回転磁場下でのマイクロローターを使用した微小液滴内の溶質拡散の促進

Jun 29, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11169 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

垂直接触制御 (VCC) では、微液滴アレイが反対側の微液滴アレイと選択的に接触します。 一般に、VCC は、微小液滴ペア間の溶質拡散に基づくディスペンサー機構に役立ちます。 ただし、重力による沈降により、微小液滴中の溶質の分布が不均一になる可能性があります。 したがって、重力と逆方向に大量の溶質を正確に吐出するには、溶質の拡散を高める必要があります。 ここでは、微小液滴内のマイクロローターに回転磁場を適用して、微小液滴内の溶質の拡散を強化しました。 マイクロローターによって駆動される回転流により、微小液滴中の溶質の均一な分布が生成されます。 現象論的モデルを用いて溶質の拡散ダイナミクスを解析したところ、マイクロローターの回転により溶質の拡散定数が増加することがわかった。

ポリメラーゼ連鎖反応検査などの生化学的アッセイは、最近ますます重要になっています。 収集したサンプルをこれらのアッセイ用の分析機器に導入するには、サンプルを試験試薬とともにウェルプレートに分注します。 分注は通常、ピペットを使用して手動で行われます。 したがって、作業者の負担が大きく、廃プラスチックも大量に発生するこの手作業による準備は、自動化された効率的なプロセスに置き換えられる必要があります。

微液滴アレイは、新しいディスペンサー機構に求められています1、2。 たとえば、湿潤パターン基板 (疎水性材料上に円形の親水性領域がパターン化されている) に水溶液を導入すると、微小液滴アレイが自発的に形成されます 3,4。 微小液滴はアレイ内で互いに分離されているため、それらを個別のウェルとみなすことができます。 言い換えれば、微小液滴アレイは、チップ上に統合できるウェルプレートの有望な候補です。 ハンギングドロップレット法では、生体細胞は微小液滴アレイで培養されます2、5。

微小液滴アレイと反対側のアレイの間に垂直接触制御 (VCC) を適用すると、微小液滴はペアで合体します 6、7。 溶質は合体した微液滴の中を移動できるため、微液滴アレイの VCC はピペッティングの代替操作アプローチです。 微小液滴の形状を操作するための誘電技術におけるエレクトロウェッティングと VCC を統合することにより、微小液滴の任意のペア間の接触を選択的に制御できるようになります 8,9。 以前の研究では、重力によって蛍光ビーズ (細胞とみなされる) が VCC8 を介して底部の微小液滴に輸送される可能性があることが報告されています。

さらに、拡散により合体した微液滴を通して溶質を輸送することも可能です。 最初に上部の微液滴に導入された試験試薬は、VCC 中に合体微液滴を通して拡散することができるため、下部の微液滴に試験試薬を分注することができます。 以前の研究では、VCC後の、それぞれ細胞とヒスタミンを含む底部と上部の微小液滴の間の細胞カルシウム振動が観察されました10。 さらに、蛍光反応は、微小液滴の VCC を使用して調整されたヒスタミン濃度によって制御されることが報告されています。

微小液滴中の溶質濃度の制御は、微小液滴の VCC によるディスペンサー機構の生化学的応用にとって重要です。 ただし、溶質と水の密度差により、重力方向に沿った合体微小液滴の溶質濃度の不均一な分布が生じる可能性があります。 溶質の拡散により不均一性は部分的に軽減されますが、均一な濃度分布は達成されません。 分離後の上部と下部の微小液滴の溶質間の濃度差は、溶質の拡散特性に依存します。 したがって、追加の溶質拡散促進メカニズムにより、溶質濃度の均一な分布を得ることができる可能性があり、正確な濃度制御により、底部から上部の微小液滴への溶質の分配に貢献する必要があります。