High Throughput unicellulaire et multiples cellules de micro-encapsulation

Bioengineering

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Summary

La combinaison de génération goutte monodispersée avec commande d'inertie de cellules et des particules, on décrit un procédé pour encapsuler un nombre désiré de cellules ou de particules dans une seule goutte à des taux kHz. Nous démontrons l'efficacité deux fois supérieures à celles d'encapsulation non ordonnée pour les gouttes simple et double-particules.

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Lagus, T. P., Edd, J. F. High Throughput Single-cell and Multiple-cell Micro-encapsulation. J. Vis. Exp. (64), e4096, doi:10.3791/4096 (2012).

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Abstract

Protocol

Les protocoles de cette section décrivent les matériaux et l'équipement utilisés spécifiquement pour obtenir des résultats expérimentaux présentés. Notez que d'autres fournisseurs pour les produits chimiques et des équipements peuvent être utilisés.

1. La fabrication de dispositifs et de lithographie douce

Les techniques standard de lithographie douce, 21 dont un certain nombre ont été présentés dans les articles précédents Jove, 22 ont été utilisés pour créer des polydiméthylsiloxanes (PDMS) réseaux de microcanaux liés à des substrats de verre. Mis à part la fabrication de moule maître réplique par SU-8 photolithographie, les processus peuvent être effectuées en dehors d'une salle blanche ou une hotte propre, mais la poussière et les particules doivent encore être réduite au minimum pour obtenir des résultats cohérents.

  1. Concevoir un modèle de micro-canaux comme le montre la Figure 1 dans AutoCAD (Autodesk Inc.) Employer un fabricant tiers (Fineline Imaging Inc) pour imprimer une haute résolution (50.000 dpi) transmasque de transparence sur un film de Mylar ou de quartz où les canaux sont transparents sur un fond sombre.
  2. Créer un silicium et SU-8 maître de résine photosensible pour le moulage de répliques. En bref, tourner SU-8 2050 (MicroChem) photorésist négatif avec un régime recommandé par le fabricant sur un spin-coucheuse pour créer une couche 52 um d'épaisseur sur un 7,5 cm propres ou 10 cm tranche de silicium. Après douce au four, de bord de bourrelet retrait, l'exposition aux UV à travers un masque de contact, post-exposition de pâtisseries, de développement, et l'exposition d'inondation, de mesurer l'épaisseur réelle de la SU-8 calque à l'aide d'un profilomètre Dektak (Veeco). Cassette le moule maître sur le fond d'un 4 "ou 5" boîte de Pétri pour préparer PDMS réplique de moulage.
  3. Mélanger la base élastomère PDMS avec l'agent de durcissement en élastomère (Dow Corning) dans un ratio de 10:1 w / w de base à l'agent de durcissement. Verser bien mélangée précurseur PDMS sur le maître de silicium pour créer une couche d'épaisseur de 2-3 mm finale. Un mélange de 20 g à base d'élastomère de 2 g agent de durcissement est suffisante pour couvrir une surface de diamètre 4 ".
  4. Placez le Mastemoule r et PDMS dans le dessiccateur à vide (Jencons) pour dégazer le non durci PDMS. L'utilisation d'un régulateur de pression (Cole Parmer), diminuer lentement la pression relative de la chambre 0 "Hg à -27" Hg de plus de 20 minutes pour éviter un moussage excessif. Laisser l'appareil dans la chambre à vide à -27 "Hg pendant 30 minutes ou jusqu'à ce que des bulles d'air disparaissent.
  5. Relâchez le vide et passer moule maître et PDMS à un four à 65 ° C (Thermo Scientific) pour un minimum de quatre heures. Le dispositif peut être laissé dans le four toute la nuit pour améliorer durcissement.
  6. Retirez le dispositif de four et laisser refroidir. Découpez soigneusement PDMS autour de plaquette circulaire en utilisant un couteau de précision et le zeste des PDMS. Découpez les grandes lignes dispositif tel que représenté dans la figure 1 avec un scalpel.
  7. Poinçon ports fluidiques (trois par appareil) dans les trois régions alentour de la figure 1 en utilisant une biopsie. Pour cet appareil, utilisez un 0,75 mm de diamètre extérieur poinçon (Harris).
  8. Respecter scotch sur le côté motif du PDMS et le zeste de supprimer toutpoussière. Comme une alternative de réduction des coûts, mais viable pour appareils conventionnels plasma d'oxygène, 21,22 plasma traiter la face à dessin de l'PDMS et d'une propre 3 "x 1" lame de microscope en verre à l'aide d'un appareil portatif de laboratoire Traitement Corona (Electro-Technic Products Inc .) 23. Notez que ce dispositif devrait être utilisé dans une hotte ou bien aéré due à la décharge d'ozone, et toutes les montres et les téléphones cellulaires doivent être conservés au moins dix pieds de distance. Réglez la décharge corona pour atteindre une couronne stable avec un minimum d'étincelles. Lentement agiter l'électrode environ 1/4 "au-dessus de chaque surface pendant environ 20 secondes, puis immédiatement à mettre les surfaces traitées en contact pour former une liaison solide et permanent avant que les surfaces de PDMS revenir à leur état natif.
  9. Placez l'appareil sur une plaque de métal, dans un four froid, régler le four à 120 ° C, et cuire au four toute la nuit pour terminer le collage et de retourner le PDMS à son état ​​d'origine hydrophobe 24. Au cours de cette cuisson à haute température, til surface de verre du canal est également rendue hydrophobe en raison de dépôt d'une couche hydrophobe mince sur le verre. En variante, revêtements hydrophobes tels que Aquapel (PPG Industries) peut être injecté dans les orifices fluidiques utilisant une seringue 1 mL et une aiguille de seringue. 12 soigneusement mais fermement injecter le Aquapel suivie d'une purge d'air dans les orifices fluidiques sans rompre le lien PDMS de verre . Agressive répéter la purge d'air sur tous les ports d'entrée et de sortie tout en essuyant une Aquapel excès afin d'éviter les dépôts qui peuvent obstruer les canaux lors du séchage.

