회전 자기장 하에서 마이크로로터를 사용하여 미세액적의 용질 확산 강화

Jun 29, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11169(2023) 이 기사 인용

329 액세스

측정항목 세부정보

수직 접촉 제어(VCC)에서는 미세 액적 어레이가 반대편 미세 액적 어레이와 선택적으로 접촉합니다. 일반적으로 VCC는 미세액적 쌍 사이의 용질 확산을 기반으로 하는 디스펜서 메커니즘에 유용합니다. 그러나 중력으로 인한 침전은 미세액적 내 용질의 불균일한 분포를 유발할 수 있습니다. 따라서 중력 반대 방향으로 많은 양의 용질을 정확하게 분배하기 위해서는 용질 확산을 강화하는 것이 필요하다. 여기에서는 미세 방울의 용질 확산을 향상시키기 위해 미세 방울의 마이크로 로터에 회전 자기장을 적용했습니다. 마이크로로터에 의해 구동되는 회전 흐름은 마이크로액적에서 용질의 균일한 분포를 생성할 수 있습니다. 현상학적 모델을 이용하여 용질의 확산 역학을 분석한 결과, 마이크로로터의 회전이 용질의 확산 상수를 증가시킬 수 있음을 보여주었습니다.

최근에는 중합효소연쇄반응검사와 같은 생화학적 분석이 점점 더 중요해지고 있습니다. 이러한 분석을 위해 수집된 샘플을 분석 기기에 도입하기 위해 샘플을 테스트 시약과 함께 웰 플레이트에 분배합니다. 분배는 일반적으로 피펫을 사용하여 수동으로 수행됩니다. 따라서 작업자에게 큰 부담을 주고 다량의 폐플라스틱을 발생시키는 이러한 수동 준비 작업을 자동적이고 효과적인 프로세스로 대체해야 합니다.

새로운 디스펜서 메커니즘에는 미세 액적 어레이가 필요합니다. 예를 들어, 습윤 패턴 기판(원형 친수성 영역이 소수성 물질에 패턴화됨)에 수용액을 도입하면 미세 액적 배열이 자발적으로 형성될 수 있습니다3,4. 미세 액적은 배열로 서로 분리되어 있으므로 이를 개별 우물로 간주할 수 있습니다. 즉, 미세액적 어레이는 칩에 통합될 수 있는 웰 플레이트의 유망한 후보입니다. 매달린 액적 방법에서 생물학적 세포는 미세 액적 어레이2,5에서 배양됩니다.

미세 물방울 배열과 반대쪽 배열 사이에 수직 접촉 제어(VCC)를 적용한 후 미세 물방울이 쌍으로 합쳐집니다. 용질은 응집성 미세액적을 통해 이동할 수 있으므로 미세액적 배열의 VCC는 피펫팅을 위한 대체 조작 접근 방식입니다. 미세 액적의 모양을 조작하기 위해 유전체 기술에 전기습윤을 VCC와 통합함으로써 임의의 미세 액적 쌍 사이의 접촉을 선택적으로 제어할 수 있습니다8,9. 이전 연구에서는 중력이 VCC8을 통해 형광 비드(세포로 간주됨)를 바닥 미세 방울로 운반할 수 있다고 보고했습니다.

또한 확산을 통해 응집된 미세 방울을 통해 용질을 운반하는 것도 가능합니다. 처음에 상단 미세 물방울에 도입된 테스트 시약은 VCC 중에 응집성 미세 물방울을 통해 확산될 수 있으므로 테스트 시약을 하단 미세 물방울에 분배할 수 있습니다. 이전 연구에서는 각각 세포와 히스타민을 포함하는 하단과 상단 미세 방울 사이의 VCC 후 세포 칼슘 진동을 관찰했습니다. 또한, 미세액적의 VCC를 이용하여 조절된 히스타민 농도에 의해 형광반응이 조절되는 것으로 보고되었다.

미세액적의 용질 농도 제어는 미세액적의 VCC에 의한 디스펜서 메커니즘의 생화학적 적용에 중요합니다. 그러나 용질과 물 사이의 밀도 차이로 인해 중력 방향을 따라 응집된 미세 방울에서 용질 농도의 이질적인 분포가 발생할 수 있습니다. 용질 확산은 불균일성을 부분적으로 줄일 수 있지만 균일한 농도 분포는 달성되지 않습니다. 분리 후 상단 미세액적과 하단 미세액적의 용질 간 농도 차이는 용질 확산 특성에 따라 달라집니다. 따라서 추가적인 용질 확산 강화 메커니즘을 통해 용질 농도의 균질한 분포를 얻을 수 있으며, 이는 정확한 농도 제어를 통해 하단에서 상단 미세 액적까지 용질의 분배에 기여해야 합니다.