Integratsiyalashgan nanolitik tizim - Integrated nanoliter system

The o'rnatilgan nanolitrli tizim gacha bo'lgan suyuqlikni o'lchashga qodir bo'lgan o'lchash, ajratish va aralashtirish moslamasi nanolitr, ma'lum bir suyuqlik uchun turli xil suyuqliklarni aralashtiring mahsulot va echimni oddiy echimlarga ajrating.[1]

Integratsiyalashgan nanolitr tizimining barcha xususiyatlari juda oz miqdordagi suyuqlikni boshqarish uchun maxsus ishlab chiqilgan mikrofluidik echimlar). Integratsiyalashgan nanolitrli tizimning miqyosi, tizimning qaysi ishlov berish uslubiga asoslanganligiga bog'liq (texnologik platforma deb nomlang), har bir ishlov berish usuli o'zining afzalliklari va kamchiliklariga ega. Integratsiyalashgan nanolitr tizimining mumkin bo'lgan ishlatilishini boshqarish biologik suyuqliklar (qarang sintetik biologiya ) va o'zgarishlarni aniq aniqlash hujayralar uchun genetik maqsadlar (masalan, bitta hujayrali gen ekspressioni tahlil) bu erda kichikroq o'lchov to'g'ridan-to'g'ri natija va aniqlikka ta'sir qiladi.

Xususiyatlari

Integratsiyalashgan nanolitik tizim quyidagilardan iborat mikrofabrikali suyuq kanallar, isitgichlar, harorat sezgichlari va lyuminestsentsiya detektorlar. The mikrofabrikali suyuq kanallar (asosan juda kichik quvurlar) har qanday suyuqlik uchun ham, qaerda ham asosiy transport inshootlari vazifasini bajaradi reaktsiyalar tizim ichida sodir bo'ladi. Istalgan uchun reaktsiyalar sodir bo'lishi uchun haroratni sozlash kerak. Shuning uchun, isitgichlar ba'zilariga biriktirilgan mikrofabrikali suyuq kanallar. Istalgan haroratni kuzatish va ushlab turish uchun harorat sensori muvaffaqiyatli va kerakli bo'lishi uchun juda muhimdir reaktsiyalar. A dan oldin va keyin suyuqliklarni aniq kuzatib borish uchun reaktsiya, lyuminestsentsiya detektorlar tizim ichidagi suyuqlik harakatini aniqlash uchun ishlatiladi. Masalan, ma'lum bir suyuqlik uni qo'zg'atadigan yoki ma'lum bir nuqtadan o'tib ketganda hayajonlantiradi emissiya yorug'lik, lyuminestsentsiya detektor buni qabul qilishga qodir emissiya va ushbu aniq nuqtaga erishish uchun zarur bo'lgan vaqtni hisoblang.[1]

O'lchovni kengaytirish uchun texnologik platformalar

Integratsiyalashgan nanolitik tizim uchun uch xil texnologik platformalar mavjud ölçeklenebilirlik. Shu sababli, o'rnatilgan nanolitrli tizimning asosiy ishlov berish usuli u foydalanadigan texnologik platformaning turidan farq qiladi. Uch texnologik platformalar ölçeklenebilirlik elektrokinetik manipulyatsiya, pufakchali inkassulyatsiya va mexanik qopqoq.[2]

Elektrokinetik manipulyatsiya

Ushbu texnologik platforma ostida suyuqlikni boshqarish uchun asosiy ishlov berish usuli kapillyar hisoblanadi elektroforez, bu an elektrokinetik hodisalar. Kapillyar elektroforez suyuqlikni boshqarish uchun ajoyib usuldir, chunki suyuqlikning zaryadlangan zarralari tizim ichidagi boshqariladigan elektr maydon tomonidan boshqariladi. Ammo texnikaning kamchiligi shundaki, suyuqlik zarralarini boshqarish usuli zarrachalarning dastlabki zaryadlariga bog'liq. Yana bir kamchilik - bu tizim ichidagi mumkin bo'lgan suyuqlik "oqishi". Ushbu "qochqinlar" orqali sodir bo'ladi diffuziya ular suyuqlik zarralari hajmiga bog'liq.[2]

Vesikula inkapsulyatsiyasi

Ushbu texnologik platforma ostida suyuqlikni boshqarishning asosiy ishlov berish usuli bu odatda tashuvchi molekulalarga bo'lgan suyuqliklarni cheklashdir. tomchilar suv, pufakchalar, yoki misellar. Tashuvchi molekulalar (ular ichidagi suyuqlik bilan) ichidagi har bir tashuvchi molekulalarni alohida yo'naltirish orqali boshqariladi mikrofabrikali suyuq kanallar. Ushbu usul mumkin bo'lgan suyuqlikning "oqishi" ni hal qilish uchun juda yaxshi, chunki suyuqlikni tashuvchisi molekulasida ushlab turish suyuqlik zarralari hajmiga bog'liq emas. Biroq, ushbu texnikaning tizimdan foydalanganda echimning qanchalik murakkab bo'lishi haqida kamchiliklari bor.[2]

Mexanik valflash

Ushbu texnologik platforma ostida suyuqlikni boshqarish uchun asosiy ishlov berish usuli kichik mexanikadan foydalanish hisoblanadi vanalar. Mexanik valflash murakkab sanitariya-tesisat tizimiga o'xshaydi, chunki mikrofabrikali suyuq kanallar turli xil boshqariladigan bo'lsa, sanitariya-tesisat quvurlari vazifasini bajaradi vanalar suyuqlikni yo'naltiring. Mexanik valflash ham eng yuqori deb hisoblanadi mustahkam ning kamchiliklarini hal qilish elektrokinetik manipulyatsiya va pufakcha inkapsulyatsiya, chunki mexanik klapanlar suyuqlikning fizikaviy va kimyoviy xususiyatlaridan butunlay mustaqil ishlaydi. Chunki tarkibiga kiruvchi jismoniy xususiyatlar mikrofabrikali suyuq kanallar va mexanik vanalar Tizimning juda kichik ko'lami tufayli ishlov berish qiyin, bu texnikaning mexanik valfli integral nanolitrli tizimni yaratish kamchiliklari mavjud. nanolitr o'lchov[2]

