Login processing...

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

Bioengineering

Sulu damlacıkları enzimatik Microreactors ve onların elektromanyetik çalıştırma kullanılan

doi: 10.3791/54643 Published: August 28, 2017

Summary

Laboratuvar içinde bırak tepki sistemleri karmaşık tepkiler çok yönlü uygulanması bir mikrosıvısal ölçeğinde izin verir. Elektromanyetik bobinler bir 3 x 3 matris oluşan bir otomatik çalıştırma platformu geliştirilmiştir ve başarıyla birleştirme iki 10 µL microreactors için kullanılan ve böylece elde edilen sıvı mermer bir enzimatik reaksiyon başlatabilir.

Abstract

PCR ve Elektroforez, gibi mikrosıvısal tepki sistemleri başarılı uygulanması için küçük sıvı birimleri hareketi esastır. Geleneksel laboratuvar-Tarih-a-chip-platformlarında, çözücüler ve örnekleri karmaşık akış denetimi yüklemelerinin ile tanımlanmış mikrosıvısal kanallar aracılığıyla geçirilir. Burada sunulan damlacık çalıştırma platformu gelecek vaat eden bir alternatiftir. Bununla beraber, sıvı damla (microreactor) bir tepki platformu (laboratuvar-içinde-a-damla) düzlemsel bir yüzeye taşımak mümkündür. Microreactors platformu hidrofobik yüzey üzerinde çalıştırma manyetik kuvvetler superhydrophobic manyetit parçacıklar ince bir tabaka halinde yapılan Dış kabuğun sıvı damla üzerinde hareket kullanımı temel alır. Platformun hidrofobik yüzey sıvı çekirdek ve microreactor düzgün bir hareket sağlamak için yüzey arasında herhangi bir temas önlemek için gereklidir. Platformda, bir veya daha fazla microreactors 10 µL hacimleri ile konumlandırılmış ve aynı anda taşındı. Platformu kendisi Neodim veya demir çekirdeği yerleştirmek elektrik çift bobin ise ışını bir 3 x 3 matris oluşur. Manyetik alan degradeler otomatik olarak kontrol edilir. Manyetik alan degradeler varyasyon tarafından microreactors manyetik hidrofobik kabuk otomatik olarak microreactor taşımak veya kabuk geri dönülebilir olarak açmak için manipüle edilebilir. Yüzeylerde ve ilgili enzimler reaksiyonları microreactors birleştirilmesi veya temas yüzey immobilize katalizörler duruma getirmeden tarafından başlatılabilir.

Introduction

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

Mikro reaksiyonlar ile teknik uygulamaları önceden tanımlanmış microchannel fiş ağırlıklı olarak devam etmektedir. Bu sistemleri yaygın olarak kurulan ve kapsamlı bir şekilde literatürde açıklanan (Inter alia 1,2,3). 2011 yılında 6,2 milyar euro 4mikrosıvısal teknolojileri dünya çapında cirosunun buldu. Buna ek olarak, özgürce hareketli mikro reaktör bölmeleri kullanımı daha önce sadece muayene ve sınırlı bir ölçüde yayınlandı. Sulu mikro damlacıkları taşımak için en yaygın yöntem electrowetting 5' tir. Damla yüzeylerde hareket için diğer yöntemleri elektrik alanlar 6, Manyetik kuvvet 7 veya akustik çalıştırma 8üzerinde temel alır. Hacim oranı onların olumsuz yüzeyine nedeniyle, bu microreactor damlacık tabanlı sistemler güçlü buharlaşma etkilere maruz kalır. Böylece, açılan hareket genellikle üst aşama buharlaşma sulu faz koruma yüksek kaynama noktasına sahip olduğu sıvı iki aşamalı bir sistem olarak kuruldu. Bununla birlikte, bu yaklaşım tepki damlacık tarafından kontrol edilmeyen Difüzyon kirletici yüksek risk içerir. Bu bahsedilen sistemlerinin teknik kurulması için önemli bir engeldir.

