Fase Diagrama Caracterización utilizando perlas magnéticas como vehículos líquidos

Summary

Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

Abstract

Las perlas magnéticas con ~ 1,9 m de diámetro promedio fueron utilizados para transportar volúmenes de microlitros de líquidos entre segmentos contiguos líquidos con un tubo para el propósito de investigar el cambio de fase de los segmentos líquidos. Las perlas magnéticas fueron controlados externamente usando un imán, lo que permite para las perlas para cerrar la válvula de aire entre los segmentos de líquido adyacentes. Un recubrimiento hidrófobo se aplica a la superficie interior del tubo para mejorar la separación entre dos segmentos líquidos. El campo magnético aplicado formó un clúster agregado de perlas magnéticas, la captura de una cierta cantidad de líquido dentro de la agrupación que se conoce como volumen de arrastre. Un colorante fluorescente se añadió a un segmento líquido, seguido de una serie de transferencias de líquidos, que luego cambió la intensidad de fluorescencia en el segmento de líquido vecina. Basándose en el análisis numérico de la intensidad de fluorescencia medido cambio, se ha encontrado el volumen arrastre por masa de perlas magnéticasser ~ de 2 a 3 l / mg. Esta pequeña cantidad de líquido permitido para el uso de comparativamente pequeños segmentos líquida de un par de cientos de microlitros, la mejora de la viabilidad del dispositivo para un enfoque de laboratorio en tubo. Esta técnica de aplicar pequeña variación composicional en un volumen de líquido se aplicó a analizar el diagrama de fase binaria entre el agua y el agente tensioactivo C12E5 (éter de monododecilo de pentaetileno glicol), lo que lleva a un análisis más rápido con volúmenes de muestra más pequeños que los métodos convencionales.

Introduction

Las perlas magnéticas (MBS) en el orden de 1 micrómetro de diámetro se han utilizado muy a menudo en ^1,2 aplicaciones basadas en microfluidos, en particular para dispositivos biomédicos. En estos dispositivos, MBs han ofrecido capacidades tales como la celular y la separación de ácido nucleico, agentes de contraste, y la administración de fármacos, para nombrar unos pocos. La combinación de control externo (campo magnético) y microfluídica basada en gotitas ha permitido ³ de control de los inmunoensayos que usan volúmenes pequeños (<100 nl). MBs también han mostrado una promesa cuando se utiliza para el manejo de ^líquido 4. Este enfoque utiliza los MBs para el transporte de biomoléculas entre segmentos de líquido dentro de un tubo separados por una válvula de aire. Este método no es tan potente como otros dispositivos más complejos lab-on-chip visto en el pasado, pero es mucho más simple y no ofrecen la capacidad de manejar volúmenes microlitro de tamaño de líquido. Un enfoque similar se ha descrito recientemente por el grupo de ⁵ Haselton y se aplica a biomédicaensayos.

Uno de los aspectos más importantes de este dispositivo es la separación del segmento líquido ofrecido por la válvula de aire controlado por tensión superficial. Volúmenes microlitro de líquido conectados a MBs son transportados a través de este espacio de aire entre los segmentos de líquidos utilizando un campo magnético aplicado externamente. MBs de micropartículas (desde ~ 0,4-7 micras de diámetro con una media de 1,9 micras) bajo el efecto del campo magnético externo crear un clúster microporosa que atrapa líquido dentro. La fuerza de este atrapamiento de líquido es suficiente para resistir las fuerzas de tensión superficial en el transporte de los MBs de un depósito a la siguiente. Típicamente, este efecto no es deseable, ya que la mayoría de los enfoques sólo quieren transporte de moléculas específicas (tales como biomarcadores) contenidos dentro de los líquidos ^6. Sin embargo, como se puede ver en nuestro trabajo, este efecto puede ser utilizado para convertirse en un aspecto positivo del dispositivo.

