El financiamiento fue proporcionado por el Instituto de Wisconsin de Discovery.

En este informe se demuestra un método de suministro de fluido que se utiliza la tensión pequeña superficie de las gotas para bombear un volumen deseado a través de un canal de microfluidos con el fin de alcanzar una serie de fenómenos fluido diferente. Por ejemplo, el usuario puede desear para el flujo de un fluido solo lo más rápido posible, o la administración de líquidos múltiples en sucesión rápida para crear patrones específicos de fluidos. Con el fin de hacer esto, el usuario debe tener una aplicación en torno a un dispositivo de microfluidos. El dispositivo microflluidic no tiene que estar unido, sino que debe ser hecha de un material hidrófilo. Por ello, una método se puede utilizar con casi cualquier dispositivo de microfluidos, con un rendimiento dictada en gran medida por las limitaciones geométricas del canal de microfluidos. Para ayudar a navegar por las limitaciones geométricas de este método, una introducción al análisis numérico relevante se presenta en primer lugar. <ol><li> Métodos de análisis: De acuerdo con la Ley de Laplace y la Ley de Washburn [1], se puede relacionar la velocidad de flujo en un canal de microfluidos que sus dimensiones y las propiedades del líquido que fluye como se ve en la ecuación (1), <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn1.png" alt="la ecuación 1" /> (1) donde Δ P es la diferencia de presión entre la entrada y la salida, γ es la tensión superficial líquido, R es el radio de caída de la entrada, Q es el caudal y la K es la resistencia de fluidos como se describe por la ecuación (2), <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn2.png" alt="la ecuación 2" /> (2) donde η es la viscosidad del líquido, L 0 es la longitud del canal, h es la altura del canal, w es el ancho del canal, λ = w / h y g (λ) = 1,5 si λ&gt; 4,45 o <img src="/files/ftp_upload/1329/g_lambd.png" alt="símbolo 6" /> si λ &lt;4,45. Sustituyendo la ecuación (2) en la ecuación (1), suponiendo que h &lt;w y despejando Q, se obtiene la ecuación (3), (3) <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn3.png" alt="la ecuación 3" /> El mismo análisis se puede hacer por la velocidad del fluido dentro de un canal a sabiendas de que Q = VA, donde V es la velocidad media del fluido y A es el área transversal o hw. Al conectar estos en la ecuación (3) te ocurrió con la ecuación (4), (4) <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn4.png" alt="la ecuación 4" /> Un concepto importante mecánica que se aplica con frecuencia en la biología de microfluidos es el esfuerzo cortante, que se refiere a caudal y la velocidad por la ecuación (5), (5) <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn5.png" alt="La ecuación 5" /> Conocer la relación entre la velocidad de flujo, velocidad y sus implicaciones físicas en función de las dimensiones del canal y propiedades de los fluidos es fundamental en el diseño de un dispositivo de microfluidos para un fin determinado. Una vez que el dispositivo está creado, el usuario debe calibrar el sistema de suministro de líquido para alcanzar las características de flujo deseado en el dispositivo. </li><li> Pasos en la configuración y la calibración del sistema de entrega: <ol><li> Crear un dispositivo de microfluidos través de la técnica de litografía suave con polidimetilsiloxano (PDMS, Sylgard 184, Dow Corning) [2]. Hay artículos número JoVe que ilustran los métodos para la fabricación de dispositivos de microfluídica PDMS [5]. Para esta demostración, hemos optado por un canal recto simple, con las dimensiones de la siguiente manera: ancho de 2,2 mm, longitud 10 mm y la altura de 260um. La entrada y salida de los diámetros son de 1,8 mm y 5.1 mm, respectivamente (figura 1). Reversible conectar el dispositivo a PDMS portaobjetos de vidrio pulsando sobre un portaobjetos de vidrio (o sustrato adecuado) y desplazando a las burbujas de aire [5]. Un mensaje reversible permite al dispositivo ser reutilizado varias veces. El método también se puede utilizar con dispositivos de unión permanente, pero no es necesario. </li><li> Rellene