On-chip Isotachophoresis for Separasjon av ioner og rensing av nukleinsyrer

Bioengineering
 

Summary

Isotachophoresis (ITP) er en robust elektrokinetiske separasjon og preconcentration teknikk med applikasjoner som spenner fra toksin påvisning til prøveopparbeidelse. Vi gjennomgår de fysiske prinsippene for ITP og metodikk for å bruke denne teknikken til to spesifikke eksempel søknader: separasjon og deteksjon av små molekyler og rensing av nukleinsyrer fra cellekultur lysate.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Garcia-Schwarz, G., Rogacs, A., Bahga, S. S., Santiago, J. G. On-chip Isotachophoresis for Separation of Ions and Purification of Nucleic Acids. J. Vis. Exp. (61), e3890, doi:10.3791/3890 (2012).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Elektrokinetiske teknikker er et fast innslag i mikroskala søknader på grunn av sin unike evne til å utføre en rekke fluidic og elektroforetiske prosesser i enkle, kompakte systemer med ingen bevegelige deler. Isotachophoresis (ITP) er en enkel og meget robust elektrokinetiske teknikk som kan oppnå millioner ganger preconcentration 1,2 og effektiv separasjon og utvinning basert på ionisk mobilitet. 3 For eksempel har vi demonstrert bruken av ITP til separasjon og sensitiv påvisning av umerket ioniske molekyler (f.eks giftstoffer, DNA, rRNA, Mirna) med liten eller ingen prøveopparbeidelse 4-8 og til utvinning og rensing av nukleinsyrer fra komplekse matriser inkludert cellekultur, urin og blod. 9-12

ITP oppnår fokus og separasjon ved hjelp av en anvendt elektrisk felt og to buffere i en fluidic kanal system. For anioniske analytter, er den ledende elektrolytt (LE) buffer valgt sUCH at dets anioner har høyere effektiv elektroforetiske mobilitet enn anioner av etterfølgende elektrolytt (TE) buffer (Effektiv mobilitet beskriver den observerbare drift hastigheten til et ion og tar hensyn til ionisering tilstand ion, som beskrevet i detalj av Persat et al 13.). Etter etablering av et grensesnitt mellom TE og LE er et elektrisk felt anvendt slik at LE ioner bevege seg bort fra området okkupert av TE ioner. Smak ioner av mellomliggende effektiv mobilitet rase foran TE ioner, men kan ikke kjøre forbi LE ioner, og så fokuserer de på LE-TE-grensesnitt (heretter kalt "ITP interface"). Videre TE og LE form regionene henholdsvis lav og høy ledningsevne, som etablerer en bratt elektrisk felt gradient på ITP grensesnittet. Dette feltet gradient preconcentrates prøve arter som de fokuserer. Riktig valg av TE og LE resultater i fokus og rensing av målarter fra andre ikke-fokuserte arter og, til slutt, separasjon end segregering av prøven arter.

Vi her gjennomgå de fysiske prinsipper som ligger til grunn ITP og diskutere to standard driftsmoduser: "peak" og "Plateau" moduser. I topp-modus, forholdsvis tynn sample ioner fokusere sammen innenfor overlappende trange topper på ITP grensesnittet. I platå modus, mer rikelig utvalg ioner nå en steady-state konsentrasjon og segregere inn tilstøtende platå-lignende soner sortert etter deres effektiv mobilitet. Peak og platå moduser oppstå ut av de samme underliggende fysikken, men representerer forskjellige regimer differensiert etter den innledende analyttkonsentrasjon og / eller hvor mye tid avsatt til prøven akkumulasjon.

Vi først beskrive i detalj en modell topp modus eksperiment, og deretter demonstrere en topp modus analysen for utvinning av nukleinsyrer fra E. coli cellekultur. Vi konkluderer med å presentere et platå modus analysen, hvor vi bruker en ikke-fokus tracer (NFT) arter for å visualisere separasjon og perdanne kvantifisering av aminosyrer.

