Арт. MUX Recirculation
Микрофлюидика капель: точный контроль для надежных исследований
Микрофлюидика капель — это ключевая подотрасль микрофлюидики, фокусирующаяся на манипуляции крошечными, дискретными каплями внутри микроканалов. Эти капли, обычно объемом от пиколитров до нанолитров, имеют важное значение для различных научных и промышленных приложений, таких как доставка лекарств, переработка пищи, косметика и передовые исследования в области микрофлюидики.
Проблемы при формировании капель
Постоянная и точная генерация капель жизненно важна, но представляет собой сложную задачу. Ключевые трудности включают контроль размера, частоты и однородности капель, которые зависят от таких факторов, как давление, расход и вязкость жидкости. Точная настройка этих параметров имеет решающее значение для оптимизации процессов и достижения воспроизводимости.
Надежное решение для формирования капель
Использование контроллера давления OB1 MK4 в паре с микроскопом OpenFrame представляет собой надежное и простое в реализации решение для преодоления сложностей, связанных с формированием капель. Такая установка обеспечивает исследователям непревзойденную точность и контроль, упрощая процесс создания капель для передовых исследований и промышленных процессов.
Почему стоит выбрать контроллер давления OB1 MK4?
OB1 MK4 отличается высоким разрешением управления давлением и быстрым временем отклика (до 10 мс). Эти характеристики обеспечивают точное управление потоком жидкости, позволяя стабильно и повторяемо формировать капли. Исследователи могут добиться высокой надежности в своих экспериментах, что открывает путь к получению стабильных результатов.
Повышение точности с помощью микроскопа OpenFrame
Микроскоп OpenFrame дополняет OB1 MK4, обеспечивая получение изображений высокого разрешения на настраиваемой платформе. Преимущества:
- Следите за образованием капель в режиме реального времени.
- Немедленно корректируйте экспериментальные установки для получения оптимальных результатов.
- Повышение общей точности и эффективности рабочих процессов.
Объединив OB1 MK4 и микроскоп OpenFrame, исследователи смогут преодолеть традиционные проблемы капельной микрофлюидики с помощью системы, созданной для обеспечения точности и воспроизводимости.
Области применения капельной микрофлюидики
Капельная микрофлюидика играет преобразующую роль в биологических, химических и промышленных исследованиях. Она позволяет создавать однородные и контролируемые микросреды, что делает ее незаменимой для изучения клеточного поведения, биохимических реакций и скрининга лекарств. Вот основные области применения в различных сферах:
Биомедицинские приложения
- Высокопроизводительный скрининг: Быстрое параллельное тестирование тысяч лекарственных соединений или биологических реакций.
- Анализ отдельных клеток: Изучение отдельных клеток в изолированных капельках для получения точных биологических данных.
- Диагностика: Разработка передовых систем «лаборатория-на-чипе» для точной медицинской диагностики.
Материаловедение
- Синтез наночастиц: Создание однородных наночастиц для использования в доставке лекарств, визуализации и электронике.
- Микрокапсулы: Разработка инкапсулированных материалов для применения в системах контролируемого высвобождения.
- Эмульсии: Разработка стабильных эмульсий для применения в химической и косметической промышленности.
Наука о пище
- Пищевые эмульсии: Улучшение текстуры, вкуса и питательных свойств пищевых продуктов с помощью однородных эмульсий на основе капель.
Экологические приложения
- Мониторинг и анализ загрязняющих веществ: Обнаружение и анализ загрязнителей окружающей среды с высокой чувствительностью и точностью.
Образование капель под наблюдением микроскопа
Для успешного формирования капель необходимо точно определить соотношение давлений (или скоростей потока), приложенных к двум несмешивающимся фазам. Экспериментальная установка включает в себя контроллер давления (OB1, MK4), датчики расхода (MFSD2 и MFSD3) для точного регулирования и микроскоп OpenFrame для визуализации и описания процесса образования капель.