el dispositivo con el líquido. La naturaleza hidrofóbica de PDMS y la naturaleza hidrofílica de ayudar a mover una gota de vidrio que se coloca en la entrada o salida, en el canal. Si la gota de líquido no quiero entrar en el canal por sí mismo o si las burbujas se mueven en el canal, el usuario puede poner una gota de líquido en la entrada o salida, y el uso de una pipeta en el extremo opuesto de succionar el líquido a través del canal. Otra forma de ayudar a la mudanza líquido en el canal es mediante la separación del dispositivo PDMS de la lámina de vidrio y limpiar suavemente el dispositivo de PDMS y la lámina de vidrio con etanol. Esto vuelve a la PDMS y la lámina de vidrio a su naturaleza hidrofóbicos e hidrofílicos, respectivamente, los cuales pueden haberse debilitado con el tiempo y uso. </li><li> Después de llenar el dispositivo con el líquido, coloque una pequeña gota en la entrada y un Bigger caída en la salida. Asegúrese de pasivos de bombeo que está pasando al ver la pequeña disminución en la caída de entrada y observar el flujo de líquido hacia la salida. Una vez más, asegúrese de que no haya burbujas en el interior del canal. </li><li> Uso de la compañía de Lee [3] VHS micro kit de distribución de partida, juntos una o más válvulas (instalación de la válvula en la figura 2) que consiste en el Lee VHS M / 2 24 válvulas Volt, un 0,062 boquillas MINSTAC con el tamaño del orificio de 0,0100 &quot;, el Lee 0,062 Minstac Adaptador tubo blando y el de Spike Lee y retención del conductor (para el control del usuario, no se muestra) y la Asamblea de cable (conexión de la válvula a la espera de Spike y conductor, no se muestra). </li><li> Una manera fácil de mantener las válvulas es mediante el uso de los titulares de las herramientas de Bioscience en miniatura (figura 2) [4]. Estas proporcionan una manera de apuntar con precisión y mantener la válvula en una posición determinada durante la experimentación, pegando la válvula a un extremo del titular y con una base magnética (no mostrado) en el otro lado. </li><li> Hacer un sistema de depósito para ser colocados a un metro por encima del dispositivo de microfluidos PDMS (en nuestro caso hemos utilizado ¾ oz jeringas abierta al ambiente, ver figura 2). El depósito ofrece una carga de presión para impulsar las boquillas, la presión es proporcional a la altura del depósito. Como alternativa, la válvula de la boquilla se puede presurizar por cualquier número de diferentes medios (es decir, de gas comprimido). Adjunte una aguja de la jeringa a la jeringa. Una aguja de la jeringa típica fácilmente se insertan en tubos de 1,14 mm de diámetro interior. El tubo de 1,14 mm entonces fácilmente se insertan en 1,58 mm (1 / 16 &quot;) tubos de diámetro interior, que luego se conecta con el&quot; adaptador de tubo blando &quot;de la válvula. Para evitar fugas de líquido en el mm 1,14-1,58 mm conexión del tubo, se puede utilizar como sellador PDMS. Ahora que hay una línea entre la aguja de la jeringa y la válvula de Lee Co., llenar los embalses jeringa con el líquido. Una jeringa y una válvula adicional se puede utilizar para ayudar en el proceso de purga (que se muestra, pero no están etiquetados en la figura 2). Coloque un imán en el lado de la válvula, lo que es la forma en que estas válvulas se purgan (que están normalmente cerradas las válvulas de solenoide), y ver empezar líquido que fluye desde el depósito a través de la válvula y la boquilla de 0,0100&#39;&#39;. </li><li> Calibrar el sistema de elección de un tiempo de apertura de la válvula (tiempo de apertura es el tiempo que la válvula permite que el líquido pase sobre una base de impulsos por) y frecuencia (número de pulsos por segundo). Activar una válvula de un período elegido (un minuto o así, sólo recuerda el tiempo total). Pesar el líquido que fue liberado de la válvula. Conocer el tiempo de ejecución total, la frecuencia y por impulso de tiempo libre, calcular los gramos por milisegundo que sale disparada de la válvula. Este &quot;gramos por milisegundo&quot; valor le permitirá elegir un tiempo abierto para cualquier volumen deseado el usuario lo desea, puede