Summary
Labor-in-a-Drop Reaktionssysteme erlauben die vielseitige Implementierung von komplexen Reaktionen in mikrofluidischen Maßstab. Eine automatisierte Betätigung-Plattform, bestehend aus einem 3 x 3-Matrix von elektromagnetischen Spulen wurde entwickelt und erfolgreich eingesetzt, um verschmelzen zwei 10 µL Mikroreaktoren und dadurch eine enzymatische Reaktion in die resultierenden flüssige Murmeln zu initiieren.
Abstract
Für die erfolgreiche Umsetzung von mikrofluidischen Reaktionssysteme, wie PCR und Elektrophorese ist die Bewegung der Flüssigkeit Kleinmengen unerlässlich. In konventionellen Labor-auf-ein-Chip-Plattformen Lösungsmittel und Proben definierten mikrofluidische Kanäle mit komplexen Steuerung Installationen durchlaufen. Die Tröpfchen Betätigung Plattform präsentiert hier ist eine viel versprechende Alternative. Damit ist es möglich, einen flüssigen Tropfen (haarfeinen) auf eine planare Fläche einer Reaktion-Plattform (Labor-in-Drop) bewegen. Die Betätigung von Mikroreaktoren für die hydrophobe Oberfläche der Plattform basiert auf der Verwendung von magnetischen Kräfte, die auf die äußere Hülle des flüssigen Tropfen aus einer dünnen Schicht von superhydrophob Magnetit-Teilchen. Die hydrophobe Oberfläche der Plattform ist erforderlich, um jeglichen Kontakt zwischen dem flüssigen Kern und der Oberfläche ermöglichen eine reibungslose Bewegung der Mikroreaktortechnik zu vermeiden. Auf der Plattform können ein oder mehrere Mikroreaktoren mit einem Volumen von 10 µL positioniert und gleichzeitig bewegt. Die Plattform selbst besteht aus einer 3 x 3 Matrix der elektrische doppelte Spulen, die entweder Neodym oder Eisen Kerne unterzubringen. Die Magnetfeld-Gradienten werden automatisch gesteuert. Durch Veränderung des magnetischen Feldes Steigungen kann die Mikroreaktoren magnetische hydrophobe Shell automatisch manipuliert werden, um die haarfeinen verschieben oder öffnen Sie die Shell reversibel. Reaktionen der Substrate und entsprechende Enzyme können durch Zusammenlegung der Mikroreaktoren oder bringen sie in Kontakt mit Oberflächen immobilisiert Katalysatoren initiiert werden.
Introduction
Technische Anwendungen mit Mikro Reaktionen erfolgen überwiegend in vordefinierten Microchannel-Chips. Diese Systeme sind weit verbreitet und in der Literatur umfassend beschrieben (inter Alia 1,2,3). Im Jahr 2011 betrug der Umsatz von mikrofluidischen Technologien weltweit 6,2 Milliarden Euro 4. Im Gegensatz dazu war die Verwendung von frei beweglichen Mikro Reaktorsektionen zuvor nur untersucht und veröffentlicht in begrenztem Umfang. Die am häufigsten verwendete Methode zum Verschieben von wässriger micro Tröpfchen ist Electrowetting 5. Andere Methoden für die Bewegung der Tropfen auf Oberflächen basieren auf elektrische Felder 6, Magnetkraft 7 oder akustische Betätigung 8. Aufgrund ihrer ungünstigen Oberfläche zu Volumen-Verhältnis sind diese haarfeinen Droplet-basierte Systeme starke Verdunstung Einflüssen ausgesetzt. Damit ist die Drop-Bewegung in der Regel als einen flüssigen Zweiphasensystem eingerichtet wo die obere Phase hat einen hohen Siedepunkt die wässrige Phase vor Verdunstung zu schützen. Dieser Ansatz beinhaltet jedoch ein hohes Risiko der Kontaminierung der Reaktion Tröpfchen durch unkontrollierte Diffusion. Dies ist ein erhebliches Hindernis für die technische Einrichtung der genannten Systeme.
