Использование преимуществ Снижение капель поверхности взаимодействия для оптимизации Перевозка Bioanalytes в Digital Microfluidics
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
Миниатюризация устройств, которые работают с жидкостями имеет первостепенное значение для развития "Лаборатория на чипе" платформ. В этом направлении, в последние два десятилетия мы стали свидетелями значительного прогресса в области микрофлюидики, с различными приложениями. 1-5 Контрастные с перевозкой жидкости в закрытых каналах (канал микрофлюидики), DMF манипулирует капли на массивы электродов. Один из самых привлекательных достоинств этого метода является отсутствие подвижных частей для транспортировки жидкостей, и движение мгновенно остановился, выключив электрические сигналы.
Тем не менее, капля движения зависит от содержания капель, конечно нежелательно характерно для универсальной платформы "Лаборатория на чипе". Капли, содержащие белки и другие анализируемые придерживаться поверхностей устройств, становится неподвижным. Возможно, это было главное ограничение для расширения сферы применения DMF; 6-8альтернативы, чтобы минимизировать нежелательные поверхности обрастания включать добавление дополнительных химических веществ в капле или его окрестностях, которые потенциально могут повлиять капель содержание.
Ранее наша группа разработали устройство, чтобы позволить перенос клеток и белков в ДМФА, без дополнительных добавок (полевые устройства-DW). 9 Это было достигнуто путем объединения поверхность свечи на основе сажи, 10 с геометрией устройства, что способствует капель прокатки и приводит к направленное вверх усилие на капли, капли в дальнейшем уменьшении-поверхности взаимодействия. В этом подходе, движение капель не связан с смачивания поверхности. 11
Цель подробного способом, описанным ниже, чтобы произвести DMF устройство, способное транспортировать капель, содержащих белки, клетки и целые организмы, без дополнительных добавок. Устройства поле-DW проложить путь для полностью управляемых платформ, работающих в значительной степени независимо от капель химикары.
Здесь мы также нынешние расчеты, показывающие, что, несмотря на высокое напряжение, необходимое для работы устройства, падение напряжения на капле небольшая часть приложенного напряжения, с указанием незначительное воздействие на bioanalytes внутри капли. На самом деле, предварительные испытания с Caenorhabditis Элеганс (C. Элеганс), нематоды, используемого для различных исследований в области биологии, показывают, что черви плавают спокойно, как напряжениях.
Protocol
Representative Results
Discussion
Наиболее важным шагом протокола является защита сажи слоя, непосредственно связанные с успехом в продвижении капельки. Металлизации сажи слой (метод 1 выше) позволяет близка к 100% успеха изготовления. Тем не менее, максимальное время работы составляет около 10 мин; возможно, капель фракц?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Lindback Фонд финансовой поддержки, и д-р Александр Сидоренко и Эльзу Чу для плодотворных дискуссий и технической помощи, а также профессора Роберта Смита за помощь в С. Элеганс анализы.
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).