Protocol

1. Fysikken ITP

ITP danner en skarp bevegelig grense mellom ioner av som kostnad. Teknikken kan utføres med anioniske eller kationiske prøver, men vi skreddersyr denne introduksjon til anioniske ITP og merke de samme prinsippene gjelder for kationiske ITP. Vi velger LE og TE buffere slik at LE ionene har høyere magnitude effektiv elektroforetiske mobilitet. Den effektive elektroforetiske mobilitet, μ = U / E, er proporsjonalitetskonstanten mellom anvendt elektrisk felt, E, og ion drift hastighet, U. Tretten Vi etablerer en diffus grensesnitt mellom LE og TE og bruke et elektrisk felt rettet fra høy- konduktivitet LE sone til lav ledningsevne TE sone. Systemet etablerer raskt en sterk stigning i elektrisk felt ved ITP grensesnittet, på grunn av ikke-uniform ledningsevne profil. Som per navnet (fra gresk, «ISO" betyr "lik", "takhos" betyr "speed"), TE og LE ioner reise på samme, uniform velocity, som et resultat av den ikke-uniform elektrisk felt og bevaring av dagens (dette er den såkalte "ITP tilstand", se figur 1).

Den ITP Grensesnittet er selvslipende: LE ioner som diffus i TE sone oppleve en sterk gjenopprette flux og gå tilbake til den ledende sone (og vice versa for TE ioner i LE sone). Smak ioner fokus på dette grensesnittet dersom deres effektive mobilitet i TE sonen er større enn de av TE co-ioner, og hvis deres effektive mobilitet i LE sonen er mindre enn de LE co-ioner (se figur 1). Den selvslipende og fokusere egenskaper ITP bidrar til robusthet av denne teknikken og gjøre ITP relativt ufølsom for forstyrrelser av grensesnittet (for eksempel på grunn av press-drevet flow eller endringer i geometri, som sammentrekninger, utvidelser, og svinger).

I topp-modus ITP (se figur 2a og videoer 1-2), sample ion konsentrasjonene ertil alle tider betydelig lavere enn LE og TE ion konsentrasjonen og dermed bidra ubetydelig til lokal ledningsevne. Fordelingen av prøven ioner bestemmes av selvslipende grensesnitt mellom naboland soner (her TE og LE) og verdien av utvalget effektiv mobilitet i forhold til disse sonene. 14. Flere eksempler ioner fokusere innenfor samme smale ITP grensesnitt region som i stor grad overlappende topper. Grensesnittet og peak bredder, samt tilhørende preconcentration faktor, skala omvendt med anvendt strømmen (se eksperimenter i Figur 2b) 14

For tilstrekkelig høye innledende prøven konsentrasjoner og tilstrekkelig akkumulering tid, sample ioner når en terskel konsentrasjon verdi. For fullt ioniserte arter, er denne verdien bestemmes av Kohlrausch foreskrivende funksjon (KRF). 15 For svake elektrolytter, er det bestemt av Alberty og Jovin funksjoner. 16,17 i Plateaumodus, som vist i Figur 3 og 3 Video, eksempler ioner skille og rense opp i soner med lokalt uniform og konstant konsentrasjon i en rekkefølge bestemt av deres effektiv mobilitet. Veldig fortynnede ioner kan fortsatt fokusere på topp modus mellom vidde soner. I ITP, kan eksempler ioner bli introdusert i en endelig injeksjon mellom TE og LE (se figur 3) eller vekselvis blandes sammen med TE og / eller LE (se figur 2). Vi viser til å blande i TE sone som "semi-uendelig" injeksjon, som kan brukes til å akkumulere analytten ioner kontinuerlig. Kontinuerlig prøve akkumulering øker følsomheten i både topp og platået modus analyser. Men endelig injeksjoner er mer vanlig i platå modus. Dette er trolig fordi høye innledende Analyttnedbryting konsentrasjoner i semi-uendelig injeksjon kan øke TE konduktivitet og lavere fokus priser. Dessuten er full rensing ikke mulig i semi-uendelig injeksjon (siden det remains et endelig konsentrasjon i TE).

