Åbner muligheder med optofluid-enhed med åben top

Mikrofluidteknologier har oplevet store fremskridt i løbet af de sidste par årtier med hensyn til applikationer såsom biokemisk analyse, farmaceutisk udvikling, og point-of-care diagnostik. Miniaturisering af biokemiske operationer udført på lab-on-a-chip mikrofluidiske platforme drager fordel af reduceret prøve, reagens, og affaldsmængder, samt øget parallelisering og automatisering. Dette giver mulighed for mere omkostningseffektive operationer sammen med højere gennemstrømning og følsomhed for hurtigere og mere effektiv prøveanalyse og detektion.

Optoelektrovætning (OEW) er en digital optofluidisk teknologi, der er baseret på principperne for lysstyret elektrovådning og muliggør aktivering og manipulation af diskrete dråber. OEW -enheder har mange fordele, såsom evnen til storskala, realtid, og rekonfigurerbar styring af dråber i størrelsen picoliter til mikroliter ved at justere antallet og størrelsen af ​​optiske lysmønstre med lav intensitet, der hændes på enheden. Hver enkelt dråbe på OEW -enheden fungerer som sit eget bioreaktionskammer, OEW -enheden har også mulighed for at understøtte multiplexfunktioner. Dette kan vise sig at være gavnligt i applikationer som enkeltcelleanalyse og genomik eller kombinatoriske biblioteker.

Tidligere traditionelle OEW-enheder giver en fleksibel platform til at udføre kemiske og biologiske assays såsom realtids isotermisk polymerasekædereaktion med grundlæggende dråbe manipulationsteknikker. Imidlertid, i disse OEW -enheder, dråber er klemt mellem et bundaktivt OEW -substrat og et øverste lag jordelektrodesubstrat, tvinger alle input/output fluidiske konfigurationer til at blive integreret fra sideåbningerne. Selvom det er muligt, dette kan vise sig at være begrænsende for systemintegration.

Forskere fra University of California, Berkeley, skabt en ensidig, co-planar OEW-enhed, der giver mulighed for individualiseret og parallel dråbedrift og drager fordel af lettere dråbetilgængelighed ovenfra for flere input/output-konfigurationsskemaer. Dette blev opnået ved at eliminere behovet for en topdækselelektrode fundet i traditionelle OEW -enheder ved at fremstille et metalnetgitter integreret på OEW -enheden. Dråber kan stadig bevæge sig frit omkring den todimensionale enhedsoverflade og er nu tilgængelige ovenfra på grund af det åbne design.

I deres forskning, for nylig offentliggjort i SPIE's nye Journal of Optical Microsystems , de har også udledt en teoretisk model af den co-plane OEW-enhed for bedre at forstå, hvordan det integrerede metalnetnet påvirker enhedens og dråbeydelsen. Analyse indsamlet fra den co-plane OEW-model blev brugt til at optimere strukturen og driften af ​​den co-plane enhed. De har demonstreret evnen til grundlæggende dråbe manipulation, såsom individuelle dråbeoperationer parallelt, sammenlægning af flere dråber, og evnen til at håndtere og flytte dråber med varierende mængder samtidigt.

Den co-plane enhed forbedrer den traditionelle OEW-enheds dråbeaktiveringsydelse med hastigheder mere end to gange hurtigere, op til 4,5 cm/s. Højere dråbehastigheder på den co-plane OEW-enhed opnået på trods af en marginal reduktion i effektiv kraft i forhold til den traditionelle OEW-enhed kan delvis tilskrives reduktionen i friktion på grund af eliminering af topdækslet.

Ud over, evnen til at betjene co-plane OEW-enheder med 95% reduceret lysintensitet blev demonstreret. For at vise fordelen ved at have udsatte dråber til at rumme et bredere spektrum af input/output -konfigurationer, et drop-on-demand dispenseringssystem ovenfra blev integreret med den co-plane OEW-enhed til at injicere, indsamle, og placere individuelle dråber og danne store dråbe-arrays på op til 20 x 20, dækker hele enhedens overfladeareal. Oprettelse af større OEW -enheder bør muliggøre, at endnu flere dråber kan placeres på chip.

Med denne forskning, teamet har udviklet en OEW -platform til pålidelig dråbe -manipulation, der kan udføre de fleste grundlæggende biologiske og kemiske bordplade teknikker. Den medplanare OEW-enhed udvider fleksibiliteten og mulighederne for optofluidiske teknologier til at realisere større systemintegrationskapaciteter og biologiske og kemiske applikationer.