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 arbeidet ble støttet av Institutt for bioteknologi og Terapeutiske fag ved UCSF, California Institute for kvantitativ biovitenskap (QB3), og Bridging the Gap Award fra Rogers Family Foundation.

En. Design Enhets Mål og Topologier Basert på Experimental Trenger hjelp Computer Aided Design (CAD) programvare Merk: Valg emulsjon kanaldiameter som er mindre enn de av de kuleformede dråper. Dette tvinger dråper inn i et sylindrisk eller &quot;pølse&quot;-form, og sørger for mer effektiv picoinjection. For vårt formål, har vi designet 30 x 30 mikrometer kanaler for dråper som var 50 mikrometer i diameter. <ol><li> Model picoinjection side (r) etter de som er beskrevet av Abate ...

<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 mellom injeksjonsvolum, og spenningen er avhengig av mange faktorer, inkludert enhet dimensjoner, lengde av produksjonsrøret som bærer picoinjection fluid til enheten, molaritet av picoinjection fluid, og hastigheten av dråpene når de passerer de injektor. Av denne grunn anbefaler vi at volumet / spenningsforhold karakteriseres før hver kjøring av picoinjection ved å måle injeksjonsvolum på kantene av arbeids utvalgene av spenning og molariteten. I tillegg, ved høyere spenninger og injeksjonsfluid mo...

I dråpebasert MicroFluidics blir mikron skala vandige dråper som brukes som &quot;test&quot;-rør for biologiske reaksjoner. Fordelen å utføre reaksjoner i de små dråper er at hver dråpe bruker bare noen få pl av reagenser, og med MicroFluidics, kan dråpene bli dannet og behandles på kilohertz priser en. Sammen har disse egenskaper tillater millioner av reaksjoner med de enkelte celler, nukleinsyre-molekyler, eller forbindelser som skal utføres i løpet av noen minutter med pl av totalmaterialet. Slik bruker dråper for slike programmer, er teknikker som trengs for å legge kontrollerte mengder reagenser til dråpene; slike operasjoner er analoge til pipettering i reagensglass. En metode for å oppnå dette er elektrokoalescens, karakterisert ved at en dråpe av reagens slås sammen med målet fallet ved å påføre et elektrisk felt. Den elektriske feltet forstyrrer arrangement av overflateaktive molekyler på grensesnittene av dråpene, inducing en tynn-film ustabilitet og utløser koalesens i emulsjoner som er ellers stabil to. Elektrisk indusert sammenslåing er også utnyttes ved utformingen av picoinjector, en enhet som injiserer reagenser inn i dråper som de strømmer forbi en trykk kanal 3. For å anvende det elektriske felt, picoinjector anordninger anvender metallelektroder, men integrering av metallelektroder i microfluidic brikker er det ofte et komplisert og utsatt for feil prosess som den væske-lodde ledninger er lett kompromittert av luftbobler eller støv og annet rusk i kanalen , samt brudd fra stresset eller bøyd under oppsett enhet. Her presenteres en fremgangsmåte for å utføre picoinjection uten anvendelse av metallelektroder, noe som gjør fremstillingen enklere og mer robust. For å utløse picoinjection, vi i stedet bruke seg selv injeksjonsvæske som en elektrode, siden de fleste biologiske reagenser inneholder oppløste elektrolytter og er ledende. Vi legger også til et &quot;Faraday Moat &quot;for å skjerme sensitive områder av enheten og fungere som en universell bakken (Figur 1). Den vollgrav elektrisk isolerer dråpene oppstrøms av picoinjection området ved å tilby et bakken, hindrer utilsiktet dråpe fusjonen. En ekstra fordel med vår teknikk er at volum injisert i dråpene er avhengig av størrelsen av den påtrykte spenning, slik at den kan justeres ved å justere den påtrykte signal. Vi dikte våre enheter i poly (dimethylsiloxane) (PDMS) ved hjelp av myke fotolitografiske teknikker 4,5. Vår tilnærming er kompatibel med enheter fabrikkert i andre materialer, som harpiks, plast og epoxy. Kanalene har høyder og bredder på 30 mikrometer, som er optimal for å arbeide med små dråper 50 mikrometer i diameter (65 pl). Vi introduserer reagenser via polyethelene tubing (0.3/1.09 mm indre / ytre diameter) settes inn portene som er opprettet i løpet av enheten fabrikasjon med 0,50 mm biopsi slag, ligner metoder descrIbed tidligere fem. Den nøyaktige sammensetningen av injeksjonsvæske avhenger av den spesifikke applikasjonen. Væsken trenger kun inneholder oppløste elektrolytter ved konsentrasjoner høye nok til å gi tilstrekkelig ledningsevne for det elektriske signalet for å bli overført til picoinjector. I benken testing, har vi funnet at konsentrasjoner større enn ioniske 10 mM bør være tilstrekkelig til 6, selv om denne verdien og væskeledningsevnen er avhengig av de spesifikke dimensjoner og størrelsen av den påtrykte spenning for enheten.

<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 for picoinjecting reagenser inn microfluidic dråper krever metall elektroder integrert i microfluidic chip. Integreringen av disse elektrodene legger tungvinte og utsatt for feil skritt til enheten fabrikasjon prosessen. Vi har utviklet en teknikk som unngår behovet for metall elektroder under picoinjection. I stedet bruker den i seg selv injeksjonsfluid som en elektrode, siden de fleste biologiske reagenser inneholder oppløste elektrolytter, og er elektrisk ledende. Ved å eliminere elektrodene, reduserer vi enheten fabrikasjon tid og kompleksitet, og gjøre de enheter mer robust. I tillegg, med vår tilnærming, injeksjonsvolumet er avhengig av spenningen som påføres picoinjection løsning; Dette gir oss mulighet til å raskt justere volumet injiseres ved å modulere spenningen. Vi viser at vår teknikk er kompatibel med reagenser inneholdende vanlige biologiske forbindelser, inkludert buffere, enzymer og nukleinsyrer.

Mikroskopiske bilder tatt på picoinjection nettstedet viser at elektrifisering av picoinjection væske er nok til å utløse injeksjon (figur 2). Det injiserte volum kan reguleres ved å modulere amplituden av den påtrykte spenning, med høyere spenninger muliggjør høyere injeksjonsvolumer. Vi plotte injeksjonsvolum sammenlignet med størrelsen av det påtrykte spenning for tre representative molarities av injeksjonsvæske i (fig. 3). For å demonstrere den hastighet vår metode, vi...

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 utviklet en teknikk for picoinjecting microfluidic dråper som ikke krever metall elektroder. Som sådan, utstyr som inneholder vår teknikk er enklere å fremstille og å bruke.

Picoinjection av Microfluidic Drops Uten metall elektroder

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

Fabrikasjon og testing av Microfluidic 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 hastighetsmåling i en flytende metallelektrode

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

Iridiumoksid-redusert Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modifiserte Screen-trykte elektroder som disponibel Elektrokjemisk papir microfluidic 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

Kunnskap Basert Cloud FE Simulering av metall forming Prosesser

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

I Situ Syntese av gull nanopartikler uten Aggregation i folien Space of Layered titanate transparente filmer

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 av fotokatalytiske elektroder for fargesensibiliserte 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

Skalerbar løsning-behandlet Fabrication Strategy for High-Performance, Fleksibel, Transparent Elektroder med innebygd 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

Vekst og elektrostatiske/kjemiske egenskaper av metall/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

Fabrikasjon av Superhydrophobic metallflater for anti-glasur programmer

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

Smeltet Filament fabrikasjon (FFF) av metall 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 ...