Een Droplet gebaseerde benadering van het Microfluidic en de microsfeer-PCR versterking voor Single-Stranded DNA waarbij
Summary
Dit werk biedt een methode voor de fabricage van microfluidic druppel gebaseerde platforms en de toepassing van polyacrylamide microsferen voor microsfeer-PCR versterking. De microsfeer-PCR-methode maakt het mogelijk om te verkrijgen van single-stranded DNA waarbij zonder te scheiden van de double-stranded DNA.
Abstract
Druppel gebaseerde microfluidics inschakelen de betrouwbare productie van homogene microbolletjes in het kanaal van de microfluidic, die gecontroleerde grootte en morfologie van de verkregen microsfeer. Een copolymerized met een acrydite-DNA-sonde microsfeer werd met succes vervaardigd. Verschillende methoden zoals asymmetrische PCR exonuclease spijsvertering en isolatie op daar beklede magnetische kralen kunnen worden gebruikt voor het synthetiseren van single-stranded DNA (ssDNA). Echter, deze methoden niet efficiënt gebruiken grote hoeveelheden van hoogst gezuiverde ssDNA. Hier beschrijven we een microsfeer-PCR protocol detailleren hoe ssDNA kunnen worden efficiënt versterkt en gescheiden van dsDNA gewoon door pipetteren van een PCR reactiebuis. De amplificatie van ssDNA kan worden toegepast als potentiële reagentia voor de microarray DNA en DNA-SELEX (systematische evolutie van liganden door exponentiële verrijking) processen.
Introduction
Single-stranded DNA (ssDNA) heeft uitgebreid beschouwd als een element van de moleculaire erkenning (MRE) als gevolg van zijn intrinsieke eigenschappen voor DNA-DNA hybridisatie1,2. De ontwikkeling van ssDNA synthetische systemen kan leiden tot biologische toepassingen zoals DNA microarrays3, oligotherapeutics, diagnostiek en geïntegreerde moleculaire detectie op basis van aanvullende interacties4,5.
Tot op heden zijn micrometer-schaal polymeer deeltjes met succes aangetoond met behulp van microfluidic-apparaten. Verschillende technieken van de microfluidic hebben bewezen te krachtig voor het produceren van zeer homogene microsferen op continue stroom in de microchannel milieu6,7.
In de studie van Lee et al. 8, een druppel gebaseerde microfluidic platform voor de microfluidic synthese van copolymerizable oligo-microsfeer en ssDNA versterking werd gemeld. Het microfluidic platform bestaat uit twee lagen van het PDMS (Polydimethylsiloxaan): een bovenste deel met een microfluidic channel-netwerk voor het genereren van de microsfeer en een bodem plat deel. Deze bestaan uit drie soorten PDMS fluidic kanalen: 1) een stroom focussering kanaal voor druppel-generatie, 2) een serpentine kanaal voor het mengen van twee oplossingen, en 3) een sequentiële polymerisatie-kanaal voor microsfeer stollen. Zodra twee onmengbare stromen in een PDMS fluidic enkellijns worden binnengebracht, kunnen de stromen worden gedwongen door de smalle opening structuur. De stroom gedrag zoals kanaal geometrie, debiet en viscositeit van invloed op de grootte en morfologie van de microsfeer. Daarom is de belangrijkste vloeibare stroom kan worden onderverdeeld in microscale monospheres9,10.
Hier vindt u een gedetailleerde microsfeer-PCR protocol voor de amplificatie van ssDNA. Ten eerste wordt een druppel gebaseerde microfluidic apparaat ontwerpproces beschreven. Dan, de manier waarop in welke polyacrylamide microbolletjes met willekeurige DNA sjabloon kan worden matiemaatschappij op een complementaire manier wordt uitgelegd. Tot slot wordt een microsfeer-PCR protocol voor het versterken van de ssDNA weergegeven.
Protocol
Representative Results
Discussion
Verontreinigingen van dsDNA zijn een belangrijk thema in de versterking van de ssDNA. Blijft het moeilijk om te minimaliseren dsDNA versterking in conventionele asymmetrische PCR versterking15. Bovendien, hoewel technische verbeteringen voor het genereren van ssDNA we het verhogen van de efficiëntie van monsters worden verwerkt kunnen, is ssDNA isolatie nog steeds problematisch vanwege de hoge kosten en opbrengsten van de onvolledige zuivering.
Asymmetrische PCR is een…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie wordt ondersteund door een project getiteld “coöperatieve onderzoeksprogramma voor landbouw Science & Technology Development (Project nr. PJ0011642) “gefinancierd door de landelijke ontwikkeling administratie, Republiek Korea. Dit onderzoek werd ook deels gesteund door een subsidie (NRF-2017R1A2B4012253) van de fundamentele wetenschap Research Program door de National Research Foundation (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT & toekomst Planning, Republiek Korea. Dit onderzoek werd gesteund door een subsidie (N0000717) van het onderwijs-programma voor creatieve en industriële convergentie gefinancierd door het ministerie van handel, industrie en energie, Zuid-Korea.
