Akustisk dropputkastning

Akustisk dropputstötning (ADE) använder en ultraljudspuls för att flytta låga volymer vätskor (vanligtvis nanoliter eller picoliter) utan någon fysisk kontakt. Denna teknik fokuserar akustisk energi i ett vätskeprov för att spruta ut droppar så små som en pikoliter . ADE-teknologi är en mycket skonsam process, och den kan användas för att överföra proteiner, högmolekylärt DNA och levande celler utan att skada eller förlora livsduglighet. Denna funktion gör teknologin lämplig för en mängd olika tillämpningar inklusive proteomik och cellbaserade analyser.

Historia

Akustisk dropputstötning rapporterades första gången 1927 av Robert W. Wood och Alfred Loomis , som noterade att när en högeffekts akustisk generator sänktes ned i ett oljebad, bildades en kulle på ytan av oljan och som en "miniatyrvulkan" ”, kastade ut en kontinuerlig ström av droppar. Ripplingar som visas i ett glas vatten placerat på en högtalare visar att akustisk energi kan omvandlas till kinetisk energi i en vätska. Om ljudet är tillräckligt uppskruvat kommer droppar att hoppa från vätskan. Denna teknik förfinades på 1970- och 1980-talen av Xerox och IBM och andra organisationer för att tillhandahålla en enda droppe på begäran för utskrift av bläck på en sida. Två Kalifornien-baserade företag, EDC Biosystems Inc. och Labcyte Inc. (båda nu förvärvade av Beckman Coulter ), utnyttjar akustisk energi för två separata funktioner: 1) som en vätskeöverföringsanordning och 2) som en anordning för vätskekontroll.

Utkastningsmekanism

För att mata ut en droppe genererar en givare och överför akustisk energi till en källbrunn. När den akustiska energin fokuseras nära vätskans yta, bildas en hög av vätska och en droppe stöts ut. [Figur 1] Droppens diameter skalar omvänt med frekvensen av den akustiska energin – högre frekvenser ger mindre droppar. Till skillnad från andra vätskeöverföringsanordningar rör inga pipettspetsar , stiftverktyg eller munstycken källvätskan eller destinationsytorna. Vätskeöverföringsmetoder som är beroende av droppbildning genom en öppning, t.ex. engångsspetsar eller kapillärmunstycken, förlorar undantagslöst precision när överföringsvolymen minskar. Beröringsfri akustisk överföring ger en variationskoefficient (CV) som är betydligt lägre än andra tekniker och är oberoende av volymen vid de testade nivåerna.

ADE skjuter en droppe från en källbrunn uppåt till en inverterad mottagningsplatta placerad ovanför källplattan. Vätskor som sprutas ut från källan fångas upp av torra plattor på grund av ytspänning. För större volymer kan flera droppar snabbt kastas ut från källan (typiskt 100 till 500 droppar/sek) till destinationen med variationskoefficienten typiskt <4 % över ett volymintervall av två storleksordningar.

Tillämpningar av akustisk överföring

Följande applikationer är bland dem som kan dra nytta av funktionerna i akustisk dropputkastning:

Screening med hög genomströmning
Mikroelektromekaniska system
Assay miniatyrisering
Eliminera korskontaminering
Att minska plastavfallet i biologisk forskning
Direkt laddning av masspektrometrar

Se även

^ RW trä; AL Loomis (1927). "De fysiska och biologiska effekterna av högfrekventa ljudvågor av stor intensitet". Filosofisk tidskrift . 4 (22): 417–436.
^ KA Krause (1973). "Fokuserande bläckstrålehuvud". IBM Technical Disclosure Bulletin . 16 (4): 1168.
^ R. Ellson; M. Mutz; B. Browning; L. Lee; MF Miller; R. Papen (2003). "Överföring av låga nanolitervolymer mellan mikrobrunnsplattor med fokuserad akustik – automationsöverväganden". Journal of the Association for Laboratory Automation . 8 (5): 29–34. doi : 10.1016/S1535-5535(03)00011-X .
^ R. Ellson (2002). "Pikoliter: möjliggör exakt överföring av nanoliter- och pikolitervolymer". Drug Discovery Today . 7 (5): 32–34. doi : 10.1016/S1359-6446(02)02176-1 .
^ J. Comley (2004). "Fortsatt miniatyrisering av analysteknik driver marknaden för dispensering av nanoliter". Drug Discovery World . Sommar: 43–54.
^ 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). "Att träffa målet: fragmentscreening med akustisk in situ samkristallisering av proteiner plus fragmentbibliotek på stiftmonterade datainsamlingsmikromaskor" . Acta Crystallographica Sektion D. 70 (5): 1177–1189. doi : 10.1107/S1399004713034603 . PMC 4014116 . PMID 24816088 .

[1] RW trä; AL Loomis (1927). "De fysiska och biologiska effekterna av högfrekventa ljudvågor av stor intensitet". Filosofisk tidskrift . 4 (22): 417–436.

[2] KA Krause (1973). "Fokuserande bläckstrålehuvud". IBM Technical Disclosure Bulletin . 16 (4): 1168.

[3] R. Ellson; M. Mutz; B. Browning; L. Lee; MF Miller; R. Papen (2003). "Överföring av låga nanolitervolymer mellan mikrobrunnsplattor med fokuserad akustik – automationsöverväganden". Journal of the Association for Laboratory Automation . 8 (5): 29–34. doi : 10.1016/S1535-5535(03)00011-X .

[4] R. Ellson (2002). "Pikoliter: möjliggör exakt överföring av nanoliter- och pikolitervolymer". Drug Discovery Today . 7 (5): 32–34. doi : 10.1016/S1359-6446(02)02176-1 .

[5] J. Comley (2004). "Fortsatt miniatyrisering av analysteknik driver marknaden för dispensering av nanoliter". Drug Discovery World . Sommar: 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). "Att träffa målet: fragmentscreening med akustisk in situ samkristallisering av proteiner plus fragmentbibliotek på stiftmonterade datainsamlingsmikromaskor" . Acta Crystallographica Sektion D. 70 (5): 1177–1189. doi : 10.1107/S1399004713034603 . PMC 4014116 . PMID 24816088 .