Neuere Arbeiten befasst sich mit nicht-anhaftende flüssig-fest Phasenübergänge. Ein hochwirksamer Ansatz ist die Verwendung von superhydrophob Oberflächen, so dass die Bildung von sphärischen wässrige Tröpfchen. Eine Erweiterung dieses Konzepts der Reaktion ist die Verwendung von micro Reaktion Fächer mit einem superhydrophob Oberfläche oder Schale, die zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) Partikel 9bestehen kann. Der Kontaktwinkel auf Oberflächen sind in der Regel im Bereich von 160° (abhängig von der Rauheit der Oberfläche). Die sphärische Fächer somit minimale Widerstand gegen die Bewegung auf einer Fläche und bieten gleichzeitig Schutz vor Verdunstung.
Wässrige Tropfen mit Mikropartikeln Größe PTFE beschichtet können ihre Kugelform bis zu einem Durchmesser von etwa 2 mm beibehalten. Bei höheren Lautstärken ist die hydrophobe Shell in der Regel nicht komplett nicht mehr 10geschlossen. Der Einfluss der anderen Shell-Materialien und der Ausbau der Anwendungsbereich des flüssigen Marmors gegenüber unpolaren Lösungsmitteln wurde Gao und McCarthy mithilfe ionische Flüssigkeiten 12implementiert. Für die Bildung von hydrophoben partikelbasierte Muscheln wurden Partikeldurchmesser in Größen von 10 nm bis 30 µm bisher beschriebenen 11,14,16. Neue Studien zeigten, dass hydrophobe Nanopartikel als Hüllenmaterial noch besser zu nutzen als die Mikropartikel 13sind. Ersten Stabilitätsstudien bestätigt eine Erhöhung in Stabilität, wenn die Partikelgröße von reduziert wird ca. 600 nm bis ca. 100 nm. Dieser zu erwartenden Ergebnisse aus Dichter Partikelverteilung rund um den wässrigen Bereich 15.
Der Schutz der wässrigen Reaktion Fächer durch eine hydrophobe Shell und die Bezeichnung als flüssige Murmeln wurde erstmals im Jahr 2001 von Aussillous Et Al. und Mahadevan Et Al. beschrieben. 17 , 18. seitdem einige Anwendungen dieser definierte Reaktion Abteilungen beschrieben worden. Zum Beispiel ein Gassensor auf Basis flüssiger Marmor 19 und ein Nachweisverfahren für Wasserverschmutzung basierend auf einer optisch qualitative Basis entwickelten 20gewesen sind. Die Autoren unterscheiden die Vorteile der hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und der niedrige Verbrauch von Chemikalien ihre Mikro Reaktionssysteme. Jüngste Publikationen beschäftigen sich mit der Herstellung von pH-Sensitive liquid Murmeln 16 oder die Darstellung der "Janus Partikel" mit zwei verschiedenen Beschichtungen aus verschiedenen Funktionen. Beispielsweise könnte Bormashenko Et Al. einen haarfeinen mit Muscheln aus Teflon und halbleitenden Ruß 21synthetisieren. Außerdem wurde nachgewiesen, dass Mikroreaktoren effizient können und bequem durch die Absorption von externen Sauerstoff als Comonomer durch die durchlässigen Gas-Flüssigkeits-Schnittstelle 24Polyperoxides zu synthetisieren. Bei einem anderen Ansatz bieten die Schale der Silica-Partikel-basierten flüssigen Murmeln die reaktiven Substratoberflächen, klassische Silberspiegel-Reaktion- 26zu regulieren. Aktuelle Probleme für Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der hydrophilen-Kern-hydrophobe-Schale Tropfen sind die Partikel Größenanpassung, die reproduzierbare Produktion von monodispersen Tropfen, die Benetzbarkeit von Oberflächen und die Wirkung einer Sekunde hydrophile Hülle auf das Mikro Reaktion Fächer 22sowie eine bessere Kontrolle über die Tröpfchen Flugbahnen, z.B. für die Entwicklung des MicroPCR-Durchlaufanlagen 4.
