Login processing...

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

Bioengineering

Waterige druppels gebruikt als enzymatische Microreactors en hun elektromagnetische aandrijving

doi: 10.3791/54643 Published: August 28, 2017

Summary

Lab-in-a-drop reactie systemen toestaan de veelzijdige uitvoering van complexe reacties in een schaal van microfluidic. Een automatische bediening platform bestaande uit een 3 x 3 matrix van elektromagnetische spoelen werd ontwikkeld en met succes gebruikt voor het samenvoegen van twee 10 µL microreactors en daardoor een enzymatische reactie in de resulterende vloeistof Friezen te initiëren.

Abstract

Voor een succesvolle tenuitvoerlegging van microfluidic reactie systemen, zoals PCR en electroforese, is het verkeer van kleine hoeveelheden van de vloeistof essentieel. In conventionele lab-op-een-chip-platformen, worden oplosmiddelen en monsters doorgegeven via gedefinieerde microfluidic kanalen met complexe flow control installaties. De druppel bediening platform hier gepresenteerd is een veelbelovend alternatief. Met het is het mogelijk om een vloeibare drop (microreactor) op een vlakke oppervlakte van een reactie platform (lab-in-a-drop). De bediening van de microreactors op de hydrofobe oppervlak van het platform is gebaseerd op het gebruik van magnetische krachten die op de buitenste schil van de vloeibare druppels die uit een dun laagje superhydrophobic magnetiet deeltjes bestaat. De hydrofobe oppervlak van het platform is nodig om te voorkomen dat ieder contact tussen de vloeibare kern en het oppervlak om een vloeiende beweging van de microreactor. Op het platform, kunnen een of meer microreactors met volumes van 10 µL worden geplaatst en tegelijk verplaatst. Het platform zelf bestaat uit een 3 x 3 matrix van dubbele Elektrospiralen die geschikt voor neodymium of ijzer kernen. Het verlopen van het magnetisch veld worden automatisch gecontroleerd. Door de variatie van het magnetisch veld verlopen, kan de microreactors magnetische hydrofobe shell worden gemanipuleerd automatisch wilt verplaatsen van de microreactor of open de shell omkeerbaar. Reacties van substraten en bijbehorende enzymen kunnen worden geïnitieerd door het samenvoegen van de microreactors of brengen ze in contact met oppervlakte geïmmobiliseerdet katalysatoren.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Technische toepassingen met micro reacties worden voornamelijk uitgevoerd in vooraf gedefinieerde microchannel-chips. Deze systemen worden grote schaal vastgesteld en uitgebreid beschreven in de literatuur (inter alia 1,2,3). In 2011 bedroeg de omzet van microfluidic technologieën wereldwijd 6,2 miljard euro 4. In tegenstelling, was het gebruik van vrij beweegbare micro reactor compartimenten eerder alleen onderzocht en gepubliceerd in beperkte mate. De meest voorkomende methode voor het verplaatsen van waterige micro druppels is electrowetting 5. Andere methoden voor de motie van druppels op oppervlakken zijn gebaseerd op elektrische velden 6, magnetische kracht 7 of akoestische bediening 8. Als gevolg van hun ongunstige oppervlakte volumeverhouding, worden deze microreactor druppel gebaseerde systemen blootgesteld aan sterke verdamping effecten. De daling van de ontwerpresolutie is dus meestal opgericht als een vloeibare fasensysteem, waar de bovenste fase een hoog kookpunt heeft, bescherming van de waterfase van verdamping. Deze benadering houdt echter een hoog risico op besmetting van de reactie druppel door ongecontroleerde verspreiding. Dit is een belangrijke belemmering voor de technische invoering van de genoemde systemen.

