Войти
Интегрированная нанолитровая система - это средство измерения, устройство для разделения и смешивания, которое может измерять текучие среды до нанолитров, смешивать разные жидкости для конкретного продукта и разделять раствор на более простые растворы.
Все функции интегрированной нанолитровой системы специально разработаны для контроля очень небольшого объема жидкости (называемой микрофлюидными растворами). Масштабируемость интегрированной нанолитровой системы зависит от того, на каком типе метода обработки основана система (называемая технологической платформой), причем каждый метод обработки имеет свои преимущества и недостатки. Возможные применения интегрированной нанолитровой системы - контроль биологических жидкостей (далее синтетическая биология ) и точное обнаружение изменений в клетках для генетических целей (например, анализ экспрессии гена одной клетки ), где меньший масштаб напрямую влияет на результат и точность.
Интегрированная нанолитровая система состоит из микропроцессорных жидких каналов, нагреватели, датчики температуры и детекторы флуоресценции. Микросфабрикаты жидкостные каналы (в основном очень маленькие трубы) действуют как основные транспортные конструкции для любых жидкостей, а также там, где реакции происходят внутри система. Чтобы произошли желаемые реакции, необходимо отрегулировать температуру. Поэтому нагреватели прикреплены к некоторым сборным жидкостным каналам. Чтобы контролировать и поддерживать желаемую температуру, датчики температуры имеют решающее значение для успешных и желаемых реакций. Чтобы точно отслеживать флюиды до и после реакции, используются детекторы флуоресценции для обнаружения движения флюидов внутри системы. Например, когда определенная жидкость проходит определенную точку, где она запускает или возбуждает излучение света, детектор флуоресценции может принять это излучение . и рассчитайте время, необходимое для достижения этой точки.
Существуют три разные технологические платформы для масштабируемости интегрированной нанолитровой системы. Таким образом, основной метод обработки интегрированной нанолитровой системы зависит от типа технологической платформы, которую она использует. Три технологические платформы для масштабируемости - это электрокинетическая манипуляция, инкапсуляция пузырьков и механическое запирание.
Основным методом обработки для управления флюидом в рамках этой технологической платформы является капиллярный электрофорез, который является электрокинетическим явлением. Капиллярный электрофорез - отличный метод контроля жидкостей, поскольку заряженные частицы жидкости направляются контролируемым электрическим полем внутри системы. Однако недостатком этого метода является то, что способ управления частицами жидкости сильно зависит от первоначального заряда частиц. Другой недостаток заключается в том, что возможны «утечки» жидкости внутри системы. Эти «утечки» происходят из-за диффузии, которая зависит от размера частиц жидкости.
Основной метод обработки для контроля жидкости в рамках этой технологической платформы заключается в ограничении представляющих интерес жидкостей молекулами-носителями, которые обычно представляют собой капли воды, везикулы или мицеллы. Молекулы-носители (с жидкостью внутри них) регулируются путем индивидуального направления каждой молекулы-носителя в микропроцессорных жидкостных каналах. Этот метод отлично подходит для решения возможных «утечек» жидкости, поскольку удержание жидкости в молекуле-носителе не зависит от размера частиц жидкости. Однако недостатком этого метода является то, насколько сложным может быть решение при использовании системы.
Основным методом обработки для управления текучей средой в рамках этой технологической платформы является использование небольших механические клапаны. Механическая арматура похожа на сложную водопроводную систему, поскольку сборные жидкостные каналы действуют как водопроводные трубы, в то время как различные регулируемые клапаны направляют жидкость. Механические клапаны также считаются наиболее надежным решением недостатков электрокинетической манипуляции и инкапсуляции везикул, поскольку механические клапаны работают полностью независимо от жидкости Физические и химические свойства. Поскольку физические свойства, составляющие сборные жидкостные каналы и механические клапаны, трудно поддаются обработке из-за чрезвычайно малых размеров системы, Недостаток этого метода заключается в создании интегрированной нанолитровой системы с механической регулировкой до уровня нанолитра.
Возможное использование интегрированной нанолитровой системы находится в синтетической биологии (контроль биологических жидкостей). Поскольку интегрированная нанолитровая система, как правило, состоит из множества управляемых микроизготовленных жидкостных сетей, интегрированные нанолитровые системы являются идеальной средой для управления биологической жидкости. Обычный процесс синтетической биологии, использующий интегрированную нанолитровую систему, - это обработка сложных реакций между биологическими жидкостями, которые обычно включают разделение биологического раствора на индивидуальный чистый или более простой реагент растворы, затем смешивают индивидуальные растворы для желаемого продукта. Преимущество использования интегрированной нанолитровой системы в синтетической биологии включает чрезвычайно малую длину микрофлюидных сетей, что приводит к высокой скорости диффузии. Другим преимуществом является высокая скорость перемешивания за счет комбинации диффузии и адвекции (хаотического перемешивания ). По сравнению с предыдущими микрофлюидными системами, другим преимуществом является меньшее необходимое количество растворов реагентов для одной операции из-за микроскопической масштабируемости интегрированной нанолитровой системы. Меньшие необходимые количества растворов реагентов, как правило, приводят к большему количеству операций, которые могут быть выполнены с меньшей задержкой от сбора или воспроизведения необходимых количеств растворов реагентов.
Еще одно возможное применение интегрированной нанолитровой системы - анализ экспрессии гена в одной клетке . Одним из преимуществ использования интегрированной нанолитровой системы является ее способность обнаруживать изменения экспрессии гена более точно, чем предыдущий метод микроматрицы. микроскопическая масштабируемость нанолитровой системы (шкала от нанолитров до пиколитров ) позволяет анализировать экспрессию гена на на уровне одной клетки (около 1 пиколитр ), тогда как микроматрица анализирует изменения экспрессии гена путем усреднения большой группы клеток. Еще одно удобное и важное преимущество - это способность интегрированной нанолитровой системы иметь все необходимые биологические жидкости в системе перед работой за счет хранения каждой биологической жидкости в конкретном микроизготовленном fluidic сеть. Интегрированная нанолитровая система удобна тем, что все биологические жидкости управляются компьютером, по сравнению с тем, как предыдущие системы требовали ручной загрузки каждой биологической жидкости. Интегрированная нанолитровая система также важна для анализа экспрессии генов, потому что на анализ не будет оказываться нежелательное влияние загрязнение из-за «закрытой» системы во время работы.
