Миниатюризация быстро меняет сферу биохимии с появлением новых технологий, таких как микрофлюидика и устройства «лаборатория на кристалле», которые захватывают мир штурмом. Химические реакции, которые обычно проводились в колбах и пробирках, теперь можно проводить в крошечных каплях воды размером не более нескольких миллионных долей литра. В частности, в методах сэндвича с множеством капель такие крошечные капли упорядоченно располагаются на двух параллельных плоских поверхностях, противоположных друг другу. Приблизив верхнюю поверхность достаточно близко к нижней, каждая верхняя капля вступает в контакт с противоположной нижней каплей, обмениваясь химическими веществами и перенося частицы или даже клетки.
В буквальном смысле эти капли могут действовать как небольшие реакционные камеры или клеточные культуры, а также они могут выполнять роль инструментов для работы с жидкостями, таких как пипетки, но в гораздо меньших масштабах.
Проблема с многослойной компоновкой капель состоит в том, что нет индивидуального контроля над каплями; как только верхняя поверхность опускается, каждая капля на нижней поверхности обязательно соприкасается с одной каплей на верхней поверхности.
Другими словами, эта технология ограничена пакетными операциями, что ограничивает ее универсальность и делает ее более дорогостоящей. Может быть простой способ выбрать, какие капли должны соприкасаться при сближении поверхностей??
Благодаря профессору Сатоши Кониси и его коллегам из Университета Рицумейкан, Япония, ответ – решительное да!
В недавнем исследовании, опубликованном в Scientific Reports, эта группа ученых представила новую технику, которая позволяет индивидуально выбирать капли для контакта при сэндвиче-сэндвиче. Идея, лежащая в основе их подхода, довольно проста: если бы мы могли контролировать высоту отдельных капель на нижней поверхности, чтобы некоторые из них стояли выше других, мы могли бы сблизить обе поверхности так, чтобы только эти капли соприкасались со своими копиями, при этом экономя время. отдыхать.
Однако как этого добиться на самом деле было немного сложнее.
Ранее исследователи пытались использовать электричество для контроля «смачиваемости» диэлектрического материала в области под каждой каплей.
Этот подход, известный как «электросмачивание диэлектрика (EWOD)», позволяет немного изменить баланс сил, удерживающих каплю воды вместе, когда она находится на поверхности. Подавая электрическое напряжение под каплю, можно немного растянуть ее, увеличив ее площадь и уменьшив высоту. Однако команда обнаружила, что этот процесс не является легко обратимым, поскольку капли не могут самопроизвольно восстанавливать свою первоначальную высоту после отключения напряжения.
Чтобы решить эту проблему, они разработали электрод EWOD с гидрофильно-гидрофобным рисунком. Когда электрод включен, вышеописанный процесс заставляет каплю на его поверхности растекаться и становиться короче.
И наоборот, когда электрод выключен, внешняя гидрофобная часть электрода отталкивает каплю, а внутренняя гидрофильная часть притягивает ее. Это восстанавливает исходную форму и высоту капли!
Исследователи продемонстрировали свой метод, разместив несколько электродов EWOD на нижней поверхности сэндвич-платформы с массивом капель.
Просто подав напряжение на выбранные электроды, они могли легко выбрать, какие пары капель соприкасаются при опускании верхней платформы. В своей демонстрации они перенесли красный краситель с верхних капель только на некоторые из нижних капель. «Наш подход может быть использован для электрического установления индивидуальных контактов между каплями, что позволяет нам легко контролировать концентрацию химических веществ в этих каплях или даже переносить живые клетки от одной к другой», – объясняет проф. Кониши.
Это исследование открывает путь к потенциально плодотворному сочетанию методов обработки капель и автоматизации. «Мы предполагаем, что технология« лаборатория на кристалле »с использованием капель заменит традиционные ручные операции с использованием таких инструментов, как пипетки, тем самым повысив эффективность скрининга лекарств. В свою очередь, это ускорит процесс открытия лекарств », – подчеркивает проф.
Кониши. Он добавляет, что культивирование клеток в виде свисающих капель, которое использовалось в области клеточной биологии, также сделает клеточную оценку лекарств и химикатов дешевле и быстрее, что станет ценным инструментом для биохимии и клеточной биологии.
Будем надеяться, что плоды этой технологии «упадут» не за горами!