ser liberado de la válvula. </li></ol></li></ol> Ejemplo: Sistema activado por un minuto (60 segundos). La frecuencia fue de 15 Hz (15 pulsos en un segundo). El tiempo por pulso abierto fue de 20 milisegundos (ms). (20 ms) (15Hz) (60) = 18000ms. Esto significa que de los 60.000 m en un minuto, la válvula estaba realmente abierto para 18.000 ms. Supongamos que el volumen de líquido entregado pesa 5 gramos. Entonces, 5 gramos / ms = 18,000 gramos 2.78e -4 / ms. En el caso del agua, con su densidad es de un gramo por mililitro (ml), 2.78e gramos -4 / ms = 2.78e -4 ml / ms. Después de la calibración, el volumen de una gota depende del tiempo de apertura. Por ejemplo, con un tiempo abierto de 20 ms, y todos los demás parámetros los mismos que en el ejemplo anterior, (2.78e -4 ml / m) (20 ms) = 5.56e -3 mL = 5,56 mL. Para encontrar el tiempo libre y necesaria para tomar una gota de x microlitro (l) el volumen, (X l) / [(2.78e -4 ml / ms) (1000 l / ml)] = y ms 8) Procurar una o varias boquillas a la entrada del dispositivo de PDMS (Figura 3). Después de haber calibrado el sistema, calcular el volumen que sale de cada válvula, en base a las dimensiones del dispositivo de microfluidos. Por pasiva de alta velocidad de bombeo (para obtener el caudal máximo), calcular el volumen de la gota de entrada necesarios para crear una caída de entrada, que posee un ángulo de contacto con la superficie de entrada 90deg [2]. Para la creación de paquetes, calcular la válvula por la frecuencia y abrir la válvula y los tiempos necesarios para activar dos válvulas en secuencia. Como se ve en la figura 3, las dos boquillas se pueden señalar en la entrada. Esto puede extenderse a múltiples boquillas, todas ellas encaminadas a la entrada del canal. Los resultados representativos: Cuando está bien calibrado, con tiempos de apertura de la válvula calculado correctamente y las boquillas bien dirigida en la entrada, el usuario debe ser capaz de ver el flujo bombeado pasiva (figura 4). Una explosión de mierda líquidaOuld salir de la válvula y llegar a la entrada. Como el líquido llega a la entrada, hay un colapso instantáneo de la caída de la entrada en el canal, hacia la salida. Líquido en el canal sólo se mueve durante el colapso de una caída de la entrada. El movimiento de fluidos completa en el canal se detiene al final de la caída de colapso, que prevé dejar de líquido instantáneo y bien definidos los límites de fluidos (en el caso de que el usuario está fluyendo líquidos múltiples). La duración del colapso caída depende del radio del puerto de entrada y el volumen de la caída de la entrada [1]. En nuestra configuración experimental y el diseño, el colapso se produce caída de la entrada en cuestión de unos pocos milisegundos. <img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure1tmb.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. PDMS dispositivo de microfluidos con una entrada, a la izquierda, y una salida, a la derecha. Por favor, <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure1.jpg">haga clic aquí</a> para ver una versión ampliada de la figura 1. <img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure2tmb.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Embalse del sistema y la configuración de la válvula. Por favor, <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure2.jpg">haga clic aquí</a> para ver una versión ampliada de la figura 2. <img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure3tmb.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Dos válvulas, ambos dirigidos a una sola entrada de un dispositivo de microfluidos. Por favor, <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure3.jpg">haga clic aquí</a> para ver una versión ampliada de la figura 3. <img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure4tmb.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Tiempo de paso de secuencia (33 milisegundos) del colapso caída de la entrada después de expulsar líquidos a partir de una válvula. Por favor, <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure4.jpg">haga clic aquí</a> para ver una versión ampliada de la figura 4.