2. Enhet renhold og klargjøring

For analysene som presenteres i denne protokollen benytter vi isotropically våt-etset (omtrent D-formet tverrsnitt) glass microfluidic chips med et kryss-kanals design (se figur 1). Følgende rengjøring og klargjøring protokollen er optimalisert for borsilikat og smeltet silisiumdioksid kanaler, men kan også brukes med glass / PDMS chips. Utfør denne rengjøringsprosedyren før eksperimenter for å sikre kjøre-til-serie repeterbarhet og vellykket bruk av dynamiske belegg for å undertrykke electroosmotic flow (EOF). Utelatelse av denne protokollen kan resultere i sterk spredning av ITP grensesnittet. 14

  1. Å dekontaminere kanalen, fyll Nord, Øst og Sør reservoarer med 10-20 mL av 10% blekemiddel og bruke vakuum i Vest-reservoaret i 2 min. Hvis du bruker en standard Caliper chip caddie, kan støvsugeren brukes effektivt ved å attaching den brede enden av en 200 mL (ufiltrert) pipettespiss til chip reservoar og koble vakuum linjen til en 2 mm indre diameter rør.
  2. Tømme magasinene og skyll kanalen (som i trinn 1) med en M natriumhydroksid i 2 min. Dette etches forsiktig kanalen veggene, som gir en ren borsilikat overflate for å bidra til å etablere ensartet overflate egenskaper.
  3. Tømme magasinene og ren med de-ionisert vann (DI), skyll kanalen med LE for ~ 2 min. I denne perioden overflateegenskaper og dynamiske belegg likevekt innenfor kanalen.

3. Fluoroforen fokus i topp modus ITP

  1. Forbered 1 mL LE bestående av 100 mm HCl, 200 mM Tris, og 1% PVP.
  2. Forbered 1 mL TE bestående av 100 mm HEPES og 200 mM Tris. Kombiner 90 mL av TE med 10 mL av en mM Alexa Fluor 488 (AF488).
  3. Etter skylling med LE som beskrevet i Del 2, tøm Vest-reservoaret og rengjør et par ganger med DI i ellerder for å fortynne eventuelle LE igjen i reservoaret. Fyll dette reservoaret med 20 mL TE inneholder AF488.
  4. Plasser den positive elektroden i Øst-reservoaret og bakken (negativ) elektrode i Vest-reservoaret og påfør 2 μA (konstant strøm). Prøven topp vil migrere til en konstant hastighet fra Vest-reservoaret til Øst-reservoaret (se figur 1) og spenningen mellom disse reservoarene vil øke etter hvert som lavere ledningsevne TE fyller kanalen.

4. Utvinning og rensing av nukleinsyrer fra kultivert E. coli

Evnen til å selektivt fokusere ioniske arter gjør ITP en ideell teknikk for biologisk prøveopparbeidelse. Vi renser nukleinsyrer fra ubehandlet celle lysate ved å velge en etterfølgende anion med en effektiv mobilitet størrelsesordener lavere enn målet nukleinsyre men høyere enn co-ioniske PCR-hemmere (f.eks anioniske vaskemidler, proteiner og organiske løsemidler, selv dersom den finnes i hiGH konsentrasjon). Kationiske PCR-hemmere (f.eks alkalimetaller og kationiske proteiner og vaskemidler) vandrer i motsatt retning, og så blir også liggende igjen. ITP ekstrakter og fokuserer målet nukleinsyrer fra prøven reservoaret, og samtidig la tregere PCR-hemmende arter bak (se figur 4).