Materials
| liquid polydimethylsiloxane, PDMS | Dow Corning Inc. | Sylgard 184 | Components of chip |
| 40% Acrylamide:bis solution (19:1) | Bio-rad | 1610140 | Components of Copolymerizable oligo-microsphere |
| Ammonium persulfate, APS | Sigma Aldrich | A3678 | Hardener of acrylamide:bis solution |
| N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine, TEMED | Sigma Aldrich | T9281 | Catalyst of ammonium persulfate |
| Mineral oil | Sigma Aldrich | M5904 | Table 1. Solution III. Component of microsphere reagents |
| Cy3 labeled complementary oligonucleotide probes | Bioneer | synthesized | Table 3. Sequence information |
| ssDNA acrydite labeled probe | Bioneer | synthesized | Table 1. Solution I. Component of microsphere reagents |
| Tris | Biosesang | T1016 | Components of TE buffer, pH buffer solution |
| EDTA | Sigma Aldrich | EDS | Components of TE buffer, removal of ion (Ca2+) |
| Ex taq | Takara | RR001A | ssDNA amplification |
| Confocal microscope | Carl Zeiss | LSM 510 | Identifying oligonucleotides expossure of microsphere surface |
| Light Microscope | Nikon Instruments Inc. | eclipse 80i | Caculating number of microspheres |
| T100 Thermal Cycler | Bio-rad | 1861096 | ssDNA amplification |
| Hand-held Corona Treater | Electro-Technic | BD-20AC Laboratory Corona Treater | Hydrophilic surface treatment |
| Hot plate | As one | HI-1000 | heating plate for curing of liquid PDMS |
| Syringe pump | kd Scientific | 78-1100 | Uniform flow of Solution I and Solution II |
| Compressor | Kohands | KC-250A | Flow control of Solution III |
| Bright-Line Hemacytometer | Sigma Aldrich | Z359629 | Caculating number of microspheres |
Riferimenti
- Smith, A. J. The use of exonuclease III for preparing single stranded DNA for use as a template in the chain terminator sequencing method. Nucleic Acids Research. 6 (3), 831-848 (1979).
- Sekhon, S. S., et al. Aptabody-aptatope interactions in aptablotting assays. Nanoscale. 9 (22), 7464-7475 (2017).
- Ng, J. K., Ajikumar, P. K., Stephanopoulos, G., Too, H. P. Profiling RNA polymerase-promoter interaction by using ssDNA-dsDNA probe on a surface addressable microarray. Chembiochem. 8 (14), 1667-1670 (2007).
- Sekhon, S. S., et al. Defining the copper binding aptamotif and aptamer integrated recovery platform (AIRP). Nanoscale. 9 (8), 2883-2894 (2017).
- Mikhailov, V. S., Bogenhagen, D. F. Effects of Xenopus laevis mitochondrial single-stranded DNA-binding protein on primer-template binding and 3′–>5′ exonuclease activity of DNA polymerase gamma. Journal of Biological Chemistry. 271 (31), 18939-18946 (1996).
- Yu, X., Cheng, G., Zhou, M. D., Zheng, S. Y. On-demand one-step synthesis of monodisperse functional polymeric microspheres with droplet microfluidics. Langmuir. 31 (13), 3982-3992 (2015).
- Akamatsu, K., Kanasugi, S., Nakao, S., Weitz, D. A. Membrane-Integrated Glass Capillary Device for Preparing Small-Sized Water-in-Oil-in-Water Emulsion Droplets. Langmuir. 31 (25), 7166-7172 (2015).
- Lee, S. H., et al. On-Flow Synthesis of Co-Polymerizable Oligo-Microspheres and Application in ssDNA Amplification. PLoS One. 11 (7), e0159777 (2016).
- Anna, S. L., Bontoux, N. B., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Applied Physics Letters. 82 (3), 364-366 (2003).
- Gupta, A., Matharoo, H. S., Makkar, D., Kumar, R. Droplet formation via squeezing mechanism in a microfluidic flow-focusing device. Computers & Fluids. 100, 218-226 (2014).
- McDonald, J. C., Whitesides, G. M. Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices. Accounts of Chemical Research. 35 (7), 491-499 (2002).
- Haubert, K., Drier, T., Beebe, D. PDMS bonding by means of a portable, low-cost corona system. Lab on a Chip. 6 (12), 1548-1549 (2006).
- Olsen, T. R., et al. Integrated Microfluidic Selex Using Free Solution Electrokinetics. Journal of the Electrochemical Society. 164 (5), B3122-B3129 (2017).
- Dorris, D. R., et al. Oligodeoxyribonucleotide probe accessibility on a three-dimensional DNA microarray surface and the effect of hybridization time on the accuracy of expression ratios. BMC Biotechnology. 3, 6 (2003).
- Heiat, M., Ranjbar, R., Latifi, A. M., Rasaee, M. J., Farnoosh, G. Essential strategies to optimize asymmetric PCR conditions as a reliable method to generate large amount of ssDNA aptamers. Biotechnology and Applied Biochemistry. 64 (4), 541-548 (2017).