<ol>
	<li>Berthier, E., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+rate+analysis+of+a+tension+driven+passive+micropump.">Flow rate analysis of a tension driven passive micropump.</a> Lab Chip. 7, 1475-1478 (2007).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+Microfluidic+Systems+in+Poly(dimethylsiloxane).">Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane).</a> Anal. Chem. 70, 4974-4984 (1998).</li><li>Harris, J., Lee, H., Vahidi, B., Tu, C., Cribbs, D., Cotman, C., NL, J. e. o. n. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-plasma+Bonding+of+PDMS+for+Inexpensive+Fabrication+of+Microfluidic+Devices.">Non-plasma Bonding of PDMS for Inexpensive Fabrication of Microfluidic Devices.</a> J Vis Exp. (9), (2007).</li><li>Walker, G. M., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+passive+pumping+method+for+microfluidic+devices.">A passive pumping method for microfluidic devices.</a> Lab Chip. 2 (3), 131-134 (2002).</li></ol>

<ol><li> Por pasiva de alta velocidad de bombeo, si la combinación adecuada de la frecuencia y el volumen del pulso por (debido al tiempo libre correcto) que se elija, el usuario debe ver lo que parece ser una caída estática o una concha en la entrada y un caudal muy rápido en el interior del canal. Si se produce un desbordamiento, el tiempo de apertura y / o la frecuencia es demasiado alta. </li><li> Para detectar el impulso / superficie de las interacciones de tensión, el usuario debe bombear un pulso a la vez y observar el medio ambient...

<ol><li> <a href="http://www.theleeco.com">http://www.theleeco.com</a> . </li><li> <a href="http://www.biosciencetools.com/Catalog/mHolders.htm">http://www.biosciencetools.com/Catalog/mHolders.htm</a> . </li></ol>

high speed droplet-based delivery system for passive pumping in microfluidic devices

Un sistema de microfluidos novela ha sido desarrollado que utiliza el fenómeno de bombeo pasiva junto con un usuario de gota controlado sistema basado en la entrega de líquidos. Pasiva de bombeo es el fenómeno por el cual la tensión superficial inducida por la presión de impulsión diferencias movimiento de fluidos en canales cerrados. El sistema de fluido de distribución automatizado consiste en un conjunto de la tensión de las válvulas de control con micro-boquillas conectadas a un depósito de líquido y un sistema de control. Estas válvulas de control de voltaje ofrecen una forma volumétrica precisa para entregar las gotas de líquido a la entrada de un dispositivo de microfluidos en una forma de alta frecuencia. En base a las dimensiones de muestra en el ejemplo del estudio actual, el sistema es capaz de fluir 4 mililitros por minuto (a través de un 2.2mm por 260um de la sección transversal del canal). En base a estas dimensiones el mismo canal, el intercambio fluido de un punto en el interior del canal se puede lograr en tan sólo ocho milisegundos. Se observa que existe interacción entre el momento del sistema (impartido por una combinación de las gotas creadas por las válvulas y la velocidad del fluido en el canal), y la tensión superficial del líquido. Donde el impulso proporciona la velocidad de flujo de fluido (o viceversa), el equilibrio de la tensión superficial en la entrada proporciona una parada repentina de cualquier flujo. Esta parada repentina permite al usuario controlar las características del flujo del canal y abre la puerta para una variedad de aplicaciones biológicas, que van desde la entrega de reactivos a los estudios de células de drogas. También se observa que cuando las boquillas están dirigidas a la entrada en ángulos planos, el impulso de gota puede causar otros fenómenos interesantes de líquido, tales como la mezcla de gotas múltiples en la entrada.

