Picoinjection di Microfluidic Gocce senza elettrodi in metallo
Summary
Abbiamo sviluppato una tecnica per picoinjecting gocce microfluidici che non richiedono elettrodi metallici. Come tale, dispositivi che incorporano la nostra tecnica sono più semplici da fabbricare e da usare.
Abstract
Metodi esistenti per picoinjecting reagenti in gocce microfluidica richiedono elettrodi metallici integrati nel chip microfluidica. L'integrazione di questi elettrodi aggiunge passaggi ingombranti e soggetti a errori del processo di fabbricazione del dispositivo. Abbiamo sviluppato una tecnica che elimina le necessità di elettrodi metallici durante picoinjection. Invece, utilizza il fluido di iniezione stesso come un elettrodo, poiché la maggior parte reagenti biologici contengono elettroliti disciolti e sono conduttivi. Eliminando gli elettrodi, riduciamo dispositivo tempo di fabbricazione e la complessità, e rendere i dispositivi più robusti. Inoltre, con il nostro approccio, il volume di iniezione dipende dalla tensione applicata alla soluzione picoinjection; questo ci permette di regolare rapidamente il volume iniettato modulando la tensione applicata. Abbiamo dimostrato che la nostra tecnica è compatibile con i reagenti contenenti composti biologici comuni, tra tamponi, enzimi e acidi nucleici.
Introduction
In microfluidica basata gocciolina-, micron scala goccioline acquose sono usati come "provette" per reazioni biologiche. Il vantaggio di eseguire reazioni nelle minuscole goccioline è che ogni goccia utilizza solo qualche pl di reagente e, con microfluidica, le gocce può essere formato e trattati a tassi kilohertz 1. La combinazione di queste proprietà consentono milioni di reazioni con cellule singole, molecole di acido nucleico, o composti da eseguire in pochi minuti con pl di materiale totale.
Per utilizzare gocce per applicazioni come queste, sono necessarie tecniche per l'aggiunta di volumi controllati di reagenti per le gocce; tali operazioni sono analoghi a pipettare nelle provette. Un metodo per risolvere questo problema consiste electrocoalescence, in cui una goccia di reagente è fusa con la goccia di destinazione applicando un campo elettrico. Il campo elettrico interrompe la disposizione delle molecole di tensioattivo sulle interfacce delle gocce, inducing una instabilità a film sottile e innescando coalescenza in emulsioni che sono altrimenti stabili 2. Fusione elettricamente indotta viene sfruttata anche nel design del picoinjector, un dispositivo che inietta reagenti in gocce mentre fluiscono passato un canale in pressione 3. Per applicare il campo elettrico, dispositivi picoinjector utilizzano elettrodi metallici, ma l'integrazione di elettrodi metallici in chip microfluidici è spesso un processo complesso e soggetto ad errori come i fili liquido-saldatura sono facilmente compromesse da bolle d'aria o polvere e altri detriti nel canale , così come fratture da stress o di flessione durante l'installazione del dispositivo.
Presentiamo qui un metodo per eseguire picoinjection senza l'uso di elettrodi metallici, rendendo la fabbricazione più semplice e più robusto. Per attivare picoinjection, noi invece utilizziamo il fluido di iniezione stesso come un elettrodo, poiché la maggior parte reagenti biologici contengono elettroliti disciolti e sono conduttivi. Aggiungiamo anche un "Faraday Moat "per schermare regioni sensibili del dispositivo e di agire come un terreno universale (Figura 1). Il fossato isola elettricamente le goccioline a monte del sito picoinjection fornendo un terreno, impedendo volute gocciolina fusione. Un ulteriore vantaggio della nostra tecnica è che l' volume iniettato nelle gocce dipende dalla grandezza della tensione applicata, consente di essere regolato sintonizzando il segnale applicato.
Noi costruiamo i nostri dispositivi in poli (dimetilsiloxano) (PDMS), utilizzando tecniche di fotolitografia morbide 4,5. Il nostro approccio è compatibile con i dispositivi fabbricati in altri materiali, come resine, plastiche e resine epossidiche. I canali hanno altezze e larghezze di 30 micron, che sono ottimali per lavorare con goccioline 50 micron di diametro (65 pl). Introduciamo reagenti tramite tubazione in polietilene (diametro interno / esterno 0.3/1.09 mm) inserito nelle porte create durante la fabbricazione di dispositivi con 0,50 millimetri punzoni di biopsia, simili ai metodi described in precedenza 5. La composizione esatta del fluido di iniezione dipende dall'applicazione specifica. Il fluido bisogno solo contiene elettroliti disciolti in concentrazioni sufficienti per produrre conduttività sufficiente per il segnale elettrico da trasmettere al picoinjector. In prove al banco, abbiamo trovato che le concentrazioni ioniche superiori a 10 mm dovrebbero essere sufficienti 6, se questo valore e conducibilità del fluido dipendono dalle dimensioni dei dispositivi specifici e ampiezza della tensione applicata.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il rapporto tra volume di iniezione e la tensione applicata dipende da molti fattori tra cui le dimensioni del dispositivo, la lunghezza del tubo che trasporta il fluido picoinjection al dispositivo, molarità di fluido picoinjection, e la velocità delle gocce che passano essi iniettore. Per questo motivo si consiglia che il rapporto volume / Tensione essere caratterizzato prima di ogni corsa di picoinjection misurando volumi di iniezione ai bordi dei campi di lavoro di tensione e molarità. Inoltre, a tensioni superio…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento di Bioingegneria e Scienze terapeutici presso UCSF, il California Institute for Quantitative Biosciences (QB3), e il Bridging the Gap Award dalla Fondazione Rogers famiglia.
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
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