2. Préparation de l'échantillon

  1. Préparer une culture de cellules selon les procédures établies pour votre type de cellule choisi. Pour le dispositif particulier utilisé dans cette étude, 8-15 pm particules ou de cellules doivent prendre dûment en commander pour l'encapsulation. Types de cellules plus petites ou plus grandes peuvent nécessiter une modification des dimensions du canal de mise au point d'atteindre p Re adéquate. Pour le moiles résultats de démonstration Thod montré dans le présent document, 9,9 um polystyrène microsphères (G1000, Thermo Scientific) sont utilisés comme substituts des cellules.
  2. Préparer la particule ou une suspension aqueuse de cellules à travers le mélange doux. Lors de l'utilisation des cellules ou des particules de polystyrène, contrôle de la concentration est essentielle (voir Figure 4) pour atteindre idéale encapsulation commandé. Utilisation des données précédentes 12 comme guide, calculer la cellule désirée ou la concentration des particules sur la base de l'espacement de train commandé et micro chaîne de taille de: une cellule ou particule par attendus longitudinales fois l'espacement former le canal focalisation de la zone en coupe transversale. Si la concentration de stock (1% p / p) est insuffisante, augmenter la concentration (ici à 1,5% p / p) en exerçant une légère centrifugation de l'échantillon stock, enlever le liquide surnageant, et remise en suspension des particules par un agitateur vortex, ou doux mélange lors de l'utilisation des cellules. Préparer un volume adéquat pour rendre compte de volume de collecte souhaité et pendant la durée d'exécution associé à fltuning ow.
  3. Deux cellules et les particules de polystyrène ont une gravité spécifique supérieure à un. Bien que non démontrée dans le présent protocole, à long terme des expériences d'une durée de l'ordre de plusieurs minutes à plusieurs heures, la flottabilité correspondre à la solution par l'ajout d'un soluté par exemple CaCl 2 pour les particules ou OptiPrep (Sigma-Aldrich) pour les cellules.
  4. Préparer un échantillon de 10 ml de la phase huileuse continue fluorocarboné en mélangeant l'huile fluorocarbonée FC-40 (3M) et PFPE-PEG copolymère séquencé tensioactif 25 (2,5% p / p) (RainDance Technologies) dans un tube de centrifugation de 15 ml. Sinon, l'huile minérale légère (Process Chemicals PTI) peut être utilisé avec ABIL EM 90-tensioactif (2,5% p / p) (Evonik Goldschmidt Corporation).

3. Configuration expérimentale

  1. Puissance sur le microscope optique inversé (Axio Observer, Zeiss) et caméra haute vitesse (Phantom V310, Vision Research). Mise au point et d'inspecter les canaux pour les sabots et les débris soit par le déplacement manuel de l'appareil ouen utilisant une platine de microscope motorisé. Certains débris de petite taille peut être poussé hors lorsque le liquide s'écoule à travers. Pour les gros débris ou des sabots évidentes, sélectionnez un autre canal sur le dispositif le plus de débris dans le canal de mise au point peut dégrader la qualité de la commande de manière significative. Notez que des sabots peuvent souvent être éliminés sous flux en appuyant fermement sur la surface de PDMS-dessus de la région touchée avec des pincettes émoussés.
  2. Couper trois longueurs de tubes en PVC (0,01 "ID/0.03" DO, Tygon) pour l'entrée d'admission d'huile aqueuse, et de sortie d'émulsion. Afin de minimiser le volume mort, coupé juste assez tube pour atteindre des pompes à seringues à la platine du microscope. Couper les extrémités de tubes à un angle de 45 ° pour faciliter l'insertion dans les ports fluidiques.
  3. Utilisez des pinces pour s'adapter appuyez sur les extrémités du tube dans les ports fluidiques perforées à l'étape 1 et puis appuyez sur monter deux de calibre 30 émoussée-tip aiguilles de seringues en acier inoxydable (SmallParts) dans les extrémités libres de la solution aqueuse respective et les tubes d'entrée d'huile (pas nécessaire avec une colle) . Placez le tuyau de sortie dans un r déchetseservoir. Ce tube sera ensuite déménagé dans un réservoir de collecte.
  4. Déplacez l'appareil et le tube attaché à la platine du microscope, aligner, et se concentrer sur la buse périphérique à l'aide d'un objectif accessible (20x a été utilisé pour cette expérience). Ajuster afin d'obtenir K hler éclairage et d'autres réglages du microscope tel que requis pour un enregistrement optimal.
  5. Remplir une seringue 1 ml (BD) avec la phase aqueuse bien mélangée et une seringue 3 ml (BD) avec la solution de phase d'huile préparé dans l'étape 2. Notez que toutes les seringues de n'importe quel volume peut être utilisé et doit être soigneusement choisis en fonction des durées de fonctionnement souhaités et la minimisation de toute pulsatilité. Inclinez une seringue à la verticale et secouez pour déplacer les bulles d'air à la sortie de la seringue. Appuyer lentement sur le piston suffisamment pour pousser l'air à l'extrémité de la seringue. En tenant la seringue verticalement, connecter les seringues à l'aiguille de la seringue respective déjà relié à l'appareil à l'étape 3.3. Enfoncer le piston pour forcer l'air à travers le volume mort aiguille de seringue jusqu'à ce qu'un fluide est pushed à travers le tube pratiquement au dispositif. Monter solidement la seringue à une pompe à seringue (Nexus 3000, Chemyx) et engager le bloc plongeur. Répétez les connexions pour la deuxième seringue et monter à une deuxième pompe à seringue.
  6. Puissance de chaque pompe à seringue et le programme en utilisant les protocoles du fabricant de la pompe. Définir les débits initiales à Q huile = 50 pl / min et Q aq = 5 pl / min pendant la phase huileuse et la phase aqueuse, respectivement. Début des pompes.
  7. Attendre pour chaque fluide d'entrer dans l'appareil et remplir les canaux, poussant restante de l'air morte. Cela peut prendre plusieurs minutes. Si il ya une grande quantité d'air dans la tubulure d'entrée, d'augmenter temporairement chaque débit que l'air est expulsé. Ne pas augmenter les débits si élevés que les pressions importants se produisent dans le canal, pouvant conduire à une rupture d'adhérence PDMS-verre.
  8. En utilisant les débits initiaux, observer la formation de gouttes à la buse (résultats présentés ici: 20x magnification, le frame rate 21005 fps, l'exposition 3 ms). Réduire le champ de la caméra de vue de la buse ne pour maximiser la vitesse de défilement et de réduire les besoins en mémoire si possible. Capturez des vidéos de l'échantillon et confirmer que le taux d'échantillonnage est suffisant pour éviter le repliement.
  9. Pour éviter d'éjection (voir Figure 2), commencer par de faibles débits aqueuses. Augmenter lentement le débit d'observer aqueuse de particules de commande dans le canal solution aqueuse longtemps que le débit augmente.
  10. Si la concentration en particules est trop faible pour fournir des trains avec relativement peu de «manquants» les particules et l'échantillon n'a pas été appariés flottabilité, physiquement incliner la pompe à seringue vers la sortie de seringue à fournir progressive sédimentation des particules vers la sortie de seringue. Cette méthode est démontrée dans le protocole vidéo. Périodiquement tourner la seringue le long de son axe peut également réduire décantation indésirable.
  11. Une fois en ordre adéquat se produit, régler le débit d'huile pour syntoniser la fréquence de génération et dela taille de gouttes. Le volume de la goutte moyenne peut être calculée en utilisant le taux de flux aqueux divisé par la fréquence de génération chute telle que mesurée par la capture vidéo. Ajuster itérativement les deux débits d'atteindre des taux d'encapsulation et les volumes souhaités de chute.
  12. Une fois stables encapsulation commandé est confirmée, déplacer le tube de sortie à partir du réservoir de déchets dans un réservoir de collecte ou l'alimenter en un autre dispositif de test subséquente.
  13. Déterminer le temps de collecte basé sur le nombre souhaité de gouttelettes et de la fréquence de génération calculé.
  14. Enregistrer la fraction de gouttes contenant 0, 1, 2, ..., N particules de quantifier l'efficacité en utilisant soit des résultats de chute de génération vidéo ou par pipetage un échantillon de émulsion collectées pour l'inspection.

