת חרוז מגנטית. אנליזה נומרית של עלילה באמצעות MATLAB. הודפס מחדש (מותאם) באישור Blumenschein, נ ', האן, ד', Caggioni, מ ', Steckl, חלקיקים מגנטיים א כדיסקים נוזליים בגישת Microfluidic מעבדה-ב- טיוב כדי זיהוי שלב שינוי. אפלייד ACS וממשקים. 6 (11), 8,066-8,072, doi: 10.1021 / am502845p (2014). זכויות יוצרים 2014 האגודה האמריקנית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
לשמור-together.within עמודים = "תמיד"> 
איור 3. (א) הגדרת ניסוי מעבדה-בצינור. שינוי עלילת שלב (ב) למערכת בינארית 2 O H / C12E5. (ג) שינוי נצפה שלב של H 2 O / C12E5 0-90 שניות. הודפס מחדש (מותאם) באישור Blumenschein, נ ', האן, ד', Caggioni, מ ', Steckl, חלקיקים מגנטיים א כדיסקים נוזליים בגישת Microfluidic מעבדה-ב- טיוב כדי זיהוי שלב שינוי. אפלייד ACS וממשקים. 6 (11), 8,066-8,072, doi: 10.1021 / am502845p (2014). זכויות יוצרים 2014 האגודה האמריקנית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4.H 2 O / C12E5 שינוי שלב פני תקופה של 1.5 עד 25 דקות. יצא לאור שוב (מותאם) באישור Blumenschein, נ ', האן, ד', Caggioni, מ ', Steckl, חלקיקים מגנטיים א כדיסקים נוזליים במעבדה Microfluidic גישת -in-טיוב כדי זיהוי שלב שינוי. אפלייד ACS וממשקים. 6 (11), 8,066-8,072, doi: 10.1021 / am502845p (2014). זכויות יוצרים 2014 האגודה האמריקנית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
5. שני מכשירי איור מוכנים עם ריכוז ראשוני חדר בדיקה של 1: 1 H 2 O / C12E5 ומאגר המכילים C12E5 הטהור. באמצעות ~ 0.2 מ"ג חרוזים ממצב ראשוני () 6 העברות (ב '), מעברי המדגם מL1 לLα שלב. בabseNCE של MBS, לא חלו שינוי שלב הוא ראה (C, D). ניסוי בוצע על 25 מעלות צלזיוס. הודפס מחדש (מותאם) באישור Blumenschein, נ ', האן, ד', Caggioni, מ ', Steckl, חלקיקים מגנטיים א כדיסקים נוזליים בגישת Microfluidic מעבדה-ב- טיוב כדי זיהוי שלב שינוי. אפלייד ACS וממשקים. 6 (11), 8,066-8,072, doi: 10.1021 / am502845p (2014). זכויות יוצרים 2014 האגודה האמריקנית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בטכניקות הנפוצות ביותר לחקירת תרשים שלב, דוגמאות רבות עם יצירות ויחסים שונים צריכים להיות מוכנות וצריך להגיע לשיווי משקל תרמודינמי שגורם תהליך ארוך וכמות משמעותית של חומר. ניתן לפתור אתגרים מסוימים על ידי DIT שיטה (תחבורת interfacial diffusive) באמצעות נימים שטוחות ושיטת ניתוח אינפרא אדום, אבל אף אחד מהם יכול לפתור את כל האתגרים עם השקעה בעלות נמוכה.
הכדאיות של שימוש חרוזים מגנטיים כנישאים נוזליים בגישה זו microfluidic "מעבדה בצינור" הודגמה לשימוש בזיהוי שינוי שלב בין מגזרי נוזל סמוכים. שיטה זו מאפשרת לשינוי הרכב מדויק, שיכול להיות קבוע מראש באמצעות טכניקת האנליזה נומרית לראות. היכולת להציג את השינויים בשידור חי במערכת מים פעילי שטח בעת ביצוע שינויים מזעריים לאיפור הכימי הוכיחה להיות נכס יקר במכשיר זה.יש טכניקות נוכחיים המשמשות בתעשייה לניתוח שינוי שלב כמה היבטים בלתי רצויים הקשורים. עלות היא תמיד דאגה, ויש להם את היכולת להשתמש בכמויות קטנות כל כך של כימיקלים יקרים כמו C12E5 במהלך הניסויים היא בהחלט יתרון. כמו כן, כאשר הקטנת גודל מדגם, זמן ההמתנה לתהליך דיפוזיה להתקיים מצטמצם משמעותי. 2 מערכת O / C12E5 H היא מורכבת למדי ויכולה לקחת זמן רב כדי להתיישב לשלב מסוים בעת הרכבה משתנה. פעמים דיפוזיה ארוכות אלה עשויות להיראות לא רצויים, אבל כאשר משווים אותו לזמני דיפוזיה של השיטות הנהוגות בתעשייה, הוא ראה במהירות כצעד מתקדם בניתוח ההרכב של מערכות מורכבות.
בניתוח שינוי שלב של מערכת בינארית, או כל מספר של כימיקלים מעורבים, חשוב שיהיו לי דיוק נאות בשיטה נמצא בשימוש. זמן רב בילה במציאת קשר בין לשאת על הנפח ואמאמסת חרוז gnetic. כמה משתנים שונים, כגון נקבוביות חרוז מגנטי אשכול, לעומת מאגר נפח תא בדיקת נפח, ומסת אשכול חרוז מגנטית, נחקרו, ומאפשרים לנו לאחד קבוצות שונות של נתונים וליצור מודל. במהלך תהליך זה, טייק אוויי הגדולות היה קשר ליניארי בין הושג לשאת על נפח ומסת אשכול חרוז מגנטי. מצאנו לשאת על הנפח להיות ~ 2 עד 3 μl / מ"ג של חרוזים. כמובן, מערכת יחסים זו אינה תואם את היקפי חדר בדיקה ומאגר, המאפשרים לשיטות ניסויים מורכבות יותר. כלומר, מאז לשאת על הנפח פועל כמעט כקבוע בהתאם למסת חרוז מגנטית, יכולים להיות קבועים מראש כרכי נוזל במערכת כדי ליצור רצוי שינויי צעד בהרכב של שני נוזלים. זה יכול להיות שימושי כאשר המשתמש רוצה לראות את תנודות הרכב בכל מקום בין 0.25% ל- 10%.
הפרוטוקול מספק היתכנות גבוהה לחקר PHAתרשים se עם כמות קטנה מדגם ורזולוציה קנס על הרכב. עם זאת, פרוטוקול הנוכחי עדיין דורש כמה דקות להעברה בודדת, שהוביל לימים לחקירת תרשים שלב מלא. מגבלה זו ניתן להתגבר גם על ידי שימוש בקוטר צינור דק יותר או actuation המכני הנגרם על ידי וריאציה שדה מגנטית חיצונית.
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).