Son iş yapışık olmayan sıvı-katı faz geçişleri ile ilgilidir. Superhydrophobic yüzeyler, küresel sulu damlacıkları oluşumunu sağlayan kullanımı son derece etkili bir yaklaşımdır. Mikro tepki bölmeleri bir superhydrophobic yüzey veya kabuk, politetrafloroetilin (PTFE) parçacıklar 9örneğin oluşabilir kullanımı bu reaksiyon kavramı bir uzantısıdır. Kişi kendi açıları yüzeylerde genellikle (bağlı olarak yüzey pürüzlülüğü) 160 ° arasındadır. Küresel bölmeleri böylece bir yüzey üzerinde hareket en az direnç sağlamak ve aynı anda su buharlaşma karşı koruma sağlar.

Mikro ölçekli PTFE parçacıkları ile kaplı sulu damla çapı yaklaşık 2 mm kadar küresel kendi şeklini korumak. Daha yüksek birimleri hidrofobik kabuk genellikle tamamen artık 10kapalı değil. Diğer kabuk malzeme etkisi ve nonpolar çözücüler sıvı mermer uygulama alanının genişlemesi Gao ve McCarthy tarafından iyonik sıvılar 12kullanarak uygulanmıştır. Hidrofobik parçacık dayanarak kabuklarını oluşumu için ana kadar açıklanan 11,14,16parçacık çapı 10 nm-30 µm boyutlarda oldu. Yeni çalışmalar kabuk malzeme olarak hidrofobik nano tanecikleri microparticles 13bundan daha iyi kullanım olduğunu gösterdi. İlk istikrar çalışmalar doğruladı bir artış istikrar üzerinden parçacık boyutu küçüldüğünde ca. 600 nm ca. 100 nm için. Bu olası sonuçları sulu küre 15çevresinde yoğun parçacık dağılımından.

Sulu tepki bölmeleri sıvı mermerler olarak kendi tayin ve hidrofobik kabuğu korunması ilk Aussillous vd ve Mahadevan vd. 2001 yılında tanımlanmıştır 17 , 18. o zamandan beri bu tanımlanmış tepki bölmeleri birkaç uygulama tarif edilmistir. Örneğin, sıvı mermerler 19 ve tabanlı bir optik nitel olarak su kirliliği için bir algılama yöntemi dayalı bir gaz sensörü gelişmiş 20olmuştur. Yazarlar yüksek tepki oranları avantajları ve kimyasallar mikro tepki sistemlerinin düşük tüketim farkı. Son yayınlar pH duyarlı sıvı mermerler 16 üretimi veya 'Janus parçacıklar' temsil farklı işlevler iki farklı kaplamalar ile uğraşmak. Örneğin, Bormashenko ve ark. Teflon ve yarıiletken karbon siyah 21kabukları ile bir microreactor sentez. Ayrıca microreactors verimli olabilir gösterilmiştir ve uygun olarak comonomer den geçirgen gaz-sıvı arayüzey 24dış oksijen emerek polyperoxides sentez. Başka bir yaklaşım sıvı mermerler silis-parçacık tabanlı kabuk klasik gümüş ayna tepki 26düzenleyen reaktif substrat yüzeyler sağlar. Araştırma ve geliştirme alanında hidrofilik-core-hidrofobik-kabuk damlacıkları için geçerli sorunları parçacık boyutu ayarlama, monodisperse damlacıkları tekrarlanabilir üretimi, yüzeylerin wettability ve ikinci bir etkisi vardır hidrofilik kabuk damlacık yörüngeler, örneğin sürekli microPCR-sistemleri 4geliştirilmesi için bir daha iyi kontrol yanı sıra mikro tepki bölmeleri 22.

