Name: fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms
Uploaded: 2011-12-10T14:00:00
Duration: 14 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms at JoVE.com

Gli autori desiderano ringraziare per il sostegno delle seguenti consigli di ricerca e borse di studio: EPSRC, HFSP, National Research Foundation della Corea (Numero di Grant 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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Abbiamo descritto la fabbricazione di un dispositivo a microfluidi, un apparato sperimentale e protocolli associati per la formazione e l&#39;incapsulamento microdroplet reagente e la rilevazione ottica delle gocce elaborati. I due esempi selezionati (la rilevazione di singole cellule in goccioline e la mappatura dei processi di miscelazione all&#39;interno gocce che scorre) rappresentano applicazioni più comuni che sono attualmente in fase di studio con microfluidica goccia. Come gli esperimenti presentati illustrano l&#39;utilizzo di piattaforme goccia microfluidica presenti alcune caratteristiche interessanti, come ad esempio un throughput elevato, quasi perfetto isolamento, alta riproducibilità ... La grande quantità di dati prodotti e la rapidità con cui queste informazioni vengono generate, però, richiedono l&#39;uso di metodi di rilevamento veloce ad alta risoluzione spazio-temporale se il vantaggio è che si possono ottenere da queste piattaforme miniaturizzati. In questo caso si dimostra che questo èpossibile utilizzando tecniche di spettroscopia a fluorescenza ad alta precisione. In particolare, la tecnica di rilevazione FLIM (che fa uso di un laser pulsato con periodi di ripetizione breve come un ns pochi) rivela la capacità di ottenere informazioni molto velocemente dal rapido fluire gocce (circa 200 al secondo). In questo caso la risoluzione temporale degli eventi è stato rilevato fino a 1 ms. In termini di limiti di dimensioni delle gocce e la concentrazione, l&#39;uso di lenti più grandi apertura numerica e laser di potenza più grande sarebbe facilmente consentono la rilevazione delle concentrazioni nM in goccioline di soli 5 micron (i limiti di dimensioni delle gocce essere imposte dalle risoluzioni della fotolitografia processo di fabbricazione e della fase di posizionamento inferiori al micron). Gocce Microfluidic sono i candidati ideali per effettuare la sperimentazione su vasta scala con piccole quantità di reagenti, fino al singolo bersaglio / evento. Attuali limiti di questa tecnologia comporta la difficoltà di generare droplets da una varietà di grandi dimensioni (decine o centinaia) di diverse fonti in un high-throughput modo. Inoltre, la difficoltà di indirizzare e manipolare ogni singola goccia generato impone severe limitazioni alla applicabilità pratica di queste tecniche. Pertanto, questi temi sono al centro degli sforzi di ricerca importanti volti a sviluppare le necessarie soluzioni tecnologiche che permetteranno piattaforme goccia microfluidica per diventare un metodo di riferimento standard di ricerca e analisi in applicazioni ad elevato throughput.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente </td><td> Tipo </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td></tr><tr><td> Fluoresceina 5-isotiocianato (FITC) </td><td> Reagente </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F3651 </td></tr><tr><td> Streptavidina-Alexa Fluor 488 </td><td> Reagente </td><td> Molecular Probes </td><td> S11223 </td></tr><tr><td> Perfluorodecalin </td><td> Reagente </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P9900 </td></tr><tr><td> 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctanol </td><td> Reagente </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 370533 </td></tr><tr><td> Sylgard 184 kit di silicone elastomero </td><td> Reagente </td><td> Premier Farnell UK LTD </td><td> 1673921 </td></tr><tr><td> auramina-O </td><td> Reagente </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 861030 </td></tr><tr><td> 485 nm ad impulsi laser a diodi </td><td> Attrezzatura </td><td> PicoQuant </td><td> LDH-PC-485 </td></tr><tr><td> TCSPC Carta </td><td> Attrezzatura </td><td> PicoQuant </td><td> TimeHarp 100 </td></tr><tr><td> specchio dicroico </td><td> Attrezzatura </td><td> Chroma Technology Corp. </td><td> z488rdc, </td></tr><tr><td> Microscopio obiettivo </td><td> Attrezzatura </td><td> Olimpo </td><td> UPLSAPO 60XW </td></tr><tr><td> Avalanche fotodiodo </td><td> Attrezzatura </td><td> AQR-141, EG &amp; G, Perkin-Elmer). </td><td> AQR-141 </td></tr><tr><td> DMEM </td><td> Reagente </td><td> Invitrogen </td><td> ABCD1234 </td></tr><tr><td> SYTO9 </td><td> Reagente </td><td> Invitrogen </td><td> S34854 </td></tr><tr><td> Propidio ioduro </td><td> Reagente </td><td> Invitrogen </td><td> P3566 </td></tr><tr><td> Escherichia coli ceppo top 10 </td><td> Cellule </td><td> Invitrogen </td><td> C4040-10 </td></tr></tbody></table>

fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

Lo sviluppo di piattaforme microfluidica per l&#39;esecuzione di chimica e la biologia è in gran parte stata guidata da una serie di potenziali benefici che accompagnano la miniaturizzazione del sistema. I vantaggi includono la capacità di elaborare in modo efficiente nano-to femoto litri volumi di campione, l&#39;integrazione facile di componenti funzionali, una predisposizione intrinseca verso la grande scala multiplexing, maggiore velocità di analisi, un miglior controllo e ridotta impronta strumentale 1. Negli ultimi anni molto interesse si è concentrato sullo sviluppo di goccia-based (o flusso segmentato) sistemi microfluidica e il loro potenziale come piattaforme in high-throughput di sperimentazione. 2-4 Qui l&#39;acqua in olio emulsioni sono fatti per formarsi spontaneamente nei canali microfluidica a seguito di instabilità capillare tra le due fasi immiscibili. Importante, microgocce di volumi ben definiti e composizioni possono essere generati a frequenzedi parecchi kHz. Inoltre, incapsulando i reagenti di interesse all&#39;interno di compartimenti stagni separati da una fase continua immiscibili, sia del campione cross-talk e la dispersione (diffusione e Taylor-based) può essere eliminato, che porta alla minima contaminazione incrociata e la possibilità di processi in tempo di analisi con grande accuratezza. Inoltre, poiché non vi è alcun contatto tra il contenuto delle goccioline e le pareti del canale (che sono bagnate dalla fase continua), l&#39;assorbimento e la perdita di reagenti sui muri canale è impedito. Una volta che le goccioline di questo tipo sono state prodotte ed elaborate, è necessario estrarre le informazioni richieste analitiche. In questo senso il metodo di rilevazione di scelta deve essere rapida, forniscono ad alta sensibilità e bassi limiti di rilevabilità, applicabile a una vasta gamma di specie molecolari, essere non distruttiva ed essere in grado di essere integrato con dispositivi microfluidici in maniera facile. Per rispondere a questa esigenza abbiamo sviluppato comeuite di strumenti sperimentali e protocolli che permettono l&#39;estrazione di grandi quantità di informazioni fotofisiche da piccoli volumi degli ambienti, e sono applicabili per l&#39;analisi di una vasta gamma di parametri fisici, chimici e biologici. Qui due esempi di questi metodi sono presentati e applicati alla rilevazione di singole cellule e la mappatura dei processi di miscelazione all&#39;interno picolitri volumi goccioline. Riportiamo l&#39;intero processo di fabbricazione di chip sperimentali, tra cui microfluidica, la configurazione ottica e il processo di generazione delle gocce e la rilevazione.

Watch this Scientific Journal Video about Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms at JoVE.com

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

Piattaforme microfluidica gocce a base sono candidati promettenti per la sperimentazione ad alto rendimento in quanto sono in grado di generare picolitri, auto-compartimenti imbarcazioni a buon mercato a prezzi kHz. Attraverso l&#39;integrazione con veloce, sensibile e ad alta risoluzione metodi di spettroscopia di fluorescenza, la grande quantità di informazioni generate all&#39;interno di questi sistemi possono essere estratte in modo efficiente, sfruttato ed utilizzato.

Metodi di rilevamento a fluorescenza per piattaforme goccia microfluidica

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

Piattaforme microfabbricazione per coltura cellulare meccanicamente dinamica

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Ricerca

Bioingegneria

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

High Throughput Microfluidic rapido ed economico prototipazione metodi a basso Packaging

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

3D Orbital Tracking in a Modified Two-photon Microscope: An Application to the Tracking of Intracellular Vesicles

3D Orbital Inseguimento in una Modified microscopio a due fotoni: un&#39;applicazione per il monitoraggio di intracellulare vescicole

The objective of this video protocol is to discuss how to perform and analyze a three-dimensional fluorescent orbital particle tracking experiment using a ...

From Fast Fluorescence Imaging to Molecular Diffusion Law on Live Cell Membranes in a Commercial Microscope

Da Veloce imaging di fluorescenza di Molecular legge Diffusione su membrane cellulare dal vivo in un microscopio commerciale

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the ...

Fluorescence Recovery after Merging a Droplet to Measure the Two-dimensional Diffusion of a Phospholipid Monolayer

Recupero della fluorescenza dopo Fusione di una Droplet misurare la diffusione bidimensionale di un fosfolipide monostrato

We introduce a new method to measure the lateral diffusivity of a surfactant monolayer at the fluid-fluid interface, called fluorescence recovery after ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Multicolore fluorescenza Detection per Droplet microfluidica tramite fibre ottiche

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Fully Automated Centrifugal Microfluidic Device for Ultrasensitive Protein Detection from Whole Blood

Completamente dispositivo automatizzato centrifuga Microfluidic per il rilevamento di proteine ​​Ultrasensitive da sangue intero

Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) is a promising method to detect small amount of proteins in biological samples. The devices providing a platform ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Multi-step altezza variabile fotolitografia per Valvolati multistrato microfluidici Devices

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

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Piattaforma microfluidica con multiplex di rilevamento elettronico per spaziale monitoraggio di particelle

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Comparable Decellularization of Fetal and Adult Cardiac Tissue Explants as 3D-like Platforms for In Vitro Studies

Paragonabile decellularizzazione degli espianti di tessuto cardiaco fetali ed adulti come 3D-come le piattaforme per studi In Vitro

Current knowledge of extracellular matrix (ECM)-cell communication translates to large two-dimensional (2D) in vitro culture studies where ECM components ...