Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

قطرات مائي يستخدم الانزيمية ميكروريكتورس وما يشتغل الكهرومغناطيسي

Published: August 28, 2017 doi: 10.3791/54643
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2
1Institute of Bioprocess Engineering, University of Kaiserslautern, 2Bioprocess Engineering, University of Applied Sciences, FH Aachen

Summary

تسمح أنظمة رد فعل المختبر في إسقاط تنفيذ تنوعاً من التفاعلات المعقدة في نطاق موائع جزيئية. منصة يشتغل الآلي تتكون من مصفوفة 3 × 3 لفائف الكهرومغناطيسي وضعت واستخدمت بنجاح لدمج اثنين 10 ميليلتر ميكروريكتورس وثم الشروع في فعل الانزيمية في الرخام السائلة الناتجة عن ذلك.

Abstract

حركة كميات صغيرة من السائل ضروري للتنفيذ الناجح لنظم رد فعل موائع جزيئية، مثل بكر والتفريد،. التقليدية مختبر-في--رقاقة--منصات، يتم تمرير المذيبات وعينات من خلال قنوات موائع جزيئية محددة مع تثبيت عنصر التحكم في تدفق المعقدة. منهاج يشتغل الحبرية المقدمة هنا بديلاً واعداً. مع ذلك، من الممكن لتحريك قطره سائل (ميكروريكتور) على سطح مستو من منصة رد فعل (مختبر في إسقاط). يشتغل ميكروريكتورس على سطح الماء للمنهاج يقوم على استخدام القوى المغناطيسية المؤثرة على الغلاف الخارجي لقطرات السائل الذي يتكون من طبقة رقيقة من جسيمات أكسيد الحديد الأسود سوبيرهيدروفوبيك. سطح الماء من المنصة ضروري لتجنب أي اتصال بين الأساسية السائلة والسطح للسماح حركة سلسة ميكروريكتور. على المنصة، يمكن المتمركزة ميكروريكتورس واحد أو أكثر من وحدات التخزين من 10 ميليلتر وتحركت في نفس الوقت. المنهاج نفسه يتكون من مصفوفة 3 × 3 لفائف مزدوجة الكهربائية التي تستوعب النوى نيوديميوم أو الحديد. يتم التحكم تلقائياً في التدرجات المجال المغناطيسي. حسب اختلاف التدرجات المجال المغناطيسي، يمكن التلاعب المغناطيسية قذيفة مسعور ميكروريكتورس تلقائياً الانتقال ميكروريكتور أو فتح shell شكل قابل للعكس. يمكن أن تبدأ ردود الفعل من ركائز والأنزيمات المناظرة بدمجها في ميكروريكتورس أو تقديمهم اتصال مع سطح المواد الحفازة المعطل تداولها.

Introduction

التطبيقات التقنية مع ردود الفعل الجزئي تجري أساسا في رقائق microchannel المعرفة مسبقاً. هذه النظم هي المنشأة على نطاق واسع ووصف شامل في الأدب (في جملة أمور 1،،من23). في عام 2011، بلغ معدل دوران موائع جزيئية التكنولوجيات في العالم اليورو 6.2 بیلیون 4. على النقيض من ذلك، استخدام المقصورات بحرية منقولة المفاعل الصغير كان سابقا فقط درست ونشرت على نطاق محدود. هو الأسلوب الأكثر شيوعاً لنقل مائي قطرات مايكرو اليكتروويتينج 5. طرق أخرى للاقتراح بقطرات على الأسطح تستند إلى المجالات الكهربائية 6أو القوة المغناطيسية 7 يشتغل الصوتية 8. بسبب سطحها غير المواتية لنسبة الحجم، تتعرض هذه النظم المستندة إلى الحبرية ميكروريكتور لآثار التبخر القوية. وهكذا، عادة أنشئت الحركة قطره كنظام مرحلتين سائل، المرحلة العليا فيها نقطة الغليان عالية حماية المرحلة مائي من التبخر. على الرغم من ذلك، هذا النهج ينطوي على مخاطر عالية من تلويث الحبرية رد فعل من الانتشار غير المنضبط. وهذا يشكل عقبة كبيرة لإنشاء تقنية النظم المذكورة.