  1. Skaff en prøve av eller kultur E. coli-celler til en tetthet større enn 10 8 CFU / ml.
  2. Overfør 1 mL cellekultur i en safe-lås mikrosentrifuge tube og pellet ved sentrifugering ved 4000g i 6 min.
  3. Re-suspendere pellet i 80 mL RNase-fritt vann og tilsett 10 mL av Lysing middel bestående av 10 mM tricine, 10 mM bis-tris, 2 mM EDTA, 0,1% Triton-X, og 5 mg / ml lysozym. Bland forsiktig og inkuberes i 5 minutter. ved romtemperatur (Lysing protokoll tilpasset fra Bercovici et al. 11).
  4. Tilsett 10 mL av en M natriumhydroksid å heve lysate pH til ~ 12.5. Forsiktig betjene pipetten opp og ned tilløsningen blir klar, noe som medførte Lysing er fullført.
  5. Kombiner 10 mL av lysate med 90 mL av 50 mM tricine og 100 mM bis-tris. Denne løsningen kan nå brukes som TE.
  6. Forbered 1 mL LE bestående av 500 mm bis-tris, 250 mM HCl, 1% PVP, og 1X SYBR Green II. Fyll microfluidic chip med LE som beskrevet i Del 3.
  7. For å trekke ut renset nukleinsyre for off-chip analyse etter ITP, erstatte innholdet i Øst-reservoaret med en PCR-kompatibel LE inneholder 50mm bis-tris, 25 mM HCl, og 0,1% PVP. Påfør 1000 V mellom øst og vest brønner for å starte eksperimentet. Den nåværende mellom disse reservoarene vil avta.
  8. På slutten av forsøket prøven elutes i LE reservoaret. Sammenfallende med dette eluering, når den nåværende versus tid for dette systemet vanligvis et platå verdi (siden motstand er nå dominert av TE ioner jevnt fordelt innenfor kanal). Bland forsiktig i reservoaretInnholdet av gjentatt pipettering og trekke ut en 5 mL volum for analyse av kvantitativ RT-PCR.

5. Separasjon av aminosyrer med kationiske platå modus ITP og ikke-fokusering tracer (NFT) for visualisering

ITP kan brukes til å skille og fokusere små ioner inn i tilstøtende og påvisbar platåer mellom TE og LE. Dette gjør påvisning og identifikasjon basert på fysiske egenskaper, for eksempel lokal konduktivitet, UV absorbans, temperatur sensing, eller brytningsindeksen. Her demonstrerer vi en ikke-fokus tracer (NFT) assay hvor en fluorescerende, co-ionisk arter legges til LE. Dette fluorescerende arten fokuserer ikke, men konsentrasjonen tilpasser seg en lokal elektrisk felt og dermed muliggjør visualisering av renset plateau soner (se figur 5).

  1. Forbered 1 mL LE bestående av 100 mm ethanolamine, 200 mm tricine, og 1% PVP, og 100 mM av kationiske fluoroforen Rhodamine 6G.
  2. <li> Prepare 1 ml TE bestående av 20 mM Tris, 40 mm tricine. Forbered prøven ved å blande 90 mL av TE med 10 mL hver av 50 mM arginin og 50 mm lysin.
  3. Tilsett 20 mL LE i vest og nord reservoarer og utvalget i Øst-reservoaret. Påfør vakuum ved Sør reservoaret i 1 min.
  4. Skyll Øst godt med DI og erstatte med TE (TE uten sample).
  5. Påfør 500 V mellom øst og vest reservoarer.

6. Representative Resultater

Vi viser isotachopherograms av topp modus eksperimenter i Figur 2b og nukleinsyre utvinning eksperimenter i figur 4. I topp-modus eksperimenter med et fluorescerende reporter (f.eks AF488, SYBR Green II), kan den totale fluorescensintensiteten bli integrert og sammenlignet mot en kalibreringskurve å innhente kvantitativ konsentrasjon informasjon. Tolv tillegg, i nukleinsyre utvinning eksperimenter, er utvalget lov til å Eluer inn than LE reservoaret og ut med en pipette for analyse av kvantitativ RT-PCR. 10,12 Vi viser plateau modus isotachopherograms for aminosyre skille i figur 5. Fluorescensintensitet (i forhold til LE eller TE sone intensitet) kan brukes for sone identifikasjon, mens sone bredder aktivere kvantifisering.

