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Che cosa è Digital Microfluidics (DMF)?

Il microfluidics di Digital (DMF) è una tecnologia di emergenza potente che utilizza la manipolazione precisa delle goccioline nel microliter all'intervallo del nanoliter per raggiungere le analisi complesse del laboratorio.

Laboratorio-su-un-chipfoto di scienza | Shutterstock

DMF è usato spesso congiuntamente ad altri strumenti analitici come spettrometria di massa, colorimetria, l'analisi elettrochimica e il electrochemiluminescence.

Le procedure di laboratorio complesse possono essere raggiunte combinando e ripetendo parecchie operazioni in una serie dei livelli in una serie dei punti. Il meccanismo di base somiglia a quello dei protocolli più convenzionali, ma i volumi in questione sono molto più piccoli ed il trattamento altamente è automatizzato.

La produzione dei microdroplets e della loro manipolazione in questa tecnologia è governata dai tre principi electrowetting, di dielectrophoresis e di flussi immiscibile-fluidi.

Principi fondamentali di DMF

DMF conta sulla formazione di goccioline causate dalla tensione superficiale di un liquido. Più idrofoba la superficie, meno permeabile è da un liquido.

Hydrophobicity può generato facendo uso di un campo elettrico, un trattamento conosciuto come Electrowetting sul dielettrico (EWOD). L'applicazione di questo campo elettrico crea il hydrophilicity polarizzato della superficie di un liquido, che appiattisce le goccioline. La posizione di tale polarizzazione è gestita per produrre un gradiente di tensione che fa lo spostamento controllato della gocciolina per avere luogo attraverso la superficie della piattaforma di microfluidics.

L'impostazione di una piattaforma di DMF è basata sui substrati, elettrodi e la loro configurazione, l'in uso dielettrico ed il suo spessore, i livelli idrofobi e tensione applicata. I diversi elettrodi sono modellati in una schiera sul livello inferiore, mentre un elettrodo continuo è presente sul livello superiore.

Un materiale dielettrico (quale vetro) circonda gli elettrodi inferiori del livello ed è responsabile della capitalizzazione dei gradienti di campo elettrico e della tassa. Il livello superiore è ricoperto tipicamente di livello idrofobo per creare l'energia di superficie bassa sul punto del contatto del microdroplet.

Quando una tensione è applicata, gli elettrodi sono attivati, inducenti la gocciolina di superficie a diventare più o meno bagnabile. Se un elettrodo vicino è attivato da una tensione di controllo mentre quella subjacent è disattivata, la gocciolina si muoverà. Così la gocciolina può essere manipolata seguendo la riga di elettrodi tramite le variazioni nel potenziale elettrico lungo la schiera lineare.

Avanzamenti recenti in microfluidics digitale

Il movimento 3D delle goccioline che è permesso dal microfluidics digitale permette che due mansioni differenti siano svolte simultaneamente dall'unità. Ciò ha aperto estesamente le applicazioni biologiche rendendo due ambienti accessibili alla gocciolina. Inoltre, la dimensione del chip è diminuita e questa dà la maggior libertà per progettazione della piattaforma.

Un altro metodo chiamato attuazione per qualsiasi terreno della gocciolina può essere utile per il trasporto della gocciolina sopra le superfici non convenzionali quali le forme curva, invertita, o di non orizzontale.

Che cosa sono i vantaggi del microfluidics digitale?

Il microfluidics di Digital, anche chiamato la tecnologia del laboratorio-su-un-chip, presenta i numerosi vantaggi nella ricerca di scienze biologiche. Questi comprendono il suo alto potenziale per la trasferibilità e la sua riduzione profonda della quantità (spesso raro o costoso) di reagenti o di campioni consumati.

Altri vantaggi importanti comprendono l'alta capacità di capacità di lavorazione che i sistemi micofluidic digitali offrono e la mancanza di potenza che richiede, dovuto il suo di piccola dimensione.

Applicazioni del microfluidics digitale

Le unità microfluidic di Digital sono utilizzate tipicamente per separare ed estrarre gli analiti di interesse, facendo uso delle particelle magnetiche, delle pinzette ottiche, dell'estrazione liquido-liquido, o degli effetti idrodinamici.

Per esempio, una gocciolina può essere mossa attraverso uno stendimento elettrodico sull'unità di DMF verso un elettrodo magnetico in cui le particelle magnetiche functionalized in moda da poterle legare essi all'analito dell'obiettivo.

Al punto seguente, la gocciolina si sposta per il magnete ed il campo si elimina per permettere la sospensione della particella nella gocciolina. Il campo magnetico poi è portato di nuovo a vincola le particelle mentre la gocciolina è passata. La ripetizione del trattamento con i buffer dell'eluizione e del lavaggio rende l'analito puro.

Questa procedura è stata effettuata facendo uso degli anticorpi anti-umani dell'albumina, dimostranti il potenziale di DMF in immunologia.

L'estrazione dei principi biologici è spesso difficile a causa di piccoli volumi di campione utilizzati in DMF. Tuttavia, la combinazione di DMF con i sistemi macrofluidic può oltrepassare questo ostacolo.

DMF egualmente si è applicato per creare le unità di immunoassay, che notevolmente semplifica ed estende la procedura complicata dalla consegna, dalla mescolanza, dall'incubazione e dal lavare automatizzati dell'analito sul chip stesso nel caso dei immunoassays eterogenei. Alcuni esempi comprendono la rilevazione di insulina, di troponina I, di TSH (ormone distimolazione) e di un estradiolo umani di 17 β.

Ulteriormente, DMF può essere accoppiato con spettrometria di massa per diminuire l'uso del solvente e del reagente, mentre diminuisce il momento necessario per l'analisi.

Altri campi dell'applicazione comprendono la spettroscopia a risonanza magnetica nucleare, la sintesi chimica nelle reazioni su scala ridotta per produrre il peptidomimetics o gli elementi traccianti dell'ANIMALE DOMESTICO, che sono richieste negli importi del nanogram. Ciò accelera il trattamento e tiene conto automazione mentre conserva il risparmio di temi 90-95% delle sintesi su grande scala tradizionali.

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Last Updated: Feb 6, 2019

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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