العمل الأخيرة تشعر بالتحولات المرحلة السائلة-الصلبة غير ملتصقة. اتباع نهج فعالة للغاية من استخدام الأسطح سوبيرهيدروفوبيك، مما يسمح تشكيل قطرات مائي كروية. امتداداً لهذا المفهوم رد الفعل هو استخدام المقصورات الرد الجزئي مع سطح سوبيرهيدروفوبيك أو قذيفة، والتي على سبيل المثال يمكن أن تتألف من جزيئات تترافلوروايثيلين (PTFE) 9. زوايا الاتصال بهم على الأسطح عادة في المجموعة من 160 درجة (حسب خشونة السطح). وبالتالي توفير الحد الأدنى من المقاومة للحركة على سطح المقصورات كروية وفي نفس الوقت توفير الحماية ضد تبخر الماء.

قطرات مائي المغلفة مع جزيئات PTFE الحجم الصغير قد الحفاظ على شكلها كروي حتى يبلغ قطرها حوالي 2 ملم. في أحجام أكبر، شل مسعور هو عادة ليست مغلقة تماما بعد الآن 10. ونفذ تأثير مواد قذيفة أخرى وتوسيع مجال تطبيق الرخام السائل للمذيبات nonpolar قاو ومكارثي باستخدام السوائل الأيونية 12. لتكوين مسعور قذائف على أساس الجسيمات، حتى الآن كانت أقطار الجسيمات في الأحجام من 10 نانومتر-30 ميكرومتر وصف 11،،من1416. دراسات جديدة أظهرت أن جسيمات نانوية مسعور كمادة شل من استخدام أفضل حتى من ذلك المجهرية الدقيقة 13. أكدت دراسات الاستقرار أول زيادة في الاستقرار عندما يتم خفض حجم الجسيمات من ca. 600 نانومتر إلى ca. 100 نانومتر. هذه النتائج المحتملة من توزيع الجسيمات أكثر كثافة حول مجال مائي 15.

حماية مقصورات رد فعل مائي بقذيفة مسعور وتعيينهم كالرخام السائل وصفت أولاً في عام 2001 من أوسيلوس et al. وماهاديفان et al. 17 , 18-ومنذ ذلك الحين، وقد وصف التطبيقات القليلة من هذه المقصورات رد فعل محدد. على سبيل المثال، كان جهاز استشعار غاز على أساس السائل الرخام 19 وأسلوب كشف عن تلوث المياه تقوم على أساس نوعي بصريا المتقدمة 20. يميز المؤلفون مزايا معدلات تفاعل عالية واستهلاك منخفض للمواد الكيميائية التي نظمها الرد الجزئي. المنشورات الأخيرة التعامل مع إنتاج الرخام السائل حساسة لدرجة الحموضة 16 أو تمثيل 'الجسيمات يانوس' مع الطلاء مختلفة اثنين من وظائف مختلفة. على سبيل المثال، يمكن توليف بورماشينكو et al. ميكروريكتور مع قذائف مصنوعة من تفلون وانتشارية أسود الكربون 21. وعلاوة على ذلك أنه اتضح أن ميكروريكتورس يمكن أن كفاءة وملاءمة توليف بوليبيروكسيديس بامتصاص الأكسجين الخارجي كومونومير من خلال واجهة غاز-سائل إنفاذية 24. في نهج آخر قذيفة الرخام السائل السليكا-المستندة إلى الجسيمات توفير أسطح الركازة رد الفعل لتنظيم رد فعل مرآة فضة الكلاسيكية 26. المشاكل الحالية للبحث والتطوير في الميدان من قطيرات ماء الأساسية-مسعور شل يتم تعديل حجم الجسيمات، واستنساخه بإنتاج قطرات مونوديسبيرسي، ويتابيليتي من السطوح والأثر من الثانية ماء شل في المقصورات رد فعل الصغير 22، فضلا عن عنصر تحكم أفضل لمسارات الحبرية، مثلاً لتطوير نظم ميكروبكر المستمر 4.

يشتغل مغناطيسية لهذه ميكروريكتورس يوفر ميزة نطاقات حركة عالية نسبيا وانتقائية جيدة من القوة عند العمل في النظم الحيوية. عند استخدام جسيمات أكسيد الحديد الأسود مسعور، أنها تفي بكل وظيفة انتقال القوة المغناطيسية لحركة ميكروريكتورس، فضلا عن وظيفة قذيفة مسعور. وكان افترض حركة المغناطيسي من قطرات مع جزيئات مغناطيسية داخل معالجة تجميعية للمرة الأولى في عام 2006 بليمان et al. 23 وشيكيدا et al. 25، الذين استخدموا يدوياً نقل المغناطيس الدائم مشغلات لتعبئة معالجة تجميعية واحدة. وأدرك نهج آخر لنقل كمية صغيرة من السائل من تشاو وآخرون، الذين استخدموا مسعور Fe3س4 الجسيمات كشل المغناطيسية. وافتتح على الجانب العلوي من الانخفاض قذيفة الرخام السائل المغناطيسي مجال المغناطيسي عكس عمودي 27. وبناء على هذا المفهوم، شيويه et al. كانت قادرة على تطوير الجسيمات التي تشكل ميكروريكتور مع توتر السطحي من داين 20.1 سم1 28. لين et al. اختﻻق رواية المستندة إلى السليولوز الدقيقة/نانو الهرمية المجالات مع كل من سوبيرباراماجنيتيسم وسوبيرهيدروفوبيسيتي التي توفر الاستقرار الله ل النقل والتلاعب الحبرية السائل المغناطيسي 31. وهذا حتى الآن سوى صدر كإثبات لمبدأ الدراسة ولا يستخدم لأي تطبيق. ويجري حاليا مراقبة المغنطيسية والكهربائية من الرخام السائل في النهج الأول. تشاو وآخرون في 2010 15 وتشانغ وآخرون 2012 29 كانت قادرة على تطوير الحبرية تلاعب بحركة المغناطيس الدائم تحت قطرات الأساسية-شل اليدوي (تعمل باليد). بورماشينكو et al. 11 تحقيق التعجيل بالرخام السائل المغناطيسية بسرعة 25 سم s-1 التي تقترب من مغنطيس نيوديميوم. المبدأ المذكور أعلاه أجريت دراسات حصرا بدليل حركة المغناطيس الدائم الصغيرة. وكخطوة تالية في تنمية، كانت تشاو وآخرون مؤخرا قادرة على تقدير كثافة التدفق المغناطيسي المطلوبة لنقل الرخام السائل المغناطيسي باختلاف المسافة من المغناطيس الدائم 30. عنصر تحكم رد فعل مماثل لنظم مشتركة لمختبر على رقاقة، يبدو أنه لا مفر منها لتوفير وسائل التحكم الآلي الخامس السائل المنفصلةأولوميس. لتلبية هذه الحاجة، قمنا بتطوير نظام جديد لعنصر تحكم استناداً إلى حقل متغير التدرجات يحملق والتحرك وفتح ميكروريكتورس المغناطيسي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-"هيدروفوبيزيشن جسيمات نانوية مغناطيسية"

  1. لتركيب الجزيئات المغناطيسية مسعور، إضافة 0.85 ز فيكل 3 سداسي هيدرات (3.14 ملمول) وز 0.30 فيكل 2 رباعي هيدرات (1.51 ملمول) إلى 200 مل حل المياه/الإيثانول (4:1 v/v)-
  2. لهذا الخليط، إضافة 0.20 مل ح 1، ح 1، 2 ح، ح 2-بيرفلوروكتيلتريثوكسيسيلاني (بفوتيس) (5.23 ملمول) مع التحريك قوية بمحرض مغناطيسي (500 لفة في الدقيقة). الاضطلاع بالتوليف في جو غاز خامل (ن 2) باستخدام قارورة مستديرة القاع مع فلين منعا لأكسدة ثانوية من جسيمات أكسيد الحديد الأسود-
    3. ضبط
  3. قطره حل الحكمة مع حل هيدروكسيد الأمونيوم (1.5 م) إلى الرقم الهيدروجيني 8 (يحدده مقياس الأس الهيدروجيني pH). إثارة الحل بالنسبة 24 ساعة باستخدام محرض مغناطيسي.
  4. فصل الجسيمات مغناطيسيا عن الحل عن طريق وضع في قارورة على شريط مغنطيس (نيوديميوم مغنطيس cuboid 40 × 20 × 10 ملم، لاصقة قوة 25 كجم). من أجل الخروج الحل مع الاحتفاظ بالمغناطيس يعلق إلى أسفل قارورة.
    5. أغسل
  5. الجسيمات ثلاث مرات مع الحل المياه/الإيثانول أثناء استخدام شريط مغناطيس كما هو موضح في 1.4). الجاف للجسيمات في 60 درجة مئوية ح 24 (الغلة ca. ز 0.43).
  6. لتحليل الجزيئات، تستخدم المسح الإلكتروني المجهري وفقا للشركة المصنعة ' تعليمات s-

