Tek dağılımlı mikro damlacıklar boyutu kontrollü Formasyonu için Kılcal tabanlı Santrifüj mikroakışkan Cihaz
Summary
Here, we demonstrate a simple production method for size-controllable, monodisperse, water-in-oil (W/O) microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. This method requires only a small sample volume and enables high-yield production. We expect this method will be useful for rapid biochemical and cellular analyses.
Abstract
Burada, bir kılcal tabanlı santrifüj mikroakışkan cihazı kullanılarak boyut kontrol, tek dağılımlı, W / O mikro damlacıklar hızlı üretimi için basit bir yöntem ortaya koymaktadır. Su / Yağ mikro damlacıklar en son kimyasal deneyler minyatür sağlayan güçlü yöntemlerde kullanılmaktadır. G / Ç mikro damlacıklar gereklidir W nedenle, çok yönlü bir yöntem geliştirerek dağılımlı elde edilmiştir. Biz bir kılcal tabanlı santrifüj eksenel simetrik eş akan mikroakışkan cihaz dayalı G / Ç mikro damlacıklar W tek dağılımlı üretmek için bir yöntem geliştirdik. Biz kılcal delik ayarlayarak mikro damlacıklar boyutunu kontrol etmeyi başardı. Önerilen yöntem, kapsülleme için örnek solüsyon sadece küçük bir hacmi (0.1-1 ul) gerektirir kolay kullanımlı diğer mikroakışkan tekniklerle daha ekipman gerektirir ve saniyede W / O mikro damlacıklar, yüzlerce, binlerce sayısına üretilmesini sağlar . Biz bu yöntem değerli biyolojik s gerektiren biyolojik çalışmalar yardımcı olacaktır bekliyoruzHızlı kantitatif analiz biyokimyasal ve biyolojik çalışmalar için örneklerin hacmi koruyarak amples.
Introduction
W / O mikro damlacıklar 1-5 protein sentezi 6, protein kristalleşme 7, emülsiyon PCR 8,9, hücre kapsülleme 10, ve yapay hücre benzeri sistemlerde 5,6 inşaatı dahil biyokimya ve biyomühendislik çalışması için çok önemli uygulamaları vardır. Bu uygulamalar için W / O microdroplets üretmek için önemli kriterler boyut ve W / O mikro damlacıkların monodispersibility kontrolü vardır. Yapmak için mikroakışkan cihazlar tek dağılımlı, boyut kontrollü W / mikro damlacıklar 11 eş-akan yöntemle 12,13, akış odaklama yöntemiyle 14,15 ve Mikrokanallarda T-kavşak yöntemine 16 dayanmaktadır Ey. Bu yöntemler, son derece tek dağılımlı W / O, mikro damlacıklar üretmek de, mikroüretim işlemi mikro hazırlanması için karmaşık bir işleme ve özel teknikler gerektirmektedir ve örnek çözelti, büyük miktarda (en azından birkaç yüz gerektirir81; çünkü mikrokanallarla örnek çözümü yapmak şırınga pompa ve tüplerde kaçınılmaz ölü hacim l). G / Ç mikro damlacıklar gereklidir W Böylece, bir kullanımı kolay ve düşük ölü hacim yöntemi dağılımlı üretmek için.
Bu çalışma, deney prosedürü videolarını birlikte, G / Ç mikro damlacıklar (Şekil 1) W, tek dağılımlı hücre boyutlu üretilmesi için bir santrifüj kılcal göre eksenel simetrik eş akan mikroakışkan cihaz 17 tarif etmektedir. Bu basit yöntem boyutu monodispersiteye ve boyut kontrol edilebilirliği ulaşır. Bu sadece bir masaüstü mini santrifüj ve örnekleme mikrotüp sabit bir kılcal tabanlı eksenel simetrik eş akan mikroakışkan cihaz gerektirir. Bizim yöntemi sadece çok küçük bir hacim (0.1 ul) ihtiyacı ve örnek önemli bir hacim harcamaz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu cihazı kullanarak, G / Ç mikro damlacıklar W tek dağılımlı bir jet akışı 17 Yaylası-Rayleigh istikrarsızlık ile oluşturulmuştur. Mikroskopik incelemede uydu damlacıklarının varlığını ortaya koymamıştır. Cihazın üretiminde, üç kritik adımları başarıyla dağılımlı W / O microdroplets oluşturmak için gereklidir. İlk olarak, yağ ihtiva eden yüzey aktif madde ve sulu çözelti düz bir akış sağlamak için, dört disk kılcal delikleri, konsantrik şekilde düzenlenmel…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the PRESTO “Design and Control of Cellular Functions” research area of the Japan Science and Technology Agency (JST), a Grant-in-Aid for Scientific Research of Innovative Areas “Molecular Robotics” (Project No. 24104002) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan, Grant-in-Aid for Young Scientists (A) (Project No. 24680033) and Scientific Research (B) (Project No. 26280097) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS), and the Creative Design for Bioscience and Biotechnology course of the School of Bioscience and Biotechnology at Tokyo Tech.