Figur 1.
Figur 1. Isotachophoresis (ITP) er en elektrokinetiske teknikk som brukes i microfluidic søknader for sensitiv deteksjon og separering av ioner. ITP har separasjon, selektiv fokusering, og preconcentration evner. I tillegg er det ekstremt robust og ufølsomt overfor fysiske forstyrrelser på grunn av sin selvslipende natur. Smak ioner selektivt fokus mellom en ledende (LE) og etterfølgende elektrolytt (TE) og reise gjennom microchannel med en konstant hastighet bestemmes av hastigheten på de ledende ioner i LE sone. Sample ionerfokusere hvis deres effektive elektroforetiske mobilitet er hakeparentesene med effektiv mobilitet av LE og TE ioner. Skjematisk viser en modell ITP eksperiment der utvalg fokuserer kontinuerlig mellom LE og TE soner.

Figur 2.
Figur 2. Fortynn prøven ioner fokus på "peak-modus" ITP. a) To distinkt fortynnet (c prøve << c LE) arter fokus i topp modus i grenseflaten dannet mellom LE og TE soner. Utelukkende LE og TE bestemme det elektriske feltet, som eksempler på arter ikke bidra vesentlig til strøm. Smak ioner er blandet med TE (i en semi-uendelig injeksjon) og fokusere sammen i en omtrent Gaussian topp på ITP grensesnittet. Fokusering kriteriet (vist som ulikheter) gjelder for sterkt ioniserte arter. b) Forsøk viser Alexa Fluor 488 (AF488) fokusert på topp modus for en rekke anvendt strømmer (se også Video 1). Eksempel peak bredde er omvendt proporsjonal med strømmen (for ubetydelig advective spredning grunn electroosmotic flyt). 14. selvslipende grensesnitt er motstandsdyktig mot spredning på grunn av press-drevet flow (se Video 2).

Figur 3.
Figur 3. Eksempel ioner ved en tilstrekkelig høy konsentrasjon fokus på "platået mode" og styrer lokalt ledningsevne. Vi vanligvis introduserer prøven ioner i en endelig injeksjon mellom TE og LE. I denne modalitet, eksempler ioner atskilt og orden i henhold til deres effektiv elektroforetiske mobilitet (se bilde 3). For sterkt ioniserte arter, TE og platået sone konsentrasjoner bestemmes av Kohlrausch foreskrivende funksjon (KRF, en invariant sett opprinnelig med LE sone). Fortynnede ioner fortsette å fokusere på topp modus mellom platået soner bracketing deres effektiv mobilitet. Fokusering criterion (vist som ulikheter) gjelder for sterkt ioniserte arter.

Figur 4.
Figur 4. Lysate forberedelse og nukleinsyre ekstraksjon med topp modus ITP. Nukleinsyre er hentet fra E. coli cellekultur hjelp lysozyme-assistert alkalisk Lysing og renset ved selektiv elektroforetiske fokusere via ITP. TE blandet med lysate (brun) inneholder mål nukleinsyre (grønn), proteiner, og potensielle PCR-hemmende kjemi. Passende utvalg av etterfølgende og ledende ioner muliggjør selektiv fokusering av målet nukleinsyre samtidig la PCR-hemmere bak. Totalt nukleinsyre ITP peak tar ofte på en ikke-ideell form, som vist her i innfelte bildet. Som en demonstrasjon av denne analysen, hentet vi total nukleinsyre fra gram-negative bakterier, Escherichia coli (lysert med natriumhydroksidløsning alene), renset NA fra lysate med ITP, samletden utpakkede genetisk materiale, og fremført QRT-PCR-analyser for å verifisere vellykket rensing av 16S rRNA (rød) og 16S rDNA (grønn) fra bakteriekultur. Negative kontroll terskelen sykluser for 16S rRNA (blå) og 16S rDNA (gul) var hver over 30 sykluser. Vi utførte QRT-PCR bruke strøm SYBR Grønn RNA-til-C T 1-Step Kit fra Applied Biosystems med 150 nM fremover (5'-CGGATTGGAGTCTGCAACTCG) og revers (5'-CACAAAGTGGTAAG CGCCCTC) primere, ved de anbefalte termisk sykling forhold.

