المرحلة مخطط توصيف باستخدام الخرز المغناطيسي حيث الناقلون السائلة
Summary
Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.
Abstract
واستخدمت حبات مغناطيسية مع ~ 1.9 ميكرون متوسط قطر لنقل كميات ميكروليتر من السوائل بين قطاعات السائلة متجاورة مع أنبوب لغرض التحقيق في مرحلة تغيير من تلك الشرائح السائلة. وقد سيطر على حبات مغناطيسية خارجيا باستخدام المغناطيس، والسماح لحبات لسد صمام الهواء بين قطاعات السائلة المجاورة. تم تطبيق طلاء مسعور إلى السطح الداخلي للأنبوب لتعزيز الفصل بين جزأين السائلة. شكلت المجال المغناطيسي تطبق كتلة الإجمالية للحبات مغناطيسية، واستولت على كمية السائل معين داخل الكتلة التي يشار اليها على انها حجم المرحل. تمت إضافة صبغة الفلورسنت إلى الجزء السائل واحدة، تليها سلسلة من التحويلات السائلة، التي ثم تغير كثافة مضان في الجزء السائل المجاورة. استنادا إلى تحليل العددي لقياس تغير كثافة مضان، تم العثور على حجم المرحل في كتلة حبات مغناطيسيةأن يكون ~ 2-3 ميكرولتر / ملغ. هذه كمية صغيرة من السائل يسمح لاستخدام شرائح صغيرة نسبيا السائلة من بضع مئات من ميكرولتر، وتعزيز جدوى الجهاز لنهج مختبر في أنبوب. تم تطبيق هذه التقنية لتطبيق التباين التركيبي صغير في حجم السائل لتحليل مرحلة الرسم ثنائي بين المياه والسطحي C12E5 (pentaethylene جلايكول الأثير monododecyl)، مما أدى إلى أسرع التحليل مع أحجام العينة أصغر من الأساليب التقليدية.
Introduction
حبات مغناطيسية (ميجا) بناء على أمر من 1 ميكرومتر في القطر وقد استخدمت 1،2 في كثير من الأحيان في التطبيقات المستندة إلى الموائع الدقيقة، ولا سيما للأجهزة الطبية الحيوية. في هذه الأجهزة، وعرضت ميجا قدرات مثل الخلايا وفصل الحمض النووي، عوامل التباين، وتسليم المخدرات، على سبيل المثال لا الحصر. وقد مكن مزيج من الخارجية (المجال المغناطيسي) السيطرة على microfluidics والقائم على قطرة 3 السيطرة المناعية باستخدام كميات صغيرة (<100 NL). وقد أظهرت ميجا كما وعد عندما تستخدم لمعالجة السائل 4. يستخدم هذا النهج ميجا لنقل الجزيئات الحيوية بين قطاعات السائل داخل أنبوب مفصولة صمام الهواء. هذه الطريقة ليست قوية مثل أجهزة أخرى أكثر تعقيدا مختبر على رقاقة رأينا في الماضي، وإنما هو أبسط من ذلك بكثير ولا توفر القدرة على التعامل مع كميات ميكروليتر الحجم من السائل. وقد تم مؤخرا ذكرت نهج مماثل 5 من قبل مجموعة Haselton وتطبيقها على الطب الحيويالمقايسات.
واحدة من أهم جانب من جوانب هذا الجهاز هو فصل الجزء السائل التي تقدمها صمام هواء يمكن التحكم سطح التوتر. يتم نقل كميات ميكروليتر من السائل تعلق ميجا من خلال هذه الثغرة الجوي بين قطاعات السائلة باستخدام مجال مغناطيسي تطبيقها خارجيا. ميجا Microparticle (من ~ 0،4-7 ميكرون في القطر بمعدل 1.9 ميكرون) تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي خلق العنقودية الصغيرة التي يسهل اختراقها التي يعوض السائل داخل. قوة هذا انحباس سائل كافية لتحمل قوى التوتر السطحي عند نقل ميجا من خزان واحد إلى آخر. عادة، وهذا أثر غير مرغوب فيه، حيث أن معظم المناهج يريدون نقل جزيئات محددة (مثل المؤشرات الحيوية) الواردة في السوائل 6 فقط. لكن، وكما يمكن أن ينظر إليه في عملنا، وهذا التأثير يمكن استخدامها لتصبح أحد الجوانب الإيجابية للجهاز.
