Azaltılmış Damlacık-yüzey etkileşiminden yararlanarak Dijital Mikroakiskan içinde Bioanalytes ulaşımı optimize etmek
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
Sıvı ile çalışan cihaz boyut küçültme "lab-on-a-chip" platformlar gelişimi için büyük önem taşımaktadır. Bu doğrultuda, son iki yıl çeşitli uygulamalar ile, Mikroakiskan alanında önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. 1-5 kapalı kanallarda (kanal Mikroakiskan) sıvı taşınması ile zıt, DMF elektrotlar diziler üzerinde damlacıklar yönetir. Bu tekniğin en cazip yararları biri sıvıları taşımak üzere hareket edebilen parçaların olmaması ve hareket anında elektrik sinyallerini kapatarak durdurulur.
Ancak, damlacık hareket evrensel bir "lab-on-a-chip" platformu için kesinlikle istenmeyen bir özellik, damlacık içeriğine bağlıdır. Proteinler ve diğer analitlerinin içeren damlacıklar kımıldamaz hale, cihaz yüzeylere sopa. Muhtemelen, bu DMF uygulamaların kapsamının genişletilmesi için önemli bir sınırlama olmuştur; 6-8İstenmeyen yüzey tıkanmayı en aza indirmek için alternatifler, potansiyel olarak damlacık içeriğini etkileyebilecek damlacık ya da çevresi ile ilave kimyasal türlerin eklenmesini içerir.
Daha önce, bir grup ilave katkı maddeleri (alan-DW cihazlar olmadan), DMF içinde hücreleri ve proteinlerin taşınmasını sağlamak için bir cihaz geliştirdiler. 9 bu damlacık haddeleme çıkaran bir elemanın geometrisine sahip mum is, 10 dayalı bir yüzey birleştirilmesi ile elde edilmiştir ve daha fazla damlacık yüzey etkileşimi azaltmak, damla üstünde yukarı doğru kuvvete yol açar. Bu yaklaşımda, damlacık hareket yüzey ıslaklığı ile ilişkili değildir. 11
Aşağıda tarif edilen ayrıntılı yöntemin amacı, ilave katkı maddesi olmadan proteinleri, hücreleri ve bütün organizmaları içeren damlacıkların taşıma yeteneğine sahip bir DMF cihazı üretmektir. Saha-DW cihazlar damlacık kimyager büyük ölçüde bağımsız çalışan tam kontrollü platformları için önünügelmelidir.
Burada, aynı zamanda bu simülasyonlar cihazın çalışması için gerekli yüksek gerilim rağmen gösteren, damlacık boyunca gerilim düşüşü damlacık içinde bioanalytes üzerinde ihmal edilebilir etkilere işaret, uygulanan voltajın bir küçük bir bölümünü oluşturur. Aslında, Caenorhabditis elegans (C. elegans), biyolojide çalışmaların çeşitli için kullanılan bir nematod ile ön testler, gerilimler uygulandığı gibi solucanlar rahatsız yüzmek olduğunu göstermektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokolün en önemli nokta doğrudan damlacıkları hareketli başarı ile ilişkili kurum tabakanın korumasıdır. Kurum katmanı (yukarıdaki yöntem 1) metallenmesi fabrikasyon başarı% 100'e yakın verir. Bununla birlikte, maksimum işletim süresi yaklaşık 10 dakikadır; muhtemelen, damlacık fraksiyonlar metal katmandaki delikler içinden kurum ıslatma edilir. Florlu sıvı ile kurum tabakayla kaplanması kolay ve hızlı bir alternatif olduğunu ve en az kaynak gerektirir, ancak fabrikasyon yüzeylerde…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz C ile yardım için mali destek için Lindback Vakfı, Dr. Alexander Sidorenko ve verimli tartışmalar ve teknik yardım için Elza Chu, ve Profesör Robert Smith'e teşekkür C. elegans deneyleri.
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).
