감소 물방울 표면 상호 작용을 활용하는 디지털 미세 유체에 Bioanalytes의 전송을 최적화하려면
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
액체 작동 장치의 소형화는 "랩 온어 칩"플랫폼의 개발을 위해 매우 중요하다. 이 방향에서, 지난 20 년간 다양한 용도로, 미세 유체 분야에서 상당한 진전을 보아왔다. 1-5 동봉 채널 (채널 미세 유체) 내의 유체의 수송과 대조, DMF는 전극 어레이의 방울을 조작한다. 이 기술의 가장 매력적인 장점 중 하나는 유체를 수송하는 가동부의 부재이며, 모션 즉시 전기 신호를 해제하여 정지된다.
그러나, 액적 모션 범용 "랩 온어 칩"플랫폼에 확실히 바람직하지 않은 특성, 액적 내용에 의존한다. 단백질과 다른 분석을 포함하는 물방울은 이동이 불가능한되고, 장치 표면에 충실. 이론의 여지는 있지만, 이것은 DMF 애플리케이션의 범위를 넓혀위한 주요 제한되었다; 6-8원하지 않는 표면의 오염을 최소화하는 대안 잠재적 액적 콘텐츠에 영향을 미칠 수있는 액적 또는 그 주변에 추가 된 화학 종의 첨가를 포함한다.
이전에, 우리 그룹은 추가의 첨가제 (현장 DW 장치)없이 DMF 세포와 단백질의 이동을 허용하는 장치를 개발 하였다. (9)이 액적 압연 호의 장치 기하학 촛불 수트 10에 기초하여 표면을 결합함으로써 달성되었다 또한 물방울 표면의 상호 작용을 감소, 물방울에 상향 력에 연결됩니다. 이 방법에서는, 액적 이동은 표면 습윤과 연관되지 않는다. 11
후술하는 상세한 방법의 목적은 별도의 첨가제없이 단백질, 세포 및 유기체 전체를 함유하는 액 적을 이송 할 DMF 장치를 생산하는 것이다. 현장 DW 장치는 방울 화학자의 대부분 독립적으로 작업을 완벽하게 제어 플랫폼을위한 방법을 포장공예.
여기서, 우리는 또한, 본 시뮬레이션 장치 동작에 필요한 고전압에도 불구하고, 그 게재 액적 양단의 전압 강하는 액적 내부 bioanalytes 무시할만한 영향을 나타내는,인가 전압의 작은 부분이다. 사실, 예쁜 꼬마 선충 (C. elegans의), 생물학의 다양한 연구에 사용되는 선충과 예비 시험은, 전압이인가 될 때 벌레가 방해받지 않고 수영을 보여준다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜의 가장 중요한 단계는 방울을 직접 이동에 성공과 연관 수트 층의 보호이다. 수트 층 (위의 방법 1) 금속 화하는 제조 성공의 100 %에 근접 할 수 있습니다. 그러나, 최대 작동 시간은 약 10 분이며; 아마도, 액적 분획 금속층에 관통 구멍 그을음 습윤된다. 플루오르 액체와 그을음 층을 코팅하는 가장 쉽고 빠른 대안이며, 최소 자원을 필요로하지만, 제작 된 기판 작업 (20 분 최대) 만 40~50% – ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 C.에 대한 지원은 재정 지원에 대한 Lindback 재단, 박사 알렉산더하기 Sidorenko 유익한 토론 및 기술 지원 엘자 추, 교수 로버트 스미스 감사합니다 엘레 분석.
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 |
References
- Fair, R. B. Digital microfluidics: is a true lab-on-a-chip possible. Microfluid Nanofluid. 3 (3), 245-281 (2007).
- Gupta, S., Alargova, R. G., Kilpatrick, P. K., Velev, O. D. On-Chip Dielectrophoretic Coassembly of Live Cells and Particles into Responsive Biomaterials. Langmuir. 26 (5), 3441-3452 (2009).
- Shih, S. C., et al. Dried blood spot analysis by digital microfluidics coupled to nanoelectrospray ionization mass spectrometry. Anal Chem. 84 (8), 3731-3738 (2012).
- Gorbatsova, J., Borissova, M., Kaljurand, M. Electrowetting-on-dielectric actuation of droplets with capillary electrophoretic zones for off-line mass spectrometric analysis. J Chromatogr. 1234, 9-15 (2012).
- Qin, J., Wheeler, A. R. Maze exploration and learning in C. elegans. Lab Chip. 7 (2), 186-192 (2007).
- Koc, Y., de Mello, A. J., McHale, G., Newton, M. I., Roach, P., Shirtcliffe, N. J. Nano-scale superhydrophobicity: suppression of protein adsorption and promotion of flow-induced detachment. Lab Chip. 8 (4), 582-586 (2008).
- Perry, G., Thomy, V., Das, M. R., Coffinier, Y., Boukherroub, R. Inhibiting protein biofouling using graphene oxide in droplet-based microfluidic microsystems. Lab Chip. 12 (9), 1601-1604 (2012).
- Kumari, N., Garimella, S. V. Electrowetting-Induced Dewetting Transitions on Superhydrophobic Surfaces. Langmuir. 27 (17), 10342-10346 (2011).
- Freire, S. L. S., Tanner, B. Additive-Free Digital Microfluidics. Langmuir. 29 (28), 9024-9030 (2013).
- Deng, X., Mammen, L., Butt, H. -. J., Vollmer, D. Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating. Science. 335, 67-70 (2011).
- Kang, K. H. How Electrostatic Fields Change Contact Angle in Electrowetting. Langmuir. 18 (26), 10318-10322 (2002).
- Abdelgawad, M., Watson, M. W. L., Young, E. W. K., Mudrik, J. M., Ungrin, M. D., Wheeler, A. R. Soft lithography: masters on demand. Lab Chip. 8 (8), 1379-1385 (2008).
- Barbulovic-Nad, I., Yang, H., Park, P. S., Wheeler, A. R. Digital microfluidics for cell-based assays. Lab Chip. 8 (4), 519-526 (2008).
- Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. 유전학. 77 (1), 71-94 (1974).