Figur 5.
Figur 5. Non-fokusering tracer (NFT) assay for separasjon og deteksjon av umerkede aminosyrer. a) Skjematisk av NFT analysen. En endelig injeksjon av prøven ioner blir innført i Øst-kanalen. Vi blander LE med en tracer kationiske fluoroforen med effektiv mobilitet lavere enn TE ionene (μ tracerTE). Fluoroforensies å fungere som en "underspeeding tracer". Som fluoroforen electromigrates fra LE i soner nå okkupert av prøven platåer og TE, opplever det en høyere elektrisk felt og dermed konsentrasjonen øker. Denne endringen i konsentrasjonen skaper trinn i isotachopherogram. b) Separering av to aminosyrer, arginin og lysin, ved hjelp av NFT analysen med Rhodamine 6G som underspeeding fluorescerende sporstoff. Den liten topp mellom TE og arginin er vanlig i ITP, er ikke godt forstått, og her forstyrrer ikke oppdager eller kvantifisere platåer.

Supplemental Movie 1. Klikk her for å vise supplerende filmen .

Supplemental Movie 2. Klikk her for å vise supplerende filmen .

Supplemental Movie 3. Klikk her for å vise supplerende filmen .

Discussion

De ITP metodene som presenteres her muliggjøre rask, følsom, og robust deteksjon og håndtering av ioniske molekyler. Hovedutfordringen i bruk ITP er riktig valg av LE og TE buffere. I anioniske ITP, vi vanligvis velger klorid som den ledende anionet fordi det er en sterk syre med svært høy absolutt mobilitet og dermed har svært forutsigbare egenskaper. Derfor er buffer valg i anioniske ITP typisk redusert til å velge en riktig TE og counterion. For selektive fokus eksperimenter, er TE valg kritisk til utelukkelse av forurensende ioner. I applikasjoner der forurensninger ikke er til stede, fører lavere TE effektiv mobilitet til raskere å fokusere. Vi anbefaler å bruke følgende, relativt veloppdragen anioniske TE ioner: MES, mopper, HEPES og tricine. Valg av counterion påvirker både system pH og TE effektiv mobilitet. Vanlige counterions er tris (pKa 8,1) og bis-tris (pKa 6,4). For analyser som krever lavere eller høyere pH, anbefaler vi pyridine (pKa 5,25) ogethanolamine (pKa 9,5), henholdsvis. I tabell 1 og 2, for anioniske og kationiske ITP, henholdsvis oppsummere vi flere nyttige buffer eksempler. Vi tar HCl som den anioniske LE ion og natrium som det kationiske LE ion, og vi antar 100 mm ionisk styrke LE buffer.

Leseren vil merke at bufferen ionisk styrke i våre protokoller (og i tabell 1-2) er alltid større enn eller lik 10 mm. Mens i teorien fysikken i ITP gjelder på ionisk styrke lavere enn 10 mm, naturlige forurensninger (f.eks karbonsyre fra reaksjon mellom vann og atmosfærisk karbondioksid) i nærheten av en mM nivået ofte begrenser den praktiske bruken av lave ioniske styrke buffere.

Vi registrerer at signaltransduksjon mekanismen ikke er begrenset til de analysene som presenteres i denne protokollen. Som omtalt kort i del 5, i platå modus renset soner kan oppdages via endringer i lokal konduktivitet, UV absorbance, temperatur, eller brytningsindeksen. I vår egen gruppe, har vi utviklet en metode som benytter lysstoffrør carrier ampholytes for sensitiv påvisning og identifikasjon av ukjente analytter. 5. I peak-modus eksperimenter, kan spesifikke prober brukes til å merke fokuserte analytter. I ett eksempel, bruker vi molekylære beacons - oligonukleotid sonder som fluoresce ved hybridisering til målet rekkefølge - for å oppdage mål DNA eller RNA-molekyler med høy spesifisitet 11,18.