Recente werk gaat met niet-aanhanger vloeistof-vaste stof fase-overgangen. Een zeer effectieve aanpak is het gebruik van superhydrophobic oppervlakken, waardoor de vorming van sferische waterige druppels. Een uitbreiding van het begrip van deze reactie is het gebruik van micro reactie compartimenten met een superhydrophobic oppervlak of shell, die kan bijvoorbeeld bestaan uit polytetrafluorethyleen (PTFE) deeltjes 9. Hun contacthoeken op oppervlakken zijn meestal in het bereik van 160° (afhankelijk van de oppervlakteruwheid). De sferische compartimenten dus bieden minimale weerstand voor verkeer op een oppervlak en tegelijkertijd bieden bescherming tegen water verdamping.

Waterige druppels bekleed met micro formaat PTFE deeltjes mogen hun bolvorm tot een diameter van ongeveer 2 mm. Bij hogere volumes, is de hydrofobe shell meestal niet volledig gesloten meer 10. De invloed van andere shell-materialen en de uitbreiding van het toepassingsgebied van het vloeibare marmer aan apolaire oplosmiddelen werd uitgevoerd door Gao en McCarthy met behulp van ionische vloeistoffen 12. Voor de vorming van hydrofobe deeltje gebaseerde schelpen, deeltje diameters in maten van 10 nm-30 µm hebben tot dusver beschreven 11,14,16. Nieuwe studies toonden dat hydrofobe nanodeeltjes als shell materiaal nog beter dan die van microdeeltjes 13 zijn. Eerste stabiliteit studies bevestigd een verhoging in stabiliteit wanneer de deeltjesgrootte wordt teruggebracht van ca. 600 nm tot ca. 100 nm. Deze verwachten resultaten uit de dichtere deeltje distributie rond de waterige bol 15.

De bescherming van waterige reactie compartimenten door een hydrofobe shell en hun aanwijzing als vloeibare Friezen werd in 2001 voor het eerst beschreven door Aussillous et al. en Mahadevan et al. 17 , 18. sindsdien enkele toepassingen van deze gedefinieerde reactie compartimenten zijn beschreven. Bijvoorbeeld, een gas sensor op basis van vloeibare knikkers 19 en een detectiemethode voor waterverontreiniging op basis van een optisch kwalitatieve basis geweest ontwikkelde 20. De auteurs onderscheiden de voordelen van hoge reactiesnelheden en het lage verbruik van chemische stoffen die hun micro reactie systemen. Recente publicaties omgaan met de productie van pH-gevoelige liquide knikkers 16 of de vertegenwoordiging van 'Janus deeltjes' met twee verschillende coatings voor een andere functie. Bijvoorbeeld, kon de Bormashenko et al. een microreactor met schelpen gemaakt van Teflon en halfgeleidende Carbon zwart 21synthetiseren. Bovendien werd aangetoond dat microreactors kan efficiënt en handig polyperoxides door het absorberen van externe zuurstof als comonomeer via de permeabele gas-vloeistof interface 24synthetiseren. In een andere benadering van de shell silica deeltje-gebaseerde vloeibare Un sac de billes bieden de oppervlakken van de reactieve substraat voor het regelen van de klassieke zilveren spiegel reactie 26. Huidige problemen voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van hydrofiele-kern-hydrofobe-shell druppels zijn de deeltje grootte aanpassing, de reproduceerbare productie van monodispers druppels, de spuitbaarheid van oppervlakken en het effect van een seconde hydrofiele shell op de micro reactie compartimenten 22, evenals een betere controle van de druppel trajecten, bijvoorbeeld voor de ontwikkeling van microPCR-continuprocédé 4.