4. Les résultats représentatifs

Résultats sont présentés qui obtenir à la fois à une particule contrôlé et commandé à double particules d'encapsulation (figure 3). En coupantle débit d'huile FC-40 en deux, une particule d'encapsulation devient deux particules d'encapsulation. A l'inverse, nous aurions pu augmenter le débit aqueuse pour fournir des particules à la buse plus rapidement, mais nous aurions également augmenté le risque de jet du flux aqueux. Histogrammes de la figure 3 présentent le nombre fractionnaire de particules par chute pour les deux cas, ainsi que des comparaisons avec les statistiques de Poisson. Les gouttes occasionnelles avec des particules zéro sont principalement dues à des particules «manquants» dans les trains commandés, tandis que les cas où il ya plus de particules encapsulées que résultat souhaité à partir locales fortes concentrations de particules et des particules qui, parfois, migrer vers l'une des deux positions verticales de focalisation. Notez que la flottabilité correspondant tel que décrit dans la section 2 n'a pas été utilisé. Au lieu de cela, la pompe à seringue a été physiquement incliné pour permettre la décantation des particules vers la sortie de seringue, ce qui conduit à une concentration élevée de particules pendant la course.

figure 4. Sans ordre complet, des groupes localisés de l'ordre des particules et sont encapsulés, mais de nombreuses gouttes sont sans particules. Un histogramme montre l'efficacité d'encapsulation a diminué pour la souhaitée en deux encapsulation de particules.

Figure 1
Figure dispositif d'encapsulation 1.. a) ensemble du dispositif avec des entrées, de sortie et à long canal de commande. La hauteur du dispositif est de 52 um et la largeur du canal de commande est de 27 um. b) Les deux aqueuse et des entrées de pétrole ont des filtres gros débris avec des écarts de l'ordre de la largeur du canal de commande pour la vue agrandie de l'entrée d'huile. c) Le point de vue buse élargie montre des largeurs de canal égales de 27 um pour les canaux aqueux et l'huile, suivie par la contraction de la buse 22 um et l'expansion soudaine à un canal um 61 plus large.Notez que les dimensions de l'appareil présentées ici ont été vérifiés à l'aide d'un profilomètre après la microfabrication et différer un peu des dimensions nominales sur le masque. Une vraie image de la chaîne de commande et la buse sont disponibles en ligne en tant que figure supplémentaire 1 . Le fichier de masque d'AutoCAD a également été inclus en ligne comme un complément à ce manuscrit.

