कम छोटी बूंद-सतह सहभागिता का लाभ उठाते हुए डिजिटल Microfluidics में Bioanalytes के परिवहन का अनुकूलन करने के लिए

Summary

The protocol for fabrication and operation of field dewetting devices (Field-DW) is described, as well as the preliminary studies of the effects of electric fields on droplet contents.

Abstract

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of “lab-on-a-chip” platforms. Often, droplet motion relies on the wetting of a surface, directly associated with the application of an electric field; surface interactions, however, make motion dependent on droplet contents, limiting the breadth of applications of the technique.

Some alternatives have been presented to minimize this dependence. However, they rely on the addition of extra chemical species to the droplet or its surroundings, which could potentially interact with droplet moieties. Addressing this challenge, our group recently developed Field-DW devices to allow the transport of cells and proteins in DMF, without extra additives.

Here, the protocol for device fabrication and operation is provided, including the electronic interface for motion control. We also continue the studies with the devices, showing that multicellular, relatively large, model organisms can also be transported, arguably unaffected by the electric fields required for device operation.

Introduction

तरल पदार्थ के साथ काम है कि उपकरणों के miniaturization "प्रयोगशाला पर एक चिप" प्लेटफार्मों के विकास के लिए सबसे ज्यादा महत्वपूर्ण है. इस दिशा में, पिछले दो दशकों के आवेदनों की एक किस्म के साथ, microfluidics के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति हुई है. ^1-5 संलग्न चैनल (चैनल microfluidics) में तरल पदार्थ के परिवहन के साथ विषम, DMF इलेक्ट्रोड की सरणियों पर बूंदों manipulates. इस तकनीक की सबसे आकर्षक गुण से एक तरल पदार्थ के परिवहन के लिए चल भागों का अभाव है, और गति तुरन्त विद्युत संकेतों को बंद करने से रोक दिया है.

हालांकि, छोटी बूंद गति एक सार्वभौमिक "प्रयोगशाला पर एक चिप" मंच के लिए निश्चित रूप से एक अवांछनीय विशेषता, छोटी बूंद सामग्री पर निर्भर है. प्रोटीन और अन्य analytes युक्त बूंदों unmovable बनने डिवाइस सतहों से चिपके रहते हैं. बेशक, इस DMF अनुप्रयोगों के दायरे को व्यापक बनाने के लिए प्रमुख सीमा रहा है, ^6-8अवांछित सतह दूषण को कम करने के लिए विकल्प संभावित छोटी बूंद सामग्री को प्रभावित कर सकता है जो छोटी बूंद या उसके आसपास, अतिरिक्त रासायनिक प्रजातियों के अलावा शामिल है.

इससे पहले, हमारे समूह अतिरिक्त योजक (फील्ड-DW के उपकरणों) के बिना, DMF में कोशिकाओं और प्रोटीन के परिवहन की अनुमति के लिए एक उपकरण विकसित किया है. ⁹ यह छोटी बूंद रोलिंग के पक्ष में एक युक्ति है कि ज्यामिति के साथ मोमबत्ती कालिख, ¹⁰ के आधार पर एक सतह के संयोजन के द्वारा प्राप्त किया गया था और आगे छोटी बूंद-सतह बातचीत घटते, छोटी बूंद पर एक उर्ध्व बल की ओर जाता है. इस दृष्टिकोण में, छोटी बूंद गति सतह गीला के साथ संबद्ध नहीं है. ¹¹

नीचे वर्णित विस्तृत विधि का लक्ष्य अतिरिक्त additives के बिना प्रोटीन, कोशिकाओं, और पूरे जीवों युक्त बूंदों ले जाने में सक्षम एक DMF डिवाइस, उपज है. फील्ड-DW के उपकरणों छोटी बूंद दवा की दुकान का काफी हद तक स्वतंत्र रूप से काम पूरी तरह से नियंत्रित प्लेटफार्मों के लिए मार्ग प्रशस्तRY.

यहाँ, हम भी उपस्थित सिमुलेशन डिवाइस संचालन के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज के बावजूद, दिखा रहा है कि छोटी बूंद भर में वोल्टेज ड्रॉप छोटी बूंद के अंदर bioanalytes पर नगण्य प्रभाव का संकेत है, लागू वोल्टेज का एक छोटा सा अंश है. वास्तव में, Caenorhabditis एलिगेंस (सी एलिगेंस), जीव विज्ञान में अध्ययन की एक किस्म के लिए इस्तेमाल एक निमेटोड के साथ प्रारंभिक परीक्षण, voltages लागू कर रहे हैं के रूप में कीड़े अबाधित तैर बताते हैं कि.

Protocol

नोट: नीचे वर्णित प्रक्रियाओं में, प्रयोगशाला सुरक्षा निर्देशों का हमेशा पालन किया जाना चाहिए. विशेष महत्व की उच्च वोल्टेज (> 500 वी) और हैंडलिंग रसायनों से निपटने जब सुरक्षा है. मोमबत्ती कालिख …

Representative Results

इससे पहले, हम DMF में प्रोटीन की गति अनुमति देने के लिए फील्ड-DW के उपकरणों का इस्तेमाल किया है. विशेष रूप से, गोजातीय सीरम albumin (बीएसए) के साथ बूंदों पहले अन्य लेखकों द्वारा (additives के बिना) रिपोर्ट की तुलना में 2,000 …

Discussion

प्रोटोकॉल का सबसे महत्वपूर्ण कदम सीधे बूंदों बढ़ने में सफलता के साथ जुड़े कालिख परत का संरक्षण है. कालिख की परत (उपरोक्त विधि 1) मेटलाइजिंग निर्माण सफलता की 100% के करीब की अनुमति देता है. हालांकि, अधिकतम आ?…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Paraffin candle			Any paraffin candle
Sputtering system	Denton Vacuum, Moorestown, NJ		Sputter coater Desk V HP equipped with an Au target.
1-dodecanethiol	Sigma-Aldrich	471364
Teflon	Dupont	AF-1600
Fluorinert FC-40	Sigma-Aldrich	F9755	Fluorinated liquid: Prepare Teflon-AF resin in Fluorinert FC-40, 1:100 (w/w), to create the hydrophobic coating.
Graphic design software -Adobe Illustrator	Adobe Systems		Other softwares might be used as well.
Copper laminate	Dupont	LF9110
Laser Printer	Xerox	Phaser 6360 or similar	Check for the compatibility with "rich black" or "registration black" (see text).
Copper Etchant	Transene	CE-100
Perfluoroalkoxy (PFA) film	McMaster-Carr	84955K22
Breadboard	Allied Electronics	70012450 or similar	Large enough to allow the assemble of 10 drivers.
Universal circuit board	Allied Electronics	70219535 or similar
Connector	Allied Electronics	5145154-8 or similar
Control board and control program (LabView software)	National Instruments	NI-6229 or similar
High-voltage amplifier	Trek	PZD700
Resistor R 27 kΩ, 1/4 W	Allied	2964762
Capacitors C and C1, 100 nF, 60 V	Allied	8817183
Transistor T, NPN	Allied	9350289
Diode D, 1N4007	Allied	2660007
Relay	Allied	8862527
Visualization system	Edmund Optics	VZM 200i or similar	System magnification 24X- 96X. It is combined with a Hitachi KP-D20B 1/2 in CCD Color Camera.
Recorder	Sony	GV-D1000 NTSC or similar	It is connected to the camera by an S-video cable.
Simulations	COMSOL Multiphysics	V. 4.4