2. تصنيع ميكروريكتورس

  1. طحن جميع الجسيمات المجفف قليلاً باستخدام مدقة من زجاج ووضع كل منهم بعد ذلك مباشرة في عموم وزنها (46 × 46 × 8 مم, البوليستيرين).
    2. S
  2. ماصة 10 ميليلتر محلول رد فعل (التكوين كما هو موضح في 5.1) على جميع الجسيمات والتحرك يزن عموم قليلاً بطريقة دائرية لما يقرب من 10 (كتلة الجسيمات ميكروريكتور 10 ميليلتر: ca. 3.2 × 10 -7 كغم < سوب الطبقة = "xref" > 33). تخزين الجزيئات المتبقية (الجسيمات التي لا تجميع ذاتي حول الحل رد فعل) في درجة حرارة الغرفة لمزيد من التطبيقات-
  3. لقياس زاوية الاتصال ميكروريكتور، بناء ميكروريكتور 5 ميليلتر بالماء كما هو موضح في 2.2) ووضعه على فيلم تفلون وتحليل زاوية الاتصال باستخدام جهاز قياس زاوية اتصال بصري وفقا للشركة المصنعة ' s تعليمات.

3. الطباعة 3D الهيئات لفائف

  1. تصميم الهيئات لفائف مزدوجة مع ارتفاع 16 مم (دائرة واحدة)، ويبلغ قطرها 10 ملم وقطر داخلي ل كاليفورنيا- 4 مم باستخدام برمجيات كندي وفقا للشركة المصنعة ' s تعليمات.
    2. طباعة
  2. الهيئات لفائف مع طابعة ثلاثية الأبعاد وفقا للشركة المصنعة ' s تعليمات باستخدام مواد مثل خيوط بوليلاكتيدي. التفاف الهيئات مع سلك نحاس 0.08 ملم لتحقيق اللفات 4,500 باستخدام جهاز كمبيوتر المتعرجة التي تسيطر عليها-

4. تصنيع منصة يشتغل

لفائف
  1. ترتيب المزدوج في مصفوفة (مثل 3 × 3 من المصفوفة) على لوحة كهربائية مع عنصر بلتيير تحتها، المسمار على لفائف مزدوجة وتوصيلها إلى عنصر تحكم عن طريق (كابل الشريط الشكل 3)-
  2. اعتماداً على التطبيق المطلوب، إضافة حديد أساسية (الارتفاع 32 مم وقطرها 4 مم) أو مغنطيس نيوديميوم (ارتفاع 12.5 ملم، وقطرها 4 مم، 1,035 كا م -1) إلى الهيئة لفائف من أجل الحصول على مجال مغناطيسي أقوى.
  3. إلى الانتهاء من وضع المنهاج لوحة، يفضل أن تكون زجاج الكوارتز، مع ارتفاع الحد أقصى من 1 ملم في المصفوفة لفائف.
  4. مكان ميكروريكتور على السطح من منهاج العمل.
    5. تفعيل
  5. لسحب الجسيمات العلوي من الحل رد الفعل ومما فتح ميكروريكتور لفائف مع مغنطيس نيوديميوم داخل باستخدام عنصر التحكم المذكورة في 4-1). لإغلاق ميكروريكتور مرة أخرى تنشيط اللولب.
  6. لدمج اثنين ميكروريكتورس وهي في البداية ca. 10 ملم إلى جانب استخدام مغناطيس النيوديميوم كما هو موضح في 4.2). أرفع المغناطيس في الهيئات لفائف المطلوبة بتفعيل لفائف ل ca. 25 s لفتح ميكروريكتور واحد (المسافة المطلوبة بين أكاذيب ميكروريكتور وجذب حوالي 12 مم) ونقل الآخر إلى نفس الموضع على المنصة-
  7. إلى تهدئة ردود فعل الحل في ميكروريكتور على سطح منصة وانخفاض درجة الحرارة لفائف التبديل على عنصر بلتيير المتمركزة تحت لفائف المصفوفة كما هو موضح في 4.1).