Figure 2
Figure 2. Hystérésis d'un goutte à la transition en utilisant un jet plus large dispositif (80 um de large x 22 um de hauteur). a) Au taux de FC-40 à débit constant (Q = 45 uL d'huile / min), la formation de baisse régulière se produit à 10 kHz en utilisant une solution aqueuse de débit Q aq = 8 ul / min. Comme le débit aqueuse est lentement augmenté à 10 m &u; L / min, d'éjection du courant de fluide aqueux est déclenché. b) Lorsque le débit est retourné à 8 ul / min jet continue. Notez que la formation de baisse régulière peut être rétablie par une brève pause de la pompe à débit aqueuse (une pause de 1 seconde est typique).

Figure 3
Figure 3. Encapsulation unique et double-particules. Une formation Drop) avec une cellule par goutte (Q = huile de 60 pi / min, Q aq = 9 pi / min) avec un taux de production baisse de 6,1 kHz, la taille de goutte moyenne de 24,4 pL, et une efficacité de capture unicellulaires D k = 79,5% et P = k 83,7% (λ = 0,95) pour une taille de l'échantillon de n = 517 gouttes d et n p = 491 particules de formation de gouttes. b) de deux cellules chaque goutte d'eau se fait simplement par la réduction de la FC-40 débit Q d'huile à 30 μL / min. Les grandes (39,8 pL) gouttes sont formées à un taux de 3,8 kHz avec une efficacité de capture à deux cellules D k = 71,5% et P k = 79,5% (λ = 1,80) pour un échantillon de n d = 383 et n gouttes p = 689 particules. cd) Deux histogrammes comparer les efficacités d'encapsulation de particules de chute D k de l'encapsulation simple et double-particules commandé avec la statistique de Poisson (encapsulation aléatoire). Noter que dans les deux cas, l'espacement des particules dans la direction d'écoulement est d'environ 17 à 18 um de totalement commandés en alternance, des particules. Vidéos supplémentaires montrant à la fois l'encapsulation simple et double-particules sont disponibles en ligne. Cliquez ici pour voir 3a films supplémentaires . Cliquez ici pour voir 3b films supplémentaires .


Concentration Figure 4. Affecte grandement l'efficacité d'encapsulation. A) Comme les baisses de concentration, l'ordre ne se produit pas complète, et donc des "trous" dans les trains sortent, laissant quelques gouttes de moins de particules attendus. B) L'histogramme montre la diminution de l'efficacité ( D k = 55,9%, P k = 70,9%) pour l'encapsulation de deux particules due à une valeur inférieure de λ = 1,57 où il ya peu près autant à une particule gouttes il ya deux particules gouttes. Ce chiffre résulte de l'huile de Q = 30 pi / min et Q aq = 9 pi / min, les conditions d'écoulement mêmes que pour la figure 3b. Une vidéo représentant supplémentaire est disponible en ligne. Cliquez ici pour voir 4 Movie supplémentaire .

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Discussion

Malgré des degrés relativement élevés de la commande, tous les gouttes contiennent le bon nombre de particules ou de cellules. Efficacité d'encapsulation peut être calculé comme le nombre de cellules ou de particules qui deviennent encapsulées dans gouttes avec l'occupation souhaitée divisée par le nombre total. Ces données brutes peuvent être obtenus soit à partir d'un algorithme automatisé à grande vitesse vidéo ou de l'imagerie d'un échantillon d'émulsion recueillies. Cela peut être comparée à la fraction de particules P k encapsulé dans une goutte contenant des particules et la fraction k de gouttes D k qui contiennent des particules k. D'après la figure 3, à la fois les simples et doubles efficacité d'encapsulation de particules surperformer l'efficacité d'encapsulation aléatoires de plus d'un facteur de deux et de réduire considérablement le nombre de gouttes de plus que le nombre désiré de particules La figure 4 montre la nécessité pour les concentrations appropriées pour une grande efficacité.; qui est, et lambd une;, une fonction de la concentration des particules et volume de goutte, doit être égal ou proche du nombre de cellules désirées par goutte à maximiser particules correctement-encapsulés ou des cellules. Notez que une concentration plus élevée de particules ou de cellules est généralement une bonne chose pour commande complète que les trains denses ont tendance à s'étaler dans le temps et remplir plus vides les régions entre les trains. D'autre part, si la concentration est trop élevée, le nombre élevé de particules peut provoquer des instabilités interfaciales qui induisent jet de la buse. Dans les études spécifiques (telles que seule cellule d'encapsulation, par exemple), il peut être plus avantageux d'éviter de multiples cellules gouttelettes au détriment de l'introduction de quelques gouttelettes plus vides, de sorte qu'un λ légèrement inférieur sera souhaitée. Cela s'appliquerait également pour des études visant à les interactions entre les deux cellules ou entre une cellule et une particule, où les gouttelettes à une particule ou une seule cellule sont plus tolérable que des gouttelettes de deux ou plusieurs d'un type de cellules ou de particules.