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High Speed Droplet-based Delivery System for Passive Pumping in Microfluidic Devices

Un sistema de microfluidos novela ha sido desarrollado utilizando el fenómeno de bombeo y un pasivo controlado por el usuario de sistemas de fluidos de entrega. Este sistema de microfluidos tiene el potencial para ser utilizado en una amplia variedad de aplicaciones biológicas debido a su bajo costo facilidad de uso, precisión volumétrica, de alta velocidad, repetibilidad y la automatización.

De alta velocidad basada en las gotas de entrega del sistema de bombeo pasiva en dispositivos de microfluidos

A novel microfluidic system has been developed that uses the phenomenon of passive pumping along with a user controlled droplet based fluid delivery ...

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Research

JoVE Journal

Biology

13.7K vistas.  University of Wisconsin-Madison. Un sistema de microfluidos novela ha sido desarrollado utilizando el fenómeno de bombeo y un pasivo controlado por el usuario de sistemas de fluidos de entrega. Este sistema de microfluidos tiene el potencial para ser utilizado en una amplia variedad de aplicaciones biológicas debido a su bajo costo facilidad de uso, precisión volumétrica, de alta velocidad, repetibilidad y la automatización.

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Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of these electrodes adds cumbersome and error-prone steps to the device fabrication process. We have developed a technique that obviates the needs for metal electrodes during picoinjection. Instead, it uses the injection fluid itself as an electrode, since most biological reagents contain dissolved electrolytes and are conductive. By eliminating the electrodes, we reduce device fabrication time and complexity, and make the devices more robust. In addition, with our approach, the injection volume depends on the voltage applied to the picoinjection solution; this allows us to rapidly adjust the volume injected by modulating the applied voltage. We demonstrate that our technique is compatible with reagents incorporating common biological compounds, including buffers, enzymes, and nucleic acids.

We have developed a technique for picoinjecting microfluidic drops that does not require metal electrodes. As such, devices incorporating our technique are simpler to fabricate and to use.

Picoinjection de microfluidos gotas sin electrodos metálicos

Existing methods for picoinjecting reagents into microfluidic drops require metal electrodes integrated into the microfluidic chip. The integration of ...

Investigación

Ingeniería

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

Métodos de detección de fluorescencia para las plataformas de las gotas de microfluidos

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

Bioingeniería

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; platforms. Often, droplet motion relies on the wetting of a surface, directly associated with the application of an electric field; surface interactions, however, make motion dependent on droplet contents, limiting the breadth of applications of the technique.
Some alternatives have been presented to minimize this dependence. However, they rely on the addition of extra chemical species to the droplet or its surroundings, which could potentially interact with droplet moieties. Addressing this challenge, our group recently developed Field-DW devices to allow the transport of cells and proteins in DMF, without extra additives.
Here, the protocol for device fabrication and operation is provided, including the electronic interface for motion control. We also continue the studies with the devices, showing that multicellular, relatively large, model organisms can also be transported, arguably unaffected by the electric fields required for device operation.

The protocol for fabrication and operation of field dewetting devices (Field-DW) is described, as well as the preliminary studies of the effects of electric fields on droplet contents.

Tomando ventaja de la reducción de la interacción de gotas en la superficie para optimizar el transporte de Bioanalytes en microfluídica digitales

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

Los chips de microfluidos controlado con matrices elastoméricas microválvula

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

Biología

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal microfluidic device. W/O microdroplets have recently been used in powerful methods that enable miniaturized chemical experiments. Therefore, developing a versatile method to yield monodisperse W/O microdroplets is needed. We have developed a method for generating monodisperse W/O microdroplets based on a capillary-based centrifugal axisymmetric co-flowing microfluidic device. We succeeded in controlling the size of microdroplets by adjusting the capillary orifice. Our method requires equipment that is easier-to-use than with other microfluidic techniques, requires only a small volume (0.1-1 &#181;l) of sample solution for encapsulation, and enables the production of hundreds of thousands number of W/O microdroplets per second. We expect this method will assist biological studies that require precious biological samples by conserving the volume of the samples for rapid quantitative analysis biochemical and biological studies.

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.

Dispositivo de microfluidos centrífuga basada en capilar para la Formación Tamaño-controlable de monodisperso microgotas

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

Fabricación de gotas de alta viscosidad usando dispositivos capilares microfluídicos con estructura de flujo de co inversión de fase

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

Química

A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The chip produces monodisperse aqueous sample droplets in perfluorohexane (PFH). Size and frequency of the aqueous droplets can be varied in the range of 40 to 60 &#181;m and from 90 to 7,000&#160;Hz, respectively. The droplets are ejected from the chip with a second flow of PFH and remain intact during the ejection. A custom-built desolvation system removes the PFH and transports the droplets into the ICPMS. Here, very stable signals with a narrow intensity distribution can be measured, showing the monodispersity of the droplets. We show that the introduction system can be used to quantitatively determine iron in single bovine red blood cells. In the future, the capabilities of the introduction device can easily be extended by the integration of additional microfluidic modules.

We present a discrete droplet sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). It is based on a cheap and disposable microfluidic chip that generates highly monodisperse droplets in a size range of 40&#8722;60 &#181;m at frequencies from 90 to 7,000 Hz.

Un chip de microfluidos para ICPMS Introducción Muestra

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. This platform has a three-dimensional (3D) network with curved fluid channels and three pneumatic valves, which create networks, channels, and spaces through duplex replication with polydimethylsiloxane (PDMS). The device operates based on the transient response of a fluid flow rate controlled by a pneumatic valve in the following order: (1) sample loading, (2) sample blocking, (3) sample concentration, and (4) sample release. The particles are blocked by thin diaphragm layer deformation of the sieve valve (Vs) plate and accumulate in the curved microfluidic channel. The working fluid is discharged by the actuation of two on/off valves. As a result of the operation, all particles of various magnifications were successfully intercepted and disengaged. When this technology is applied, the operating pressure, the time required for concentration, and the concentration rate may vary depending on the device dimensions and particle size magnification.

The present protocol describes a pneumatic microfluidic platform that can be used for efficient microparticle concentration.

Plataforma microfluídica accionada neumáticamente para la concentración de micropartículas

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

Múltiples pasos Fotolitografia variable Altura de múltiples capas con válvula dispositivos de microfluidos

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Configuración de un dispositivo microfluídico para la producción de tapones combinatorios

Bilayer Microfluidic Device for Combinatorial Plug Production

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such systems have been used to encapsulate a variety of biochemical reactions - from incubation of single cells to implementation of PCR reactions, from genomics to chemical synthesis. Coupling the microfluidic channels with regulatory valves allows control over their opening and closing, thereby enabling the rapid production of large-scale combinatorial libraries consisting of a population of droplets with unique compositions. In this paper, protocols for the fabrication and operation of a pressure-driven, PDMS-based bilayer microfluidic device that can be utilized to generate combinatorial libraries of water-in-oil emulsions called plugs are presented. By incorporating software programs and microfluidic hardware, the flow of desired fluids in the device can be controlled and manipulated to generate combinatorial plug libraries and to control the composition and quantity of constituent plug populations. These protocols will expedite the process of generating combinatorial screens, particularly to study drug response in cells from cancer patient biopsies.

Autor destacado: Integración de enfoques computacionales y experimentales en oncología de precisión

The fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS)-based bilayer device for the production of combinatorial libraries in water-in-oil emulsions (plugs) is presented here. The necessary hardware and software required to automate plug production are detailed in the protocol, and the production of a quantitative library of fluorescent plugs is also demonstrated.

Dispositivo microfluídico bicapa para la producción de tapones combinatorios

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such ...