وأيد هذا العمل من قبل وزارة العلوم والهندسة الحيوية العلاجية في سان فرانسيسكو، ومعهد كاليفورنيا للالكمي العلوم البيولوجية (QB3)، وجائزة سد الفجوة من مؤسسة روجرز الأسرة.

1. تصميم الأبعاد جهاز وطبولوجيات بناء على احتياجات التجريبية باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) البرمجيات ملاحظة: حدد أقطار قناة مستحلب أصغر من تلك التي من قطرات كروية. هذا يفرض على قطرات إلى أسطواني أو &quot;السجق&quot; الشكل ويسمح للpicoinjection أكثر فعالية. لأغراضنا، قمنا بتصميم 30 × 30 ميكرون قنوات للقطرات التي كانت 50 ميكرون في القطر. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نموذج موقع picoinjection (ق) بعد تلك التي وصفها أباتي وآخرون. 3 باستثناء أن تتم إزالة قنوات لالأقطاب المعدنية، كما أنها ليست ضرورية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة قنوات لتكون بمثابة فاراداي الخندق المائي (الشكل 1) التي تعمل بين موقع picoinjection (ق) ومستحلب المنبع بحيث يحجب قطرات من الحقل الكهربائي. ملاحظة: هذا يمنع دمج غير مقصودة. </li></ol> 2. الأجهزة عن طريق افتعال لينة Photolithتقنيات ographic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء قناع الشفافية ضوئيه استنادا إلى ملف CAD باستخدام الخدمات التجارية القائمة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مع الضوئية، وعلاج مقاوم الضوء على رقائق السيليكون لإنتاج الماجستير الجهاز، كما هو موضح سابقا 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب PDMS مختلطة مع وكيل المعالجة (نسبة 11:1) على الجهاز الرئيسي الوارد في طبق بتري 5 سم البوليسترين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع رئيسية مع PDMS في مجفف الفراغ لنحو 15 دقيقة لإزالة أي فقاعات الهواء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> علاج الجهاز PDMS عن طريق وضعها في الفرن 95 درجة مئوية لمدة 1 ساعة. بدلا من ذلك، فإن PDMS علاج في RT بعد 24 ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الجهاز عن طريق خفض حول محيط بشفرة الجراحية وتقشير بعناية الجهاز من سيد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لكمة مدخل ومخرج الثقوب في PDMS باستخدام 0.5 ملم خزعة لكمة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السندات الجهاز إلى شريحة المجهر والزجاج باستخدام بوندر البلازما 4. </li></ol> 3. إعداد وضغط الهواءمضخة السيطرة للضغط على خزان يحتوى على السوائل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعديل الناتج المضخة بحيث أن مخارج الهواء المضغوط من خلال طول 2.7 مم القطر الداخلي أنابيب البولي ايثيلين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء عليه بحيث ينهي الأنبوب في حقنة غيض بالتركيبة القفل عن طريق تركيب لمعة خلال الحلمة على الجزء الخلفي من قفل بالتركيبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ختم عن طريق ملء الفراغ بين المواضيع بالتركيبة للانغلاق وأنابيب الايبوكسي مع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق إبرة G 27.5. </li></ol> 4. إعداد Monodisperse مستحلب مائي (ماء في زيت) القطرات المعلقة في خامل المفلورة الناقل للنفط مع 2٪ (وزن / وزن) المذاب حيويا السطحي 7 الكواشف المحددة الواردة في هذه قطرات تعتمد على التطبيق <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استعدادا لإعادة حقن، تحميل مستحلب إلى حقنة 1 مل مع إبرة G 27.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين حقنة في ضخ حقنة وتوجيه مضخة عموديا (إبرة التصاعدي). مذكرة: هذا التوجه يؤدي إلى حزمة قطرات في طبقة فوق الناقل للنفط. عند بدء تشغيل المضخة، وسيتم دفع قطرات من حقنة في ارتفاع حجم جزء من طبقة النفط تحتها. </li></ol> 5. إعداد الكواشف لمقدمة لرقاقة ميكروفلويديك <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لكمة ثلاثة ثقوب 0.5 ملم إلى الحد الأقصى من أجهزة الطرد المركزي أنبوب 15 مل (أي سوف حاوية مع غطاء المسمار يكفي) باستخدام لكمة خزعة، إبرة، أو الحفر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج 0.5 ملم قطر السلك الكهربائي وسم طول ~ 20 من PE-2 الأنابيب من