Name: fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms
Uploaded: 2011-12-10T14:00:00
Duration: 14 min 16 s
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Les auteurs tiennent à souligner l&#39;appui des conseils de recherche et les subventions suivantes: EPSRC, HFSP, National Research Foundation de Corée (Numéro de la subvention R11-2009-044-1002-0K20904000004-09A050000410).

<ol>
	<li>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=The+origins+and+the+future+of+microfluidics.">The origins and the future of microfluidics.</a> Nature. 442, 368-368 (2006).</li><li>Zheng, B., Angew, I. s. m. a. g. i. l. o. v., F, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Microfluidic+Approach+for+Screening+Submicroliter+Volumes+against+Multiple+Reagents+by+Using+Preformed+Arrays+of+Nanoliter+Plugs+in+a+Three-Phase+Liquid/Liquid/Gas+Flow.">A Microfluidic Approach for Screening Submicroliter Volumes against Multiple Reagents by Using Preformed Arrays of Nanoliter Plugs in a Three-Phase Liquid/Liquid/Gas Flow.</a> Chem. Int. Ed. 44, 2520-2520 (2005).</li><li>Huebner, A., Sharma, S., Srisa-Art, M., Hollfelder, F., Edel, J. B., Demello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microdroplets:+A+sea+of+applications.">Microdroplets: A sea of applications.</a> Lab on a Chip. 8, 1244-1244 (2008).</li><li>deMello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+and+detection+of+chemical+reactions+in+microfluidic+systems.">Control and detection of chemical reactions in microfluidic systems.</a> Nature. 442, 394-394 (2006).</li><li>Thorsen, T., Roberts, R. W., Arnold, F. H., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+pattern+formation+in+a+vesicle-generating+microfluidic+device.">Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device.</a> Phys. Rev. Lett. 86, 4163-4163 (2001).</li><li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+dispersions+using+"flow+focusing"+in+microchannels.">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Appl. Phys. Lett. 82, 364-364 (2003).</li><li>Casadevall i Solvas, X., Srisa-Art, M., deMello, A. J., Edel, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+of+Fluidic+Mixing+in+Microdroplets+with+1+&#x03BC;s+Time+Resolution+Using+Fluorescence+Lifetime+Imaging.">Mapping of Fluidic Mixing in Microdroplets with 1 &#x03BC;s Time Resolution Using Fluorescence Lifetime Imaging.</a> Anal. Chem. 82, 3950-3950 (2010).</li><li>Robinson, T. A., Schaerli, Y., Wootton, R., Hollfelder, F., Dunsby, C., Baldwin, G., Neil, M., French, P., deMello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removal+of+background+signals+from+fluorescence+thermometry+measurements+in+PDMS+microchannels+using+fluorescence+lifetime+imaging.">Removal of background signals from fluorescence thermometry measurements in PDMS microchannels using fluorescence lifetime imaging.</a> Lab. Chip. 9, 3437-3441 (2009).</li><li>Huebner, A., Srisa-Art, M., Holt, D., Abell, C., Hollfelder, F., deMello, A. J., Edel, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+detection+of+protein+expression+in+single+cells+using+droplet+microfluidics.">Quantitative detection of protein expression in single cells using droplet microfluidics.</a> Chem. Commun. 1218, (2007).</li><li>Edel, J. B., Eid, J. S., Meller, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+single+molecule+FRET+efficiency+determination+for+surface+immobilized+DNA+using+maximum+likelihood+calculated+lifetimes.">Accurate single molecule FRET efficiency determination for surface immobilized DNA using maximum likelihood calculated lifetimes.</a> J. Phys. Chem. B. 73, 2986-2990 (2007).</li></ol>

Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

Nous avons décrit la fabrication d&#39;un dispositif microfluidique, une installation expérimentale et protocoles associés à la formation de microgouttelettes et l&#39;encapsulation des réactifs et la détection optique des gouttelettes traitées. Les deux exemples choisis (la détection de cellules individuelles dans des gouttelettes et de la cartographie des processus de mélange à l&#39;intérieur de gouttelettes qui coule) représentent des applications communes qui sont actuellement à l&#39;étude avec la microfluidique gouttelettes. Comme les expériences présentées illustrent l&#39;utilisation de plates-formes microfluidique gouttelettes présentent certaines caractéristiques intéressantes, telles que le débit élevé, quasi-parfaite de confinement, une grande reproductibilité ... La grande quantité d&#39;informations produites et la vitesse élevée à laquelle cette information est générée, cependant, nécessitent l&#39;utilisation de méthodes de détection rapide avec une résolution spatio-temporelle élevé si le profit est à tirer de ces plates-formes miniaturisées. Dans ce cas, nous démontrent que ce n&#39;estpossible en utilisant très précis des techniques de spectroscopie fluorescente. En particulier, la technique de détection FLIM (ce qui rend l&#39;utilisation d&#39;un laser pulsé avec des périodes aussi courtes que la répétition quelques ns) révèle la capacité d&#39;obtenir des informations très rapidement à partir des gouttelettes qui coule rapidement (d&#39;environ 200 par seconde). Dans ce cas, la résolution temporelle des événements détectés était aussi faible que 1 ms. En termes de limites de taille des gouttelettes et de la concentration, l&#39;utilisation de grandes lentilles ouverture numérique et les lasers de puissance plus large pourrait facilement permettre la détection de concentrations nM dans les gouttelettes aussi petites que 5 microns (les limites de taille des gouttelettes étant imposées par les résolutions de la photolithographie processus de fabrication et de la scène de positionnement submicronique). Gouttelettes microfluidiques sont des candidats idéaux pour mener à bien une expérimentation à grande échelle impliquant de petites quantités de réactifs, en baisse de cible unique / événement. Les limitations actuelles de cette technologie impliquent la difficulté à générer des droplets d&#39;une grande variété (des dizaines ou des centaines) de différentes sources de façon à haut débit. De plus, la difficulté à cibler et à manipuler chaque goutte unique généré impose des contraintes sévères à l&#39;applicabilité pratique de ces techniques. Par conséquent, ces questions sont au centre des efforts de recherche importants visant à développer les solutions technologiques nécessaires qui permettront aux plates-formes de gouttelettes microfluidiques pour devenir une méthode de référence standard de recherche et d&#39;analyse dans les applications à haut débit.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom du réactif </td><td> Tapez </td><td> Société </td><td> Numéro de catalogue </td></tr><tr><td> 5-isothiocyanate de fluorescéine (FITC) </td><td> Réactif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F3651 </td></tr><tr><td> Streptavidine-Alexa Fluor 488 </td><td> Réactif </td><td> Molecular Probes </td><td> S11223 </td></tr><tr><td> Perfluorodecalin </td><td> Réactif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P9900 </td></tr><tr><td> 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanol </td><td> Réactif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 370533 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 kit élastomère de silicone </td><td> Réactif </td><td> Premier Farnell au Royaume-Uni LTD </td><td> 1673921 </td></tr><tr><td> auramine-O </td><td> Réactif </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 861030 </td></tr><tr><td> 485 nm diode laser pulsé </td><td> Équipement </td><td> PicoQuant </td><td> LDH-PC-485 </td></tr><tr><td> TCSPC Carte </td><td> Équipement </td><td> PicoQuant </td><td> TimeHarp 100 </td></tr><tr><td> miroir dichroïque </td><td> Équipement </td><td> Chroma Technology Corp </td><td> z488rdc, </td></tr><tr><td> Objectif de microscope </td><td> Équipement </td><td> Olympus </td><td> UPLSAPO 60XW </td></tr><tr><td> Photodiode à avalanche </td><td> Équipement </td><td> AQR-141, EG &amp; G, Perkin-Elmer). </td><td> AQR-141 </td></tr><tr><td> DMEM </td><td> Réactif </td><td> Invitrogen </td><td> ABCD1234 </td></tr><tr><td> SYTO9 </td><td> Réactif </td><td> Invitrogen </td><td> S34854 </td></tr><tr><td> L&#39;iodure de propidium </td><td> Réactif </td><td> Invitrogen </td><td> P3566 </td></tr><tr><td> Escherichia coli souche top 10 </td><td> Cellules </td><td> Invitrogen </td><td> C4040-10 </td></tr></tbody></table>

fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

Le développement de plateformes microfluidiques pour effectuer la chimie et la biologie a été en grande partie attribuable à une série d&#39;avantages potentiels qui accompagnent la miniaturisation du système. Les avantages comprennent la capacité à traiter efficacement les nano-à femoto litres volumes d&#39;échantillon, l&#39;intégration facile des composants fonctionnels, une prédisposition intrinsèque envers grande échelle de multiplexage, amélioré le débit d&#39;analyse, un contrôle amélioré et réduit l&#39;empreinte instrumentale 1. Ces dernières années beaucoup d&#39;intérêt s&#39;est concentré sur le développement des gouttelettes à base (ou flux segmenté) systèmes microfluidiques et leur potentiel comme plates-formes à haut débit d&#39;expérimentation. 2-4 Ici, l&#39;eau-dans-huile sont faits pour former spontanément dans les canaux microfluidiques en raison des instabilités de capillarité entre les deux phases non miscibles. Surtout, des microgouttelettes de volumes définis avec précision et compositions peuvent être générés à des fréquencesde plusieurs kHz. Par ailleurs, en encapsulant les réactifs d&#39;intérêt au sein des compartiments isolés séparés par une phase continue non miscible, deux échantillons cross-talk et la dispersion (diffusion et Taylor-based) peuvent être éliminées, ce qui conduit à la contamination croisée minimale et la possibilité de temps de processus analytiques avec une grande précision. De plus, puisqu&#39;il n&#39;y a aucun contact entre le contenu des gouttelettes et les parois des canaux (qui sont mouillées par la phase continue) d&#39;absorption et la perte de réactifs sur les parois des canaux est empêché. Une fois que les gouttelettes de ce genre ont été générées et traitées, il est nécessaire d&#39;extraire les informations requises analytique. À cet égard, la méthode de détection de choix doit être rapide, de fournir à haute sensibilité et de faibles limites de détection, être applicable à une gamme d&#39;espèces moléculaires, être non destructive et être capable d&#39;être intégré à des dispositifs microfluidiques de manière simpliste. Pour répondre à ce besoin que nous avons développéuite d&#39;outils expérimentaux et de protocoles qui permettent l&#39;extraction de grandes quantités d&#39;informations photophysiques des petits environnements à volume, et sont applicables à l&#39;analyse d&#39;une large gamme de paramètres physiques, chimiques et biologiques. Ici deux exemples de ces méthodes sont présentées et appliquées à la détection de cellules uniques et la cartographie des processus de mélange à l&#39;intérieur du volume picolitres gouttelettes. Nous rapportons l&#39;ensemble du processus d&#39;expérimentation, dont la fabrication de puces microfluidiques, la configuration optique et le processus de génération des gouttelettes et de détection.

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Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

Droplet plates-formes basées microfluidiques sont des candidats prometteurs pour l&#39;expérimentation à haut débit car ils sont capables de générer picolitres, auto-compartimentées vaisseaux moindre coût aux cadences kHz. Grâce à l&#39;intégration rapide, sensible et haute résolution de fluorescence des méthodes spectroscopiques, les grandes quantités de données générées au sein de ces systèmes peut être efficacement extraite, exploité et utilisé.

Méthodes de détection par fluorescence pour les plateformes microfluidiques gouttelettes

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

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