Name: picoinjection of microfluidic drops without metal electrodes
Uploaded: 2014-04-18T18:00:00
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この作品は、定量的な生命科学のカリフォルニア大学（QB3）、UCSFの生物工学および治療科学省によってサポートされており、ロジャースファミリー財団からのギャップ賞を埋めるた。

1。実験に基づく設計デバイスの寸法およびトポロジは、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して、ニーズ注：球形の小滴よりも小さいセレクトエマルジョンチャネル直径。これは円筒形または「ソーセージ」形に液滴を強制し、より効果的なpicoinjectionが可能になります。我々の目的のために、我々は、直径が50ミクロンだった滴のための30×30μmのチャンネル...

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	<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>

注入量と印加電圧との関係は、彼らが通過するインジェクタデバイスの寸法、picoinjection流体装置、モル濃度にpicoinjection流体を運ぶチューブの長さ、液滴の速度を含む多くの要因に依存する。このような理由のために我々は、ボリューム/電圧関係は、電圧およびモル濃度の作業範囲の縁で注入量を測定することにより、picoinjectionの各実行の前に特徴づけられることをお勧めします。さらに、...

液滴ベースのマイクロ流体工学において、ミクロンスケールの水性液滴は、生物学的反応のための「試験管」として使用される。微細液滴で反応を行うことの利点は、各液滴が試薬のわずかpIを使用して、マイクロフルイディクスと、液滴が形成することができ、1キロヘルツ速度で処理することである。合わせた、これらの特性は、個々の細胞、核酸分子、または全材料のμlで分のうちに実行される化合物との反応の数百万を可能にする。 このようなアプリケーションのためのドロップを使用するには、技術が低下するための試薬の制御されたボリュームを追加するために必要とされる。このような動作は、試験管にピペッティングに類似している。これを達成するための一つの方法は、試薬の液滴が電場を印加することにより、ターゲットドロップとマージされるelectrocoalescenceある。電界は、液滴のインターフェイス上で界面活性剤分子の配列を乱す、IND薄膜の不安定性をucingと2以外の場合安定しているエマルジ ​​ョンで合体をトリガする。電気的に誘発されたマージはまたpicoinjector、これらは加圧されたチャネル3を通過して流れるように滴に試薬を注入する装置の設計に利用される。電界を印加する、picoinjectorデバイスは、金属電極を利用するが、液体ハンダワイヤを容易チャネル内の気泡や埃、ゴミ等により損なわれているように、マイクロ流体チップに金属電極の統合は、しばしば複雑でエラーが発生しやすいプロセスであるだけでなく、ストレスから骨折やデバイスのセットアップ中に曲げ。 ここでは、製造が簡単でよりロバストに、金属電極を使用することなくpicoinjectionを実行するための方法を提示する。ほとんどの生物学的試薬を溶解し、電解質が含まれており、導電性であるため、picoinjectionをトリガするために、我々はその代わりに、電極としての注射液そのものを使用しています。我々はまた、「ファラデーモアを追加ユニバーサルグランド（ 図1）のようなデバイスと行為の敏感な領域を遮蔽するt」は。堀は、電気的に、地面を提供し、意図しない液滴の合併を阻止することによりpicoinjection部位の上流の液滴を分離します。私たちの技術の付加的な利点がある液滴内に注入体積は、印加された信号を調整することによって調整することができるように、印加電圧の大きさに依存する。 我々はソフトのフォトリソグラフィ技術を4,5を使用してポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）で私たちのデバイスを製造する。我々のアプローチは樹脂、プラスチック、エポキシのような、他の材料で作製されたデバイスと互換性があります。チャンネルは、直径の小滴は50μm（65 PL）での作業に最適な30ミクロンの高さと幅を持っている。私たちは、0.50ミリメートルのメソッドの事項仕様と同様の生検パンチを持つデバイスの製造時に作成されたポートに挿入polyetheleneチューブ（0.3/1.09 mmの外/内径）を介して試薬を導入以前に5アイベッド。注入流体の正確な構成は特定の用途に依存する。流体はpicoinjectorに送信する電気信号のための十分な導電性をもたらすのに十分に高い濃度で溶解した電解質を含有するだけでよい。ベンチテストでは、この値は、流体の導電率は、特定のデバイス寸法および印加電圧の大きさに依存するのに10 mMよりも大きいイオン濃度は、6十分であることを見出した。

<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

マイクロ流体液滴に試薬をpicoinjectingするための既存の方法は、マイクロ流体チップに統合された金属電極を必要とする。これらの電極の統合は、デバイス製造プロセスに面倒で間違いを起こしやすいステップを追加する。我々はpicoinjection中に金属電極のための必要性を不要にする技術を開発した。ほとんどの生物学的試薬が溶解し、電解質を含有し、導電性であるので、その代わりに、それは、電極として注入流体自体を使用する。電極を排除することによって、我々は、デバイス製造時間および複雑さを低減し、装置をより堅牢にする。また、我々のアプローチで、注入量はpicoinjection溶液に印加される電圧に依存する;これは、私たちは急速に印加される電圧を変調することにより、注入量を調整することができます。当社は、当社の技術は、緩衝液、酵素、および核酸を含む一般的な生物学的化合物を組み込んだ試薬と互換性があることを実証している。

顕微鏡画像はpicoinjection流体の電化は、注射（ 図2）をトリガするのに十分であることをpicoinjectionサイトショーで撮影。注入量は、より高い注入量を可能にするより高い電圧が、印加電圧の振幅を変調することによって制御することができる。我々は、（ 図3）内の注入流体の3つの代表的なモル濃度のために印加される電圧の大きさに対して注入体積をプロットする?...

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Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

我々は、金属電極を必要としないマイクロ流体滴をpicoinjectingする技術を開発した。このように、私たちの技術を取り入れたデバイスが作製し使用する方が簡単です。

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

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