خلال اثنين من الثقوب بحيث تصل إلى الجزء السفلي من الأنبوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في حفرة المتبقية، والخيط و~ 2.5 سم من سم طول ~ 20 من PE أنابيب من النوع الذي ستقع فوق مستوى السوائل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ختم أي ثغرات في الجزء العلوي من الغطاء مع الايبوكسي UV الشفاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء الأنبوب مع السائل picoinjection والمسمار على الغطاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وصل الناتج من مضخة ضبط ضغط الهواء إلى طول أقصر من الأنابيب عن طريق إدراججي الإبرة في التجويف. الإبرة يجب أن تناسب بشكل مريح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء حقنة 1 مل مع 1 M كلوريد الصوديوم ليكون بمثابة الخندق المائي فاراداي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل G إبرة 27.5 وتأمين حقنة في ضخ حقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء حقنة 1 مل أخرى مع الناقل للنفط / الفاصل، توصيل G إبرة 27.5، وضمان الحصول عليها في ضخ حقنة. </li></ol> 6. إعداد جهاز ميكروفلويديك لPicoinjection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل أنابيب الإخراج (أطول مدة) من حقن السوائل الحاوية إلى ميناء مدخل السائل picoinjection على رقاقة ميكروفلويديك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الاتصال حقنة تحتوي على 1 M كلوريد الصوديوم إلى مدخل الميناء لفاراداي الخندق المائي على رقاقة ميكروفلويديك بطول PE أنابيب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الاتصال حقنة تحتوي على الناقل للنفط إلى ميناء مدخل للرقاقة ميكروفلويديك بطول PE أنابيب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج PE أنابيب إلى ميناء منفذ مستحلب على رقاقة ميكروفلويديك. الأنابيب يجب أن تنتهي في وعاء جمع مستحلب، ولاماللي أنبوب الطرد المركزي 1.5 مل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج PE أنابيب إلى ميناء منفذ لفاراداي الخندق المائي على رقاقة ميكروفلويديك. الأنابيب يجب أن تنتهي في غير إجراء والحاويات معزولة كهربائيا لمنع حدوث ماس كهربائي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط مخرجات عالية الجهد (HV) مكبر للصوت عبر مقطع التمساح إلى القطب المعدنية المغمورة في السائل picoinjection. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل القطب الأرضي من مكبر للصوت HV عبر مقطع التمساح لهذا المعدن من إبرة حقنة تحتوي على 1 M كلوريد الصوديوم. </li></ol> 7. الكواشف صب في ميكروفلويديك رقاقة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعرض 1 M كلوريد الصوديوم (فاراداي الخندق المائي) إلى الجهاز بمعدل 100 ميكرولتر / ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدخال مستحلب الحبرية والناقل للنفط بأسعار مناسبة للأبعاد الجهاز. لدينا جهاز عرض، ونحن نقدم وقطرات النفط عند 200 و 400 ميكرولتر / ساعة، على التوالي. ينبغي على معدلات تدفق قطرات تسمح لتمرير picoinjector على فترات منتظمة يفصلقبل وجود فجوة من الناقل للنفط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الضغوط التي مورست على السائل picoinjection مثل أن ضغط السائل في فوهة picoinjection هو في حالة توازن الميكانيكية مع قناة الحبرية. ملاحظة: في هذا الضغط (ضغط لابلاس)، ينبغي حقن السائل انتفاخ في القناة دون قطرة في مهدها قبالة وتشكيل قطرات الخاصة بها (الشكل 2). في هذه معدلات تدفق المذكورة أعلاه، ونحن نطبق ضغط ~ 13 رطل إلى السائل حقن لتحقيق التوازن في موقع الحقن. </li></ol> 8. تبدأ Picoinjection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كما قطرات تمرير فوهة الحقن، وتطبيق 0-10 V، 10 كيلو هرتز، تضخيم إشارة AC 1،000 العاشر من HV-مكبر للصوت (الشكل 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعدل حجم الحقن عن طريق تغيير السعة من الجهد تطبيقها. ملاحظة: يجب أن الفولتية العالي تسمح لمزيد من السوائل لتكون على قدم قطرات. في تجاربنا، نلاحظ حقن مستقرة وثابتة في الفولتية تكونبني 100 و 3،000 V باستخدام حلول حقن كلوريد الصوديوم تتراوح 10-500 مم (الشكل 4). </li></ol>

<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>

نحن لا نفهم تماما الآلية الفيزيائية الدقيقة وراء العلاقة بين الجهد المطبق وحجم الحقن لوحظ في تجاربنا. مصالح المختبر ومجالات الخبرة ذات الصلة ليست مناسبة تماما لمتابعة هذه المسألة العالقة. نحن نشجع تلك مع أكثر فطنة الفيزياء والهندسة لاستكشاف هذه الظاهرة.

العلاقة بين حجم الحقن والجهد تطبيقها يعتمد على العديد من العوامل بما في ذلك أبعاد الجهاز، وطول الأنبوب تحمل السوائل picoinjection إلى الجهاز، المولية من السوائل picoinjection، وسرعة قطرات لأنها تمر أنهم حاقن. لهذا السبب نحن نوصي بأن تتسم العلاقة حجم / الجهد قبل كل شوط من picoinjection ع...

في على microfluidics القائم على الحبرية، وتستخدم قطرات مائي ميكرون النطاق باسم &quot;أنابيب اختبار&quot; لردود الفعل البيولوجية. ميزة لأداء ردود الفعل في قطرات صغيرة هو أن كل قطرة يستخدم سوى عدد قليل من رر الكاشف، ومع على microfluidics، قطرات يمكن تشكيلها ومعالجتها في معدلات كيلوهيرتز 1. مجتمعة، هذه الخصائص تسمح لملايين من التفاعلات مع الخلايا الفردية، جزيئات الحمض النووي، أو مركبات التي يتعين القيام بها في غضون دقيقة مع ميكرولتر من إجمالي المواد. لاستخدام قطرات للتطبيقات مثل هذه، وهناك حاجة إلى تقنيات لإضافة وحدات التخزين التي تسيطر عليها من الكواشف إلى قطرات؛ هذه العمليات هي مماثلة لpipetting لفي أنابيب الاختبار. طريقة واحدة لتحقيق هذا هو electrocoalescence، حيث يتم دمج قطرة من كاشف مع انخفاض الهدف من خلال تطبيق مجال كهربائي. الحقل الكهربائي يعطل ترتيب الجزيئات بالسطح على واجهات من قطرات، الهندucing عدم الاستقرار الأغشية الرقيقة وتسبب في التحام المستحلبات التي هي على خلاف ذلك مستقر 2. يتم استغلالها دمج يسببها كهربائيا أيضا في تصميم picoinjector، وهو الجهاز الذي يضخ الكواشف إلى قطرات لأنها تتدفق الماضي قناة الضغط 3. لتطبيق الحقل الكهربائي، وأجهزة picoinjector استخدام أقطاب معدنية، ولكن التكامل بين الأقطاب المعدنية في رقائق ميكروفلويديك وغالبا ما يكون عملية معقدة وعرضة للخطأ كما هي خطر الأسلاك السائل جندى بسهولة عن طريق فقاعات الهواء أو الغبار وغيرها من الحطام في القناة ، فضلا عن كسور من الإجهاد أو الانحناء أثناء الإعداد الجهاز. ونحن هنا نقدم وسيلة لأداء picoinjection دون استخدام أقطاب معدنية، مما يجعل تصنيع أبسط وأكثر قوة. لتحريك picoinjection، ونحن بدلا من استخدام السائل حقن نفسها باعتبارها القطب، لأن معظم الكواشف البيولوجية تحتوي على الشوارد الذائبة وغير موصل. نحن أيضا إضافة &quot;فاراداي موار &quot;لحماية المناطق الحساسة من الجهاز ويكون بمثابة الأرض العالمي (الشكل 1). يعزل خندق كهربائيا قطرات المنبع للموقع picoinjection من خلال توفير الأرض، ومنع غير مقصودة الحبرية الاندماج. والفائدة المضافة من أسلوبنا هو أن حجم حقنها في قطرات يعتمد على حجم الجهد تطبيقها، والسماح لها أن تعدل عن طريق ضبط إشارة تطبيقها. نبتدع أجهزتنا في بولي (dimethylsiloxane) (PDMS) باستخدام تقنيات الطباعة بصفائح معدة ضوئيا لينة 4،5. نهجنا هو متوافق مع الأجهزة ملفقة في مواد أخرى، مثل الراتنجات والبلاستيك وإيبوكسى. قنوات لديها آفاق وبعرض من 30 ميكرون، والتي هي الأمثل للعمل مع قطرات 50 ميكرومتر في القطر (65 رر). ونحن نقدم الكواشف عبر أنابيب بولييثيليني (0.3/1.09 مم القطر الداخلي / الخارجي) إدراجها في الموانئ التي تم إنشاؤها أثناء تصنيع الجهاز مع 0.50 ملم اللكمات خزعة، على غرار أساليب described سابقا 5. ماكياج الدقيق للحقن السوائل يعتمد على تطبيق معين. السائل بحاجة تحتوي على الشوارد الذائبة بتركيزات عالية بما يكفي لانتاج ما يكفي من الموصلية الكهربائية للإشارة إلى أن تنتقل إلى picoinjector فقط. في اختبار مقاعد البدلاء، وجدنا أن تركيزات أيونية أكبر من 10 ملم 6 ينبغي أن يكون كافيا، على الرغم من هذه القيمة والتوصيلات السائل تعتمد على أبعاد جهاز معين وحجم الجهد المطبق.