5. رد فعل الانزيمية "دمج ميكروريكتورس"

  1. حل الفجل البيروكسيديز بتركيز 0.1 ميكروغرام مل -1 في المخزن المؤقت لفوسفات البوتاسيوم (0.1 M، الرقم الهيدروجيني 6.5). تمييع الركازة، 10-أسيتيل-3.7-ديهيدروكسيفينوكسازيني (10 ملم في ديميثيلسولفوكسيدي ([دمس])) مع البوتاسيوم الفوسفات المخزن المؤقت (0.1 M، الرقم الهيدروجيني 6.5) بتركيز من 200 مليميكرون.
  2. استخدام 10 ميليلتر من كل من هذه الحلول لبناء ميكروريكتورس اثنين كما هو موضح في 2.2). دمج ميكروريكتورس اثنين بمتوسط القوى المغناطيسية (نيوديميوم مغنطيس اسطوانة: 12.5 مم × 4 مم، 1,035 كا م -1) كما هو موضح في 4.6) في 25 درجة مئوية.
  3. الكشف عن رد فعل عن طريق وضع تحقيق الأسفار (الطول الموجي الإثارة: 570 نانومتر، والطول الموجي الانبعاثات: 585 nm) ca. 10 مم مباشرة فوق ميكروريكتور تم فتحها قبل الدمج.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

جسيمات شل قد يبلغ قطرها حوالي 640 نانومتر. جسيمات نانوية وموليبدينوم المغلقة في هذه الجسيمات شل فلوروسيلاني بأقطار في نطاق بين 22 نانومتر و 37 شمال البحر الأبيض المتوسط. وقد ميكروريكتور 5 ميليلتر بالماء كنواة سائلة من زاوية اتصال لحوالي 160 درجة.

القوة اللازمة لتحريك ميكروريكتور 10 ميليلتر النحو المبين أعلاه هو 1.34 ± 0.08 µN. ويبين الشكل 1 القوة الكهرومغناطيسية لفائف مع اللفات 4,500 من الأسلاك النحاسية وحديد داخلية أساسية مدعوم مع 58 اماه. ويقدر توزيع القوة حسب نموذج عناصر محدودة (FEM) لتحديد خصائص الملف المطلوب للانتقال ميكروريكتور. كما يتبين في الشكل 1، القوة المغناطيسية التي أجرتها اللولب وصف قوية بما يكفي للانتقال من ميكروريكتور إلى مسافة أبعد من 10 ملم بعيداً عن مركز اللولب.

القوة المغناطيسية لفتح ميكروريكتور يساوي 0.85 mN ± 0.05 وأعلى بكثير من القوة اللازمة لتحريك الحبرية. القوة المغناطيسية الناجمة عن اللولب مع الحديد الأساسية داخل (الشكل 1) ليست قوية بما يكفي لفتح ميكروريكتور، يستخدم مغنطيس نيوديميوم في الملفات. بالمحرك لفائف مزدوجة في اتجاهات تدفق التيار المتردد، يمكن نقل المغناطيس الدائم نحو أو بعيداً عن النظام الأساسي. وبالتالي، يمكن فتحه ميكروريكتور أو مغلقة مغناطيسيا. إذا ميكروريكتورس اثنين بقذيفة سليمة تماما تقع جنبا إلى جنب لا دمج كما يمنع التوتر السطحي على الانصهار. ولذلك يجب فتح واحد على الأقل.

ويبين الشكل 2 حركية ميكايليس-مينتين الناتجة عن دمج ميكروريكتور 10 ميليلتر المحتوية على البيروكسيديز مع ميكروريكتور ميليلتر 10 آخر يتضمن الركيزة المقابلة (n = 3). حسب القيمةm استخطاط ك المحسوبة لاينويفر-بورك لرد الفعل داخل ميكروريكتور هو 86.85 ميكرومتر ± 10.95 ميكرومتر، تكمن قيمةماكس الخامس في 378.8 نمول لام-1 s-1 ± 115.6 نمول لام-1 ق-1. القيمةm K كما هو في مراسلات جيدة مع أن النظر في الأدب، 81 ± 3 ميكرومتر 32، يمكن الافتراض بأن رد الفعل الأنزيمي داخل ميكروريكتور الصغيرة مع المواد شل مسعور لا يتأثر انجذاب.

