Charakterystyka diagramu fazowego z wykorzystaniem kulek magnetycznych jako nośników cieczy

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest analiza objętości przenoszonej między sąsiednimi segmentami cieczy w laboratorium i urządzeniu probówkowym za pomocą kulek magnetycznych. Osiąga się to poprzez stworzenie urządzenia przy użyciu hydrofobowych rurek, załadowanych pompą strzykawkową, która składa się z wielu segmentów cieczy oddzielonych zaworem powietrznym i zawierających zarówno kulki magnetyczne, jak i barwnik fluorescencyjny w jednym z płynów. W drugim etapie mierzy się intensywność fluorescencji sąsiednich segmentów cieczy za pomocą mikroskopu po każdym przeniesieniu kulek magnetycznych za pomocą zewnętrznego magnesu.

Następnie przeprowadzana jest analiza numeryczna tych pomiarów intensywności fluorescencji w celu obliczenia objętości przenoszonych kulek magnetycznych. Uzyskane wyniki wskazują, że analiza przemiany fazowej w układzie wieloskładnikowym składającym się z dwóch cieczy jest możliwa w oparciu o możliwość wykorzystania kulek magnetycznych jako metody przenoszenia objętości cieczy o rozmiarach mikrolitrów pomiędzy sąsiednimi zbiornikami. Mam nadzieję, że zobaczycie dzisiaj, że pracujemy z tą bardzo ekscytującą i prostą techniką polegającą na wykorzystaniu kulek magnetycznych do przenoszenia płynów w prostej rurce, w przeciwieństwie do bardziej złożonych konwencjonalnych obwodów mikroprzepływowych.

Zastosowaliśmy to początkowo do badania bazy twarzy między dopuszczalnymi płynami, a teraz rozszerzamy to na inne, inne zastosowania, w tym analizę diagnostyczną białek oddzielających krew pełną od czerwonych krwinek, analizę moczu, testy immunologiczne i tak dalej. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi istniejącymi metodami, takimi jak wykorzystanie kanałów mikroprzepływowych, jest to, że jest prosta i opłacalna w produkcji. Oferuje dużą zmienność użytkowników między różnymi typami eksperymentów i zapewnia spójne wyniki.

Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w aplikacje wymagające ruchu minutowych, szczytowych objętości, może być również stosowana do innych systemów, takich jak separacja krwi, celowanie w leki i kontrast ze środkami. Aby przygotować rurkę, najpierw pokrój rurkę na 15-centymetrowe segmenty, zawieś segmenty rurki pionowo za pomocą taśmy, umieszczając ręcznik papierowy pod rurkami, aby zebrać nadmiar roztworu fluoropolimeru. Wstrzyknąć 100 mikrolitrów roztworu fluoropolimeru do górnego otworu każdego segmentu probówki za pomocą pipety tak, aby zetknęła się z całym obwodem ścianki wewnętrznej.

Pozostaw segmenty probówki na miejscu na godzinę, aby usunąć nadmiar roztworu fluoropolimeru. Następnie umieść segmenty rurki w piekarniku w temperaturze 100 stopni Celsjusza na godzinę, aby ułożyć warstwę powłoki fluoropolimerowej. Następnie przygotuj rozcieńczony roztwór kulki magnetycznej, umieszczając 20-mililitrową fiolkę z próbką na mikrowadze i zerując wagę.

Wymieszaj pojemnik z roztworem kulek magnetycznych, a następnie wyjmij 0,6 mililitra za pomocą mikropipety. Dozować pipetowany roztwór do fiolki z próbką na wadze i wlać 0,4 mililitra wody destylowanej do fiolki z próbką. Przygotuj również barwnik fluorescencyjny, rozpuszczając 0,02 procenta wagowego barwnika w wodzie dejonizowanej i wirując roztwór przez jedną minutę.

Aby przygotować urządzenie do rurek, włóż żeńskie złącze blokujące przynętę na jednym końcu rurki. Umieść rurkę w strzykawce z blokadą przynęty o objętości trzech mililitrów i podziałce 0,1 mililitra. Umieścić strzykawkę w pompie strzykawkowej i ustawić szybkość podawania na dwa mililitry na godzinę.