Mens ITP er relativt robust mot spredning forårsaket av press-drevet flyt og EOF, kan overdreven EOF føre til stagnasjon av ITP grensesnittet, hvor gjennomsnittlig EOF hastigheten blir lik den ITP hastigheten. 14 slike sterke EOF oppstår spesielt under forhold med høy pH og lav ionisk styrke. Av denne grunn anbefaler vi bruk av buffere med pH 8 eller lavere og med ionisk styrke på størrelsesorden 100 mm dersom praktisk. Vår erfaring er PVP denmest effektive belegg for EOF undertrykkelse i borsilikat chips. Men på grunn av dens sikting egenskaper, kan PVP ikke være hensiktsmessig for enkelte programmer, for eksempel fokusere genomisk DNA. I eksperimenter, observerer vi at tillegg av PVP kan sterkt redusere genomisk DNA absolutt mobilitet (til et punkt der det ikke fokus). I disse tilfellene en silanol belegg som Sigmacote i conjuction med en tensidet (f.eks Triton-X 100) kan også være effektive i å redusere EOF. Ti

TE anion (pKa -1)
Bufring counterion (pKa +1) MES (6.10) MOPS (7,20) HEPES (7.50) tricine (8,15)
ethanolamine (9,50) 21.41 20.40 17.38 22.85
tris (8,08) 21.00 19.23 </ Td> 15.84 17.56
bis-tris (6,40) 18.22 10.41 7,30 5,23
pyridine (5,18) 1,01 3,72 2,42 1,48

Tabell 1. Effektiv mobilitet magnitude (× 10 -9 m 2 / V / s) av justert ren analytt sone i anioniske ITP der LE er 100 mm HCl og 200 mm buffering counterion.

TE kasjon (pKa +1)
Bufring counterion (pKa -1) ethanolamine (9,50) tris (8,08) bis-tris (6,40) pyridine (5,18)
MES (6.10) 35.57 21.96 16.39 10.45
MOPS (7,20) 35.47 20.92 9,76 3,93
HEPES (7.50) 35.35 19.97 7,77 2,88
Tricine (8,15) 34.77 16.72 4,50 1,44

Tabell 2. Effektiv mobilitet magnitude (× 10 -9 m 2 / V / s) av justert ren analytt sone i kationiske ITP der LE er 100 mm natrium og 200 mm buffering counterion.

Disclosures

Vi har ingenting å avsløre.