Bu microreactors manyetik bir çalıştırma ve gücü iyi bir seçicilik ve nispeten yüksek hareket aralıkları yararlanmak biyokimyasal sistemlerinde çalışırken sunmaktadır. Hidrofobik manyetit parçacıkları kullanırken, hem Manyetik kuvvet iletim microreactors hareketine işlevinin yanı sıra hidrofobik bir kabuk işlevi yerine getirmek. Lehmann ve ark. tarafından 2006 yılında ilk kez bir damlacık manyetik partikülleri ile damlacıkları manyetik hareket öne 23 ve Shikida vd. Kim el ile kullanılan 25, Kalıcı mıknatıslar aktüatörler tek bir damlacık seferberlik için alındı. Küçük bir miktar sıvı taşımak için başka bir yaklaşım hidrofobik Fe3O4 parçacıklar manyetik kabuk olarak kullanılan Zhao vd.tarafından gerçekleştirildi. Manyetik sıvı mermer kabuk damla üst tarafında dikey ters manyetik alan 27tarafından açıldı. Bu kavram üzerinde bağlı olarak, Xue vd. yüzey gerilimi 20,1 dyne cm– 1 28ile microreactor oluşturan parçacıklar geliştirmek mümkün. Lin ve ark. manyetik sıvı damlacık ulaşım ve manipülasyon 31için Tanrı istikrar sağlayan roman selüloz tabanlı Mikro/nano hiyerarşik küreler hem superparamagnetism hem de superhydrophobicity ile imal edilmiştir. Bir kanıtı-of-ilke eğitim ve herhangi bir uygulama için kullanılacak değil gibi bu defa sadece yayımlanmıştır. Sıvı mermerler manyetik ve elektrik kontrollerinin şu anda ilk yaklaşımlar takip etti. Zhao ve ark. 2010 15 ve Zhang vd. 2012 29 Daimi Mıknatıs çekirdeği-kabuk damlacıkları altında manuel (elle işletilen) hareketi tarafından bir damlacık işleme geliştirmek başardık. Bormashenko vd. 11 ferromanyetik sıvı mermeri 25 cm s-1 hız hızlanma Neodim Mıknatıs yaklaşan tarafından elde. Çalışmalar sadece küçük bir Daimi Mıknatıs manuel hareketi tarafından yürütülen yukarıda belirtilen ilke. Bir sonraki gelişim adım olarak, Zhao ve ark. son zamanlarda manyetik sıvı mermer hareketi için gerekli manyetik akı yoğunluğu Daimi Mıknatıs 30mesafesini değiştirerek tahmin edebilirsiniz. Ortak laboratuvar-on-a-chip sistemleri karşılaştırılabilir bir reaksiyon denetim için ayrı sıvı v otomatik kontrol anlamına gelir sağlamak için kaçınılmaz görünüyorolumes. Bu ihtiyacı karşılamak için sabitleştirmek, hareket ve manyetik microreactors açmak için değişken alan degradeler dayalı yeni bir kontrol sistemi geliştirdi.

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, manyetik nano tanecikleri

  1. hidrofobik manyetik parçacıklar sentezi için 0,85 g FeCl 3 hekzahidrat (3.14 mmol) ve 0.30 g FeCl 2 tetrahydrate (1,51 mmol) eklemek için 200 mL su/etanol çözüm (4:1 v/v).
  2. 0,20 mL 1 H, 1 H, 2 H, 2 H-Perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) bu karışıma ekleyin (5,23 mmol) manyetik karıştırıcı (500 rpm) tarafından dinç karıştırma ile. Manyetit parçacıklar ikincil oksidasyonunu önlemek için bir mantar yuvarlak alt kabı kullanarak bir asal gaz atmosferi (N 2) sentezinde gerçekleştirmek.
  3. Çözüm damla amonyum hidroksit Çözümle (1,5 M) akıllı bir pH 8 (pH pH metre tarafından belirlenen) için ayarlayın. Manyetik karıştırıcı kullanarak 24 h için çözüm karıştırın.
  4. Ayrı parçacıklar manyetik olarak çözümden bir bar şişeye koyarak mıknatıs (Neodim Mıknatıs küboid 40 x 20 x 10 mm, yapıştırıcı kuvvet 25 kg'lık). Şişeye altına yapıştırılmış mıknatıs tutarken solüsyonu dökün.
  5. Bir bar kullanırken parçacıklar üç kere su/etanol çözüm ile yıkayın 1.4 içinde açıklandığı gibi mıknatıs). 24 h (verim ca. 0.43 g) için 60 ° C'de parçacıklar kuru.
  6. Parçacıklar analiz etmek için kullanmak bir Taramalı elektron mikroskobu üretici göre ' s yönergeleri.

2. Microreactors imalatı

  1. biraz cam havaneli kullanarak kurutulmuş parçacıklar eziyet ve daha sonra tüm bunların doğrudan bir tartı tavada yerleştirin (46 × 46 × 8 mm, polistiren).
  2. Pipet 10 µL tepki çözüm (kompozisyon bölümünde tanımlandığı 5,1 olarak) tüm parçacıklar ve tartma hareket üzerine pan biraz yaklaşık 10 için dairesel bir şekilde s (parçacık kitle 10 µL microreactor için: ca. 3.2 x 10 -7 kg < sup sınıf "xref" = > 33). Kalan parçacıklar (parçacıklar etrafında tepki çözüm kendi kendine topladın değil) daha da uygulamalar için oda sıcaklığında saklayın.
  3. Microreactor kişi açı ölçmek için 5 µL microreactor su ile inşa 2.2 içinde açıklandığı gibi), teflon filmde yer ve bir optik iletişim açı ölçüm cihazı üretici göre kişi açı çözümleme ' s yönergeleri.

3. bobin organlarının 3D baskı

  1. Tasarım 16 mm (bir odası), 10 mm çapında ve bir iç çapı ca. 4 mm yüksekliği ile çift bobin organları üretici göre CAD yazılımı kullanarak ' s yönergeleri.
  2. Yazdırma bir 3D printerlere harcama maddeler üreticiye göre coil vücutlarla ' polylactide filaman gibi malzemeler kullanarak s yönergeleri. Cesetleri 4.500 sargılar bir bilgisayar kontrollü Sarma makinesi kullanarak elde etmek için bir 0.08 mm bakır tel ile sarın.

4. Çalıştırma Platform imalatı

bir elektrik panosu altında Peltier öğesi içeren bir matris (örneğin 3 x 3 matris)
  1. Yerleştir çift Kangal ve vida çift bobin üzerinde bir denetimi şerit kablo () üzerinden bağlanmak şekil 3).
  2. İstenen uygulamaya bağlı olarak, şekilde demir çekirdeğin (32 mm yükseklik, 4 mm çap) veya bir Neodim Mıknatıs (12,5 mm yükseklik, 4 mm çap, 1.035 kA m -1) daha güçlü bir manyetik alan kazanmak için bobin vücut ekleyin.
  3. Platform yer bir plaka, tercihen kuvars cam, bobin matristeki 1 mm maksimum yüksekliği ile bitirmek için.
  4. Bir microreactor platform veya çekilebilecek.
  5. Üst parçacıklar tepki eriyik--dan çekmek ve böylece bir microreactor açmak için bir bobin içinde Neodim Mıknatıs ile 4.1 içinde belirtilen denetim kullanarak etkinleştirebilirsiniz). Kapatmak için microreactor tekrar devre dışı sarmalı.
  6. Başlangıçta ca. 10 mm ayrı olan iki microreactors birleştirmek için 4.2 içinde açıklandığı gibi Neodim mıknatıslar kullanın). Ca. 25 s bir microreactor (microreactor ve mıknatıs yalan 12 mm arasında gerekli mesafe) açmak için ve diğeri aynı konuma platforma taşımak için rulolar aktive ederek gerekli bobin organlarında mıknatıs kaldırın.
  7. Reaksiyon soğumaya microreactor platform yüzeyi ve bobin sıcaklığı azaltmak için çözüm anahtarı 4.1 içinde açıklandığı gibi bobin matris altında konumlandırılmış Peltier öğesindeki).

5. Birleştirme Microreactors tarafından enzimatik reaksiyon

  1. erime horseradish peroksidaz 0,1 bir konsantrasyon, µg mL -1 potasyum fosfat tampon (0.1 M, pH 6,5). Belgili tanımlık substrate, 10-asetil-3,7-dihydroxyphenoxazine (dimethylsulfoxide (DMSO) 10 mM) potasyum fosfat arabelleğe (0.1 M, pH 6,5) 200 µM bir konsantrasyon ile oranında seyreltin.
  2. Her iki microreactors 2.2 içinde açıklandığı gibi kurmak için bu çözümlerin
  3. Kullanım 10 µL). İki microreactors ne demek istiyorsun manyetik kuvvetlerin birleştirme (Neodim silindir mıknatıs: 12,5 mm x 4 mm, 1,035 kA m -1) 4.6 içinde açıklandığı gibi) 25 ° C.
  4. Reaksiyon bir floresan sonda konumlandırma tarafından tespit (uyarma dalga boyu: 570 nm, emisyon dalga boyu: 585 nm) ca. birleştirme önce açılan bir microreactor üstünde 10 mm.

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

Kabuk parçacıklar çapı yaklaşık 640 var nm. Bu fluorosilane kabuk parçacıklar içine magnetizable nano tanecikleri çapları arasında 22 Aralık var nm ve 37 nm. 5 µL microreactor bir sıvı çekirdek olarak su ile temas açısı yaklaşık 160 ° vardı.

Yukarıda açıklandığı gibi bir 10 µL microreactor var. 1,34 ± 0,08 µN taşımak için gerekli kuvvet şekil 1 gösterir bir bobin elektromanyetik kuvvet bakır tel ve 58 ile güçlendirilmiş bir iç demir çekirdekli 4.500 sargıları ile anne. Güç dağıtım bir sonlu öğeleri modeli (FEM) bir microreactor taşımak için gerekli batarya özellikleri belirlemek için tahmin edilmektedir. Şekil 1' de görüldüğü gibi bir microreactor 10 mm Kangal merkezinden uzak bir mesafe taşımak için güçlü bir manyetik kuvvet tarafından açıklanan bobin yürütülen var.

Bir microreactor açmak için manyetik kuvvet damlacığı taşımak için gerekli kuvvet daha yüksektir 0,85 ± 0,05 mN eşittir. Neodim Mıknatıs manyetik bobin (şekil 1) içinde demir çekirdek ile indüklenen kuvvet bir microreactor açmak için yeterince güçlü olmadığı gibi Kangal kullanıldı. Çift Kişilik bobinleri alternatif akım akışı yönlerde güç tarafından Daimi Mıknatıs platform uzak ya da doğru hareket edebilir. Böylece, microreactor açılır veya manyetik olarak kapatılır. İki microreactors tamamen bozulmamış bir kabuk ile yan yana yalan söylersen yüzey gerilimi kendi füzyon engeller gibi onlar birleştirme değil. Bu nedenle en az bir açık olması gerekir.

Şekil 2 bir 10 µL microreactor karşılık gelen alt katman içeren başka bir 10 µL microreactor ile peroksidaz içeren birleştirme kaynaklanan Michaelis-Menten Kinetik gösterir (n = 3). İçin microreactor içinde tepki 86.85 µM ± 10,95 µM, Lineweaver-Burk Doğrusallaştırma hesaplanan Km değerine göre vmax değeri 378.8 nmol L-1 s-1 ± 115.6 nmol L-1 s-1yatıyor. Km değer ile literatürde, 81 ± 3 µM 32, verilen iyi yazışmalarda olarak o ile mineral için hidrofobik kabuk malzeme ile küçük ölçekli microreactor içinde enzimatik reaksiyon akıttıkları kabul edilebilir benzeşimi.

Figure 1
Şekil 1: Elektromanyetik kuvvet simülasyon bir bobin 58 ile anne ve 4.500 sargılar bakır tel bağımlılığı microreactor FEM. tarafından belirlenen bobin merkezine mesafe içinde Bobin Çapı 10 mm, demir çekirdekli çapı 4 mm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2: Peroksidaz Michaelis-Menten Kinetik ölçülen iki birleştirerek 10 µL microreactors. Sıcaklık 25 ° C ve kullanılan arabellek potasyum fosfat (0,1 M) pH 6,5 ile. Üç tekrar uygulanmıştır.

