Approfittando di ridotta interazione Droplet-superficie per ottimizzare il trasporto di Bioanalytes in microfluidica digitale
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
La miniaturizzazione dei dispositivi che funzionano con i liquidi è di fondamentale importanza per lo sviluppo di piattaforme "lab-on-a-chip". In questo senso, gli ultimi due decenni hanno visto un significativo progresso nel campo della microfluidica, con una varietà di applicazioni. 1-5 contrasto con il trasporto di liquido nei canali chiusi (microfluidica canale), DMF manipola goccioline su array di elettrodi. Uno dei meriti più interessanti di questa tecnica è l'assenza di parti mobili per il trasporto di fluidi, e il movimento è immediatamente fermato spegnendo segnali elettrici.
Tuttavia, il movimento delle gocce dipende contenuti gocciolina, certamente una caratteristica indesiderabile per una piattaforma universale "lab-on-a-chip". Goccioline contenenti proteine e altri analiti aderire alle superfici dei dispositivi, diventando inamovibile. Probabilmente, questo è stato il limite maggiore per ampliare la gamma di applicazioni DMF; 6-8alternative per ridurre al minimo la formazione di incrostazioni di superficie indesiderato comportano l'aggiunta di specie chimiche in più per la goccia o dei suoi dintorni, che potrebbe potenzialmente influenzare il contenuto delle gocce.
In precedenza, il nostro gruppo ha sviluppato un dispositivo per consentire il trasporto di cellule e proteine in DMF, senza additivi aggiunti (dispositivi di campo-DW). 9 Ciò è stato ottenuto combinando una superficie basata sulla candela fuliggine, 10 con una geometria dispositivo che favorisce goccia di rotolamento e conduce ad una forza verso l'alto sul droplet, diminuendo ulteriormente l'interazione gocciolina superficie. In questo approccio, il movimento gocciolina non è associato con bagnatura superficiale. 11
L'obiettivo del metodo dettagliato di seguito descritto è quello di realizzare un dispositivo DMF in grado di trasportare goccioline contenenti proteine, cellule e interi organismi, senza additivi supplementari. I dispositivi di campo-DW aprono la strada per le piattaforme interamente controllate di lavoro in gran parte indipendentemente goccia chimicory.
Qui, anche simulazioni presenti mostrando che, nonostante l'alta tensione necessaria per il funzionamento del dispositivo, la caduta di tensione attraverso la goccia è una piccola frazione della tensione applicata, indicando effetti trascurabili sulla bioanalytes all'interno della gocciolina. Infatti, prove preliminari con Caenorhabditis elegans (C. elegans), un nematode utilizzato per una varietà di studi in biologia, mostrano che i vermi nuotano indisturbati come vengono applicate tensioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fase più critica del protocollo è la protezione dello strato di fuliggine, direttamente associata con il successo in goccioline movimento. Metallizzazione lo strato di fuliggine (precedenti metodi 1) permette di quasi il 100% di successo fabbricazione. Tuttavia, il tempo massimo di funzionamento è di circa 10 minuti; eventualmente, le frazioni delle gocce sono bagnare la fuliggine attraverso buchi nello strato di metallo. Rivestimento lo strato di fuliggine con il liquido fluorurato è l'alternativa più sempl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo la Fondazione Lindback per il sostegno finanziario, e il dottor Alexander Sidorenko e Elza Chu per le discussioni fruttuose e assistenza tecnica, e il professor Robert Smith per l'assistenza con la C. saggi elegans.
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
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