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NOVA無誤差液滴微流體(下)

其次,未精確聚焦在液滴分選區(qū)域的高電場(chǎng)可能會(huì)導(dǎo)致不必要的雙重分選。基于DEP的液滴分選系統(tǒng)的電極通常是通過用鹽水或液態(tài)金屬填充微流體通道來制造的。不幸的是,這些類型的3D電極產(chǎn)生的電場(chǎng)沒有充分地定位在液滴分選區(qū)域內(nèi),并且可能無意中致動(dòng)多個(gè)相鄰的液滴。這些電極的大覆蓋面積也導(dǎo)致通道中心的高電場(chǎng)強(qiáng)度,這增加了兩個(gè)相鄰液滴無意中合并的可能性。為了避免對(duì)靠近的多個(gè)液滴進(jìn)行分選,通常會(huì)注入間隔油以進(jìn)一步分離連續(xù)的液滴,這只允許單個(gè)液滴在任何給定時(shí)間點(diǎn)進(jìn)入有效的液滴分選區(qū)域。然而,在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中,穩(wěn)定地保持液滴之間的均勻間距可能很困難,特別是在進(jìn)入的液滴尺寸不均勻的情況下,因?yàn)檩^小的液滴往往會(huì)因動(dòng)量和阻力的差異而趕上較大的液滴。具有較大的液滴間距也會(huì)降低整體系統(tǒng)吞吐量。

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圖片2.png 

2:NOVAsort的設(shè)計(jì)和概念驗(yàn)證。

最后,需要更高的電壓來實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量。由于分選效率由給定DEP力下可實(shí)現(xiàn)的最大液滴位移決定,該位移取決于DEP力作用于每個(gè)液滴的幅度和時(shí)間,因此需要更高的DEP力將液滴重定向到不同的出口。然而,在高電壓下(現(xiàn)有液滴分選機(jī)的典型工作電壓范圍為200至1000Vpp),與液滴的表面自由能相比,液滴的慣性增加,當(dāng)向液滴施加位移力時(shí),液滴保持其完整性,這可能會(huì)導(dǎo)致液滴撕裂。這種不必要的液滴分裂會(huì)嚴(yán)重混淆任何液滴分析的結(jié)果,也會(huì)限制分析吞吐量,特別是在相對(duì)較大的液滴(超過100?直徑為μm),其中這種較大的液滴通常更難操作,但在許多細(xì)胞分析應(yīng)用中仍然是必需的。

我們?cè)诒疚闹忻枋隽?/span>NOVAsort(下一代基于光電體積的精確液滴分選器)系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以根據(jù)液滴的熒光強(qiáng)度,還可以根據(jù)其大小對(duì)液滴進(jìn)行分選。即使在高通量條件下,精確分選多分散液滴群體也可以顯著減少或消除由液滴分裂和/或液滴合并等無意影響引起的分選誤差。所提出的液滴分選器有效地解決了上述缺點(diǎn)和局限性,它利用了交叉電極(IDE),可以在微流體通道的底部產(chǎn)生高度局部化的電場(chǎng),還利用載體油中水滴的自然浮力來選擇性地操縱特定尺寸范圍內(nèi)的液滴。流通液滴熒光檢測(cè)裝置與反饋回路相結(jié)合,僅當(dāng)檢測(cè)區(qū)域中的液滴強(qiáng)度超過設(shè)定的熒光閾值時(shí),才激活I(lǐng)DE,因此僅收集正確尺寸的高熒光液滴,因?yàn)楸砻鍵DE產(chǎn)生的DEP力只能操縱特定尺寸范圍內(nèi)的液滴。此外,平面IDE產(chǎn)生的高度局部化的電場(chǎng)僅移動(dòng)位于IDE正上方的液滴,因此不會(huì)聚結(jié)相鄰的液滴或?qū)Ψ悄繕?biāo)液滴進(jìn)行分類。此外,激活的IDE充當(dāng)“液滴導(dǎo)軌”,輕輕地將液滴引導(dǎo)到正確的出口,而不是傳統(tǒng)的液滴操縱器以銳角突然將液滴拉向不同的方向,這會(huì)導(dǎo)致液滴動(dòng)量的突然變化,從而導(dǎo)致不必要的液滴剪切。最后,作為這種NOVAsort系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的概念驗(yàn)證,進(jìn)行了液滴體外轉(zhuǎn)錄/翻譯(IVTT)工作流程,并對(duì)由此產(chǎn)生的錯(cuò)誤率和吞吐量進(jìn)行了徹底的表征。

NOVAsort系統(tǒng)的工作原理

在多個(gè)步驟的液滴孵育和/或操縱操作后,液滴尺寸的均勻性可能會(huì)受到顯著影響。圖1A顯示了待分揀液滴庫的典型輸入液滴組成。在這里,液滴由小(破碎)、中(目標(biāo)尺寸)和大(無意聚結(jié))液滴組成,有或沒有熒光。然而,只有中等大小的熒光陽性液滴才是真正需要分類的。NOVAsort旨在處理這種高度多分散的輸入液滴庫。這是通過將基于尺寸的液滴分離與熒光激活的液滴分選相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的(圖1B)。NOVAsort的程序如圖1C所示。基于尺寸的液滴分離方法基于這樣一個(gè)事實(shí),即水滴在其載體油中自然漂浮并漂浮到通道頂部,位于通道底部的IDE在通道底部產(chǎn)生非常局部的電場(chǎng)。填充通道高度的大液滴可以很容易地通過介電泳(DEP)力進(jìn)行操縱,而浮起并因此遠(yuǎn)離表面IDE的小液滴由于作用在這些小液滴上的DEP力不足而無法操縱(圖1D)。在這項(xiàng)工作中,通道高度被設(shè)計(jì)為比所需的液滴尺寸稍大(約10%),以便IDE產(chǎn)生的局部電場(chǎng)專門影響和引導(dǎo)具有正確尺寸的液滴。通過順序連接兩個(gè)這樣的基于尺寸的液滴操縱器(圖2A顯示了串聯(lián)連接的液滴高通和低通濾波器),可以僅分選出特定的液滴尺寸范圍。熒光檢測(cè)激光點(diǎn)放置在第二對(duì)IDE的開頭,IDE產(chǎn)生DEP力,以選擇性地僅對(duì)熒光陽性和正確尺寸的液滴進(jìn)行分類。

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