Дом

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 184 (2023) Цитировать эту статью

3342 Доступа

2 цитаты

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Капельная микрофлюидика предлагает платформу, на которой были предложены новые технологии цифрового молекулярного анализа, скрининга заболеваний, заживления ран и синтеза материалов. Однако нынешние коммерческие технологии создания, сборки и визуализации капель слишком дороги и негибки, чтобы обеспечить быструю и широкую настройку характеристик капель/грузов. Это узкое место в быстром прототипировании ограничивает дальнейшее расширение его применения. Здесь представлен недорогой самодельный набор для капельной микрофлюидики с пипеткой. В этот комплект входят эллиптические наконечники для пипеток, которые можно изготовить с помощью простого инструмента «сделай сам» (сделай сам), уникальный чип для визуализации с мелким центром, напечатанный на ленте или напечатанный на 3D-принтере, который позволяет быстро собирать/иммобилизировать монослойные капли и получать изображения с помощью интеллектуального устройства. камера телефона или миниатюрный микроскоп. Капли создаются путем ручного или автоматического пипетирования без дорогостоящих и лабораторных микрофлюидных насосов. Размер капель и вязкость жидкости/поверхностное натяжение могут значительно варьироваться в зависимости от наших конкретных конструкций генерации капель, сборки и визуализации. Универсальность этого набора для быстрого прототипирования продемонстрирована на примере трех репрезентативных приложений, которые могут извлечь выгоду из капельной микрофлюидной платформы: (1) Капли в качестве микрореакторов для реакции ПЦР с обратной транскрипцией для обнаружения и количественного определения целевых РНК. (2) Капли как микрокамеры для культивирования спирулины, а также оптические изменения цвета/мутности капель со спирулиной подтверждают успешное фотосинтетическое культивирование. (3) Капли в качестве шаблонов/форм для контролируемого синтеза композитных микрогелей Януса из полиакриламида и золота с золотыми крышками. Легко изготовляемый и удобный портативный комплект идеально подходит для проектных, учебных и образовательных лабораторий.

Капельная микрофлюидика стала мощным инструментом для множества междисциплинарных приложений1,2. Интересные коммерческие и предлагаемые биотехнологические технологии, основанные на капельной микрофлюидике, включают анализ отдельных клеток3,4, капельную цифровую ПЦР5,6, быстрый скрининг рака7,8, скрининг лекарств или иммунотерапии9,10, скрининг чувствительности к антибиотикам11, имплантируемые аллотрансплантаты островков12,13 и т. д. для этих и многих других применений капли обычно используются в качестве микрореакторов, микрокамер или шаблонов/форм, и большое их количество гарантирует уникальные преимущества капельной микрофлюидики14,15,16,17. Хорошим примером является капельная цифровая полимеразная цепная реакция (ddPCR), в которой капли используются в качестве микрореакторов6,18. Просто разделив реакционную смесь ПЦР на множество однородных капель, целевые нуклеиновые кислоты распределяются в каплях в соответствии с распределением Пуассона и впоследствии могут быть определены количественно с разрешением одной копии после амплификации ПЦР19. Улучшенная производительность усиливается за счет большого количества капель (104–106), что смягчает влияние ингибиторов или нецелевых веществ и позволяет проводить абсолютную количественную оценку без утомительного построения стандартных кривых20,21. Другим примером является инкапсуляция клеток/микроорганизмов в капли или микрогели, полученные из капель, которые могут обеспечить многочисленные микрокомпарты с надлежащей биофизической/биохимической микросредой для высокопроизводительного исследования изолированных одиночных клеток и микроорганизмов, чтобы ускорить крупномасштабный скрининг и оптимизацию даже при разрешении последовательного аналитического анализа. проницаемыми микрогелями13,22,23,24,25,26,27,28. Помимо применения в микрореакторах и микрокамерах, капли в качестве микрошаблонов/форм были предложены для синтеза мягких и твердых микро-/наноматериалов29,30,31. Контролируемый миниатюрный размер, большая площадь поверхности на единицу объема, удержание и большое количество капель позволяют легко синтезировать материалы с желаемыми структурами и функциональными возможностями из-за эффектов быстрой сегрегации и концентрации, вызванных высоким градиентом гидрофобности, сильным взаимодействием поверхностно-активного вещества с поверхностью и скученностью. эффекты32,33. Капельная микрофлюидика явно вдохновила на создание нескольких многообещающих технологий во многих дисциплинах.