Материалы для микрофлюидической генерации капель
- Микрофлюидный чип : Fluidic 440 (Microfluidic ChipShop)
- Контроллер потока OB1 MK4 с 2 каналами управления (0 - 2бар)
- Источник давления (0 - 2бар)
- Два датчика скорости потока : MFSD2; MFSD3
- Два жидкостных сопротивления: 100 мкм; 175 мкм ID (1/16'' OD PEEK трубки)
- Держатель резервуара с 2 вставными разъемами
- 2 резервуара под давлением (15 мл)
- Микроскоп OpenFrame (объектив 10x, камера Retiga E7)
- Дистиллированная вода
- Масло для стабилизации капель от Droplet Genomics
Протокол создания капель "вода в масле
1. Подключите источник давления к OB1 с помощью полиуретановой трубки (6 мм, вставляется).
2. Подключите OB1 к компьютеру с помощью USB-кабеля, откройте программное обеспечение ESI, добавьте OB1 в качестве прибора, активируйте источник давления и откалибруйте OB1.
3. Заполните резервуары дистиллированной водой или масляной фазой и подсоедините их к OB1 с помощью полиуретановой трубки диаметром 4 мм (OD).
4. Подключите датчики расхода к OB1 с помощью кабеля M8-4 (вода: MFSD 2, масло: MFSD 3) и добавьте их в качестве датчиков в программное обеспечение ESI.
5. Подключите резервуары к датчикам расхода с помощью фторопластовых трубок диаметром 1/16 дюйма. Закрепите адаптер 6-40 на 1/4-28 PEEK на датчике, затем подсоедините фитинг 1/4-28.
6. Включите в установку жидкостные сопротивления для стабилизации контроля потока (100 мкм ID для впрыска воды, 175 мкм ID для впрыска масла).
7. Расположите микрофлюидный чип на столике микроскопа и с помощью фторопластовой трубки диаметром 1/32 дюйма (OD) подсоедините чип к установке.
8. Запустите программу Micro-Manager для управления микроскопом и настройки экспозиции.
9. Отрегулируйте давление (или скорость потока), чтобы ввести воду и масло в микрочип. Капли будут образовываться после достижения определенного соотношения.
10. Чтобы оптимизировать скорость работы камеры, используйте модуль ROI (Region of Interest) для фокусировки на определенной области интереса.
11. Обработайте изображения и видео с помощью программы ImageJ.
Ключевые результаты для микрофлюидической генерации капель при микроскопическом мониторинге
Размер капель и частоту производства можно регулировать, изменяя скорости потоков дисперсной и непрерывной фаз, а также размер сопла. В данном случае, установив давление 370 мбар для масляного канала и 120 мбар для водяного канала, были получены капли со средним диаметром 92 ± 2 мкм. Модуль ROI использовался с фокусировкой на выпускном канале для достижения максимальной скорости камеры.
Микроскопические изображения в светлом поле (объектив : 10x, время экспозиции : 0,5 мс). A. Микрофлюидный чип, заполненный водой. B. Поперечное сечение, показывающее две несмешивающиеся фазы. C. Образование капель (скорость камеры: 7 кадров в секунду).
Заключение: Продвижение капельной микрофлюидики с точностью и легкостью
Данное исследование демонстрирует простой и воспроизводимый метод синтеза капель «вода в масле». С помощью контроллера давления OB1 MK4 и микроскопа OpenFrame (работающего со скоростью 7 кадров в секунду) были успешно получены и охарактеризованы капли диаметром 92 ± 2 мкм.
Возможность точной настройки экспериментальных параметров, таких как приложенное давление и размер сопла, позволяет точно контролировать как размер капель, так и их частоту. Этот универсальный подход может быть легко адаптирован к различным приложениям, от биомедицинских исследований до материаловедения, что открывает путь для инноваций и повышения точности в капельной микрофлюидике.
