Picoinjection микрофлюидных Капли Без металлическими электродами
Summary
Мы разработали методику для picoinjecting микрофлюидных капли, которые не требуют металлические электроды. Таким образом, устройства, содержащие наш метод проще в изготовлении и в использовании.
Abstract
Существующие методы picoinjecting реагенты в микрофлюидных капель требуют металлические электроды, интегрированные в микрофлюидный чип. Интеграция этих электродов добавляет громоздких и подверженных ошибкам шаги для процесса изготовления устройства. Мы разработали метод, который устраняет потребности в металлических электродов во picoinjection. Вместо этого он использует саму нагнетательной текучей среды в качестве электрода, так как большинство биологические реагенты содержат растворенные электролиты и являются токопроводящими. Устраняя электроды, мы уменьшаем устройства время изготовления и сложность, и сделать эти устройства более надежными. Кроме того, нашему подходу, объем впрыска зависит от напряжения, приложенного к picoinjection раствора; это позволяет нам быстро отрегулировать громкость вводят путем модуляции приложенное напряжение. Показано, что наш метод совместим с реагентов, включающих общие биологические соединения, в том числе буферы, ферментов и нуклеиновых кислот.
Introduction
В капель на основе микрофлюидики, микронных водные капельки используются в качестве «пробирки» для биологических реакций. Преимущество выполнения реакции в мельчайших капелек, что каждая капля использует только несколько пл реагента и, с микрофлюидики, капли могут образовываться и обрабатываются на килогерц ставок 1. В совокупности эти свойства позволяют миллионы реакций с отдельных клеток, молекул нуклеиновых кислот, или соединений, выполненных в течение нескольких минут с мкл общего объема материала.
Для использования капель для приложений, таких как эти, методы необходимы для добавления контролируемых объемы реагентов для капель; такие операции аналогичны пипетки в пробирки. Одним из способов достижения этого является электрокоагуляции, в котором капли реагента объединены с целью снижения на приложения электрического поля. Электрическое поле разрушает расположение молекул ПАВ на границах раздела капель, индucing на нестабильность тонкопленочной и запуск слияния в эмульсии, которые в противном случае стабильная 2. Электрически-индуцированного слияния также использованы в конструкции picoinjector, устройство, которое впрыскивает реагентов в капли, как они текут мимо под давлением канала 3. Чтобы применить электрическое поле, picoinjector устройства используют металлические электроды, но интеграция металлических электродов в микрожидкостных чипов часто сложный и подверженный ошибкам процесс, как в жидкой провода припоя легко скомпрометированы воздушных пузырьков или пыли и другого мусора в канале , а также переломы от стресса или изгиба во время установки устройства.
Здесь мы представляем метод для выполнения picoinjection без использования металлических электродов, что делает изготовление проще и надежнее. Для запуска picoinjection, мы вместо этого использовать саму впрыска жидкости в качестве электрода, так как большинство биологических реагенты содержат растворенные электролиты и являются токопроводящими. Мы также добавить "Фарадея Моат ", чтобы оградить чувствительные регионы устройства и выступать в качестве универсального грунта (рис. 1). Ров электрически изолирует капли вверх по течению от picoinjection сайте, предоставляя землю, предотвращения случайного слияние капель. Дополнительным преимуществом нашей техники является то, что объем вводят в капель зависит от величины приложенного напряжения, что позволяет регулировать путем настройки применен сигнал.
Мы изготовления наши устройства в поли (диметилсилоксан) (PDMS) с использованием мягких методов фотолитографии 4,5. Наш подход совместим с устройствами, изготовленных из других материалов, например, смол, пластмасс и эпоксидных смол. Каналы имеют высоту и ширину 30 мкм, которые являются оптимальными для работы с капель 50 мкм в диаметре (65 PL). Введем реагентов через полиэтиленовой трубки (0.3/1.09 мм внутренний / наружный диаметр), вставленной в портах, созданных в процессе изготовления устройства с 0,50 мм биопсии ударов руками, похожими на методы DescrIBED ранее 5. Точное состав впрыска жидкости зависит от конкретного применения. Жидкость нужно только содержать растворенные электролиты в концентрации, достаточно высоких, чтобы получить достаточную проводимость для электрического сигнала, передаваемого на picoinjector. В стендовых испытаний, мы обнаружили, что ионные концентрации превышает 10 мм должно хватить 6, хотя это значение и жидкости проводимости зависит от конкретных размеров устройств и величины приложенного напряжения.
Protocol
Representative Results
Discussion
Отношения между объемом впрыска и приложенного напряжения зависит от многих факторов, включая размеры устройств, длине трубки, несущей picoinjection жидкость на устройство, молярности picoinjection жидкости и скорости капель, поскольку они проходят они инжектор. По этой причине мы рекомендуем, чт?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Департаментом биоинженерии и терапевтических наук в UCSF, института Калифорнии для количественного Biosciences (QB3), а также преодоление премию Gap от Роджерс Семейства.
Materials
| 1 mL Leur-Lok™ syringes | BD Medical | 309628 | |
| LocTite UV-cured adhesive | Henkel | 35241 | |
| PE-2 Tubing | Scientific Commodities | BB31695-PE/2 | |
| Novec HFE-7500 | 3M | 98-0212-2928-5 | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S9888 | |
| 1.5 mL centrifuge tubes | Eppendorf | 22363531 | |
| BD Falcon 15 ml tube | BD Biosciences | 352097 | |
| Air Pressure Control Pump | Control Air Inc. | We recommend one under the control of DAQ and control software | |
| Syringe Pumps | New Era | Must be capable of holding 1ml syringes and flowing at rates as low as 100 uL/hr | |
| HV-Amplfier | Must be capable of 1000x amplification of signals between 0.01 and 10 V | ||
| Plasma Bonder/Cleaner | Harrick Plasma | ||
| 3” silicon wafers | Sigma Aldrich | 647535 | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 with curing agent should be included | |
| SU-8 Photoresist | MicroChem | Viscocity depends on device dimensions |
References
- Kritikou, E. It’s cheaper in the Picolab. Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).
- Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels. Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).
- Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).
- Harris, J., et al. Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons. J. Vis. Exp. (7), (2007).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal. Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- O’Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. Electrode-free picoinjection of microfluidic drops. Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).
- Holtze, C., et al. Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions. Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).
- Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow. Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).
- Herminghaus, S. Dynamical instability of thin liquid films between conducting media. Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).
- Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella. Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).
- Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device. J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).
- Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR. PLoS ONE. 8 (4), (2013).