Acknowledgements

Vi ønsker å takke for støtte fra DARPA sponset Micro / Nano lufthåndtering Fundamentals Focus (MF3) Center under kontrakt nummer N66001-10-1-4003, og fra DARPA stipend N660001-09-C-2082.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Distilled water GIBCO, by Life Technologies 10977 RNase/DNase free
Clorox Ultra Clorox 02489CT
sodium hydroxide (NaOH) Mallinckrodt Baker Inc. 7708
hydrochloric acid (HCl) EMD Millipore HX0603-4
Trizma base (tris) Sigma-Aldrich T6066
polyvinylpyrrolidone (PVP) Polysciences, Inc. 06067 MW 1,000,000
HEPES Sigma-Aldrich H-4034
Alexa Fluor 488 carboxylic acid Invitrogen A20000
tricine Sigma-Aldrich T-9784
bis-tris Sigma-Aldrich B4429
EDTA GIBCO, by Life Technologies AM9260G
Triton-X 100 Sigma-Aldrich X100
lysozyme Sigma-Aldrich L6876
SYBR Green II Invitrogen S7564
ethanolamine Sigma-Aldrich 411000
Rhodamine 6G Acros Organics CAS 989-38-8
L-Amino Acids Sigma-Aldrich LAA21
Power SYBR Green RNA-to-CT 1-Step Kit Applied Biosystems 4389986
PCR primers Integrated DNA Technologies
Borosilicate microfluidic chip Caliper Life Sciences NS12A Supplied with or without plastic caddy
Vacuum pump Gast Manufacturing, Inc. DOA-P104-AA
Sourcemeter Keithley 2410 Constant current and constant voltage operation modes
Inverted epifluorescent microscope Olympus Corporation IX70 Use mercury lamp (Olympus) or LED (Thorlabs) for illumination
Filter cube Omega Engineering, Inc. XF115-2 Excitation/emission: blue/green
Safe-lock microcentrifuge tubes Eppendorf 022363204 1.5mL capacity
Centrifuge Eppendorf 5417C
Table 3. Specific reagents and equipment.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jung, B., Bharadwaj, R., Santiago, J. G. On-chip millionfold sample stacking using transient isotachophoresis. Anal. Chem. 78, (7), 2319-2319 (2006).
  2. Jung, B., Zhu, Y., Santiago, J. G. Detection of 100 am fluorophores using a high-sensitivity on-chip CE system and transient isotachophoresis. Anal. Chem. 79, (1), 345-345 (2007).
  3. Everaerts, F. M., Beckers, J. L., Verheggen, T. P. E. M. Isotachophoresis: Theory, instrumentation, and applications. Elsevier Science & Technology. (1976).
  4. Khurana, T. K., Santiago, J. G. Preconcentration, separation, and indirect detection of nonfluorescent analytes using fluorescent mobility markers. Anal. Chem. 80, (1), 279-279 (2008).
  5. Bercovici, M., Kaigala, G. V., Backhouse, C. J., Santiago, J. G. Fluorescent carrier ampholytes assay for portable, label-free detection of chemical toxins in tap water. Anal. Chem. 82, (5), 1858-1858 (2010).
  6. Bercovici, M., Kaigala, G. V., Santiago, J. G. Method for analyte identification using isotachophoresis and a fluorescent carrier ampholyte assay. Anal. Chem. 82, (5), 2134-2134 (2010).
  7. Kaigala, G. V. Miniaturized system for isotachophoresis assays. Lab Chip. 10, (17), 2242-2242 (2010).
  8. Chambers, R. D., Santiago, J. G. Imaging and quantification of isotachophoresis zones using nonfocusing fluorescent tracers. Anal. Chem. 81, (8), 3022-3022 (2009).
  9. Schoch, R. B., Ronaghi, M., Santiago, J. G. Rapid and selective extraction, isolation, preconcentration, and quantitation of small RNAs from cell lysate using on-chip isotachophoresis. Lab Chip. 9, (15), 2145-2145 (2009).
  10. Persat, A., Marshall, L. A., Santiago, J. G. Purification of nucleic acids from whole blood using isotachophoresis. Anal. Chem. 81, (22), 9507-9507 (2009).
  11. Bercovici, M. Rapid detection of urinary tract infections using isotachophoresis and molecular beacons. Anal. Chem. 83, (11), 4110-4110 (2011).
  12. Marshall, L. A., Santiago, J. G. Extraction of DNA from malaria-infected erythrocytes using isotachophoresis. Anal. Chem. 83, (24), 9715-9715 (2011).
  13. Persat, A., Chambers, R. D., Santiago, J. G. Basic principles of electrolyte chemistry for microfluidic electrokinetics. Part I: Acid-base equilibria and pH buffers. Lab Chip. 9, (17), 2437-2437 (2009).
  14. Garcia-Schwarz, G., Bercovici, M., Marshall, L. A., Santiago, J. G. Sample dispersion in isotachophoresis. J. Fluid Mech. 1, (1), 1-1 (2011).
  15. Kohlrausch, F. Über concentrations-verschiebungen durch electrolyse im inneren von lÖsungen und lÖsungsgemischen. Ann. Phys. 298, (10), 209-209 (1897).
  16. Alberty, R. A. Moving boundary systems formed by weak electrolytes. Theory of simple systems formed by weak acids and bases. J. Am. Chem. Soc. 72, (6), 2361-2361 (1950).
  17. Jovin, T. M. Multiphasic zone electrophoresis. I. Steady-state moving-boundary systems formed by different electrolyte combinations. Biochem. 12, (5), 871-871 (1973).
  18. Persat, A., Santiago, J. G. MicroRNA profiling by simultaneous selective isotachophoresis and hybridization with molecular beacons. Anal. Chem. (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics