Dispositivo de microfluidos centrífuga basada en capilar para la Formación Tamaño-controlable de monodisperso microgotas
Summary
Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.
Abstract
Aquí, demostramos un método simple para la producción rápida de tamaño controlable, monodispersas, W microgotas de E / S utilizando un dispositivo de microfluidos centrífuga basada en capilar. microgotas W / O se han utilizado recientemente en poderosos métodos que permiten miniaturizados experimentos químicos. Por lo tanto, el desarrollo de un método versátil para dar monodispersa W / O se necesita microgotas. Hemos desarrollado un método para generar monodisperso W microgotas de E / S sobre la base de un dispositivo de co-fluye de revolución centrífuga basada en capilar de microfluidos. Hemos tenido éxito en el control del tamaño de las microgotas ajustando el orificio capilar. Nuestro método requiere un equipo que es más fácil de usar que con otras técnicas de microfluidos, requiere sólo un pequeño volumen (0,1 a 1 l) de solución de muestra para la encapsulación, y permite la producción de cientos de miles número de W microgotas de E / S por segundo . Esperamos que este método ayudará a los estudios biológicos que requieren preciosa s biológicaejemplos de la conservación del volumen de las muestras para la rápida bioquímica análisis cuantitativo y estudios biológicos.
Introduction
W / O microgotas 1-5 tienen muchas aplicaciones importantes para el estudio de la bioquímica y la bioingeniería, incluyendo la síntesis de proteínas 6, 7 de cristalización de proteínas, emulsión PCR 8,9, encapsulación de células 10, y la construcción de sistemas similares a células artificiales 5,6. Para producir microgotitas W / S para estas aplicaciones, criterios importantes son el control de tamaño y monodispersibility de las microgotitas W / O. Los dispositivos microfluídicos para hacer monodispersa, tamaño controlable W / O microgotitas 11 se basan en el método de co-fluye 12,13, método de enfoque de flujo de 14,15, y el método de unión en T 16 en microcanales. Aunque estos métodos producen microgotas W / O altamente monodispersas, el proceso de microfabricación requiere un manejo complicado y técnicas especializadas para la preparación de microcanales, y también requiere una gran cantidad de solución de muestra (al menos varios cientos81; l) debido al volumen muerto inevitable en las bombas de jeringa y tubos que conducen la solución de muestra a los microcanales. Por lo tanto, un método fácil de usar y de bajo volumen muerto para generar monodispersa W / O se necesita microgotas.
Este documento, junto con vídeos de los procedimientos experimentales, se describe un dispositivo de centrífuga a base de capilar de revolución co-fluye microfluidos 17 para la generación de tamaño celular, monodisperso W / O microgotas (Figura 1). Este sencillo método logra monodispersidad tamaño y capacidad de control de tamaño. Requiere sólo una mesa de mini-centrifugadora y un dispositivo de co-fluye de revolución basada en capilares de microfluidos fija en un microtubo de muestreo. Nuestro método sólo se necesita un volumen muy pequeño (0,1 l), y no pierde volumen significativo de la muestra.
Protocol
Representative Results
Discussion
El uso de este dispositivo, el monodisperso W / O microgotas fueron generados por Plateau-Rayleigh inestabilidad de un chorro de flujo 17. El examen microscópico no reveló la presencia de gotitas satélite. En la fabricación del dispositivo, tres pasos críticos son esenciales para generar con éxito microgotas W / O monodispersas. En primer lugar, para suministrar un flujo lineal de aceite que contiene tensioactivo y la solución acuosa, los orificios capilares de cuatro discos deben estar dispuestos en u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the PRESTO “Design and Control of Cellular Functions” research area of the Japan Science and Technology Agency (JST), a Grant-in-Aid for Scientific Research of Innovative Areas “Molecular Robotics” (Project No. 24104002) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan, Grant-in-Aid for Young Scientists (A) (Project No. 24680033) and Scientific Research (B) (Project No. 26280097) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), and the Creative Design for Bioscience and Biotechnology course of the School of Bioscience and Biotechnology at Tokyo Tech.
Materials
| 2-mm-thick polyacetal plastic plate | Tool | Nikkyo Technos, Co., Ltd. (Japan) | 244-6432-08 | |
| Milling machine | Tool | Roland DG Co., Ltd. (Japan) | MDX-40A | |
| End Mill RSE230-0.5*2.5 | Tool | NS Tool Co., Ltd. (Japan) | 01-00644-00501 | |
| M2*40 screws | Tool | Jujo Synthetic Chemistry Labo. (Japan) | 0001-024 | |
| Glass Capillry Puller | Tool | Narishige (Japan) | PC-10 | |
| Microforge | Tool | Narishige (Japan) | MF-900 | |
| Inner Glass Capillary | Tool | Narishige (Japan) | G-1 | |
| Outer Glass Capillary | Tool | World Precision Instruments Inc. (USA) | 1B200-6 | |
| 1.5 ml Sample tube | Tool | INA OPTIKA CO.,LTD (Japan) | ST-0150F | |
| Hexadecane | Reagent | Wako Pure Chemical Industries Ltd. (Japan) | 080-03685 | |
| Sorbitan monooleate (Span 80) | Reagent | Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Japan) | S0060 | |
| Milli Q system | Reagent | Merck Millipore Corporation (Germany) | ZRQSVP030 | |
| Swinging-out-type Mini-centrifuge | Tool | Hitech Co., Ltd. (Japan) | ATT101 | |
| Digital Microscope | Tool | KEYENCE Corporation (Japan) | VHX-2001 |
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