Akustyczny wyrzut kropli - Acoustic droplet ejection

Akustyczne wyrzucanie kropli (ADE) wykorzystuje impuls ultradźwiękowy do przemieszczania niewielkich objętości płynów (zazwyczaj nanolitrów lub pikolitrów) bez żadnego fizycznego kontaktu. Ta technologia skupia energię akustyczną w próbce płynu w celu wyrzucenia kropelek tak małych jak pikolitr . Technologia ADE to bardzo delikatny proces i może być stosowana do przenoszenia białek, DNA o wysokiej masie cząsteczkowej i żywych komórek bez uszkodzenia lub utraty żywotności. Ta cecha sprawia, że ​​technologia jest odpowiednia do wielu różnych zastosowań, w tym proteomiki i testów komórkowych.

Historia

Akustyczne wyrzucanie kropli zostało po raz pierwszy zgłoszone w 1927 r. Przez Roberta W. Wooda i Alfreda Loomisa , którzy zauważyli, że kiedy generator akustyczny o dużej mocy został zanurzony w kąpieli olejowej, na powierzchni oleju uformował się kopiec i niczym „miniaturowy wulkan , ”Wyrzucił ciągły strumień kropel. Fale, które pojawiają się w szklance wody umieszczonej na głośniku, świadczą o tym, że energię akustyczną można przekształcić w energię kinetyczną w płynie. Jeśli dźwięk zostanie wystarczająco podkręcony, z cieczy wyskoczą kropelki. Technika ta została udoskonalona w latach 70. i 80. XX wieku przez Xerox i IBM oraz inne organizacje w celu zapewnienia jednej kropli na żądanie do drukowania atramentu na stronie. Dwie kalifornijskie firmy, EDC Biosystems Inc. i Labcyte Inc. (obie obecnie przejęte przez Beckman Coulter ), wykorzystują energię akustyczną do dwóch oddzielnych funkcji: 1) jako urządzenie do przenoszenia cieczy i 2) jako urządzenie do audytu cieczy.

Mechanizm wyrzutu

Aby wyrzucić kropelkę, przetwornik generuje i przekazuje energię akustyczną do studni źródłowej. Kiedy energia akustyczna jest skupiona w pobliżu powierzchni cieczy, tworzy się wzgórek cieczy i wyrzucana jest kropla. [Rysunek 1] Średnica kropli skaluje się odwrotnie do częstotliwości energii akustycznej - przy wyższych częstotliwościach krople są mniejsze. W przeciwieństwie do innych urządzeń do przenoszenia cieczy, żadne końcówki pipet , narzędzia szpilkowe ani dysze nie dotykają cieczy źródłowej ani powierzchni docelowych. Metody przenoszenia cieczy, które polegają na tworzeniu się kropel przez otwór, np. Jednorazowe końcówki lub dysze kapilarne, niezmiennie tracą precyzję wraz ze spadkiem objętości przenoszenia. Bezdotykowy transfer akustyczny zapewnia współczynnik zmienności (CV), który jest znacznie niższy niż w przypadku innych technik i jest niezależny od głośności na testowanych poziomach.

ADE wystrzeliwuje kroplę ze źródła wysoko w górę do odwróconej płytki odbiorczej umieszczonej nad płytką źródłową. Płyny wyrzucane ze źródła są wychwytywane przez suche płytki ze względu na napięcie powierzchniowe. W przypadku większych objętości można szybko wyrzucić wiele kropel ze źródła (zwykle od 100 do 500 kropel / s) do miejsca docelowego, przy współczynniku zmienności zwykle <4% w zakresie objętości dwóch rzędów wielkości.

Zastosowania transferu akustycznego

Następujące zastosowania należą do tych, które mogą skorzystać z funkcji akustycznego wyrzutu kropelek:

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ RW Wood; AL Loomis (1927). „Fizyczne i biologiczne skutki fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości o dużej intensywności”. Magazyn filozoficzny . 4 (22): 417–436.
  2. ^ KA Krause (1973). „Ogniskowanie głowicy atramentowej”. Biuletyn IBM Technical Disclosure Bulletin . 16 (4): 1168.
  3. ^ R. Ellson; M. Mutz; B. Browning; L. Lee; MF Miller; R. Papen (2003). „Przenoszenie małych objętości nanolitrów między płytkami z mikrostudzienkami z wykorzystaniem akustyki zogniskowanej - uwagi dotyczące automatyzacji”. Journal of the Association for Laboratory Automation . 8 (5): 29–34. doi : 10.1016 / S1535-5535 (03) 00011-X .
  4. ^ R. Ellson (2002). „Pikolitr: umożliwia precyzyjne przenoszenie objętości nanolitr i pikolitr”. Drug Discovery Today . 7 (5): 32–34. doi : 10.1016 / S1359-6446 (02) 02176-1 .
  5. ^ J. Comley (2004). „Ciągła miniaturyzacja technologii oznaczania napędza rynek dozowania nanolitrów”. Drug Discovery World . Lato: 43–54.
  6. ^ Yin, Xingyu; Scalia, Alexander; Leroy, Ludmila; Cuttitta, Christina M .; Polizzo, Gina M .; Ericson, Daniel L .; Roessler, Christian G .; Campos Olven; Ma, Millie Y .; Agarwal, Rakhi; Jackimowicz, Rick; Allaire Marc; Orville, Allen M .; Sweet, Robert M .; Soares, Alexei S. (2014). „Trafienie w cel: przeszukiwanie fragmentów z akustyczną ko-krystalizacją in situ białek oraz bibliotek fragmentów na zamocowanych na szpilkach mikrosiateczkach do zbierania danych” . Acta Crystallographica Sekcja D . 70 (5): 1177–1189. doi : 10.1107 / S1399004713034603 . PMC   4014116 . PMID   24816088 .