Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.
Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.
छोटी बूंद microfluidics एक वाहक तेल 1 में निलंबित कर दिया जलीय बूंदों की एक बड़ी संख्या में प्रयोगों compartmentalizing द्वारा उच्च throughput जीव विज्ञान के लिए एक मंच प्रदान करते हैं। के रूप में एकल कक्ष विश्लेषण 2, डिजिटल पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) 3 के रूप में विविध बूंदों अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया है, और विकास 4 एंजाइम। के रूप में उनके उज्ज्वल संकेतों और तेजी से समय प्रतिक्रिया किलोहर्ट्ज दरों पर उप nanoliter छोटी बूंद की मात्रा का पता लगाने के साथ संगत कर रहे हैं फ्लोरोसेंट assays, छोटी बूंद microfluidics के लिए पता लगाने के मानक मोड रहे हैं। कई अनुप्रयोगों के साथ-साथ कम से कम दो रंग के लिए प्रतिदीप्ति का पता लगाने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, हमारी प्रयोगशाला में आमतौर पर प्रदर्शन करती पीसीआर सक्रिय छोटी बूंद छँटाई प्रयोगों है कि एक परख के परिणाम के लिए एक का पता लगाने के चैनल का उपयोग, और परख नकारात्मक छोटी बूंद गणनीय 5 बनाने के लिए एक उच्च माध्यमिक पृष्ठभूमि डाई का उपयोग करता है।
छोटी बूंद microfluidics के लिए विशिष्ट पता लगाने स्टेशनों बा रहे हैंepifluorescence सूक्ष्मदर्शी पर sed, और जटिल की आवश्यकता प्रकाश जोड़तोड़ योजनाओं माइक्रोस्कोप में मुक्त अंतरिक्ष लेज़र से उत्तेजना प्रकाश में पेश करने का नमूना पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा। प्रतिदीप्ति एक छोटी बूंद से उत्सर्जित होने के बाद, उत्सर्जित fluoresced प्रकाश फ़िल्टर ताकि प्रत्येक का पता लगाने के एक चैनल photomultiplier ट्यूब (पीएमटी) एक तरंग दैर्ध्य बैंड पर केन्द्रित का इस्तेमाल करता है। Epifluorescence खुर्दबीन आधारित ऑप्टिकल पता लगाने प्रणालियों अपने खर्च, जटिलता के कारण प्रवेश के लिए एक बाधा प्रदान करते हैं और रखरखाव की आवश्यकता है। ऑप्टिकल फाइबर का मतलब है, एक सरल और मजबूत पता लगाने योजना का निर्माण करने के बाद से फाइबर मैन्युअल microfluidic उपकरणों में डाला जा सकता है, दर्पण आधारित प्रकाश मार्ग के लिए की जरूरत को हटाने, और अनुमति प्रकाश पथ ऑप्टिकल फाइबर connectors का उपयोग interfaced के लिए प्रदान करते हैं।
इस पत्र में, हम एक ऑप्टिकल फाइबर की एक सरणी का उपयोग करके बहुरंगा प्रतिदीप्ति का पता लगाने के प्रदर्शन करने के लिए विधानसभा और एक कॉम्पैक्ट और मॉड्यूलर योजना के सत्यापन का वर्णनडा एकल photodetector 6। ऑप्टिकल फाइबर अलग-अलग लेज़रों के लिए मिलकर कर रहे हैं और नियमित रूप से स्थानिक ऑफसेट पर एक एल आकार का प्रवाह चैनल के लिए सामान्य डाला जाता है। एक प्रतिदीप्ति संग्रह फाइबर उत्तेजना क्षेत्रों के लिए समानांतर उन्मुख है और एक भी पीएमटी से जुड़ा है। क्योंकि एक छोटी बूंद अलग अलग समय पर लेजर बीम के माध्यम से गुजरता है, पीएमटी द्वारा दर्ज आंकड़ों एक अस्थायी ऑफसेट कि उपयोगकर्ता प्रतिदीप्ति उत्सर्जित होने के बाद छोटी बूंद प्रत्येक विशिष्ट लेजर बीम से उत्साहित है के बीच अंतर करने की अनुमति देता है पता चलता है। यह अस्थायी पारी dichroic दर्पण और bandpass फिल्टर की एक श्रृंखला का उपयोग कर अलग PMTs को उत्सर्जित प्रकाश को अलग करने की आवश्यकता समाप्त। डिटेक्टर की प्रभावकारिता को मान्य करने के लिए, हम अलग अलग रंग और एकाग्रता के रंगों encapsulating छोटी बूंद आबादी में प्रतिदीप्ति quantitate। प्रणाली की संवेदनशीलता ही रंग fluorescein का पता लगाने के लिए जांच की जाती है, और सांद्रता के साथ बूंदों 0.1 एनएम, एक 200x संवेदनशीलता छापें नीचे पता लगाने की क्षमता से पता चलता हैके रूप में हाल ही में फाइबर आधारित दृष्टिकोण साहित्य 7 में रिपोर्ट की तुलना में ovement।
फाइबर ऑप्टिक का पता लगाने के तरल पदार्थ चैनलों के लिए सम्मान के साथ ऑप्टिकल फाइबर के संरेखण की आवश्यकता है। क्योंकि हमारे डिवाइस गाइड चैनलों बहुपरत photolithography के साथ गढ़े का इस्तेमाल करता है, एक दूसरे के ल?…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by DARPA grant number 84389.01.44908, an NSF CAREER award (DBI-1253293), an NIH exploratory/developmental research grant (CA195709), and NIH New Innovator Awards (HD080351, DP2-AR068129-01), and a New Directions grant from the UCSF resource allocation program.
Photomasks | CadArt Servcies | ||
3" silicon wafers, P type, virgin test grade | University Wafers | 447 | |
SU-8 3035 | Microchem | Y311074 | |
SU-8 2050 | Microchem | Y111072 | |
Sylgard 184 silicone elastomer kit | Krayden | 4019862 | |
1 ml syringes | BD | 309628 | |
10 ml syringes | BD | 309604 | |
27 gaugue needles | BD | 305109 | |
PE 2 polyethylene tubing | Scientific Commodities, Inc. | B31695-PE/2 | |
Novec 7500 | Fisher Scientific | 98-0212-2928-5 | Commonly knowns as HFE 7500 |
Ionic Krytox Surfactant | Synthesis instructions in ref #10 | ||
Dextran- conjugated cascade blue dye | Life Technologies | D-1976 | |
Fluorescein sodium salt | Sigma | 28803 | |
Quad bandpass filter | Semrock | FF01-446/510/581/703-25 | |
PMT | Thorlabs | PMM02 | |
Fiber port | Thorlabs | PAFA-X-4-A | |
lens tube | Thorlabs | SM1L05 | |
Patch cable with 200 um core / 225 um cladding optical fiber with one stripped end and one FC/PC connector | Thorlabs | Custom | |
Patch cable with 105 um core / 125 um cladding optical fiber with one stripped end and one FC/PC connector | Thorlabs | Custom | |
125 um fiber stripping tool | Thorlabs | T08S13 | |
225 um fiber stripping tool | Thorlabs | T10S13 | |
laser fiber adapter | OptoEngine | FC/PC Adapter | |
405 nm CW laser at 50 mW | OptoEngine | MDL-III-405 | Distributor for CNI lasers |
473 nm CW laser at 50 mW | OptoEngine | MLL-FN-473-50 |