jove_content "> Le maintien d'un λ constant dans le temps est critique pour l'encapsulation conforme. aide de flottabilité correspondant dans la lutte contre la concentration à long terme en réduisant le règlement des cellules et des particules dans la seringue et le tube. Toutefois, la flottabilité correspondant aussi les résultats dans une plus grande viscosité aqueuse qui peut retarder la commande (se traduisant par plus se concentrer exigences de canal), augmenter la chute de pression du canal, et de modifier les débits nécessaires à la production baisse. Une alternative à la flottabilité d'appariement utilisé dans cette expérience est physiquement incliner la pompe à seringue de sorte que la sortie de seringue est souligné presque à la verticale vers le bas (afin de minimiser l'adhérence de cellules ou de particules à l'intérieur de seringue). Ici, nous avons utilisé 9,9 um de diamètre des microsphères avec une fraction volumique des particules de 1,3% (environ 25 millions de particules par ml), mais nous avons utilisé inclinaison pour augmenter le volume des fractions à 2% pour les données indiquées dans la figure 3. Une seconde alternative consiste à mélanger le liquide aqueux intermittently avec un palier fermé en acier inoxydable à billes (Téflon enduit pour travailler avec des cellules) à l'aide d'un petit aimant externe. Soins est nécessaire mais à éviter de laisser le roulement à billes à régler l'embout de seringue où il peut occlure l'entrée de la tubulure d'entrée. Cependant, ces alternatives sont plus intensives en travail et moins reproductible que appariement de flottabilité, de sorte appariement de flottabilité est le plus approprié pour les expériences à grande échelle qui se produisent sur de longues périodes. Lors de la commande par inertie exige Re élevé et Re p pour fonctionner, quand l'humeur aqueuse et l'huile coule sont poussés à la hausse et supérieur, stable dégoulinant de gouttes se tourne vers jet 14 (voir figure 2) et les résultats d'encapsulation incontrôlés. Pour les cellules plus petites que les particules de 10 um utilisés ici, les dimensions des canaux plus petits peuvent être nécessaires pour atteindre p Re suffisante si les débits ne peuvent pas être augmentés sans jet. Une particularité de projeter dans des systèmes microfluidiques, c'est que les effets d'hystérésis peut se produire avecUEL, il est difficile d'arrêter jet en abaissant simplement le débit aqueuse une fois qu'il se produit à un point où il n'a pas été observé. Basé sur des résultats expérimentaux, on pourrait développer un goutte dimensions ou de non-dimensionnelle à jet carte de débit comme ceux précédemment mis au point pour la co-axiaux fluides buses 14 et T-jonctions 26-28 avec des contours supplémentaires pour le taux de génération de baisse, les cellules par goutte, et efficacité d'encapsulation. Cette carte permettrait une feuille de route solide à partir duquel le taux de génération de goutte peut être prédite pour calculer λ et donc de fournir un débit estimé pour les cours d'eau et de l'huile a priori.

Bien que n'étant pas directement démontré ici, des réductions supplémentaires des taux de débit d'huile Q huile de ceux présentés dans la figure 3b ne ferait qu'accroître le nombre de particules par chute à trois, quatre, et ainsi de suite. Pour atteindre plus de particules par chute, soit de l'huile Q doit diminuer ou l'aqueous débit Q aq doit augmenter. Soit dit en passant, nous avons inclus une ligne supplémentaire de script MATLAB qui modélise l'efficacité d'encapsulation de capturer n'importe quel nombre de particules sous forme de gouttes. L'utilisateur entrées l'espacement moyen des particules et une déviation standard de l'espacement des particules, qui modélise le degré de la commande. Pour les trains commandés, l'écart-type sera petit. En outre, les entrées de l'utilisateur de la taille de goutte moyenne et la taille des gouttes écart-type, qui représente la polydispersité des tailles de gouttes. Reportez-vous à la documentation du script pour plus d'informations.