Figure 1
رقم 1: القوة الكهرومغناطيسية محاكاة للفائف مع 58 mA واللفات 4,500 النحاس الأسلاك في الاعتماد على المسافة من ميكروريكتور إلى المركز لفائف تحددها حركة القطر لفائف 10 ملم، وقطر صلب الحديد هو 4 مم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: حركية ميكايليس-مينتين البيروكسيديز تقاس بدمج اثنين 10 ميليلتر ميكروريكتورس- درجة الحرارة 25 درجة مئوية، والمخزن المؤقت المستخدم فوسفات البوتاسيوم (0.1 M) مع الرقم الهيدروجيني 6.5. وأجريت ثلاث من التكرار.

Figure 3
الشكل 3: منصة يشتغل. منهاج يشتغل يتكون من مصفوفة 3 × 3 لفائف مزدوجة. لفائف واحد قد اللفات 4,500 وارتفاع 16 مم (دائرة واحدة)، يبلغ قطرها 10 ملم وقطر داخلي كاليفورنيا. 4 مم. الارتفاع اللفات معرف مسبقاً بارتفاع المغناطيس اسطوانة نيوديميوم المستخدمة. تم اختيار القطر لأن الدراسات السابقة أظهرت أن هذه مسافة معقولة للانتقال ميكروريكتور مع هذا النوع من المغناطيس. كان يحددها عدد اللفات والحالية إلى الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

للاستخدام الناجح للتكنولوجيات موائع جزيئية، من المهم لتحريك حجم رد الفعل المطابق لمتطلبات التوليف التكنولوجيا الحيوية والتحاليل. منهاج يشتغل المعروضة هنا يجعل من الممكن تحريك قطرات موائع جزيئية بالقوة المغناطيسية. الحركة يمكن أن يؤديها بحرية في بعدين على سطح مستو من منصة رد فعل أرفق قطره السائل بقذيفة سوبيرهيدروفوبيك مغناطيسي. وبالتالي نظام بديل للقنوات موائع جزيئية محددة مسبقاً بتثبيت عنصر التحكم في تدفق المعقدة، كما تستخدم في النظم التقليدية موائع جزيئية، لتمرير المذيبات والعينات هو عرض. وهكذا يشتغل الآلي من قطرات صغيرة من رد فعل تبسيط كبير من منصات مختبر على رقاقة معروفة. وعلاوة على ذلك، منهاج العمل يجعل من الممكن لفتح ميكروريكتور إضافة وإزالة عينات رد فعل عكسية. بالاقتران مع نظام موزع، هذا يمكن أن يؤدي إلى درجة عالية من التحكم الرد الآلي وهو الخطوة الأولى في السيليكون ميكروريكشنز ممكن تصميمه ظاهري مختبر-في--انخفاض. القيد الرئيسي من هذا الأسلوب أن ميكروريكتورس لا يمكن تحقيقهما إلا بكميات صغيرة (تصل إلى ca. 30 ميليلتر). خطوة حاسمة في البروتوكول هو الكشف عن رد الفعل الأنزيمي داخل ميكروريكتورس لأن المسبار الأسفار أن تعدل بشكل صحيح. قد تكون إمكانية الكشف عن أخرى مطيافية الأشعة فوق البنفسجية/vis.

عملية تطوير منهاج العمل أظهرت أن لفائف كهرومغناطيسية التي يبلغ قطرها 10 ملم كافية لحركة الحبرية. من ناحية أخرى، لفائف مزدوجة مليئة بالهواء أو حديد أساسية ليست قادرة على حمل القوة المغناطيسية التي هناك حاجة إلى فتح قذيفة ميكروريكتور. ولذلك، اختيرت نيوديميوم النوى في الملفات للقيام بهذه المهمة. مرة أخرى يمكن أن تختلف التدرجات المجال المغناطيسي الناتجة من حركة اليكتروماجنيتيكال المغناطيسي العمودي إلى منصة رد فعل. حجم الملعب منهاج محدود فقط من عنصر التحكم. التحكم والبرمجيات الموجودة بالفعل مصممة وجاهزة للاستخدام لمصفوفة 10 × 10. ليست هناك حاجة لتطبيقات وصف عنصر بلتيير لكن قد يكون ضروريا عندما ميكروريكتور يجب أن تكون ثابتة لفترة أطول، وسوف تسمح ليبرد الخليط رد فعل فوق سطح منصة.

في المستقبل، يمكن أن يعمل مزيج منصة يشتغل مع الرخام السائل مرنة مختبر-في--إسقاط-نظم لتنفيذ عروض وتحليلات سريعة البصرية والانزيم المعقد تتالي ردود فعل مع كميات صغيرة جداً من رد الفعل. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام المنصة ل (بيو-) التحاليل الكيميائية مثل PCR أو التفريد أو أليسا. وعلاوة على ذلك، يتم فحص الإنزيمات الصناعية الجديدة، وذات الصلة وإيضاحات مسهبة ابتمر إمكانيات واعدة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

الكتاب تود أن تقر DFG للدعم.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Squires, T., Quake, S. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev. Mod. Phys. 77 (3), 977-1026 (2005).
  2. Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in Droplets in Microfluidic Channels. Angew Chem Int Ed Engl. 45 (44), 7336-7356 (2006).
  3. Erickson, D., Li, D. Integrated microfluidic devices. Anal. Chim. Acta. 507 (1), 11-26 (2004).
  4. Zhang, Y., Ozdemir, P. Microfluidic DNA amplification-A review. Anal. Chim. Acta. 638 (2), 115-125 (2009).
  5. Ohashi, T., Kuyama, H., Suzuki, K., Nakamura, S. Control of aqueous droplets using magnetic and electrostatic forces. Anal. Chim. Acta. 612 (2), 218-225 (2008).
  6. Srinivasan, V., Pamula, V. K., Fair, R. B. Droplet-based microfluidic lab-on-a-chip for glucose detection. Anal. Chim. Acta. 507 (1), 145-150 (2004).
  7. Lehmann, U., Vandevyver, C., Parashar, V. K., Gijs, M. A. Droplet-Based DNA Purification in a Magnetic Lab-on-a-Chip. Angew. Chem. Int. Ed. 45 (19), 3062-3067 (2006).
  8. Guttenberg, Z., et al. Planar chip device for PCR and hybridization with surface acoustic wave pump. Lab Chip. 5 (3), (2005).
  9. Al-Kaidy, H., et al. Biotechnology and Bioprocess Engineering - From the First Ullmann's Article to Recent Trends. ChemBioEng Reviews. 2 (3), 175-184 (2015).
  10. McHale, G., Newton, M. I. Liquid marbles: principles and applications. Soft Matter. 7 (12), 5473 (2011).
  11. Bormashenko, E., Pogreb, R., Bormashenko, Y., Musin, A., Stein, T. New Investigations on Ferrofluidics: Ferrofluidic Marbles and Magnetic-Field-Driven Drops on Superhydrophobic Surfaces. Langmuir. 24 (21), 12119-12122 (2008).
  12. Gao, L., McCarthy, T. J. Ionic Liquid Marbles. Langmuir. 23 (21), 10445-10447 (2007).
  13. Bhosale, P. S., Panchagnula, M. V., Stretz, H. A. Mechanically robust nanoparticle stabilized transparent liquid marbles. Appl. Phys. Lett. 93 (3), 034109 (2008).
  14. Bormashenko, E., Balter, R., Aurbach, D. Micropump based on liquid marbles. Appl. Phys. Lett. 97 (9), 091908 (2010).
  15. Zhao, Y., Fang, J., Wang, H., Wang, X., Lin, T. Magnetic Liquid Marbles: Manipulation of Liquid Droplets Using Highly Hydrophobic Fe 3 O 4 Nanoparticles. Adv. Mater. 22 (6), 707-710 (2010).
  16. Fujii, S., Kameyama, S., Armes, S. P., Dupin, D., Suzaki, M., Nakamura, Y. pH-responsive liquid marbles stabilized with poly(2-vinylpyridine) particles. Soft Matter. 6 (3), 635 (2010).
  17. Aussillous, P., Quéré, D. Liquid Marbles. Nature. 411 (6840), 924-927 (2001).
  18. Mahadevan, L. Non-stick water. Nature. 411 (6840), 895-896 (2001).
  19. Tian, J., Arbatan, T., Li, X., Shen, W. Liquid marble for gas sensing. Chem. Commun. 46 (26), 4734 (2010).
  20. Bormashenko, E., Musin, A. Revealing of water surface pollution with liquid marbles. Appl. Surf. Sci. 255 (12), 6429-6431 (2009).
  21. Bormashenko, E., Bormashenko, Y., Pogreb, R., Gendelman, O. Janus Droplets: Liquid Marbles Coated with Dielectric/Semiconductor Particles. Langmuir. 27 (1), 7-10 (2011).
  22. Bormashenko, E. Liquid marbles: Properties and applications. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 16 (4), 266-271 (2011).
  23. Lehmann, U., Hadjidj, S., Parashar, V. K., Vandevyver, C., Rida, A., Gijs, M. Two-dimensional magnetic manipulation of microdroplets on a chip as a platform for bioanalytical applications. Sens. Actuator B-Chem. 117 (2), 457-463 (2006).
  24. Sato, E., Yuri, M., Fujii, S., Nishiyama, T., Nakamura, Y., Horibe, H. Liquid marbles as a micro-reactor for efficient radical alternating copolymerization of diene monomer and oxygen. Chem. Commun. 51 (97), Cambridge, England. 17241-17244 (2015).
  25. Shikida, M., Takayanagi, K., Inouchi, K., Honda, H., Sato, K. Using wettability and interfacial tension to handle droplets of magnetic beads in a micro-chemical-analysis system. Sens. Actuator B-Chem. 113 (1), 563-569 (2006).
  26. Sheng, Y., Sun, G., Wu, J., Ma, G., Ngai, T. Silica-based liquid marbles as microreactors for the silver mirror reaction. Angew. Chem. Int. Ed. 54 (24), 7012-7017 (2015).
  27. Zhao, N., et al. Self-organized Polymer Aggregates with a Biomimetic Hierarchical Structure and its Superhydrophobic Effect. Cell Biochem. Biophys. 49 (2), 91-97 (2007).
  28. Xue, Y., et al. Magnetic Liquid Marbles: A "Precise" Miniature Reactor. Adv. Mater. 22 (43), 4814-4818 (2010).
  29. Zhang, L., Cha, D., Wang, P. Remotely Controllable Liquid Marbles. Adv. Mater. 24 (35), 4756-4760 (2012).
  30. Zhao, Y., Xu, Z., Parhizkar, M., Fang, J., Wang, X., Lin, T. Magnetic liquid marbles, their manipulation and application in optical probing. Microfluid Nanofluid. 13 (4), 555-564 (2012).
  31. Lin, X., et al. Superhydrophobic magnetic poly(DOPAm-co-PFOEA)/Fe3O4/cellulose microspheres for stable liquid marbles. Chem. Commun. 52 (9), Cambridge, England. 1895-1898 (2016).
  32. Glettenberg, M., Niemeyer, C. M. Tuning of Peroxidase Activity by Covalently Tethered DNA Oligonucleotides. Bioconjugate Chem. 20 (5), 969-975 (2009).
  33. Al-Kaidy, H., Tippkötter, N. Superparamagnetic hydrophobic particles as shell material for digital microfluidic droplets and proof-of-principle reaction assessments with immobilized laccase. Eng. Life Sci. 16 (3), 222-230 (2016).

Tags

الهندسة الحيوية، مسألة 126، ميكروفلويديكس، جسيمات نانوية مختبر في الانخفاض، والمغناطيسية، سوبيرهيدروفوبيك،، الرخام السائل، منصة يشتغل، ميكروريكشنز الانزيمية
قطرات مائي يستخدم الانزيمية ميكروريكتورس وما يشتغل الكهرومغناطيسي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Al-Kaidy, H., Kuthan, K., Hering,… More

Al-Kaidy, H., Kuthan, K., Hering, T., Tippkötter, N. Aqueous Droplets Used as Enzymatic Microreactors and Their Electromagnetic Actuation. J. Vis. Exp. (126), e54643, doi:10.3791/54643 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter