Name: picoinjection of microfluidic drops without metal electrodes
Uploaded: 2014-04-18T18:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Institut for bioteknologi og terapeutiske Fakultet ved UCSF, California Institute for Kvantitative Biosciences (QB3) og Bridging the Gap Award fra Rogers Family Foundation.

1.. Design Device Dimensioner og topologier baseret på eksperimentelle behov ved hjælp af Software Computer Aided Design (CAD) Bemærk: Vælg emulsion kanal diametre mindre end de sfæriske dråber. Dette tvinger dråberne i en cylindrisk eller &quot;pølse&quot; form og giver mulighed for mere effektiv picoinjection. Til vores formål, vi designet 30 x 30 um kanaler til dråber, der var 50 um i diameter. <ol><li> Model picoinjection site (s), efter der er beskrevet af Abate et al.</...

<ol>
	<li>Kritikou, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=It's+cheaper+in+the+Picolab.">It's cheaper in the Picolab.</a> Nat. Rev. Genet. 6 (9), (2005).</li><li>Ahn, K., Agresti, J., Chong, H., Marquez, M., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrocoalescence+of+drops+synchronized+by+size-dependent+flow+in+microfluidic+channels.">Electrocoalescence of drops synchronized by size-dependent flow in microfluidic channels.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (26), (2006).</li><li>Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+injection+with+microfluidics+using+picoinjectors.">High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 19163-19166 (2010).</li><li>Harris, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+a+microfluidic+device+for+the+compartmentalization+of+neuron+soma+and+axons.">Fabrication of a microfluidic device for the compartmentalization of neuron soma and axons.</a> J. Vis. Exp. (7), (2007).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., 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 (23), 4974-4984 (1998).</li><li>O'Donovan, B., Eastburn, D. J., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrode-free+picoinjection+of+microfluidic+drops.">Electrode-free picoinjection of microfluidic drops.</a> Lab on a Chip. 12 (20), 4029-4032 (2012).</li><li>Holtze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biocompatible+surfactants+for+water-in-fluorocarbon+emulsions.">Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions.</a> Lab on a Chip. 8 (10), 1632-1639 (2008).</li><li>Chung, C., Lee, M., Char, K., Ahn, K., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+dynamics+passing+through+obstructions+in+confined+microchannel+flow.">Droplet dynamics passing through obstructions in confined microchannel flow.</a> Microfluid. Nanofluid. 9, 1151-1163 (2010).</li><li>Herminghaus, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamical+instability+of+thin+liquid+films+between+conducting+media.">Dynamical instability of thin liquid films between conducting media.</a> Phys. Rev. Lett. 83 (12), 2359-2361 (1999).</li><li>Priest, C., Herminghaus, S., Seemann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+electrocoalescence+in+microfluidics:+Targeting+a+single+lamella.">Controlled electrocoalescence in microfluidics: Targeting a single lamella.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (13), 134101-134103 (2006).</li><li>Florent, M., Siva, A. V., Hao, G., Dirk, E., Frieder, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrowetting-controlled+droplet+generation+in+a+microfluidic+flow-focusing+device.">Electrowetting-controlled droplet generation in a microfluidic flow-focusing device.</a> J. Phys: Condens. Matter. 19 (46), (2007).</li><li>Eastburn, D. J., Sciambi, A., Abate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Picoinjection+enables+digital+detection+of+RNA+with+droplet+rt-PCR.">Picoinjection enables digital detection of RNA with droplet rt-PCR.</a> PLoS ONE. 8 (4), (2013).</li></ol>

Forholdet mellem injektionsvolumen og påførte spænding er afhængig af mange faktorer, herunder enhed dimensioner, længde af røret, der bærer picoinjection fluidum til anordningen, molariteten af ​​picoinjection fluidum, og hastigheden af ​​dråberne, når de passerer de injektor. Derfor anbefaler vi, at volumen / spænding forholdet karakteriseres før hver kørsel af picoinjection ved at måle injektionsvoluminer på kanterne af de arbejdende serier af spænding og molaritet. Derudover, ved højere spæn...

I dråbe-baserede mikrofluidik er micron skala vandige dråber anvendes som &quot;reagensglas&quot; biologiske reaktioner. Fordelen ved at udføre reaktioner i bittesmå dråber er, at hver dråbe bruger kun et par pl reagens, og med MicroFluidics kan dråberne dannes og behandles i kilohertz vækst1. Kombineret disse egenskaber tillader millioner af reaktioner med individuelle celler, nukleinsyremolekyler, eller forbindelser, der skal udføres i løbet af minutter med pi samlede materiale. For at bruge dråber til applikationer som disse, er der behov for teknikker til at tilføje kontrollerede mængder af reagenser til dråberne; sådanne operationer er analoge til pipettering i reagensglas. En fremgangsmåde til at opnå dette er electrocoalescence, hvor en dråbe reagens sammen med det mål dråbe ved at anvende et elektrisk felt. Det elektriske felt forstyrrer arrangement af molekyler af overfladeaktivt middel på grænsefladerne mellem dråberne, INDucing en tyndfilms ustabilitet og udløser sammenflydning i emulsioner, der ellers er stabile 2. Elektrisk induceret sammenfletning udnyttes også i udformningen af picoinjector, en enhed, der injicerer reagenser i dråber, når de strømmer forbi en tryksat kanal 3. At anvende det elektriske felt, picoinjector enheder udnytter metal elektroder, men integrationen af ​​metal elektroder i mikrofluid chips er ofte en kompleks og fejlbehæftet proces som væske-lodde ledninger let bliver kompromitteret af luftbobler eller støv og andet snavs i kanalen , samt frakturer fra stress eller bøjes under installation af enheden. Her præsenterer vi en metode til at udføre picoinjection uden brug af metal elektroder, hvilket gør fremstillingen enklere og mere robust. At udløse picoinjection, vi i stedet bruge injektionsfluid selv som en elektrode, da de fleste biologiske reagenser indeholder opløste elektrolytter og er ledende. Vi tilføjer også en &quot;Faraday Moat &quot;for at beskytte følsomme områder på enheden og fungere som en universel jord (figur 1). Voldgraven elektrisk isolerer dråberne opstrøms for picoinjection webstedet ved at give en begrundelse, som forhindrer utilsigtet dråber fusion. En ekstra fordel af vores teknik er, at indsprøjtet i dråberne volumen afhænger af størrelsen af ​​den påtrykte spænding, så det kan justeres ved at tune det tilførte signal. Vi fabrikere vores enheder i poly (dimethylsiloxan) (PDMS) med bløde fotolitografisk teknikker 4,5. Vores tilgang er kompatibel med enheder, fremstillet i andre materialer, såsom harpiks, plast og epoxy. Kanalerne har højder og bredder på 30 um, som er optimale for at arbejde med dråber 50 um i diameter (65 pl). Vi introducerer reagenser via polyethelene slange (0.3/1.09 mm indvendig / udvendig diameter) indsat i porte oprettet under enheden fabrikation med 0,50 mm biopsi slag, svarende til metoder descrIbed tidligere 5. Den nøjagtige sammensætning af injektionsfluid afhænger af den specifikke anvendelse. Væsken behøver kun indeholde opløste elektrolytter i koncentrationer høje nok til at give tilstrækkelig ledningsevne til elektrisk signal, der skal sendes til picoinjector. I bench test, har vi fundet, at ioniske koncentrationer over 10 mM burde være nok 6, selv om denne værdi og væske ledningsevne afhænger af den specifikke enhed dimensioner og størrelsen af den anvendte spænding.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1000">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">1 mL Leur-Lok&#8482; syringes</td>
			<td style="width:143px;">BD Medical</td>
			<td align="right" style="width:160px;">309628</td>
			<td style="width:415px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LocTite UV-cured adhesive</td>
			<td style="width:143px;">Henkel</td>
			<td align="right">35241</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:283px;">PE-2 Tubing</td>
			<td style="width:143px;">Scientific Commodities</td>
			<td>BB31695-PE/2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Novec HFE-7500</td>
			<td>3M</td>
			<td style="width:160px;">98-0212-2928-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">NaCl</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:160px;">S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">1.5 mL centrifuge tubes</td>
			<td style="width:143px;">Eppendorf</td>
			<td align="right" style="width:160px;">22363531</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">BD Falcon 15 ml tube</td>
			<td style="width:143px;">BD Biosciences</td>
			<td align="right" style="width:160px;">352097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:283px;">Air Pressure Control Pump</td>
			<td style="width:143px;">Control Air Inc.</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td style="width:415px;">We recommend one under the control of DAQ and control software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe Pumps</td>
			<td>New Era</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Must be capable of holding 1ml syringes and flowing at rates as low as 100 uL/hr</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">HV-Amplfier</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Must be capable of 1000x amplification of signals between 0.01 and 10 V</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plasma Bonder/Cleaner</td>
			<td style="width:143px;">Harrick Plasma</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3&#8221; silicon wafers</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:160px;">647535</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PDMS</td>
			<td style="width:143px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Sylgard 184 with curing agent should be included</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:283px;">SU-8 Photoresist</td>
			<td style="width:143px;">MicroChem</td>
			<td style="width:160px;"></td>
			<td>Viscocity depends on device dimensions</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

picoinjection of microfluidic drops without metal electrodes

Eksisterende metoder til picoinjecting reagenser i microfluidic dråber kræver metal elektroder integreret i mikrofluid chip. Integrationen af ​​disse elektroder tilføjer besværlige og fejlbehæftede skridt til enheden produktionsprocessen. Vi har udviklet en teknik, der overflødiggør behovet for metal elektroder under picoinjection. I stedet bruger den injektionsfluid selv som en elektrode, da de fleste biologiske reagenser indeholder opløste elektrolytter og er ledende. Ved at eliminere elektroderne, reducerer vi enheden fabrikation tid og kompleksitet, og gøre enhederne mere robust. Hertil kommer, med vores tilgang, injektionsvolumen afhænger af spænding til picoinjection løsning; dette giver os mulighed for hurtigt at justere lydstyrken injiceres ved at modulere den anvendte spænding. Vi viser, at vores teknik er forenelig med reagenser, der inkorporerer fælles biologiske forbindelser, herunder buffere, enzymer og nukleinsyrer.

Mikroskopiske billeder taget på picoinjection stedet viser, at elektrificering af picoinjection væske er nok til at udløse injektion (figur 2). Det injicerede volumen kan styres ved at modulere amplituden af ​​den påtrykte spænding, med højere spændinger giver mulighed for større mængder injektion. Vi plot injektionsvolumen versus størrelsen af den påtrykte spænding til tre repræsentative molariteter injektion væske i (figur 3). For at demonstrere den hastighed vores m...

Watch this Scientific Journal Video about Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes at JoVE.com

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Vi har udviklet en teknik til picoinjecting mikrofluide dråber, der ikke kræver metalelektroder. Som sådan udstyr, som indeholder vores teknik er enklere at fremstille og bruge.

Picoinjection af Mikrofluid Drops Uden metalelektroderne

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Fabrikation og Test af Mikrofluidenheder optomekaniske oscillatorer

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

Ultralyd Velocity Måling i en Liquid Metal Elektrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Iridium Oxide-reduced Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modified Screen-printed Electrodes as Disposable Electrochemical Paper Microfluidic pH Sensors

Iridium Oxide-reducerede Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modified Screen-trykt Elektroder som Engangs Elektrokemisk Papir Mikrofluid pH sensorer

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

Viden Baseret Cloud FE Simulering af Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

In Situ Syntese af Gold Nanopartikler uden Sammenlægning i mellemlaget Space of Layered titanat Gennemsigtige Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

Elektrospinning af fotokatalytiske elektroder til farvesensibiliserede solceller

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

Scalable Solution-Processed Fabrication Strategi for High Performance, Fleksibel, Transparent Elektroder med Embedded Metal Mesh

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

Vækst og elektrostatisk/kemiske egenskaber af Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Fabrikation af Superhydrophobic Metal overflader for anti-Icing applikationer

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

Sammenvoksede glødetrådens fabrikation (FFF) af Metal-keramisk komponenter

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...