Materials
| 2-mm-thick polyacetal plastic plate | Tool | Nikkyo Technos, Co., Ltd. (Japan) | 244-6432-08 | |
| Milling machine | Tool | Roland DG Co., Ltd. (Japan) | MDX-40A | |
| End Mill RSE230-0.5*2.5 | Tool | NS Tool Co., Ltd. (Japan) | 01-00644-00501 | |
| M2*40 screws | Tool | Jujo Synthetic Chemistry Labo. (Japan) | 0001-024 | |
| Glass Capillry Puller | Tool | Narishige (Japan) | PC-10 | |
| Microforge | Tool | Narishige (Japan) | MF-900 | |
| Inner Glass Capillary | Tool | Narishige (Japan) | G-1 | |
| Outer Glass Capillary | Tool | World Precision Instruments Inc. (USA) | 1B200-6 | |
| 1.5 ml Sample tube | Tool | INA OPTIKA CO.,LTD (Japan) | ST-0150F | |
| Hexadecane | Reagent | Wako Pure Chemical Industries Ltd. (Japan) | 080-03685 | |
| Sorbitan monooleate (Span 80) | Reagent | Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (Japan) | S0060 | |
| Milli Q system | Reagent | Merck Millipore Corporation (Germany) | ZRQSVP030 | |
| Swinging-out-type Mini-centrifuge | Tool | Hitech Co., Ltd. (Japan) | ATT101 | |
| Digital Microscope | Tool | KEYENCE Corporation (Japan) | VHX-2001 |
References
- Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in droplets in microfluidic channels. Angew. Chem., Int. Ed. 45 (44), 7336-7356 (2006).
- Huebner, A., et al. Microdroplets: a sea of applications?. Lab Chip. 8, 1244-1254 (2008).
- Taly, V., Kelly, B. T., Griffiths, A. D. Droplets as microreactors for highthroughput biology. ChemBioChem. 8 (3), 263-272 (2007).
- Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. . Droplet microfluidics. Lab Chip . 8, 198-220 (2008).
- Takinoue, M., Takeuchi, S. Droplet microfluidics for the study of artificial cells. Anal. Bioanal. Chem. 400 (6), 1705-1716 (2011).
- Hase, M., Yamada, A., Hamada, T., Baigl, D., Yoshikawa, K. Manipulation of cell-sized phospholipid-coated microdroplets and their use as biochemical microreactors. Langmuir. 23 (2), 348-352 (2007).
- Zheng, B., Tice, J. D., Roach, L. S., Ismagilov, R. F. A Droplet-Based, Composite PDMS/Glass Capillary Microfluidic System for Evaluating Protein Crystallization Conditions by Microbatch and Vapor-Diffusion Methods with On-Chip X-Ray Diffraction. Angew. Chem., Int. Ed. 43 (19), 2508-2511 (2004).
- Nakano, M., et al. Single-molecule PCR using water-in-oil emulsion. J. Biotechnol. 102 (2), 117-124 (2003).
- Diehl, F., et al. BEAMing: single-molecule PCR on microparticles in water-in-oil emulsions. Nat. Methods. 3, 551-559 (2006).
- He, M., et al. Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter- and femtoliter-volume droplets. Anal. Chem. 77 (6), 1539-1544 (2005).
- Baroud, C., Gallaire, F., Dangla, R. Dynamics of microfluidic droplets. Lab Chip. 10, 2032-2045 (2010).
- Utada, A. S., Nieves, A. F., Stone, H. A., Weitz, D. A. Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams. Phys. Rev. Lett. 99 (9), 094502 (2007).
- Cramer, C., Fischer, P., Windhab, E. J. Drop formation in a co-flowing ambient fluid. Chem. Eng. Sci. 59 (15), 3045-3058 (2004).
- Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow-focusing" in microchannels. Appl. Phys. Lett. 82, 364-366 (2003).
- Takeuchi, S., Garstecki, P., Weibel, D. B., Whitesides, G. M. An axisymmetric flow-focusing microfluidic device. Adv. Mater. 17 (8), 1067-1072 (2005).
- Thorsen, T., Roberts, R. W., Arnold, F. H., Quake, S. R. Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device. Phys. Rev. Lett. 86 (18), 4163-4166 (2001).
- Yamashita, H., et al. Generation of monodisperse cell-sized microdroplets using a centrifuge-based axisymmetric co-flowing microfluidic device. J. Biosci. Biotech. 119 (4), 492-495 (2015).
- Maeda, K., Onoe, H., Takinoue, M., Takeuchi, S. Controlled synthesis of 3D multi-compartmental particles with centrifuge-based microdroplet formation from a multi-barrelled capillary. Adv. Mater. 24 (10), 1340-1346 (2012).