Eine magnetischen Betätigung des diese Mikroreaktoren bietet den Vorteil, relativ hohe Bewegung reicht und eine gute Selektivität der Kraft bei der Arbeit in biochemischen Systemen. Bei der Verwendung von hydrophoben Magnetit-Teilchen erfüllen sie sowohl die Funktion der magnetischen Kraftübertragung für den Verkehr von der Mikroreaktoren, als auch die Funktion einer hydrophoben Schale. Die magnetische Bewegung der Tröpfchen mit magnetischen Partikeln in einem Tröpfchen wurde erstmals im Jahr 2006 von Lehmann Et Al. postuliert. 23 und Shikida Et al. 25, die manuell benutzt wechselte Permanentmagneten als Aktoren für die Mobilisierung eines einzelnen Tropfens. Ein weiterer Ansatz, eine kleine Menge Flüssigkeit zu bewegen wurde von Zhao Et Al., realisiert, die die hydrophoben Fe3O4 Partikel als magnetische Hülle verwendet. Die Hülle des magnetischen Flüssigkeit Marmor wurde auf der oberen Seite des Tropfens durch eine vertikale umgekehrter Magnetfeld 27eröffnet. Basierend auf diesem Konzept, konnten Xue Et Al. Partikel zu entwickeln, die einen haarfeinen mit einer Oberflächenspannung von 20,1 dyn cm−1 28bilden. Lin Et Al. fabriziert Roman Zellulose basierende Mikro/Nano hierarchische Kugeln mit Superparamagnetism und Superhydrophobicity die magnetischen Tropfen Transport und Manipulation 31Gott Stabilität vorsehen. Dies war bisher nur veröffentlicht, wie ein Proof of Principle studieren und nicht für jede Anwendung verwendet. Die magnetische und elektrische Steuerung der flüssigen Marmor wird derzeit in ersten Ansätzen verfolgt. Zhao Et Al. 2010 15 und Zhang Et Al. 2012 29 waren in der Lage, eine Tröpfchen Manipulation durch die manuelle (handbetrieben) Bewegung eines Permanentmagneten unter Kern-Schale-Tröpfchen zu entwickeln. Bormashenko Et al. 11 erreicht die Beschleunigung einer ferromagnetischen flüssige Murmel auf eine Geschwindigkeit von 25 cm s-1 durch die Annäherung an einen Neodym-Magneten. Dem oben genannten Grundsatz Studien wurden ausschließlich durch die manuelle Bewegung des kleinen Dauermagneten durchgeführt. Als nächstes Entwicklung wurden Zhao Et Al. vor kurzem in der Lage, die erforderliche magnetische Flussdichte für die Bewegung der magnetischen Flüssigkeit Marmor durch Variation der Entfernung eines Permanent-Magnet- 30zu schätzen. Für eine Reaktionskontrolle vergleichbar mit der gemeinsamen Lab-on-a-Chip-Systeme scheint es unumgänglich, die automatische Steuerung des diskreten liquid v zur Verfügung zu stellenOlumes. Um dieses Bedürfnis zu befriedigen, haben wir eine neue Steuerung basierend auf Variablenfeld Steigungen zu fixieren, bewegen und öffnen Sie die magnetischen Mikroreaktoren entwickelt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Hydrophobierung von magnetischen Nanopartikeln
- für die Synthese von hydrophoben Magnetpartikel, 0,85 g FeCl 3 Hexahydrat (3,14 Mmol) und hinzufügen 0,30 g FeCl 2 Tetrahydrat (1,51 Mmol) 200 mL Wasser/Ethanol-Lösung (4:1 V/V).
- Diese Mischung hinzufügen 0,20 mL 1H, 1H, 2 H, 2H-Perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) (5,23 Mmol) unter kräftigen Rühren mit einem Magnetrührer (500 u/min). Führen Sie die Synthese in einer Schutzgasatmosphäre (N 2) mithilfe eine Rundboden-Flasche mit einem Korken um die sekundären Oxidation von Magnetit-Partikel zu verhindern.
- Einstellen den Lösung Tropfen klug mit einer Ammonium Hydroxid Lösung (1,5 M), einem pH-Wert von 8 (pH-Wert bestimmt durch ein pH-Meter). Rühren Sie die Lösung für 24 h mit einem Magnetrührer.