<table><tbody><tr><td>1 ml Luer-Lok&amp;trade; syringes</td><td>BD Medical</td><td>309628</td><td></td></tr><tr><td>LocTite UV-cured adhesive</td><td>Henkel</td><td>35241</td><td></td></tr><tr><td>PE-2 tubing</td><td>Scientific Commodities</td><td>BB31695-PE/2</td><td></td></tr><tr><td>Novec HFE-7500</td><td>3M</td><td>98-0212-2928-5</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>1.5 ml centrifuge tubes</td><td>Eppendorf</td><td>22363531</td><td></td></tr><tr><td>BD Falcon 15 ml tube</td><td>BD Biosciences</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>Air pressure control pump</td><td>Control Air Inc.</td><td></td><td>We recommend one under the control of DAQ and control software</td></tr><tr><td>Syringe pumps</td><td>New Era</td><td></td><td>Must be capable of holding 1 ml syringes and flowing at rates as low as 100 &amp;#956;l/hr</td></tr><tr><td>HV-amplfier</td><td></td><td></td><td>Must be capable of 1,000x amplification of signals between 0.01 and 10 V</td></tr><tr><td>Plasma bonder/cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3&amp;rdquo; silicon wafers</td><td>Sigma Aldrich</td><td>647535</td><td></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>Sylgard 184 with curing agent should be included</td></tr><tr><td>SU-8 photoresist</td><td>MicroChem</td><td></td><td>Viscocity depends on device dimensions</td></tr></tbody></table>

picoinjection of microfluidic drops without metal electrodes

الأساليب القائمة لpicoinjecting الكواشف إلى قطرات ميكروفلويديك تتطلب أقطاب معدنية دمجها في رقاقة ميكروفلويديك. دمج هذه الأقطاب يضيف خطوات مرهقة وعرضة للخطأ في عملية تصنيع الجهاز. قمنا بتطوير تقنية يغني عن احتياجات الأقطاب المعدنية خلال picoinjection. بدلا من ذلك، فإنه يستخدم السائل حقن نفسها باعتبارها القطب، لأن معظم الكواشف البيولوجية تحتوي على الشوارد الذائبة وغير موصل. من خلال القضاء على الأقطاب، ونحن لحد الساعة الجهاز تلفيق والتعقيد، وجعل الأجهزة أكثر قوة. بالإضافة إلى ذلك، مع نهجنا، وحجم الحقن يعتمد على الجهد المطبق على حل picoinjection؛ وهذا يسمح لنا بسرعة لضبط حجم حقن عن طريق تحوير الجهد المطبق. علينا أن نظهر أن لدينا تقنية متوافق مع الكواشف دمج المركبات البيولوجية المشتركة، بما في ذلك مخازن، والإنزيمات، والأحماض النووية.

الصور المجهرية التي اتخذت في موقع المعرض picoinjection أن كهربة السائل picoinjection ما يكفي لتحريك حقن (الشكل 2). يمكن التحكم في حجم حقن عن طريق تحوير السعة من الجهد تطبيقها، مع ارتفاع الفولتية السماح لكميات الحقن العالي. نحن مؤامرة حجم الحقن مقابل ضخامة الجهد المطبق لمد...

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

Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

قمنا بتطوير تقنية لpicoinjecting قطرات ميكروفلويديك التي لا تتطلب أقطاب معدنية. على هذا النحو، وأجهزة دمج تقنية لدينا هي أبسط لصنع واستخدام.

Picoinjection من قطرات ميكروفلويديك بدون أقطاب معدنية

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

picoinjection-of-microfluidic-drops-without-metal-electrodes

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

11.0K Views.  Unversity of California, San Francisco.  قمنا بتطوير تقنية لpicoinjecting قطرات ميكروفلويديك التي لا تتطلب أقطاب معدنية. على هذا النحو، وأجهزة دمج تقنية لدينا هي أبسط لصنع واستخدام. 

Video: Picoinjection of Microfluidic Drops Without Metal Electrodes

Counting Proteins in Single Cells with Addressable Droplet Microarrays

Often cellular behavior and cellular responses are analyzed at the population level where the responses of many cells are pooled together as an average result masking the rich single cell behavior within a complex population. Single cell protein detection and quantification technologies have made a remarkable impact in recent years. Here we describe a practical and flexible single cell analysis platform based on addressable droplet microarrays. This study describes how the absolute copy numbers of target proteins may be measured with single cell resolution. The tumor suppressor p53 is the most commonly mutated gene in human cancer, with more than 50% of total cancer cases exhibiting a non-healthy p53 expression pattern. The protocol describes steps to create 10 nL droplets within which single human cancer cells are isolated and the copy number of p53 protein is measured with single molecule resolution to precisely determine the variability in expression. The method may be applied to any cell type including primary material to determine the absolute copy number of any target proteins of interest.

Here we present addressable droplet microarrays (ADMs), a droplet array based method able to determine absolute protein abundance in single cells. We demonstrate the capability of ADMs to characterize the heterogeneity in expression of the tumor suppressor protein p53 in a human cancer cell line.

عد البروتينات في الخلايا المفردة مع الحبرية عنونة [ميكروارس]

Often cellular behavior and cellular responses are analyzed at the population level where the responses of many cells are pooled together as an average ...

Cancer Research

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

طرق الكشف عن منصات مضان الحبرية ميكروفلويديك

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

Bioengineering

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; platforms. Often, droplet motion relies on the wetting of a surface, directly associated with the application of an electric field; surface interactions, however, make motion dependent on droplet contents, limiting the breadth of applications of the technique.
Some alternatives have been presented to minimize this dependence. However, they rely on the addition of extra chemical species to the droplet or its surroundings, which could potentially interact with droplet moieties. Addressing this challenge, our group recently developed Field-DW devices to allow the transport of cells and proteins in DMF, without extra additives.
Here, the protocol for device fabrication and operation is provided, including the electronic interface for motion control. We also continue the studies with the devices, showing that multicellular, relatively large, model organisms can also be transported, arguably unaffected by the electric fields required for device operation.

The protocol for fabrication and operation of field dewetting devices (Field-DW) is described, as well as the preliminary studies of the effects of electric fields on droplet contents.

الاستفادة من انخفاض التفاعل الرذاذ على سطح لتحسين نقل Bioanalytes في علم الموائع الدقيق الرقمي

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The chip produces monodisperse aqueous sample droplets in perfluorohexane (PFH). Size and frequency of the aqueous droplets can be varied in the range of 40 to 60 &#181;m and from 90 to 7,000&#160;Hz, respectively. The droplets are ejected from the chip with a second flow of PFH and remain intact during the ejection. A custom-built desolvation system removes the PFH and transports the droplets into the ICPMS. Here, very stable signals with a narrow intensity distribution can be measured, showing the monodispersity of the droplets. We show that the introduction system can be used to quantitatively determine iron in single bovine red blood cells. In the future, the capabilities of the introduction device can easily be extended by the integration of additional microfluidic modules.

We present a discrete droplet sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). It is based on a cheap and disposable microfluidic chip that generates highly monodisperse droplets in a size range of 40&#8722;60 &#181;m at frequencies from 90 to 7,000 Hz.