لقد استخدمت هذا "مختبر في أنبوب"النهج، كما هو موضح في الشكل 1 تخطيطي، لتحليل مخططات المرحلة في النظم المواد ثنائية. وقد تم اختيار السطحي C12E5 بوصفه المحور الرئيسي للتوصيف، كما يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية مثل الصناعات الدوائية، والمنتجات الغذائية، ومستحضرات التجميل، وما إلى ذلك على وجه الخصوص، وكان التحقيق في H 2 O / C12E5 نظام ثنائي لأنه يوفر الأغنياء مجموعة من المراحل لاستكشاف. لقد ركزنا على جانب واحد محدد من هذا الخليط الكيميائي، وهي الانتقال الى مراحل البلورية السائلة تحت بعض تركيزات 7-9. وقد لوحظ هذا التحول بسهولة في الجهاز لدينا من خلال دمج المستقطبات في الدراسات المجهر الضوئي من أجل تسليط الضوء على حدود المرحلة.
أن تكون قادرة على الخريطة مخططات المرحلة هي منطقة مهمة جدا من الدراسة من أجل فهم حركية يشارك مع المرحلة الانتقالية 10. القدرة على تحديد بدقة التفاعل السطحي مع المذيبات لالثاني المكونات الأخرى أمر بالغ الأهمية نظرا لتعقيدها والعديد من مراحل متميزة (11). وقد سبق استخدام العديد من التقنيات الأخرى لتوصيف مرحلة تغيير. ينطوي النهج التقليدي صنع العديد من العينات، يتألف كل منها من تركيزات مختلفة والسماح لهم لكي تتوازن، الأمر الذي يتطلب أوقات المعالجة المطولة وكمية عالية من أحجام العينة. ثم، يتم عادة تحليل العينات عن طريق وسائل بصرية مثل النقل بينية ناشر (DIT)، والذي يقدم عالية الدقة من هذه التراكيب السطحي 12،13. وعلى غرار الأسلوب نحن قد تستخدم، يستخدم أسلوب DIT الضوء المستقطب إلى صورة حدود مرحلة متميزة.
Protocol
Representative Results
Discussion
في التقنيات الأكثر شيوعا لتحقيق مرحلة الرسم، وعينات متعددة مع التراكيب ونسب مختلفة تحتاج إلى أن تكون مستعدة ولديها للوصول إلى التوازن الحرارية الذي يسبب عملية طويلة وكمية كبيرة من المواد. بعض التحديات يمكن حلها عن طريق DIT طريقة (نقل بينية ناشر) باستخدام الشعرية شقة و…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge many useful discussions with M. Caggioni and support from Proctor and Gamble in the form of an internship for NAB.
Materials
| AccuBead | Bioneer Inc. | TS-1010-1 | Magnetic beads |
| C12E5 Surfactant | Sigma-Aldrich | 76437 | |
| Thermo Scientific Nalgene 890 | Fisher Scientific | 14176178 | |
| Cube Magnet | Apex Magnets | M1CU | |
| Polarizer Film | Edmund Optics | 38-493 | |
| Teflon AF | Dupont | 400s1-100-1 | Fluoropolymer solution |
| Keyacid Red Dye | Keystone | 601-001-49 | Fluorescent dye |
| Luer-Lock | Cole-Parmer | T-45502-12 | Female |
| Luer-Lock | Cole-Parmer | T-45502-56 | Male |
| Syringe | Fisher Scientific | 14-823-435 | 3 mL |
| Syringe Pump | Stoelting | 53130 | |
| Stereo Microscope | Nikon | SMZ-2T | |
| Inverted Microscope | Nikon | Eclipse Ti-U | The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm. |
| Balance | Denver Instruments | PI-225D | |
| Microscope-Mounted Camera | Motic | 5000 |
References
- Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis. Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).
- Kozissnik, B., Dobson, J. Biomedical applications of mesoscale magnetic particles. MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).
- Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -. L., Malaquin, L. Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays. Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).
- Blumenschein, N. A., Han, D., Caggioni, M., Steckl, A. J. Magnetic Particles as Liquid Carriers in the Microfluidic Lab-in-Tube Approach To Detect Phase Change. ACS Applied Materials, & Interface. 6, 8066-8072 (2014).
- Bordelon, H., et al. Development of a low-resource RNA extraction cassette based on surface tension valves. ACS applied materials. 3, 2161-2168 (2011).
- Adams, N. M., et al. Design criteria for developing low-resource magnetic bead assays using surface tension valves. Biomicrofluidic. 7, 014104 (2013).
- Hishida, M., Tanaka, K. Transition of the hydration state of a surfactant accompanying structural transitions of self-assembled aggregates. Journal of Physics: Condensed Matte. 24, 284113 (2012).
- Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system. Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).
- Chen, B. -. H., et al. Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants. Langmui. 16, 5276-5283 (2000).
- Warren, P. B., Buchanan, M. Kinetics of surfactant dissolution. Current Opinion in Colloid, & Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).
- Laughlin, R. . The Aqueous Phase Behavior of Surfactant. , (1996).
- Laughlin, R. G., et al. Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR). The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).
- Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2−Water System. Langmui. 16, 3537-3542 (2000).