- Trennen die Partikel magnetisch von der Lösung, indem den Kolben auf eine Bar Magnet (Neodym Quader Magnet 40 x 20 x 10 mm, Kleber force 25 kg). Gießen Sie die Lösung unter Beibehaltung des Magnet an der Unterseite des Kolbens befestigt.
- Waschen die Partikel dreimal mit Wasser/Ethanol-Lösung bei der Verwendung einer Bar Magnet wie unter 1.4). Trocknen Sie die Partikel bei 60 ° C für 24 h (Ausbeute ca. 0,43 g).
- Für die Analyse der Partikel, verwenden ein Rasterelektronenmikroskop laut Hersteller ' Anweisungen s.
2. Herstellung von Mikroreaktoren
- die getrockneten Partikel leicht mit einem Glas Stößel zermahlen und anschließend stellen sie direkt in eine Waagschale (46 × 46 × 8 mm, Polystyrol).
- Pipette 10 µL Reaktionslösung (Zusammensetzung wie beschrieben in 5.1) auf alle Teilchen und verschieben das Wiegen Pfanne leicht in einen kreisförmigen Weg für ca. 10 s (Partikelmasse für eine 10 µL haarfeinen: ca. 3,2 x 10 -7 kg < sup Klasse = "Xref" > 33). Die restlichen Partikel (Teilchen, die nicht rund um die Reaktionslösung selbst zusammensetzen) bei Raumtemperatur für weitere Anwendungen zu speichern.
- Für die Messung der Kontaktwinkel der Mikroreaktortechnik, bauen eine 5 µL haarfeinen mit Wasser wie unter 2.2), legen Sie es auf eine Teflon-Film und den Kontaktwinkel mithilfe einer optischen Kontaktwinkel-Messgerät laut Hersteller analysieren ' s Anweisungen.
3. 3D-Druck von den Spulenkörper
- mit einer CAD-Software nach Hersteller entwerfen die doppelte Spulenkörper mit einer Höhe von 16 mm (eine Kammer), einem Durchmesser von 10 mm und einem Innendurchmesser von ca. 4 mm ' s Anweisungen.
- Drucken Sie den Spulenkörper mit einem 3D Drucker laut Hersteller ' s Anweisungen unter Verwendung von Materialien wie Polylactid Filament. Wickeln Sie den Körper mit einem 0,08 mm Kupfer Draht 4.500 Wicklungen mit einem Computer gesteuerte Wickelmaschine erreichen.
4. Herstellung der Betätigung Plattform
- Anordnen das doppelte Spulen in einer Matrix (z.B. 3 x 3 Matrix) auf eine Schalttafel mit einem Peltier-Element unter, Schrauben Sie die doppelte Spulen und verbinden Sie diese mit einer Steuerung über Ribbon Kabel ( Abbildung 3).
- Abhängig von der gewünschten Anwendung ein Eisenkern (32 mm Höhe, 4 mm Durchmesser) oder hinzufügen einen Neodym-Magneten (12,5 mm Höhe, 4 mm Durchmesser, 1.035 kA m -1) der Spulenkörper ein stärkeres Magnetfeld zu gewinnen.
- Bis Ende die Plattform legen Sie eine Platte, vorzugsweise Quarzglas mit einer maximalen Höhe von 1 mm auf der Spule Matrix.
- Einer haarfeinen auf der Oberfläche der Plattform zu platzieren.
- , Die oberen Partikel aus der Reaktionslösung zurückziehen und somit einen haarfeinen aktivieren eine Spule mit einem Neodymmagneten im Inneren mithilfe des Steuerelements in 4.1 genannten). Schließen der Mikroreaktortechnik wieder ausschalten die Spule.
- , Zwei Mikroreaktoren verschmelzen die zunächst ca. 10 mm voneinander entfernt sind verwenden Sie Neodym-Magneten wie unter 4.2). Heben Sie den Magneten in die gewünschten Spulenkörper durch die Aktivierung der Spulen für ca. 25 s, einen haarfeinen (Abstand zwischen haarfeinen und Magnet liegt ca. 12 mm) zu öffnen und zu einer in der gleichen Position auf der Plattform bewegen.