رقاقة ميكروفلويديك لICPMS مقدمة عينة

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

A Pipette-Tip Based Method for Seeding Cells to Droplet Microfluidic Platforms

Amongst various microfluidic platform designs frequently used for cellular analysis, droplet-microfluidics provides a robust tool for isolating and analyzing cells at the single-cell level by eliminating the influence of external factors on the cellular microenvironment. Encapsulation of cells in droplets is dictated by the Poisson distribution as a function of the number of cells present in each droplet and the average number of cells per volume of droplet. Primary cells, especially immune cells, or clinical specimens can be scarce and loss-less encapsulation of cells remains challenging. In this paper, we present a new methodology that uses pipette-tips to load cells to droplet-based microfluidic devices without the significant loss of cells. With various cell types , we demonstrate efficient cell encapsulation in droplets that closely corresponds to the encapsulation efficiency predicted by the Poisson distribution. Our method ensures loss-less loading of cells to microfluidic platforms and can be easily adapted for downstream single cell analysis, e.g., to decode cellular interactions between different cell types.

This article presents a protocol for seeding scarce population of cells using pipette-tips to droplet microfluidic devices in order to provide higher encapsulation efficiency of cells in droplets.

ماصة-تلميح إلى أسلوب للخلايا البذر لمنصات موائع جزيئية الحبرية

Amongst various microfluidic platform designs frequently used for cellular analysis, droplet-microfluidics provides a robust tool for isolating and ...

High Speed Droplet-based Delivery System for Passive Pumping in Microfluidic Devices

A novel microfluidic system has been developed that uses the phenomenon of passive pumping along with a user controlled droplet based fluid delivery system. Passive pumping is the phenomenon by which surface tension induced pressure differences drive fluid movement in closed channels. The automated fluid delivery system consists of a set of voltage controlled valves with micro-nozzles connected to a fluid reservoir and a control system. These voltage controlled valves offer a volumetrically precise way to deliver fluid droplets to the inlet of a microfluidic device in a high frequency manner. Based on the  dimensions demonstrated in the current study example, the system is capable of flowing 4 milliliters per minute (through a 2.2mm by 260um cross-sectional channel). Based on these same channel dimensions, fluid exchange of a point inside the channel can be achieved in as little as eight milliseconds. It is observed that there is interplay between momentum of the system (imparted by a combination of the droplets created by the valves and the fluid velocity in the channel), and the surface tension of the liquid. Where momentum provides velocity to the fluid flow (or vice-versa), equilibration of surface tension at the inlet provides a sudden stop to any flow. This sudden stop allows the user to control the flow characteristics of the channel and opens the door for a variety of biological applications, ranging anywhere from reagent delivery to drug-cell studies. It is also observed that when nozzles are aimed at the inlet at shallow angles, the droplet momentum can cause additional interesting fluid phenomena, such as mixing of multiple droplets in the inlet.

A novel microfluidic system has been developed using the phenomenon of passive pumping and a user controlled fluid delivery system. This microfluidic system has the potential to be used in a wide variety of biological applications given its low cost, ease of use, volumetric precision, high speed, repeatability and automation.

عالية السرعة نظام تسليم القطرة ومقرها سلبية الضخ في أجهزة ميكروفلويديك

A novel microfluidic system has been developed that uses the phenomenon of passive pumping along with a user controlled droplet based fluid delivery ...

Biology

Aqueous Droplets Used as Enzymatic Microreactors and Their Electromagnetic Actuation

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In conventional lab-on-a-chip-platforms, solvents and samples are passed through defined microfluidic channels with complex flow control installations. The droplet actuation platform presented here is a promising alternative. With it, it is possible to move a liquid drop (microreactor) on a planar surface of a reaction platform (lab-in-a-drop). The actuation of microreactors on the hydrophobic surface of the platform is based on the use of magnetic forces acting on the outer shell of the liquid drops which is made of a thin layer of superhydrophobic magnetite particles. The hydrophobic surface of the platform is needed to avoid any contact between the liquid core and the surface to allow a smooth movement of the microreactor. On the platform, one or more microreactors with volumes of 10 &#181;L can be positioned and moved simultaneously. The platform itself consists of a 3 x 3 matrix of electrical double coils which accommodate either neodymium or iron cores. The magnetic field gradients are automatically controlled. By variation of the magnetic field gradients, the microreactors' magnetic hydrophobic shell can be manipulated automatically to move the microreactor or open the shell reversibly. Reactions of substrates and corresponding enzymes can be initiated by merging the microreactors or bringing them into contact with surface immobilized catalysts.

