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

Detta arbete stöddes av Institutionen för Bioteknik och Terapeutiska vetenskap vid UCSF, California Institute för Kvantitativa Biosciences (QB3), och överbrygga klyftan Award från Rogers Family Foundation.

1. Design Enhets Mått och topologier som bygger på experimentella behov Använda Computer Aided Design (CAD) programvara Obs: Välj emulsionskanaldiameter mindre än de sfäriska droppar. Detta tvingar dropparna i en cylindrisk eller &quot;korv&quot; form och möjliggör en effektivare picoinjection. För våra syften, utformade vi 30 x 30 ìm kanaler för droppar som var 50 mikrometer i diameter. <ol><li> Modell picoinjection ställe (n) efter de beskrivna av 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>

Förhållandet mellan injektionsvolym och pålagd spänning är beroende av många faktorer, inklusive enhetsdimensioner, slangens längd uppbär picoinjection fluid till enheten molaritet picoinjection fluidum och hastigheten hos de små dropparna när de passerar de injektor. Därför rekommenderar vi att volymen / spänningsförhållande karakteriseras före varje körning av picoinjection genom att mäta injektionsvolymer vid kanterna av arbets serier av spänning och molaritet. Dessutom vid högre spänningar och i...

I droppBaserade mikrofluidik, är micron skala vattendroppar som &quot;provrör&quot; för biologiska reaktioner. Fördelen med att utföra reaktioner i de små dropparna är att varje droppe använder bara ett fåtal pl av reagens och, med mikrofluidik, kan dropparna formas och bearbetas vid kilohertz priser 1. Tillsammans har dessa egenskaper tillåter miljontals reaktioner med individuella celler, nukleinsyramolekyler, eller föreningar som skall utföras i en fråga om minuter med pl av totala materialet. För att använda droppar för tillämpningar som dessa, är tekniker som behövs för att lägga kontrollerade volymer av reagens till dropparna; sådan verksamhet är analoga med pipettering i provrör. En metod för att åstadkomma detta är electrocoalescence, varvid en droppe av reagens slås samman med målet droppe genom att applicera ett elektriskt fält. Det elektriska fältet stör arrangemanget av ytaktiva molekyler på gränssnitten i dropparna, inducing en tunnfilms instabilitet och utlösa sammansmältning i emulsioner som i övrigt är stabil 2. Elektriskt inducerad sammansmältning utnyttjas också vid utformningen av den picoinjector, en anordning som sprutar in reagens in i dropparna när de strömmar förbi en trycksatt kanal 3. För att tillämpa det elektriska fältet, picoinjector anordningar utnyttjar metallelektroder, men integrering av metallelektroder i microfluidic chips är ofta en komplex och felbenägen process som flytlödningstrådar är lätt äventyras av luftbubblor eller damm och annat skräp i kanalen samt frakturer från stressen eller böjning under Enhetsinställningar. Här presenterar vi en metod för att utföra picoinjection utan användning av metallelektroderna, vilket gör tillverkningen enklare och mer robust. För att utlösa picoinjection, istället använder vi injektionsvätskan sig som en elektrod, eftersom de flesta biologiska reagenser innehåller upplösta elektrolyter och är ledande. Vi lägger också en &quot;Faraday Moat &quot;för att skydda känsliga delar av anordningen och fungera som en universell marken (Figur 1). The vallgrav isolerar elektriskt dropparna uppströms om picoinjection plats genom att tillhandahålla en grund, vilket förhindrar oavsiktlig dropp fusion. En extra fördel med vår teknik är att volym injicerades i dropparna beror på storleken av den pålagda spänningen, så att det kan justeras genom att trimma den pålagda signalen. Vi tillverka våra enheter i poly (dimetylsiloxan) (PDMS) med mjuka fotolitografiska tekniker 4,5. Vår strategi är kompatibel med enheter som tillverkas i andra material, såsom plaster, plast och epoxi. Kanalerna har höjder och bredder av 30 | im, som är optimala för att arbeta med droppar 50 ^ m i diameter (65 pl). Vi introducerar reagenser via polyethelene slang (0.3/1.09 mm inner / ytterdiameter) in i hamnar som skapats under Komponentframställning med 0.50 mm biopsi slag, liknande metoder described tidigare 5. Den exakta sammansättningen av injektionsvätskan är beroende av den specifika tillämpningen. Vätskan behöver endast innehålla upplösta elektrolyter vid koncentrationer som är tillräckligt höga för att ge tillräcklig ledningsförmåga för den elektriska signal som skall sändas till picoinjector. I bänktester, har vi funnit att joniska högre koncentrationer än 10 mM borde räcka 6, även om detta värde och vätske konduktivitet beror på de specifika enhets dimensionerna och storleken på den pålagda spänningen.

<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

Befintliga metoder för picoinjecting reagenser i mikroflödes droppar kräver metallelektroder integrerade i mikroflödessystem chip. Integrationen av dessa elektroder lägger omständliga och felbenägna steg till enheten tillverkningsprocessen. Vi har utvecklat en teknik som undanröjer behovet av metallelektroder under picoinjection. Istället använder man injektionsvätskan sig som en elektrod, eftersom de flesta biologiska reagenser innehåller upplösta elektrolyter och är ledande. Genom att eliminera elektroderna minskar vi Komponentframställning tid och komplexitet, och göra enheterna mer robusta. Dessutom, med vår strategi, injektionsvolym beror på den spänning som appliceras på picoinjection lösning; detta gör det möjligt för oss att snabbt justera volymen injicerades genom att modulera den pålagda spänningen. Vi visar att vår metod är kompatibel med reagens som innehåller gemensamma biologiska föreningar, innefattande buffertar, enzymer och nukleinsyror.

Mikroskopiska bilder tas på picoinjection platsen visar att elektrifiering av picoinjection vätskan är tillräckligt för att utlösa injektion (Figur 2). Den injicerade volymen kan styras genom modulering av amplituden hos den pålagda spänningen, varvid högre spänningar som möjliggör högre volymer injektion. Vi plotta injektionsvolym kontra storleken på den pålagda spänningen för tre representativa molariteter av injektionsvätska i (Figur 3). För att påvisa den hastigh...

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 utvecklat en teknik för picoinjecting mikroflödes droppar som inte kräver metallelektroder. Som sådana utrustningar med vår teknik är enklare att tillverka och att använda.

Picoinjection av mikroflödes Drops Utan metallelektroder

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

Tillverkning och testning av Microfluidic optomechanical 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

Ultraljud Velocity Mätning i en flytande metallelektrod

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

Iridiumoxid reducerade grafenoxid Nanohybrid Thin Film Modifierade screentryckta elektroder som engångsElektro Paper Mikroflödes 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

Kunskapsbaserad Cloud FE Simulering av plåtformningsprocesser

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 Syntes av guld nanopartiklar utan aggregering i mellanskiktet Space of Layered Titanate transparenta 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

Elektrospinnning av fotokatalytiska elektroder för färgkänsliga 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

Skalbar lösning-bearbetad tillverkningsstrategi för högpresterande, flexibla, transparenta elektroder med inbyggd metallmask

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

Tillväxt och elektrostatisk och kemiska egenskaper av metall/LaAlO3/SrTiO3 Halvledareheterostructures

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

Tillverkning av superhydrofobt metallytor för förhindra isbildning 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

Smält glödtråden Fabrication (FFF) av metall-keramiska komponenter

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