प्रयोगशाला में एक ड्रॉप प्रतिक्रिया प्रणाली एक microfluidic पैमाने में जटिल प्रतिक्रियाओं के बहुमुखी कार्यांवयन की अनुमति देते हैं । एक स्वचालित एक्च्यूएशन एक 3 x 3 विद्युत चुम्बकीय coils के मैट्रिक्स से मिलकर मंच विकसित किया गया था और सफलतापूर्वक २ १० µ l microreactors विलय करने के लिए इस्तेमाल किया और इस तरह जिसके परिणामस्वरूप तरल पत्थर में एक एंजाइमी प्रतिक्रिया आरंभ.
microfluidic प्रतिक्रिया प्रणालियों के सफल कार्यांवयन के लिए, जैसे पीसीआर और ट्रो, छोटे तरल मात्रा के आंदोलन के लिए आवश्यक है । पारंपरिक प्रयोगशाला में एक चिप प्लेटफार्मों, सॉल्वैंट्स और नमूनों जटिल प्रवाह नियंत्रण प्रतिष्ठानों के साथ परिभाषित microfluidic चैनलों के माध्यम से पारित कर रहे हैं । छोटी बूंद एक्च्यूएशन मंच यहां प्रस्तुत एक आशाजनक विकल्प है । इसके साथ, यह एक प्रतिक्रिया मंच के एक planar सतह पर एक तरल ड्रॉप (microreactor) स्थानांतरित करने के लिए संभव है (प्रयोगशाला में एक ड्रॉप). मंच की hydrophobic सतह पर microreactors का एक्च्यूएशन तरल बूंदों के बाहरी कवच पर अभिनय करने वाले चुंबकीय बलों के प्रयोग पर आधारित है जो superhydrophobic मैग्नेटाइट कणों की एक पतली परत से बना है । मंच के hydrophobic सतह तरल कोर और सतह के बीच किसी भी संपर्क से बचने के लिए microreactor की एक चिकनी आंदोलन की अनुमति की जरूरत है । प्लेटफॉर्म पर, एक या एक से अधिक microreactors के संस्करणों के साथ 10 µ l को तैनात किया जा सकता है और एक साथ ले जाया गया. मंच में ही एक 3 x 3 बिजली के दोहरे कुंडलियों के मैट्रिक्स जो या तो neodymium या लौह कोर को समायोजित के होते हैं । चुंबकीय क्षेत्र ढाल स्वचालित रूप से नियंत्रित कर रहे हैं । चुंबकीय क्षेत्र ढाल की भिन्नता के द्वारा, microreactors ‘ चुंबकीय hydrophobic खोल microreactor ले जाने या खोल reversibly खोलने के लिए स्वचालित रूप से हेरफेर किया जा सकता है. सब्सट्रेट और इसी एंजाइमों की प्रतिक्रियाओं microreactors विलय या उन्हें सतह स्थिर उत्प्रेरक के साथ संपर्क में लाने के द्वारा शुरू किया जा सकता है ।
माइक्रो प्रतिक्रियाओं के साथ तकनीकी अनुप्रयोगों को मुख्य रूप से पूर्वनिर्धारित microchannel चिप्स में किया जाता है । इन प्रणालियों व्यापक रूप से स्थापित कर रहे है और व्यापक साहित्य में वर्णित (अंय alia 1,2,3) । २०११ में, microfluidic टेक्नोलॉजीज दुनिया भर के कारोबार कुल मिलाकर ६,२००,०००,००० यूरो 4। इसके विपरीत, आज़ादी से चल सूक्ष्म रिएक्टर डिब्बों का उपयोग पहले ही जांच की और एक सीमित सीमा तक प्रकाशित किया गया । जलीय सूक्ष्म बूंदें ले जाने के लिए सबसे आम तरीका है electrowetting 5। सतहों पर बूंदों की गति के लिए अंय तरीकों बिजली के खेतों 6, चुंबकीय बल 7 या ध्वनिक एक्च्यूएशन 8पर आधारित हैं । कारण मात्रा अनुपात