Hemos utilizado este "laboratorio en tubo"Enfoque, que se muestra esquemáticamente en la Figura 1, para el análisis de los diagramas de fase en sistemas de materiales binarios. El tensioactivo C12E5 ha sido elegido como el foco principal de la caracterización, ya que se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales tales como productos farmacéuticos, productos alimenticios, cosméticos, etc. En particular, el H ₂ sistema binario O / C12E5 fue investigada, ya que proporciona un rico conjunto de fases para explorar. Nos hemos centrado en un aspecto específico de esta mezcla química, es decir, las transiciones a fases cristalinas líquidas en determinadas concentraciones ^7-9. Esta transición se observa fácilmente en nuestro dispositivo mediante la incorporación de los polarizadores en los estudios de microscopía óptica con el fin de poner de relieve los límites de fase.

Ser capaz de mapear los diagramas de fase es una zona muy importante de estudio para entender la cinética involucrados con transición de fase ^10. La capacidad para determinar con precisión la interacción de agentes tensioactivos con disolventes unand otros componentes es crucial debido a su complejidad y muchas fases distintas ^11. Muchas otras técnicas se han utilizado previamente para caracterizar el cambio de fase. El enfoque convencional consiste en hacer muchas muestras, cada uno compuesto de diferentes concentraciones y permitiendo que se equilibren, que requiere largos tiempos de procesamiento y alta cantidad de volúmenes de muestra. A continuación, las muestras se analizan típicamente por métodos ópticos tales como el transporte difusivo interfacial (DIT), que ofrece alta resolución de tales composiciones de agentes tensioactivos ^12,13. Al igual que en el método que hemos utilizado, el método DIT utiliza luz polarizada para imagen límites de fase distintas.

Protocol

1. Preparación de una sola vez Uso de Materiales en Device Preparación de tubo Cortar la tubería en 15 cm segmentos. Tubería tiene 1,6 mm de diámetro interior y 3,2 mm de diámetro exterior. Segmentos de tubo Colgar verticalmente con cinta. Coloque la toalla de papel por debajo de los tubos para recoger el exceso de solución de polímero fluorado. Inyectar 100 l de solución de polímero fluorado en la abertura superior de cada segmento de tubo usando la jeringa, de manera q…

Representative Results

Utilizando el enfoque de Lab-en-Tube para el transporte de cantidades l de volumen de líquido con perlas magnéticas junto con MATLAB para el análisis numérico, volúmenes medios de arrastre de líquido, como una función de la masa de perlas magnéticas, se encontraron (Figura 2). Masa Superior de perlas magnéticas proporciona un mayor volumen de arrastre en la tasa de 2-3 l / mg. El montaje experimental (Figura 1) se utiliza para observar el cambio de fase en el H 2 O /…

Discussion

En las técnicas más comunes para la investigación diagrama de fases, varias muestras con diferentes composiciones y proporciones deben estar preparados y tienen que alcanzar el equilibrio termodinámico que provoca un proceso largo y una cantidad significativa de material. Algunos desafíos pueden ser resueltos por DIT método (transporte interfacial difusiva) utilizando capilar plana y el método de análisis de infrarrojos, pero ninguno de ellos puede resolver todos los retos con inversión de bajo costo.

<p cl…

Materials

AccuBead	Bioneer Inc.	TS-1010-1	Magnetic beads
C12E5 Surfactant	Sigma-Aldrich	76437
Thermo Scientific Nalgene 890	Fisher Scientific	14176178
Cube Magnet	Apex Magnets	M1CU
Polarizer Film	Edmund Optics	38-493
Teflon AF	Dupont	400s1-100-1	Fluoropolymer solution
Keyacid Red Dye	Keystone	601-001-49	Fluorescent dye
Luer-Lock	Cole-Parmer	T-45502-12	Female
Luer-Lock	Cole-Parmer	T-45502-56	Male
Syringe	Fisher Scientific	14-823-435	3 mL
Syringe Pump	Stoelting	53130
Stereo Microscope	Nikon	SMZ-2T
Inverted Microscope	Nikon	Eclipse Ti-U	The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm.
Balance	Denver Instruments	PI-225D
Microscope-Mounted Camera	Motic	5000