Een magnetische aandrijving van deze microreactors biedt het voordeel van de relatief hoge verkeer bereiken en een goede selectiviteit van de kracht bij het werken in biochemische systemen. Bij het gebruik van hydrofobe magnetiet deeltjes, zij voldoen aan zowel de functie van de magnetische kracht overbrenging voor het verkeer van de microreactors, evenals de functie van een hydrofobe shell. De magnetische verkeer van druppels met magnetische deeltjes binnen een droplet was gepostuleerd voor het eerst in 2006 door Lehmann et al. 23 en Shikida et al. 25, die handmatig verplaatst permanente magneten als aandrijvingen voor de mobilisatie van een enkele druppel. Een andere benadering van het verplaatsen van een kleine hoeveelheid vloeistof werd gerealiseerd door Zhao et al., die de hydrofobe Fe3O4 deeltjes als magnetische shell gebruikt. De shell van het magnetische vloeistof marmer werd geopend op de bovenzijde van de druppel door een verticaal omgekeerde magnetisch veld 27. Op basis van dit concept, konden Xue et al. ontwikkelen van deeltjes die een microreactor met een oppervlaktespanning van 20,1 dyne cm−1 28 vormen. Lin et al. gefabriceerd roman cellulose gebaseerde micro/nano hiërarchische bollen met zowel Superparamagnetisme als superhydrophobicity die god stabiliteit voor transport en de manipulatie van de magnetische vloeistof druppel 31 bieden. Dit was tot nu toe alleen vrijgegeven als een bewijs-van-principe studeren en niet gebruikt voor alle toepassingen. De magnetische en elektrische controle van de vloeibare knikkers wordt momenteel nagestreefd in eerste benaderingen. Zhao et al. 2010 15 en Zhang et al. 2012 29 konden ontwikkelen een druppel manipulatie door de handmatige (hand bediende) beweging van een permanente magneet onder core-shell druppels. Bormashenko et al. 11 bereikt de versnelling van een Ferromagnetische vloeibare marmer tot een snelheid van 25 cm s-1 door het naderen van een neodymium magneet. De hierboven genoemde beginsel studies werden verricht uitsluitend door de handmatige verplaatsing van een kleine permanente magneet. Als een volgende stap in de ontwikkeling konden Zhao et al. onlangs de vereiste magnetische fluxdichtheid voor het verkeer van magnetische vloeistof marmer schatten door het variëren van de afstand van een permanente magneet 30. Voor een besturingselement reactie is vergelijkbaar met die van de uniforme systemen van lab-on-a-chip lijkt het onvermijdelijk om te voorzien in de middelen van geautomatiseerde controle van de discrete vloeibare vEV. Om te voldoen aan deze behoefte, ontwikkelden we een nieuw controlesysteem op basis van variabele veld verlopen te fixeren, verplaatsen en open de magnetische microreactors.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Hydrophobization van magnetische nanodeeltjes

  1. voor de synthese van de hydrofobe magnetische deeltjes, Voeg 0,85 g FeCl 3-hexahydraat (3.14 mmol) en 0,30 g FeCl 2 tetrahydraat (1,51 mmol) tot 200 mL water/ethanol oplossing (v/v 4:1).
  2. Voeg aan dit mengsel, 0,20 mL 1H, 1H, 2 H, 2H-Perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) (5.23 mmol) met krachtig roeren door een magneetroerder (500 rpm). De synthese in de sfeer van een inert gas (N 2) uitvoeren met behulp van een rondbodemkolf met een kurk om te voorkomen dat de secundaire oxidatie van de deeltjes magnetiet.
  3. Pas de oplossing daling verstandig met een ammoniumhydroxide-oplossing (1,5 M) op een pH van 8 (bepaald door een pH-meter pH). Roer de oplossing gedurende 24 uur met behulp van een magneetroerder.
  4. Scheiden de deeltjes magnetisch uit de oplossing door het plaatsen van de erlenmeyer op een balk magneet (neodymium magneet van de zogenaamde 40 x 20 x 10 mm, lijm kracht 25 kg). De oplossing met behoud van de magneet gekoppeld aan de onderkant van de kolf uitstorten.
  5. Wassen de deeltjes driemaal met de water/ethanol oplossing tijdens het gebruik van een bar magneet zoals beschreven in punt 1.4). Droog de deeltjes bij 60 ° C gedurende 24 uur (rendement ca. 0,43 g).
  6. Voor het analyseren van de deeltjes, gebruiken een Scannende Elektronen Microscoop volgens fabrikant ' s instructies.

2. Fabricage van Microreactors

  1. alle de gedroogde deeltjes die iets met behulp van een stamper glas slijpen en vervolgens plaats allemaal rechtstreeks in een wegende pan (46 × 46 × 8 mm bedragen, polystyreen).
  2. Pipetteer 10 µL reactie oplossing (compositie als beschreven in 5.1) op alle de deeltjes en verplaats het gewicht pan iets in een circulaire manier voor ongeveer 10 s (deeltjes massa voor een 10 µL microreactor: ca. 3,2 x 10 -7 kg < sup Class = "xref" > 33). De resterende deeltjes (deeltjes die niet zelf rond de reactie-oplossing monteren deed) bewaren bij kamertemperatuur voor verdere toepassingen.
  3. Voor het meten van de contacthoek van de microreactor, bouwen een 5 µL microreactor met water zoals beschreven in 2.2), plaatst u deze op een teflon-film en de contacthoek analyseren met behulp van een optische contacthoek meting apparaat volgens fabrikant ' s instructies.

3. 3D-printen van organen van de spoel

  1. de organen van de dubbele spoel met een hoogte van 16 mm (een kamer), een diameter van 10 mm en een inwendige diameter van ca. 4 mm ontwerpen met behulp van een CAD-software volgens fabrikant ' s instructies.
  2. Afdrukken de organen van de spoel met een 3D-printer volgens de fabrikant ' s instructies met behulp van materialen zoals polylactide gloeidraad. Wikkel de organen met een 0,08 mm koperen draad tot 4.500 windingen met behulp van een computer gecontroleerde kronkelende machine.

4. Fabricage van het Platform van de aandrijving

  1. Schikken de dubbele spoelen in een matrix (bijvoorbeeld 3 x 3 matrix) op een elektrisch bord met een Peltier element daaronder schroef op de dubbele spoelen en hen verbinden met een besturingselement via lint kabel () Figuur 3).
  2. Afhankelijk van de gewenste toepassing, een ijzeren kern (hoogte 32 mm, 4 mm diameter) of een neodymium magneet (12.5 mm hoogte, 4 mm diameter, 1,035 kA m -1) toevoegen aan het lichaam van de spoel te winnen van een sterker magnetisch veld.
  3. Wil het platform plaats een plaat, bij voorkeur quartz glas, met een maximale hoogte van 1 mm op de spoel matrix.
  4. Een microreactor op het oppervlak van het platform plaats.
  5. Uit te trekken de bovenste deeltjes de reactie-oplossing en daarmee het openen van een microreactor activeren een spoel met een neodymium magneet binnen met behulp van het besturingselement in 4.1 genoemde). Te sluiten deactiveren de microreactor weer de spoel.
  6. Samenvoegen van twee microreactors, die aanvankelijk ca. 10 mm uit elkaar zijn gebruik neodymium-magneten zoals beschreven in punt 4.2). Til de magneet in de vereiste spoel organen door het activeren van de spoelen voor ca. 25 s te openen van één microreactor (vereiste afstand tussen microreactor en de magneet ligt ongeveer 12 mm) en andere één naar dezelfde positie op het platform verplaatsen.
  7. Afkoelen van de reactie oplossing in de microreactor op het oppervlak van het platform en te verlagen van de temperatuur van de spoel overschakelen op het Peltier element gepositioneerd onder de spoel matrix zoals beschreven in punt 4.1).

5. Enzymatische reactie door samenvoeging van Microreactors

  1. los mierikswortelperoxidase bij een concentratie van 0,1 µg mL -1 in kalium fosfaatbuffer (0,1 M, pH 6,5). Verdun het substraat, 10-acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine (10 mM dimethylsulfoxide (DMSO)) met kalium fosfaatbuffer (0,1 M, pH 6,5) tot een concentratie van 200 µM.
  2. Gebruik 10 µL van elk van deze oplossingen voor het bouwen van twee microreactors, zoals beschreven in punt 2.2). Samenvoegen van de twee microreactors door het gemiddelde van magnetische krachten (neodymium cilinder magneet: 12.5 mm x 4 mm, 1.035 kA m -1) zoals beschreven in 4.6) bij 25 ° C.
  3. De reactie kan worden opgespoord door plaatsing van een sonde fluorescentie (excitatie golflengte: 570 nm, emissie golflengte: 585 nm) ca. 10 mm direct boven een geopende microreactor voordat u de samenvoegbewerking.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De shell-deeltjes hebben een diameter van ongeveer 640 nm. Magnetizable nanoparticles omsloten door deze fluorosilane shell deeltjes hebben diameters in een bereik tussen 22 nm en 37 nm. Een 5 µL microreactor met water als een vloeibare kern had een contacthoek van ongeveer 160°.

De kracht die nodig is om te bewegen een 10 µL microreactor zoals hierboven beschreven is 1,34 ± 0.08 µN. Figuur 1 toont de elektromagnetische kracht van een spoel met 4.500 wikkelingen van koperdraad en een innerlijke ijzeren kern aangedreven met 58 mA. De verdeling van de kracht wordt geschat door een eindige elementen-model (FEM) om de eigenschappen van de vereiste spoel te verplaatsen van een microreactor te bepalen. Zoals te zien in Figuur 1, is de magnetische kracht olv van de beschreven spoel sterk genoeg om een microreactor naar een afstand verder dan 10 mm afstand van het centrum van de spoel.

De magnetische kracht te openen van een microreactor is gelijk aan 0,85 ± 0,05 mN die veel hoger is dan de kracht die nodig zijn voor het verplaatsen van de druppel. Als de magnetische kracht geïnduceerd door de spoel met de ijzeren kern binnen (Figuur 1) niet sterk genoeg is om het openen van een microreactor, werd een neodymium magneet gebruikt in de spoelen. Door het voeden van de dubbele rollen in wisselstroom stroom richtingen, kan de permanente magneet worden verplaatst naar of uit de buurt van het platform. Daarmee kan de microreactor worden geopend of gesloten magnetisch. Als twee microreactors met een volledig intact shell naast elkaar liggen doen ze niet samenvoegen als de oppervlaktespanning hun fusie remt. Dus moet ten minste één worden geopend.

Figuur 2 toont de Michaelis-Menten kinetica als gevolg van het samenvoegen van een 10 µL microreactor met peroxidase met een ander 10 µL microreactor met de bijbehorende substraat (n = 3). Door Lineweaver-Burk linearisatie de berekende Km waarde voor de reactie binnen de microreactor 86.85 µM ± 10.95 µM is, ligt de vmax waarde aan 378.8 nmol L-1 s-1 ± 115.6 nmol L-1 s-1. Als de waarde van het K-m in goede correspondentie met dat gegeven in de literatuur, 81 ± 3 µM 32 is, kan worden aangenomen dat de enzymatische reactie binnen de kleinschalige microreactor met de hydrofobe shell materiaal wordt niet beïnvloed met betrekking tot affiniteit.

Figure 1
Figuur 1: Elektromagnetische kracht simulatie van een spoel met 58 mA en 4.500 windingen koperen draad in afhankelijkheid van de afstand van de microreactor naar het midden van de spoel bepaald door FEM. De spoel diameter 10 mm, de diameter van de ijzeren kern is 4 mm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: Michaelis-Menten kinetica van peroxidase gemeten door het samenvoegen van twee 10 µL microreactors. De temperatuur 25 ° C en de buffer is kalium-fosfaat (0.1 M) met een pH van 6.5. Drie herhalingen werden uitgevoerd.

Figure 3
Figuur 3: Bediening platform. De bediening-platform bestaat uit een 3 x 3 matrix van dubbele spoelen. Één spoel heeft 4.500 windingen, een hoogte van 16 mm (een kamer), een diameter van 10 mm en een inwendige diameter van ca. 4 mm. De hoogte van de spoelen is vooraf gedefinieerd door de hoogte van de gebruikte neodymium cilinder magneet. De diameter werd gekozen omdat eerdere studies is gebleken dat dit een redelijke afstand voor het verplaatsen van een microreactor met dit soort magneet. Het nummer van de windingen en de huidige werd bepaald door FEM. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Voor een succesvol gebruik van microfluidic technologieën is het belangrijk om te bewegen de reactie volume dat overeenstemt met de eisen van de biotechnologische synthese en analyses. Het platform van de bediening gepresenteerde maakt het mogelijk verplaatsen van microfluidic druppels met magnetische kracht. Het verkeer kan vrij worden uitgevoerd in twee dimensies op een vlakke oppervlakte van een reactie-platform door de daling van de vloeistof met een magnetische superhydrophobic shell. Dus is een alternatief systeem op vooraf gedefinieerde microfluidic kanalen met complexe flow control installaties, zoals gebruikt in de conventionele microfluidic systemen, voor het doorgeven van oplosmiddelen en monsters ingevoerd. De automatische bediening van kleine reactie druppels is dus een aanzienlijke vereenvoudiging van de bekende lab-on-a-chip-platforms. Anderzijds maakt het platform het mogelijk een microreactor toevoegen en verwijderen van reactie monsters omkeerbaar te openen. In combinatie met een automaat-systeem, dit kan resulteren in een hoge mate van geautomatiseerde reactie controle en is de eerste stap voor het in silico designable microreactions in een virtueel lab-in-a-drop. De belangrijkste beperking van deze techniek is dat de microreactors alleen kan worden opgebouwd met kleine volumes (tot ca. 30 µL). Een cruciale stap in het protocol is de detectie van de enzymatische reactie binnen de microreactors omdat de fluorescentie-sonde moet naar behoren worden aangepast. Een verdere mogelijkheid van detectie mogelijk UV/vis-spectroscopie.

Het ontwikkelingsproces van het platform is gebleken dat een elektromagnetische spoel met een diameter van 10 mm voldoende voor druppel beweging is. Aan de andere kant, is een dubbele spoel gevuld met lucht of een ijzeren kern niet voor het opwekken van de magnetische kracht nodig is voor het openen van een microreactor-shell staat. Daarom, neodymium kernen werden gekozen in de spoelen voor het uitvoeren van deze taak. De resulterende magnetisch veld verlopen kunnen opnieuw worden gevarieerd door elektromagnetisch beweging van de magneet verticale aan het platform van de reactie. De grootte van de toonhoogte van het platform wordt alleen beperkt door het besturingselement. De reeds bestaande controle- en software is ontworpen en klaar voor gebruik voor een 10 x 10-matrix. Het Peltier element is niet nodig voor de beschreven toepassingen, maar kan nodig zijn wanneer de microreactor is vast te stellen voor een langere tijd en het zal toestaan om te koelen het reactiemengsel boven het oppervlak van het platform.

In de toekomst, kan de combinatie van het platform van de bediening met de vloeibare Friezen fungeren als flexibele lab-in-a-drop-systemen voor de uitvoering van screenings, snel optische analyses en complexe enzym trapsgewijs Reacties zeer kleine reactie trainingsvolume. Het platform kan daarnaast worden gebruikt voor (bio-) chemische analyses uitgevoerd, zoals PCR, elektroforese of ELISA. Bovendien, de screening van nieuwe, industriële relevante enzymen en aptamer amplifications zijn veelbelovende mogelijkheden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs wil erkennen de DFG voor de steun.

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).
Waterige druppels gebruikt als enzymatische Microreactors en hun elektromagnetische aandrijving
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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