Microfluidic की Picoinjection धातु इलेक्ट्रोड के बिना गिरता
Summary
हम धातु इलेक्ट्रोड की आवश्यकता नहीं है कि microfluidic बूँदें picoinjecting के लिए एक तकनीक विकसित की है. जैसे, हमारी तकनीक को शामिल उपकरणों बनाना और उपयोग करने के लिए सरल कर रहे हैं.
Abstract
Microfluidic बूंदों में अभिकर्मकों picoinjecting के लिए मौजूदा तरीकों microfluidic चिप में एकीकृत धातु इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है. इन इलेक्ट्रोड का एकीकरण उपकरण निर्माण की प्रक्रिया को बोझिल और त्रुटि प्रवण कदम कहते हैं. हम picoinjection दौरान धातु इलेक्ट्रोड के लिए आवश्यकताओं अनावश्यक है कि एक तकनीक विकसित की है. सबसे जैविक अभिकर्मकों भंग इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं और प्रवाहकीय हैं क्योंकि इसके बजाय, यह एक इलेक्ट्रोड के रूप में इंजेक्शन द्रव ही उपयोग करता है. इलेक्ट्रोड को नष्ट करने से, हम निर्माण उपकरण समय और जटिलता को कम करने, और उपकरणों को और अधिक मजबूत बनाने के. इसके अलावा, हमारे दृष्टिकोण के साथ, इंजेक्शन मात्रा picoinjection समाधान को लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है; यह हमें तेजी से लागू वोल्टेज modulating द्वारा इंजेक्शन मात्रा को समायोजित करने की अनुमति देता है. हम अपनी तकनीक बफ़र्स, एंजाइमों, और न्यूक्लिक एसिड सहित आम जैविक यौगिकों, शामिल अभिकर्मकों के साथ संगत है कि प्रदर्शित करता है.
Introduction
छोटी बूंद आधारित microfluidics में, माइक्रोन पैमाने जलीय बूंदों जैविक प्रतिक्रियाओं के लिए "टेस्ट ट्यूब 'के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं. छोटे बूंदों में प्रतिक्रियाओं के प्रदर्शन को लाभ प्रत्येक बूंद अभिकर्मक के कुछ ही पी एल का उपयोग करता है और, microfluidics साथ, बूंदों का गठन किया जा सकता है और किलोहर्ट्ज दरें 1 पर कार्रवाई की है. संयुक्त, इन गुणों व्यक्ति की कोशिकाओं, न्यूक्लिक एसिड अणुओं, या कुल सामग्री के μl के साथ मिनट के एक मामले में प्रदर्शन किया जा यौगिकों के साथ प्रतिक्रियाओं के लाखों अनुमति देते हैं.
इस तरह के अनुप्रयोगों के लिए ड्रॉप का उपयोग करने के लिए, तकनीक बूंदों को अभिकर्मकों की नियंत्रित मात्रा में जोड़ने के लिए आवश्यक हैं; इस तरह के आपरेशनों टेस्ट ट्यूब में pipetting के अनुरूप हैं. अभिकर्मक की एक बूंद एक बिजली के क्षेत्र लागू करने से लक्ष्य गिरावट के साथ विलय कर दिया है जिसमें यह पूरा करने के लिए एक विधि, electrocoalescence है. बिजली के क्षेत्र बूंदों के इंटरफेस पर surfactant अणुओं की व्यवस्था बाधित, इंडस्ट्रीज़एक पतली फिल्म अस्थिरता ucing और 2 अन्यथा स्थिर रहे हैं कि emulsions में संघीकरण ट्रिगर. विद्युत प्रेरित विलय भी picoinjector, वे एक दबाव चैनल 3 पिछले प्रवाह बूंदों के रूप में अभिकर्मकों injects कि एक उपकरण के डिजाइन में शोषण किया जाता है. बिजली के क्षेत्र लागू करने के लिए, picoinjector उपकरणों धातु इलेक्ट्रोड का उपयोग, लेकिन तरल मिलाप तारों आसानी चैनल में हवाई बुलबुले या धूल और अन्य मलबे से समझौता कर रहे हैं के रूप में microfluidic चिप्स में धातु इलेक्ट्रोड का एकीकरण अक्सर एक जटिल और त्रुटि प्रवण प्रक्रिया है , साथ ही तनाव से भंग या युक्ति सेटअप के दौरान झुकने.