Lab-in-a-drop reaction systems allow the versatile implementation of complex reactions in a microfluidic scale. An automated actuation platform consisting of a 3 x 3 matrix of electromagnetic coils was developed and successfully used to merge two 10 &#181;L microreactors and thereby initiate an enzymatic reaction in the resulting liquid marbles.

قطرات مائي يستخدم الانزيمية ميكروريكتورس وما يشتغل الكهرومغناطيسي

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In ...

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. The first device is built for the generation of simple drops driven by gravity. The second device is designed to generate emulsion drops in a coflowing scheme. The third device is an extension of the coflowing device with the addition of a third liquid that acts as an electric ground, allowing the formation of electrified drops that subsequently discharge. In this setup, two of the three liquids have an appreciable electrical conductivity. The third liquid mediates between these two and is a dielectric. A&#160;voltage difference applied between the two conducting liquids creates an electric field that couples with hydrodynamic stresses of the coflowing liquids, affecting the jet and drop formation process. The addition of the electric field provides a path to generate smaller drops than in simple coflow devices and for generating particles and fibers with a wide range of sizes.

Here, a protocol to manufacture glass-based microfluidic devices used for generating highly monodisperse emulsions with controlled drop size is presented.

أجهزة تعتمد على الزجاج لتوليد القطرات والمستحلبات

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. ...

إعداد جهاز الموائع الدقيقة لإنتاج المكونات التوافقية

Bilayer Microfluidic Device for Combinatorial Plug Production

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such systems have been used to encapsulate a variety of biochemical reactions - from incubation of single cells to implementation of PCR reactions, from genomics to chemical synthesis. Coupling the microfluidic channels with regulatory valves allows control over their opening and closing, thereby enabling the rapid production of large-scale combinatorial libraries consisting of a population of droplets with unique compositions. In this paper, protocols for the fabrication and operation of a pressure-driven, PDMS-based bilayer microfluidic device that can be utilized to generate combinatorial libraries of water-in-oil emulsions called plugs are presented. By incorporating software programs and microfluidic hardware, the flow of desired fluids in the device can be controlled and manipulated to generate combinatorial plug libraries and to control the composition and quantity of constituent plug populations. These protocols will expedite the process of generating combinatorial screens, particularly to study drug response in cells from cancer patient biopsies.

تسليط الضوء على المؤلف: دمج الأساليب الحسابية والتجريبية في علم الأورام الدقيق

The fabrication of a polydimethylsiloxane (PDMS)-based bilayer device for the production of combinatorial libraries in water-in-oil emulsions (plugs) is presented here. The necessary hardware and software required to automate plug production are detailed in the protocol, and the production of a quantitative library of fluorescent plugs is also demonstrated.

جهاز الموائع الدقيقة ثنائي الطبقة لإنتاج المكونات التوافقية

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such ...

Picoinjection من قطرات ميكروفلويديك بدون أقطاب معدنية

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

عد البروتينات في الخلايا المفردة مع الحبرية عنونة [ميكروارس]

طرق الكشف عن منصات مضان الحبرية ميكروفلويديك

الاستفادة من انخفاض التفاعل الرذاذ على سطح لتحسين نقل Bioanalytes في علم الموائع الدقيق الرقمي

رقاقة ميكروفلويديك لICPMS مقدمة عينة

ماصة-تلميح إلى أسلوب للخلايا البذر لمنصات موائع جزيئية الحبرية

عالية السرعة نظام تسليم القطرة ومقرها سلبية الضخ في أجهزة ميكروفلويديك

قطرات مائي يستخدم الانزيمية ميكروريكتورس وما يشتغل الكهرومغناطيسي

أجهزة تعتمد على الزجاج لتوليد القطرات والمستحلبات

جهاز الموائع الدقيقة ثنائي الطبقة لإنتاج المكونات التوافقية

جهاز الموائع الدقيقة ثنائي الطبقة لإنتاج المكونات التوافقية