Zwirować pojemnik roztworem kulek magnetycznych przed włożeniem 20 mikrolitrów do probówki za pomocą wyjęcia z pompy strzykawkowej. Po komorze testowej zakończy się wprowadzanie cieczy, wciągnij sześć mikrolitrów powietrza do rurki. Ta objętość powietrza utworzy później zawór pomiędzy dwoma segmentami cieczy.

Po zakończeniu wprowadzania szczeliny powietrznej rozpocznij pobieranie 180 mikrolitrów cieczy za pomocą matrycy fluorescencyjnej. Umieść drugi żeński łącznik blokujący przynętę na drugim końcu rurki i wyjmij rurkę ze strzykawki. Następnie umieść nasadki blokujące przynętę na obu końcach urządzenia.

Wykonaj wstępny pomiar intensywności fluorescencji komory testowej i zbiornika za pomocą odwróconego mikroskopu. Umieść urządzenie na górze magnesu sześciennego tak, aby wszystkie kulki magnetyczne segregowały się w jednym obszarze w komorze testowej. Przenieś koraliki do zbiornika, przesuwając urządzenie nad górną częścią magnesu.

Gdy klaster kulek magnetycznych zostanie przeniesiony przez szczelinę powietrzną do zbiornika, należy poruszyć kulki magnetyczne, umieszczając urządzenie na górze magnesu i obracając się, aby uwolnić ciecz uwięzioną w klastrze, aż do zakończenia homogenizacji zbiornika. Następnie umieść urządzenie na górze magnesu tak, aby wszystkie koraliki magnetyczne w zbiorniku segregowały się w jednym obszarze. Przenieś klaster kulek magnetycznych z powrotem do komory testowej.

Gdy klaster dotrze do komory testowej, zamieszaj kulki magnetyczne, umieszczając urządzenie na górze magnesu i obracając je. Uwolnić uwięzioną ciecz fluorescencyjną w środku, aż do zakończenia homogenizacji komory testowej. Wykonaj pomiary intensywności fluorescencji zarówno w komorze testowej, jak i zbiorniku za pomocą odwróconego mikroskopu.

Powtarzaj te kroki, aż oba segmenty cieczy zbiegną się do podobnych intensywności fluorescencji. Aby przygotować urządzenie do podgrzewania rurki, włóż żeńską blokadę przynęty na jednym końcu rurki i umieść rurkę w strzykawce z blokadą przynęty. Następnie umieść strzykawkę w pompie strzykawkowej i ustaw szybkość podawania na dwa mililitry na godzinę.

Wprowadzić 20 mikrolitrów kulek magnetycznych jeden do jednego w wodzie do C 12 E pięć zmieszanych roztworów do probówki za pomocą pompy strzykawkowej. Po komorze testowej zakończy się wprowadzanie cieczy, po wprowadzeniu szczeliny powietrznej wciągnij sześć mikrolitrów powietrza do rurki. Rozpocznij pobieranie 180 mikrolitrów czystego środka powierzchniowo czynnego C 12 E w celu ustawienia optyki.

Najpierw przesuń pompę strzykawkową z rurką tak, aby komora testowa z kulkami magnetycznymi była zogniskowana W mikroskopie stereoskopowym stosuje się polaryzatory krzyżowe. Aby zwiększyć kontrast między wytrąconą fazą stałą a fazą ciekłą, umieść arkusz folii polaryzacyjnej na źródle światła LED. Wsuń źródło światła LED pod rurkę dołączoną do pompy strzykawkowej.

Przymocuj kolejną folię polaryzatorową do soczewki mikroskopu stereoskopowego za pomocą taśmy, upewnij się, że dwie folie polaryzacyjne są przesunięte względem siebie o 90 stopni. Umieść magnes sześcienny obok komory testowej, podczas gdy magnes jest zamontowany na stojaku. Gdy kulki magnetyczne utworzą klaster, rozpocznij pompowanie cieczy do rurki z prędkością dwóch mililitrów na godzinę, tak aby klaster kulek magnetycznych został przesunięty z komory testowej przez szczelinę powietrzną do komory zbiornika środka powierzchniowo czynnego.

Gdy klaster kulek magnetycznych osiągnie punkt środkowy komory zbiornika, przerwij pompowanie na pompie strzykawkowej. Odsuń magnes sześcienny od rurki, aby kulki magnetyczne oddzieliły się i skróciły czas dyfuzji cieczy uwięzionej w klastrze kulek magnetycznych. Po zakończeniu dyfuzji i przemiany fazowej cieczy umieść magnes z powrotem w swoim pierwotnym miejscu przeznaczenia przy zbiorniku, tak aby kulki magnetyczne uformowały się w klaster.

