Фазовая диаграмма характеристик, используя магнитные шарики в качестве жидких носителей
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
Магнитные шарики с диаметром ~ 1,9 средняя мкм были использованы для транспортировки объемов мкл жидкости между смежными сегментами жидких с трубкой с целью исследования фазовых изменений этих жидких сегментов. Магнитные шарики с внешним управлением с помощью магнита, что позволяет шарики, чтобы преодолеть воздушный клапан между соседними жидких сегментов. Гидрофобное покрытие наносили на внутреннюю поверхность трубки для повышения расстояние между двумя жидкими сегментов. Приложенного магнитного поля образуется совокупный кластер магнитных шариков, захватив определенный количество жидкости в кластере, который называют объем перенесенных. Флуоресцентный краситель был добавлен в одном сегменте жидкой, а затем серии жидких передачи, которые затем изменили интенсивность флуоресценции в соседней жидкого сегмента. На основании численного анализа измеренного изменения интенсивности флуоресценции, объем переноса в массе магнитных шариков было обнаруженоравной ~ 2 до 3 мкл / мг. Это небольшое количество жидкости допускается использование сравнительно небольших жидких сегментов пару сотен мкл, повышение возможности устройства подхода лаборатория-в-трубе. Этот метод нанесения небольшого Композиционный Вариант в объеме жидкости была применена к анализу фазовой диаграммы между водой и поверхностно-активным веществом C12E5 (pentaethylene гликоля монододециловый эфир) двоичный, что приводит к более быстрому анализу с меньшими объемами выборок по сравнению с традиционными методами.
Introduction
Магнитные шарики (MBS) на заказ 1 мкм в диаметре, были использованы 1,2 довольно часто в микрожидкостных-приложений, в частности, для биомедицинских устройств. В этих устройствах, МБ предложили такие возможности, как клетки и разделения нуклеиновых кислот, контрастных агентов, и поставки наркотиков, чтобы назвать несколько. Сочетание внешних (магнитное поле) контроля и капель на основе микрофлюидики позволило 3 контроль иммунологических с использованием малых объемов (<100 NL). МБ также показали обещание, когда используется для обработки жидкости 4. Этот подход использует МБ для транспортировки биомолекулы между жидкостью сегментов внутри трубки, разделенных воздушным клапаном. Этот метод не является столь мощным, как другие, более сложные лаборатории-на-чипе устройства видели в прошлом, но это гораздо проще, и не предлагают возможности обработки мкл размера объемы жидкости. Аналогичный подход был недавно сообщили 5 группой Haselton и применяется для биомедицинскиханализах.
Один из наиболее важных аспектов этого устройства является жидкой фаз сегмент предлагаемые поверхностного натяжения контролируемой воздушного клапана. Объемы мкл жидкости, прикрепленные к МБ транспортируются через этот воздушный зазор между жидкими сегментов с использованием приложенного извне магнитного поля. Микрочастицы МБ (из ~ 0.4-7 мкм в диаметре, в среднем на 1,9 мкм) под действием внешнего магнитного поля создать микро-пористых кластер, который захватывает жидкость в. Сила этого жидкого захвата достаточно, чтобы выдержать силы поверхностного натяжения при транспортировке МБС из одного резервуара в другой. Как правило, этот эффект нежелателен, так как большинство подходов нужны только транспортировку специфических молекул (например, биомаркеров), содержащихся в жидкостях 6. Тем не менее, как можно видеть в нашей работе, этот эффект может быть использован, чтобы стать положительным аспектом устройства.
Мы использовали эту «лабораторию в трубе"Подход, схематически показано на рисунке 1, для анализа фазовых диаграмм двойных систем материалов. Поверхностно-активное вещество C12E5 был выбран в качестве основного фокуса характеристики, как это широко используется в промышленных приложениях, таких как фармацевтика, продукты питания, косметика, и т.д. В частности, H 2 O / C12E5 бинарная система была исследована, поскольку она обеспечивает богатый набор фаз, чтобы исследовать. Мы сосредоточились на одном конкретном аспекте этого химического смеси, а именно переходов на жидкокристаллических фаз при определенных концентрациях 7-9. Этот переход легко наблюдается в нашем устройстве путем включения поляризаторы в оптических исследованиях микроскопии для того, чтобы подчеркнуть границы фаз.
Будучи в состоянии карту фазовые диаграммы очень важной областью исследований для того, чтобы понять кинетики, связанных с фазовым переходом 10. Возможность точно определить взаимодействие ПАВ с растворителями Ай другие компоненты важно из-за их сложности и многих различных фаз 11. Многие другие методы ранее использовались для характеристики изменения фазы. Традиционный подход предполагает создание многих образцов, каждый из которых состоит из различных концентрациях и позволяя им, чтобы уравновесить, который требует длительных время обработки и высокое количество объемов проб. Затем образцы, как правило, анализируется с помощью оптических методов, таких как диффузионного межфазного транспорта (ДИТ), который предлагает высокое разрешение таких поверхностно-активных веществ композиций 12,13. Подобно методу Мы использовали метод DIT использует поляризованный свет для межфазных границ отдельных изображений.
Protocol
Representative Results
Discussion
В наиболее распространенных методов фазовой диаграммы исследования, несколько образцов с различными составами и коэффициентов должны быть подготовлены и должны достичь термодинамического равновесия, которая вызывает длительный процесс и значительное количество материала. Некотор…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge many useful discussions with M. Caggioni and support from Proctor and Gamble in the form of an internship for NAB.
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 |
References
- Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis. Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).
- Kozissnik, B., Dobson, J. Biomedical applications of mesoscale magnetic particles. MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).
- Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -. L., Malaquin, L. Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays. Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).
- Blumenschein, N. A., Han, D., Caggioni, M., Steckl, A. J. Magnetic Particles as Liquid Carriers in the Microfluidic Lab-in-Tube Approach To Detect Phase Change. ACS Applied Materials, & Interface. 6, 8066-8072 (2014).
- Bordelon, H., et al. Development of a low-resource RNA extraction cassette based on surface tension valves. ACS applied materials. 3, 2161-2168 (2011).
- Adams, N. M., et al. Design criteria for developing low-resource magnetic bead assays using surface tension valves. Biomicrofluidic. 7, 014104 (2013).
- Hishida, M., Tanaka, K. Transition of the hydration state of a surfactant accompanying structural transitions of self-assembled aggregates. Journal of Physics: Condensed Matte. 24, 284113 (2012).
- Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system. Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).
- Chen, B. -. H., et al. Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants. Langmui. 16, 5276-5283 (2000).
- Warren, P. B., Buchanan, M. Kinetics of surfactant dissolution. Current Opinion in Colloid, & Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).
- Laughlin, R. . The Aqueous Phase Behavior of Surfactant. , (1996).
- Laughlin, R. G., et al. Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR). The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).
- Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2−Water System. Langmui. 16, 3537-3542 (2000).