Lors de l'augmentation du débit aqueuse ou en diminuant le débit d'huile pour augmenter le nombre de particules ou de cellules par goutte, le risque d'instabilité augmente jets que les débits respectifs près des valeurs extrêmes. Ainsi, le nombre maximal de particules réalisables ou cellules par gouttedépendra de géométrie du dispositif et les propriétés des fluides. Compte tenu de la concentration en particules / cellule et le débit d'huile, le nombre de particules par les cellules par goutte est contraint par des limites supérieures sur les taux d'écoulement aqueux, qui doit être assez grande pour induire en ordonnant, mais doit être suffisamment faible pour éviter instable jet (et de cisaillement limite contraintes sur les cellules pour assurer la viabilité). En variante, étant donné un débit aqueuse à laquelle se produit commande, le débit d'huile doit rester suffisamment assez grand pour rester dans le régime gouttes.

Notez que la génération de chute et l'égouttement de lançage de transition sont très sensibles à la concentration de tensioactif. Concentrations élevées de tensioactifs augmenter la viscosité de l'huile, en changeant les paramètres de génération de chute. Soit dit en passant, la rareté des tensioactifs biocompatibles largement disponibles pour les huiles fluorocarbures présente un défi majeur. Actuellement, un seul fournisseur commercial (RainDance Technologies) existe pour PFPE-PEG tensioactifs copolymères à blocs, 25, mais des études montrent des techniques de synthèse à petite échelle d'un certain nombre de groupes tels que tensioactifs PFPE-HEG. 29,30 alternatives telles que l'huile minérale légère ont été utilisées dans des applications biologiques génération goutte d'accéder à un plus large éventail d'agents tensioactifs disponibles, 24,31 mais il faut noter que l'augmentation de la viscosité d'accompagnement par rapport à l'huile de fluorocarbone modifie les paramètres de génération de chute. Une récente 32 décrit un grand nombre de publiés huiles de phase continues et les tensioactifs.

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Disclosures

JE est un inventeur sur un brevet en instance sur la base de la technologie utilisée dans ce manuscrit.

Acknowledgements

Nous remercions RainDance Technologies pour l'échantillon de PFPE-PEG tensioactif utilisé dans cette étude, et nous remercions le BioMEMS Resource Center (Mehmet Toner, metteur en scène) pour le moule plaquette de silicium utilisé pour créer des répliques de canaux PDMS.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AutoCAD AutoDesk
Transparency Mask Fineline Imaging Inc.
SU-8 Photoresist MicroChem Corp. 2050
Dektak Profilometer Veeco Instruments, Inc.
Petri Dish BD Biosciences 351058
PDMS Silicone Elastomer Kit Dow Corning Sylgard 184, Material Number (240)4019862
Vacuum Desiccator Jencons 250-030
Vacuum Pump Alcatel Vacuum Technology 2010 C2
Vacuum Regulator Cole-Parmer EW-00910-10
Oven Thermo Fisher Scientific, Inc. Lindberg Blue M, OV800F
Biopsy Punch, 0.75 mm Harris Uni-Core 15072
Laboratory Corona Treater Electro-Technic Products Inc. BD-20AC, SKU 12051A
Glass Slides Gold Seal 3010
Aquapel PPG Industries Alternative Strategy
Polystyrene Microspheres, 9.9 μm Thermo Fisher Scientific, Inc. G1000
OptiPrep Sigma-Aldrich D1556 Not Demonstrated
Luer-Lok Syringes BD Biosciences 1 mL: 309628 3 mL: 309585
FC-40 Fluorocarbon Oil 3M Inc. Sigma Aldrich, F9755
PFPE-PEG Fluorosurfactant RainDance Technologies
Light Mineral Oil PTI Process Chemicals 08042-47-5 Alternative Strategy
Mineral Oil Surfactant Evonik Goldschmidt Corporation ABIL EM 90 Alternative Strategy
Tygon PVC Tubing Small Parts, Inc. TGY-010
30 Gauge Luer-Lok Syringe Needle, 1/2" Small Parts, Inc. NE-301PL-C
Inverted Microscope Carl Zeiss Imaging Axio Observer.Z1
High Speed Camera Vision Research Phantom V310
Syringe Pumps (2) Chemyx Inc. Nexus 3000
Silicone Oil Dow Corning 200 fluid, 10 cSt Optional for Emulsion Storage

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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