- , Um die Reaktion zu kühlen einschalten Lösung in der Mikroreaktortechnik auf der Oberfläche der Plattform und die Spulentemperatur verringern das Peltier-Element unter der Spule Matrix positioniert, wie unter 4.1 beschrieben).
5. Enzymatische Reaktion durch Zusammenführen von Mikroreaktoren
- auflösen-Meerrettich-Peroxidase in einer Konzentration von 0,1 µg mL -1 in Kalium-Phosphat-Puffer (0,1 M, pH 6,5). Verdünnen Sie das Substrat, 10-Acetyl-3,7-Dihydroxyphenoxazine (10 mM in Dimethylsulfoxide (DMSO)) mit Kalium-Phosphat-Puffer (0,1 M, pH 6,5) zu einer Konzentration von 200 µM.
- Einsatz 10 µL jede dieser Lösungen, zwei Mikroreaktoren zu bauen, wie unter 2.2). Verschmelzen die beiden Mikroreaktoren durch das Mittel der magnetischen Kräfte (Zylinder Neodymmagneten: 12,5 mm x 4 mm, 1.035 kA m -1) wie in 4.6 beschrieben) bei 25 ° c
- Erkennen die Reaktion durch die Positionierung einer Fluoreszenz-Sonde (Erregung Wellenlänge: 570 nm, Emissionswellenlänge: 585 nm) ca. 10 mm direkt über eine geöffnete haarfeinen vor dem Merge.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Die Shell-Partikel haben einen Durchmesser von rund 640 nm. Die magnetisierbaren Nanopartikeln in diesem Fluorosilane Shell Partikel eingeschlossen haben Durchmesser im Bereich von 22 nm und 37 nm. Eine 5 µL haarfeinen mit Wasser als einen flüssigen Kern hatte einen Kontaktwinkel von rund 160 ° c.
Der Kraftaufwand zu bewegen ist ein 10 µL haarfeinen wie oben beschrieben 1,34 ± 0,08 µN. Abbildung 1 zeigt die elektromagnetische Kraft aus einer Spule mit 4.500 Windungen Kupferdraht und innere Eisenkern mit 58 powered mA. Die Kraftverteilung wird durch ein finite-Elemente-Modell (FEM), die erforderlichen Spule Eigenschaften einer haarfeinen bewegen bestimmen geschätzt. Wie in Abbildung 1ersichtlich ist, ist die Magnetkraft, durchgeführt von der beschriebenen Spule stark genug, um einen haarfeinen bis zu einer Entfernung weiter als 10 mm von der Mitte der Spule zu bewegen.
Die magnetische Kraft, einen haarfeinen öffnen entspricht 0,85 ± 0,05 mN ist viel größer als die Kraft, die das Tröpfchen bewegen musste. Da die magnetische Kraft induziert durch die Spule mit Eisenkern innerhalb (Abbildung 1) nicht stark genug, um einen haarfeinen zu öffnen ist, wurde ein Neodym-Magneten in den Spulen verwendet. Durch die doppelte Spulen in Wechselstrom Durchflussrichtungen einschalten, kann der Permanentmagnet in Richtung oder Weg von der Plattform verschoben werden. Dabei kann die haarfeinen geöffnet oder geschlossen magnetisch werden. Nebeneinander liegen zwei Mikroreaktoren mit einem völlig intakte Hülle verbinden sie nicht wie die Oberflächenspannung ihre Fusion hemmt. Daher muss mindestens geöffnet werden.
Abbildung 2 zeigt die Michaelis-Menten-Kinetik durch Verschmelzung einer 10 µL haarfeinen mit Peroxidase mit einem anderen 10 µL haarfeinen mit dem entsprechenden Substrat (n = 3). Lineweaver-Burk-Linearisierung der berechneten K-m -Wert für die Reaktion innerhalb der Mikroreaktortechnik 86.85 µM ± 10,95 µM ist liegt der V-max -Wert bei 378.8 Nmol L-1 s-1 ± 115,6 Nmol L-1 s-1. Wie die K-m -Wert in guter Übereinstimmung mit der angegebenen Literatur, 81 ± 3 µM 32, kann davon ausgegangen werden, dass die enzymatische Reaktion innerhalb der kleinen haarfeinen mit den hydrophoben Hüllenmaterial in Bezug auf nicht beeinflusst wird Affinität.
Abbildung 1: Elektromagnetische Kraft Simulation aus einer Spule mit 58 mA und 4.500 Wicklungen von Kupfer Draht in Abhängigkeit des Abstandes der Mikroreaktortechnik in die Spule Mitte bestimmt durch FEM Die Spule Durchmesser 10 mm, der Durchmesser des Eisenkerns beträgt 4 mm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Michaelis-Menten Kinetik der Peroxidase gemessen durch die Zusammenlegung von zwei 10 µL Mikroreaktoren. Die Temperatur liegt bei 25 ° C und der Puffer verwendet, ist Kalium Phosphat (0,1 M) mit einem pH-Wert von 6,5. Drei Wiederholungen wurden durchgeführt.
Abbildung 3: Betätigung Plattform. Die Betätigung-Plattform besteht aus einer 3 x 3-Matrix aus zwei Spulen. Eine Spule hat 4.500 Wicklungen, eine Höhe von 16 mm (eine Kammer), einem Durchmesser von 10 mm und einem Innendurchmesser von ca. 4 mm. Die Höhe der Spulen ist durch die Höhe des verwendeten Neodymmagneten Zylinder vordefiniert. Der Durchmesser wurde gewählt, weil frühere Studien haben gezeigt, dass dies einem angemessenen Abstand zum Verschieben einer haarfeinen mit dieser Art von Magneten. Die Anzahl der Wicklungen und der Strom wurde bestimmt durch FEM Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Für den erfolgreichen Einsatz von mikrofluidischen Technologien ist es wichtig, das Reaktionsvolumen entsprechend den Anforderungen der biotechnologische Synthese und Analysen zu bewegen. Die hier vorgestellten Betätigung-Plattform ermöglicht es mikrofluidischen Tröpfchen durch Magnetkraft verschieben. Die Bewegung kann frei in zwei Dimensionen auf einer planaren Fläche einer Reaktion-Plattform durchgeführt werden, unter Beifügung den flüssigen Tropfen mit einem magnetischen superhydrophob Schale. Damit wird ein alternatives System zu vordefinierten mikrofluidische Kanäle mit komplexen Steuerung Installationen, wie in herkömmlichen mikrofluidischen Systemen verwendet, um Lösungsmittel und Proben übergeben eingeführt. Die automatisierte Betätigung des kleinen Reaktion Tröpfchen ist somit eine deutliche Vereinfachung der bekannten Lab-on-a-Chip-Plattformen. Darüber hinaus macht die Plattform möglich, einen haarfeinen zum Hinzufügen und Entfernen von Reaktion Proben reversibel zu öffnen. In Kombination mit einem Dispenser-System Dies kann dazu führen, dass ein hohes Maß an automatisierten Reaktionskontrolle und ist der erste Schritt für in Silico gestaltbare Microreactions in einem virtuellen Labor-in-a-Tropfen. Die wichtigste Einschränkung dieser Technik ist, dass die Mikroreaktoren nur mit kleinen Mengen (bis zu ca. 30 µL) gebaut werden können. Ein entscheidender Schritt im Protokoll ist der Nachweis der enzymatischen Reaktion innerhalb der Mikroreaktoren, weil die Fluoreszenz-Sonde muss richtig eingestellt sein. Eine weitere Möglichkeit der Erkennung möglicherweise UV/Vis-Spektroskopie.
Der Entwicklungsprozess der Plattform hat gezeigt, dass eine elektromagnetische Spule mit einem Durchmesser von 10 mm für Tröpfchen Bewegung ausreicht. Auf der anderen Seite ist eine doppelte Spule gefüllt mit Luft oder einem Eisenkern nicht in der Lage, die magnetische Kraft zu induzieren, die benötigt wird, um eine haarfeinen Shell zu öffnen. Daher wurden Neodym Kerne in den Spulen ausgewählt, um diese Aufgabe durchzuführen. Die daraus resultierende Magnetfeld Gradienten können wieder durch Nervenströme Bewegung des Magneten senkrecht zur Reaktion Plattform variiert werden. Die Pitch-Größe der Plattform ist nur durch die Kontrolle begrenzt. Die bereits vorhandenen Steuerung und Software ist entworfen und für ein 10 x 10 Matrix einsatzbereit. Das Peltier-Element ist nicht erforderlich für die beschriebenen Anwendungen aber kann erforderlich sein, wenn der Mikroreaktortechnik für eine längere Zeit fixiert werden und es es ermöglichen wird, das Reaktionsgemisch über der Plattform Oberfläche abzukühlen.
In Zukunft kann die Kombination der Betätigung Plattform mit der flüssigen Murmeln als flexible Labor-in-a-Tropfen-Systeme für die Durchführung des Screenings, schnelle optische Analysen und komplexe Kaskade Enzymreaktionen mit sehr kleinen Reaktion Volumen fungieren. Darüber hinaus kann die Plattform für (Bio-) chemischen Analysen wie PCR, Elektrophorese oder ELISA verwendet werden. Darüber hinaus sind die Vorführung des neuen, industriell relevanten Enzyme und Aptamer Amplifikationen vielversprechende Möglichkeiten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Die Autoren möchten die DFG für die Unterstützung zu erkennen.
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 |
References
- Squires, T., Quake, S. Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale. Rev. Mod. Phys. 77 (3), 977-1026 (2005).
- Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in Droplets in Microfluidic Channels. Angew Chem Int Ed Engl. 45 (44), 7336-7356 (2006).
- Erickson, D., Li, D. Integrated microfluidic devices. Anal. Chim. Acta. 507 (1), 11-26 (2004).
- Zhang, Y., Ozdemir, P. Microfluidic DNA amplification-A review. Anal. Chim. Acta. 638 (2), 115-125 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- Guttenberg, Z., et al. Planar chip device for PCR and hybridization with surface acoustic wave pump. Lab Chip. 5 (3), (2005).
- 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).
- McHale, G., Newton, M. I. Liquid marbles: principles and applications. Soft Matter. 7 (12), 5473 (2011).
- 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).
- Gao, L., McCarthy, T. J. Ionic Liquid Marbles. Langmuir. 23 (21), 10445-10447 (2007).
- Bhosale, P. S., Panchagnula, M. V., Stretz, H. A. Mechanically robust nanoparticle stabilized transparent liquid marbles. Appl. Phys. Lett. 93 (3), 034109 (2008).
- Bormashenko, E., Balter, R., Aurbach, D. Micropump based on liquid marbles. Appl. Phys. Lett. 97 (9), 091908 (2010).
- 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).
- 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).
- Aussillous, P., Quéré, D. Liquid Marbles. Nature. 411 (6840), 924-927 (2001).
- Mahadevan, L. Non-stick water. Nature. 411 (6840), 895-896 (2001).
- Tian, J., Arbatan, T., Li, X., Shen, W. Liquid marble for gas sensing. Chem. Commun. 46 (26), 4734 (2010).
- Bormashenko, E., Musin, A. Revealing of water surface pollution with liquid marbles. Appl. Surf. Sci. 255 (12), 6429-6431 (2009).
- Bormashenko, E., Bormashenko, Y., Pogreb, R., Gendelman, O. Janus Droplets: Liquid Marbles Coated with Dielectric/Semiconductor Particles. Langmuir. 27 (1), 7-10 (2011).
- Bormashenko, E. Liquid marbles: Properties and applications. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 16 (4), 266-271 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Xue, Y., et al. Magnetic Liquid Marbles: A "Precise" Miniature Reactor. Adv. Mater. 22 (43), 4814-4818 (2010).
- Zhang, L., Cha, D., Wang, P. Remotely Controllable Liquid Marbles. Adv. Mater. 24 (35), 4756-4760 (2012).
- 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).
- 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).
- Glettenberg, M., Niemeyer, C. M. Tuning of Peroxidase Activity by Covalently Tethered DNA Oligonucleotides. Bioconjugate Chem. 20 (5), 969-975 (2009).
- 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).