Figure 3
Şekil 3: Çalıştırma platformu. Çalıştırma platformu çift bobin bir 3 x 3 matris oluşur. Bir bobin var 4.500 sargılar, 16 mm (bir odası) yüksekliği, 10 mm çapında ve ca. bir iç çapı 4 mm. Bobinler yüksekliğini kullanılan Neodim silindir mıknatıs yükseklik tarafından önceden tanımlanmış. Önceki çalışmalarda bu microreactor böyle bir mıknatıs ile hareket etmek için makul bir mesafe gösterdi çünkü çapı seçildi. Sargıları ve geçerli sayısı FEM. tarafından tespit edildi Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

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

Mikrosıvısal teknolojilerin başarılı kullanımı için Biyoteknolojik sentezi ve analizleri gereksinimlerine karşılık gelen tepki hareket önemlidir. Burada sunulan çalıştırma platformu Manyetik kuvvet tarafından mikrosıvısal damlacıkları taşımayı mümkün kılan. Hareket serbestçe bir tepki platformu düzlemsel bir yüzeye iki boyutta bir manyetik superhydrophobic kabuk ile sıvı damla içine alarak gerçekleştirilebilir. Böylece önceden tanımlanmış mikrosıvısal kanalları ile karmaşık akış denetimi yüklemelerinin, alternatif bir sistem gibi çözücüler ve örnekleri geçmek geleneksel mikrosıvısal sistemlerinde kullanılan giriliyor. Küçük tepki damlacıkları otomatik çalıştırma böylece bilinen laboratuar-on-a-chip platformlar önemli bir basitleştirilmesi olduğunu. Ayrıca, platform geri dönülebilir olarak eklemek ve tepki örnekleri kaldırmak için microreactor açmak mümkün kılar. Bir dağıtıcı sistemi ile birlikte, bu otomatik tepki kontrol yüksek derecede içinde sonuçlanabilir ve silico edilebilir microreactions içinde bir sanal laboratuvar-içinde-a-damla için ilk adımdır. Ana bu teknik microreactors sadece küçük birimler (en çok ca. 30 µL) ile inşa kısıtlamasıdır. Floresans prob düzgün ayarlanması gerekir çünkü protokol kritik bir adımda microreactors içinde enzimatik reaksiyon algılama olduğunu. Daha fazla bir algılama olasılık UV/vis spektroskopisi olabilir.

Platform geliştirme sürecinin bir elektromanyetik bobin çapı 10 mm ile damlacık hareket için yeterli olduğunu gösterdi. Öte yandan, hava veya şekilde demir çekirdeğin ile dolu bir çift bobin microreactor kabuk açmak için gerekli Manyetik kuvvet ikna etmek mümkün değil. Bu nedenle, Neodim çekirdek kangal bu görevi gerçekleştirmek için seçilmiştir. Elde edilen manyetik alan degradeler tekrar electromagnetical hareket tepki platforma dikey mıknatıs tarafından değiştirilebilir. Platform saha boyutu yalnızca denetim tarafından sınırlandırılır. Zaten varolan denetim ve yazılım tasarlanmış ve 10 x 10 matris için kullanıma hazır. Peltier öğe açıklanan uygulamaları için gerekli değildir ama ne zaman microreactor daha uzun süre sabit zorunda ve reaksiyon karışımı platform yüzeyi yukarıda sakin sağlayacak gerekli olabilir.

Gelecekte, çalıştırma platformu sıvı mermerler ile kombinasyonu esnek laboratuvar-içinde-a-damla-sistemleri için gösterimleri, hızlı optik analizleri ve karmaşık enzim cascade tepkiler çok küçük tepki birimleri ile uygulanması gibi davranabilir. Buna ek olarak, platformu (biyo-) kimyasal analizleri PCR, Elektroforez veya ELISA gibi kullanılabilir. Ayrıca, yeni, endüstriyel ilgili enzimler ve aptamer Arttırımlar testi ile taranması umut verici olanaklar vardır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar DFG destek için kabul etmek istiyorum.

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).
Sulu damlacıkları enzimatik Microreactors ve onların elektromanyetik çalıştırma kullanılan
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