करने के लिए उनके प्रतिकूल सतह के लिए, इन छोटी बूंद-आधारित microreactor प्रणालियों मजबूत वाष्पीकरण प्रभाव को उजागर कर रहे हैं । इस प्रकार, ड्रॉप गति आमतौर पर एक तरल दो चरण प्रणाली है, जहां ऊपरी चरण एक उच्च उबलते वाष्पीकरण से जलीय चरण की रक्षा बिंदु है के रूप में स्थापित किया गया है । फिर भी, इस दृष्टिकोण अनियंत्रित प्रसार द्वारा प्रतिक्रिया छोटी बूंद को दूषित करने का एक उच्च जोखिम शामिल है । यह उल्लेख प्रणालियों की तकनीकी स्थापना के लिए एक महत्वपूर्ण बाधा है ।
हाल ही में काम गैर अनुयाई तरल ठोस चरण संक्रमण के साथ संबंध है । एक अत्यंत प्रभावी दृष्टिकोण superhydrophobic सतहों का उपयोग है, गोलाकार जलीय बूंदों के गठन की अनुमति । इस प्रतिक्रिया अवधारणा का विस्तार एक superhydrophobic सतह या खोल, जो उदाहरण के लिए मई polytetrafluoroethylene (PTFE) के कणों से मिलकर के साथ माइक्रो रिएक्शन डिब्बों का उपयोग है 9। सतहों पर उनके संपर्क कोणों १६० ° की सीमा में आम तौर पर कर रहे है (सतह किसी न किसी पर निर्भर करता है) । गोलाकार डिब्बों इस प्रकार एक सतह पर आंदोलन के लिए ंयूनतम प्रतिरोध प्रदान करते है और साथ ही पानी वाष्पीकरण के खिलाफ सुरक्षा प्रदान करते हैं ।
जलीय बूंदें सूक्ष्म आकार PTFE कणों के साथ लेपित अपने गोलाकार आकार बनाए रखने के लिए कर सकते है चारों ओर 2 मिमी का व्यास । उच्च मात्रा में, hydrophobic शेल आमतौर पर अब पूरी तरह से बंद नहीं है 10। अंय खोल सामग्री के प्रभाव और तरल संगमरमर के आवेदन के क्षेत्र के विस्तार के लिए ध्रुवीय सॉल्वैंट्स गाओ और McCarthy द्वारा ईओण तरल पदार्थ 12का उपयोग करके लागू किया गया था । hydrophobic कण-आधारित गोले के गठन के लिए, 10 एनएम के आकार में अब तक कण व्यास-30 µm 11,14,16बताए गए हैं । नए अध्ययनों से पता चला है कि शैल सामग्री के रूप में hydrophobic नैनोकणों microparticles 13की तुलना में भी बेहतर उपयोग के हैं । पहले स्थिरता अध्ययनों में स्थिरता में वृद्धि की पुष्टि की जब कण का आकार ca से कम है . ६०० एनएम के लिए ca. १०० एनएम । इस संभावना के साथ सघन कण वितरण से परिणाम जलीय क्षेत्रः 15।
एक hydrophobic खोल और तरल पत्थर के रूप में उनके पदनाम से जलीय प्रतिक्रिया डिब्बों के संरक्षण पहले २००१ में Aussillous एट अल और महादेवन एट अल द्वारा वर्णित किया गया था । 17 , 18. तब से, इन परिभाषित प्रतिक्रिया डिब्बों के कुछ अनुप्रयोगों का वर्णन किया गया है । उदाहरण के लिए, एक गैस सेंसर तरल संगमरमर पर आधारित 19 और जल संदूषण के लिए एक ऑप्टिकली गुणात्मक आधार पर आधारित का पता लगाने की विधि 20विकसित किया गया है । लेखकों उच्च प्रतिक्रिया दरों के लाभ और उनके सूक्ष्म प्रतिक्रिया प्रणाली के रसायनों की कम खपत भेद । पीएच संवेदनशील तरल संगमरमर के उत्पादन के साथ हाल के प्रकाशनों सौदा 16 या अलग