Za pomocą pompy strzykawkowej pobrać płyny w taki sposób, aby klaster kulek magnetycznych został przeniesiony ze zbiornika środka powierzchniowo czynnego przez szczelinę powietrzną i z powrotem do komory testowej. Po tym, jak klaster kulek magnetycznych osiągnie punkt środkowy komory testowej, zatrzymaj pompę strzykawkową, odsuń magnes sześcienny od rurki. Po zakończeniu dyfuzji i przemiany fazowej cieczy umieść magnes z powrotem w swoim pierwotnym miejscu przeznaczenia przy zbiorniku, tak aby kulki magnetyczne uformowały się w klaster.

Powtarzaj te kroki, aż komora testowa wyświetli zmianę fazy. Pokazano tutaj obraz kulek magnetycznych, wody i niejonowego środka powierzchniowo czynnego C 12 E pięć wewnątrz hydrofobowej rurki. Podczas początkowego procesu przenoszenia kulek magnetycznych koraliki są utrzymywane na miejscu za pomocą zewnętrznego magnesu sześciennego.

Podczas gdy ciecze są pompowane w lewo w tym miejscu, kulki opuszczają komorę testową i wchodzą do C 12 E five. Gdy kulki magnetyczne wejdą do środka, woda ze środka powierzchniowo czynnego zaczyna dyfundować z dala od struktury kulki magnetycznej. Po tym, jak kulki magnetyczne znajdują się w komorze środka powierzchniowo czynnego przez pięć sekund, po upływie dziesięciu sekund widoczna jest tylko niewielka zmiana fazy.

Kulki magnetyczne są całkowicie zanurzone w środku powierzchniowo czynnym. Zmiana fazy trwa do 92. znaku po czterech minutach. Zmiana fazy zwiększa się po dziewięciu minutach.

Pozioma zmiana fazy zaczyna się zmniejszać, podczas gdy struktura rośnie pionowo. Podczas gdy po 17 minutach zmiana fazy drastycznie się skurczyła, po 25 minutach pozostaje pokazana tylko niewielka ilość zmiany fazy. Oto stan początkowy wody C 12 V pięciostopniowej komory testowej z kulkami magnetycznymi w urządzeniu przed przeniesieniem środka powierzchniowo czynnego.

Po sześciu przesiadkach w obie strony nastąpiła zmiana fazy. I odwrotnie, bez kulek magnetycznych w urządzeniu, nie zaobserwowano zmiany fazy, co dowodzi, że obserwowane wyniki były spowodowane przeniesieniem kulek magnetycznych, a nie cieczą. Przyklejanie się do wewnętrznych ścianek rurki Podczas próby wykonania tej procedury.

Ważne jest, aby mieć wystarczająco dużo czasu, aby umożliwić proces dyfuzji podczas przenoszenia cieczy między sąsiednimi zbiornikami Zgodnie z tą procedurą. Inne opcje, takie jak użycie elektromagnesu, roślinność mogą być włączone do naszego systemu, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak jak przyspieszenie procesu podziału i zminimalizowanie ręcznej manipulacji. Umieszczając to w kontekście, ta bardzo prosta technika, która zasadniczo obejmuje plastikową rurkę i kulki magnetyczne oraz magnes zewnętrzny, została zastosowana do separacji różnych płynów i zbadania ich przestrzeni diagramu fazowego.

Jednak uniwersalność i prostota tej techniki zaprocentuje w wielu innych zastosowaniach, przede wszystkim w obszarze analizy diagnostycznej różnych płynów. Wykorzystując pszczoły magnetyczne do transportu małych objętości bezpośrednio lub poprzez funkcjonalizację kulek magnetycznych, możemy analizować składniki próbki płynu. A to ma zastosowanie we wszystkich obszarach.

Na przykład oddzielenie i analiza białka z czerwonych krwinek w krwi pełnej, podobnie w moczu i wielu innych płynach, które można analizować w ten sposób przy użyciu prostej techniki bez złożoności i kosztów związanych z konwencjonalną produkcją urządzeń mikroprzepływowych.