Ushbu tizimning mumkin bo'lgan ishlatilishi

Sintetik biologiya

Integratsiyalashgan nanolitr tizimidan foydalanish mumkin sintetik biologiya (nazorat qilish biologik suyuqliklar). Integratsiyalashgan nanolitrli tizim odatda ko'pgina boshqariladiganlardan iborat mikrofabrikali suyuq tarmoqlar, o'rnatilgan nanolitrli tizimlar boshqarish uchun ideal muhitdir biologik suyuqliklar. Integratsiyalashgan nanolitik tizimdan foydalanadigan sintetik biologiyaning keng tarqalgan jarayoni bu murakkab reaktsiyalarni qayta ishlashdir biologik odatda a ni ajratishni o'z ichiga olgan suyuqliklar biologik eritma individual ravishda toza yoki sodda reaktiv echimlar, so'ngra kerakli echimlarni individual aralashtirish mahsulot. Sintetik biologiyada integral nanoliter tizimidan foydalanishning afzalligi juda kichik uzunlikni o'z ichiga oladi mikrofluidik tarmoqlar bu tez natijaga olib keladi diffuziya stavkalar. Yana bir afzallik - bu kombinatsiyalash tufayli tez aralashish stavkalari diffuziya va reklama (tartibsiz aralashtirish ). Oldingi bilan taqqoslaganda mikrofluidik tizimlarining yana bir afzalligi - bu kerakli miqdordagi kichik miqdor reaktiv birlashtirilgan nanolitik tizim tufayli bitta operatsiya uchun echimlar mikroskopik ölçeklenebilirlik. Kichikroq miqdordagi miqdor reaktiv echimlar kamroq bajarilishi mumkin bo'lgan ko'proq operatsiyalarga olib keladi kechikish kerakli miqdorlarni yig'ish yoki ko'paytirishdan reaktiv echimlar.[3]

Bir hujayrali gen ekspresiyasini tahlil qilish

Integratsiyalashgan nanolitr tizimidan foydalanishning yana bir usuli bitta hujayradir gen ekspressioni tahlil. Integratsiyalashgan nanolitik tizimdan foydalanishning afzalliklaridan biri uning gen ekspressioni o'zgarishlarini oldingi texnikaga qaraganda aniqroq aniqlash qobiliyatidir. mikroarray. Nanolitik tizim mikroskopik ölçeklenebilirlik (nanolitr ga pikoliter miqyosi) uni tahlil qilishga imkon beradi gen ekspressioni bitta hujayra darajasida (taxminan 1 ga yaqin) pikoliter ), esa mikroarray tomonidan gen ekspressionining o'zgarishini tahlil qiladi o'rtacha hujayralarning katta guruhi. Yana bir qulay va muhim foyda - bu integrallashgan nanolitr tizimining barcha kerakli narsalarga ega bo'lish qobiliyatidir biologik har birini saqlash orqali tizimdagi suyuqlik biologik o'ziga xos suyuqlik mikrofabrikali suyuq tarmoq. Integratsiyalashgan nanolitr tizimi qulaydir, chunki biologik suyuqliklarning barchasi avvalgi tizimlar har birining qo'lda yuklanishini talab qilganiga nisbatan kompyuter tomonidan boshqariladi biologik suyuqlik. Integratsiyalashgan nanolitik tizim gen ekspressionini tahlil qilish uchun ham muhimdir, chunki tahlilga istalmagan ta'sir ko'rsatmaydi ifloslanish ish paytida "yopiq" tizim tufayli.[4]

Adabiyotlar

  1. ^ a b Berns, Mark A., Brayan N. Jonson, Sundaresh N. Braxmasandra, Kalyan Xandik, Jeyms R. Vebster, Madavi Krishnan, Timot S. Sammakro, Piu M. Man, Darren Jons, Dilan Xeldsinger, Karlos X. Mastrangelo va Devid T. Burke, "Nanolitrli DNKni tahlil qilish uchun mo'ljallangan qurilma", Amerika ilm-fanni rivojlantirish bo'yicha assotsiatsiyasi, 2013 yil 29 yanvar
  2. ^ a b v d Gonkong, J. W. & Quake, S., "Integratsiyalashgan nanolitik tizim" Arxivlandi 2016-03-05 da Orqaga qaytish mashinasi, Tabiat biotexnologiyasida, 21, 1179-1183
  3. ^ Gulati, Shelli, Vinsent Rouilly, Xize Niu, Jeyms Chappell, Richard I. Kitni, Joshua B. Edel, Pol S. Freemont va Endryu J. DeMello, "Sintetik biologiyada mikrofidik texnologiyalar uchun imkoniyatlar", Royal Society Interface jurnali, 2013 yil 29-yanvar
  4. ^ Toriello, Nikolas M., Erik S. Duglas, Numrin Taytrong, Sonni C. Xsiao, Metyu B. Frensis, Kerolin R. Bertozzi va Richard A. Mathies, "Bir hujayrali gen ekspresiyasini tahlil qilish uchun integral mikrofluik bioprocessor", Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari, 2013 yil 29 yanvar