कार्यशीलता के दो अलग कोटिंग्स के साथ ‘ जानुस् कणों ‘ का प्रतिनिधित्व । उदाहरण के लिए, Bormashenko एट अल. Teflon और semiconducting कार्बन ब्लैक के बने गोले के साथ एक microreactor संश्लेषित सकता है 21। इसके अलावा यह प्रदर्शन किया गया है कि microreactors कुशलतापूर्वक और सुविधाजनक संश्लेषित कर सकते है पारगंय गैस तरल इंटरफेस 24के माध्यम से comonomer के रूप में बाह्य ऑक्सीजन को अवशोषित द्वारा polyperoxides । एक और दृष्टिकोण में सिलिका के खोल-कण आधारित तरल संगमरमर के लिए प्रतिक्रियाशील सब्सट्रेट सतहों शास्त्रीय रजत दर्पण प्रतिक्रिया 26को विनियमित करने के लिए प्रदान करते हैं । हाइड्रोफिलिक-कोर-hydrophobic-शैल बूंदों के क्षेत्र में अनुसंधान और विकास के लिए वर्तमान समस्याओं कण आकार समायोजन, monodisperse बूंदों के प्रतिलिपि उत्पादन, सतहों की गीलाता और एक दूसरे के प्रभाव हैं माइक्रो रिएक्शन डिब्बों पर हाइड्रोफिलिक शैल 22, साथ ही छोटी बूंद पथ का एक बेहतर नियंत्रण, सतत microPCR के विकास के लिए उदा -सिस्टम 4.
इन microreactors का एक चुंबकीय एक्च्यूएशन अपेक्षाकृत उच्च आंदोलन पर्वतमाला और जैव रासायनिक प्रणालियों में काम करते समय बल का एक अच्छा selectivity का लाभ प्रदान करता है । जब hydrophobic मैग्नेटाइट कणों का उपयोग कर, वे microreactors के आंदोलन के लिए चुंबकीय बल संचरण के दोनों समारोह को पूरा करने, साथ ही एक hydrophobic खोल के समारोह । एक छोटी बूंद के अंदर चुंबकीय कणों के साथ बूंदों के चुंबकीय आंदोलन लेहमेन एट अल द्वारा २००६ में पहली बार के लिए माने था । 23 और Shikida एट अल । 25, जो मैन्युअल रूप से इस्तेमाल किया स्थायी मैग्नेट एक एकल छोटी बूंद के जुड़ाव के लिए प्रेरक के रूप में स्थानांतरित कर दिया. एक अंय दृष्टिकोण तरल की एक छोटी राशि ले जाने के लिए Zhao एट अल, जो चुंबकीय खोल के रूप में hydrophobic Fe3हे4 कणों का इस्तेमाल किया द्वारा महसूस किया गया । चुंबकीय तरल संगमरमर के खोल एक ऊर्ध्वाधर रिवर्स चुंबकीय क्षेत्र 27द्वारा ड्रॉप के ऊपरी हिस्से पर खोला गया था । इस अवधारणा के आधार पर, Xue एट अल कण जो २०.१ डाइन cm− 1 28की सतह तनाव के साथ एक microreactor फार्म विकसित करने में सक्षम थे । Lin et al. गढ़े उपंयास फाइबर आधारित माइक्रो/नैनो पदानुक्रमित दोनों superparamagnetism और superhydrophobicity जो चुंबकीय तरल छोटी बूंद परिवहन और हेरफेर 31के लिए भगवान स्थिरता प्रदान के साथ क्षेत्रों । यह अब तक केवल एक सबूत के सिद्धांत के अध्ययन के रूप में जारी किया गया था और किसी भी आवेदन के लिए इस्तेमाल नहीं । तरल पत्थर के चुंबकीय और विद्युत नियंत्रण वर्तमान में पहले दृष्टिकोण में आगे बढ़ रहा है । Zhao एट अल में २०१० 15 और झांग एट अल. २०१२ 29 मैनुअल (हाथ से एक छोटी बूंद हेरफेर विकसित करने में सक्षम थे) कोर-शैल बूंदों के नीचे