यहाँ हम निर्माण सरल और अधिक मजबूत बनाने, धातु इलेक्ट्रोड के उपयोग के बिना picoinjection प्रदर्शन करने के लिए एक तरीका मौजूद है. सबसे जैविक अभिकर्मकों भंग इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं और प्रवाहकीय हैं क्योंकि picoinjection ट्रिगर करने के लिए, हम इसके बजाय, एक इलेक्ट्रोड के रूप में इंजेक्शन द्रव ही उपयोग करें. हम भी एक "फैराडे Moa जोड़एक सार्वभौमिक जमीन (चित्रा 1) के रूप में डिवाइस और अधिनियम के संवेदनशील क्षेत्रों को ढाल टी ". खाई विद्युत, एक जमीन उपलब्ध कराने अनायास ही छोटी बूंद विलय को रोकने के द्वारा picoinjection साइट के अपस्ट्रीम बूंदों आइसोलेट्स. हमारी तकनीक का एक अतिरिक्त लाभ यह है कि बूंदों में इंजेक्शन मात्रा इसे लागू संकेत ट्यूनिंग द्वारा समायोजित करने की अनुमति देता है, लागू वोल्टेज की भयावहता पर निर्भर करता है.
हम नरम photolithographic तकनीक 4,5 का उपयोग पाली (dimethylsiloxane) में हमारे उपकरणों (PDMS) बनाना. हमारा दृष्टिकोण रेजिन, प्लास्टिक, और epoxies की तरह, अन्य सामग्री में गढ़े उपकरणों के साथ संगत है. चैनल हाइट्स और बूंदों व्यास में 50 माइक्रोन (65 पी एल) के साथ काम करने के लिए उपयोगी हैं जो 30 माइक्रोन की चौड़ाई, है. हम तरीकों descr के समान 0.50 मिमी बायोप्सी घूंसे, साथ उपकरण निर्माण के दौरान बनाया बंदरगाहों में डाला polyethelene ट्यूबिंग (0.3/1.09 मिमी आंतरिक / बाहरी व्यास) के माध्यम से अभिकर्मकों परिचयibed पहले 5. इंजेक्शन तरल पदार्थ का सही मेकअप विशिष्ट आवेदन पर निर्भर करता है. तरल पदार्थ की जरूरत ही picoinjector को प्रेषित किया जा बिजली के संकेत के लिए पर्याप्त चालकता उपज के लिए पर्याप्त उच्च सांद्रता में भंग इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं. बेंच परीक्षण में, हम यह मान और तरल पदार्थ conductivities विशिष्ट डिवाइस आयाम और लागू वोल्टेज की भयावहता पर निर्भर हालांकि 10 मिमी से अधिक आयनिक सांद्रता, 6 पर्याप्त होना चाहिए कि मिल गया है.
Protocol
Representative Results
Discussion
इंजेक्शन की मात्रा और लागू वोल्टेज के बीच संबंधों को वे इंजेक्टर पास के रूप में डिवाइस आयाम, picoinjection तरल पदार्थ की युक्ति, molarity को picoinjection तरल पदार्थ ले जाने टयूबिंग की लंबाई, और बूंदों का वेग सहित कई कारकों पर …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम UCSF, मात्रात्मक बायोसाइंसेज (QB3) के लिए कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट में जैव अभियांत्रिकी और चिकित्सीय विज्ञान विभाग द्वारा समर्थित था, और रोजर्स परिवार फाउंडेशन से गैप पुरस्कार खाई.
Materials
| 1 mL Leur-Lok™ syringes | BD Medical | 309628 | |
| LocTite UV-cured adhesive | Henkel | 35241 | |
| PE-2 Tubing | Scientific Commodities | BB31695-PE/2 | |
| Novec HFE-7500 | 3M | 98-0212-2928-5 | |
| NaCl | Sigma Aldrich | S9888 | |
| 1.5 mL centrifuge tubes | Eppendorf | 22363531 | |
| BD Falcon 15 ml tube | BD Biosciences | 352097 | |
| Air Pressure Control Pump | Control Air Inc. | We recommend one under the control of DAQ and control software | |
| Syringe Pumps | New Era | Must be capable of holding 1ml syringes and flowing at rates as low as 100 uL/hr | |
| HV-Amplfier | Must be capable of 1000x amplification of signals between 0.01 and 10 V | ||
| Plasma Bonder/Cleaner | Harrick Plasma | ||
| 3” silicon wafers | Sigma Aldrich | 647535 | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 with curing agent should be included | |
| SU-8 Photoresist | MicroChem | Viscocity depends on device dimensions |
Referências
- Kritikou, E. It’s cheaper in the Picolab. Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).
- Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels. Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).
- Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).
- Harris, J., et al. Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons. J. Vis. Exp. (7), (2007).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal. Chem. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- O’Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. Electrode-free picoinjection of microfluidic drops. Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).
- Holtze, C., et al. Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions. Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).
- Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow. Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).
- Herminghaus, S. Dynamical instability of thin liquid films between conducting media. Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).
- Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella. Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).
- Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device. J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).
- Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR. PLoS ONE. 8 (4), (2013).
