Продемонстрированная в статье микрофлюидная система, управляемая давлением, использовала микрофлюидное устройство с пятью впускными портами для четырех независимых водных каналов и масляной фазы. Эта установка позволяет формировать сложные системы капель, а точнее, системы липидных бислоев, сформированных между каплями воды, покрытыми монослоями липидов (DIB). Во-первых, за счет подачи синусоидальных волн давления к впускным отверстиям для воды колеблющиеся скорости образования капель изменяют образующийся рисунок капель. С другой стороны, за счет увеличения потенциала для большего количества комбинаций капель в сети может быть достигнута большая сложность, необходимая для выполнения параллельных мультиплексных биологических анализов.
Липидный бислой (DIB)
Аннотация
Это исследование сосредоточено на создании сложных капельных сетей из липидных бислоев (DIB), которые имитируют клеточную мембрану и обеспечивают изолированную платформу для анализа сложных биосистем, таких как бесклеточные биореакторы, и скрининга соединений. Для обеспечения высокопроизводительного скрининга и мембранно-опосредованных процессов необходимо автоматическое и точное формирование комбинаторных многокомпонентных биосистем более высокого порядка. Представленная работа представляет решение для данной задачи за счет использования производства капель под давлением, сложные сети DIB формируются из нескольких независимых входов, а распределение капель зависит от входного давления, обеспечивая бесконечно настраиваемую биомолекулярную среду для изучения многих аспектов клеточных функций и процессов.
Введение: сложные системы капель
Сети DIB обеспечивают упрощенную и изолированную платформу для исследования сложных биосистем, таких как бесклеточные биореакторы, трансмембранные белки, интегральные мембранные ионные каналы и скрининг соединений. Для создания систем DIB обычно используется ручное дозирование. В этом методе отсутствует контроль размещения, и он ограничен большими размерами капель. Микрофлюидика позволяет генерировать большое количество капель объемом пиколитр и быстро формировать сети DIB.
Чтобы сформировать сложные сети DIB, содержащие 4 капли из 4 отдельных водных типов с контролируемым положением, использовались микрофлюидные устройства, использующие геометрию Т-образного канала и гидродинамический захват, с контроллером давления OB1 Elveflow. Синусоидальная волна давления подавалась на каждое входное отверстие для воды, и добавлялся фазовый сдвиг между противоположными Т-образными переходами для создания различных скоростей образования капель.
Манипулируя скоростью образования отдельных капель, можно изменить порядок и комбинации капель в массиве. Каждая система из 4 капель в массиве ловушек содержит три последовательно соединенных DIB, обеспечивая платформу для связи между каплями и одновременного изучения мультиплексных биологических анализов.
Принцип гидродинамического улавливания капель с образованием сложных сетей из 4 капель. Предоставлено Тайлер Шимель.
Цели и задачи
- Использовать синусоидальные волны давления. Подача такого давления на четыре отдельных входа для воды, чтобы влиять на скорость образования капель и создавать сложное упорядочение капель.
- Улавливание капель в гидродинамический улавливающий массив и формирование сложных сетей DIB из 4 капель (с 35 (макс.) возможными комбинациями капель).
- Охарактеризовать управляемый давлением поток для применения в гидродинамическом улавливании капель внутри микрофлюидного устройства.
Основные выводы
1) Демонстрация того, что генерация капель под давлением позволяет управлять последовательностью капель более высокого порядка с возможностью захвата различных комбинаций капель в гидродинамический массив ловушек для изучения сложных биологических процессов;
2) Характеристика потока, управляемого давлением, свидетельствует о том, что поток, управляемый давлением, чувствителен к небольшим изменениям сопротивления, при этом скорость и размер капель уменьшаются по мере заполнения ловушек; характеристика, которая не соответствует потоку, управляемому шприцевым насосом, при постоянной скорости потока.
Вместе эти моменты позволяют быстро формировать сложные сети DIB с контролируемым составом и упорядочением капель. Подводя итог, можно сказать, что эта работа продвинула понимание генерации микрофлюидных капель под давлением и гидродинамического захвата, чтобы облегчить создание сложных микрофлюидных сетей капель (DIB) для экспериментов по анализу сложных биосистем.
Видео, демонстрирующее гидродинамический захват капель в реальном времени. Предоставлено Тайлер Шимель.