एक स्थाई चुंबक के आंदोलन को संचालित । Bormashenko एट अल. 11 एक neodymium चुंबक आ द्वारा 25 सेमी एस-1 की गति के लिए एक ferromagnetic तरल संगमरमर का त्वरण हासिल किया । उपर्युक्त सिद्धांत अध्ययन विशेष रूप से एक छोटे से स्थाई चुंबक के मैनुअल आंदोलन द्वारा किए गए । एक अगले विकास कदम के रूप में, Zhao एट अल. हाल ही में एक स्थाई चुंबक 30की दूरी अलग से चुंबकीय तरल संगमरमर के आंदोलन के लिए आवश्यक चुंबकीय प्रवाह घनत्व का अनुमान कर रहे थे । एक प्रतिक्रिया के लिए आम लैब की तुलना में नियंत्रण के लिए-पर एक चिप सिस्टम, यह असतत तरल वी के स्वचालित नियंत्रण के साधन प्रदान अपरिहार्य लगता हैolumes । इस जरूरत को पूरा करने के लिए, हम एक नया नियंत्रण प्रणाली चर क्षेत्र ढाल पर आधारित करने के लिए निर्धारण, चाल और चुंबकीय microreactors खोलने विकसित की है ।
1. चुंबकीय नैनोकणों के Hydrophobization के संश्लेषण के लिए hydrophobic चुंबकीय कणों, ०.८५ g FeCl 3 hexahydrate (३.१४ mmol) और ०.३० ग्राम FeCl 2 टेट्राहाइड्रेट (१.५१ mmol) को २०० मिलीलीटर जोड़ें पानी/इथेनॉल समाधान (4:1 v/ इस मिश्रण के …
microfluidic प्रौद्योगिकियों के सफल प्रयोग के लिए, यह प्रतिक्रिया मात्रा के लिए इसी प्रौद्योगिकी संश्लेषण और विश्लेषण की आवश्यकताओं को इसी कदम महत्वपूर्ण है । यहाँ प्रस्तुत एक्च्यूएशन मंच चुंबकीय बल द्वार?…
The authors have nothing to disclose.
लेखकों के समर्थन के लिए DFG को स्वीकार करना चाहते हैं ।
3D-printer | FelixPrinters | Pro1 | |
10-acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine (Amplex Red) | Life Technologies | A12222 | |
Ammonium hydroxide | TU-KL | 1072 | |
CAD software | Siemens | Soled edge | |
Contact angle measuring device | Dataphysics | OCA 20 | |
Cylinder magnet | Webcraft GmbH | S-04-13-N | https://www.supermagnete.de/stabmagnete-neodym-rund/stabmagnet-durchmesser-4mm-hoehe-12.5mm-neodym-n42-vernickelt_S-04-13-N |
Dipotassium phosphate | Bernd Kraft | 7758-11 | |
Drying oven | Binder | FD 115 | |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 68-17-5 | |
FeCl2 tetrahydrate | TU-KL | 1625 | |
FeCl3 hexahydrate | TU-KL | 1622 | |
Fluorescence probe | PerkinElmer | LS 55 | |
Horseradish peroxidase | Carl Roth | 9003-99-0 | |
Hydrogen peroxide | Th.Geyer GmbH & Co | 7722-84-1 | |
Monopotassium phosphate | Bernd Kraft | 7778-77-0 | |
Peltier element | Conrad | 193569 | |
Perfluoroctyltriethoxysilane | Sigma-Aldrich | 51851-37-7 | |
Scanning Electron Microscope | FEI | Helios NanoLab 650 DualBeam | |
Separation bar magnet | Webcraft GmbH | Q-40-20-10-N, | |
Winding machine | IWT GmbH | FW122 |