Акустический выброс капель

Акустический выброс капель (ADE) использует импульс ультразвука для перемещения небольших объемов жидкостей (обычно нанолитров или пиколитров) без какого-либо физического контакта. Эта технология фокусирует акустическую энергию в образце жидкости, чтобы выбрасывать капли размером до пиколитра . Технология ADE представляет собой очень щадящий процесс, и ее можно использовать для переноса белков, высокомолекулярной ДНК и живых клеток без повреждения или потери жизнеспособности. Эта особенность делает технологию подходящей для широкого спектра применений, включая протеомику и клеточные анализы.

История

Впервые об акустическом выбросе капель сообщили в 1927 году Роберт Вуд и Альфред Лумис ^[1] , которые отметили, что при погружении мощного акустического генератора в масляную ванну на поверхности масла образовывался холмик, похожий на «Миниатюрный вулкан» выбросил непрерывный поток капель. Рябь, появляющаяся в стакане с водой, поставленном на громкоговоритель, показывает, что акустическая энергия может быть преобразована в кинетическую энергию в жидкости. Если звук будет достаточно громким, из жидкости будут выпрыгивать капли. Этот метод был усовершенствован в 1970-х и 1980-х годах компаниями Xerox , IBM ^[2] и другими организациями, чтобы обеспечить по требованию одну каплю чернил для печати на странице. Две калифорнийские компании, EDC Biosystems Inc. и Labcyte Inc. (обе теперь приобретены Beckman Coulter ), используют акустическую энергию для двух отдельных функций: 1) как устройство для переноса жидкости и 2) как устройство для проверки жидкости.

Механизм выброса

Чтобы выбросить каплю, преобразователь генерирует и передает акустическую энергию в колодец-источник. Когда акустическая энергия фокусируется вблизи поверхности жидкости, образуется холмик жидкости и выбрасывается капля. [Рисунок 1] Диаметр капли обратно пропорционален частоте акустической энергии: чем выше частота, тем меньше капли. ^{[3] [4]} В отличие от других устройств для перекачивания жидкости, наконечники пипеток , штифты или сопла не касаются исходной жидкости или поверхностей назначения. Методы переноса жидкости, основанные на образовании капель через отверстие, например, одноразовые наконечники или капиллярные насадки, неизменно теряют точность по мере уменьшения объема переноса. Бесконтактная акустическая передача обеспечивает коэффициент вариации (CV), который значительно ниже, чем у других методов, и не зависит от громкости на протестированных уровнях.

ADE выстреливает каплю из лунки источника вверх к перевернутой приемной пластине, расположенной над пластиной источника. Жидкости, выброшенные из источника, улавливаются сухими пластинами за счет поверхностного натяжения. При больших объемах несколько капель могут быстро выбрасываться из источника (обычно от 100 до 500 капель в секунду) к месту назначения с коэффициентом вариации, обычно <4%, в диапазоне объемов на два порядка. ^[5]

Применение акустического переноса

Следующие приложения относятся к числу тех, которые могут извлечь выгоду из особенностей акустического выброса капель:

• Высокопроизводительный скрининг ^[6]
• Микроэлектромеханические системы
• Миниатюризация анализа
• Устранение перекрестного загрязнения
• Сокращение пластиковых отходов в биологических исследованиях
• Прямая загрузка масс-спектрометров

Смотрите также

• Акустическое испарение капель
• Специальный выпуск журнала «Лабораторная автоматизация»: Продвижение научных инноваций с помощью акустического выброса капель

Рекомендации

1. Р.В. Вуд; А. Л. Лумис (1927). «Физические и биологические эффекты высокочастотных звуковых волн большой интенсивности». Философский журнал . 4 (22): 417–436.
2. К. А. Краузе (1973). «Фокусировка струйной головки». Бюллетень технической информации IBM . 16 (4): 1168.
3. Р. Эллсон; М. Мутц; Б. Браунинг; Л. Ли; М. Ф. Миллер; Р. Папен (2003). «Перенос небольших объемов нанолитров между планшетами с микролунками с использованием фокусированной акустики - вопросы автоматизации». Журнал Ассоциации автоматизации лабораторий . 8 (5): 29–34. дои : 10.1016/S1535-5535(03)00011-X.
4. Р. Эллсон (2002). «Пиколитр: обеспечение точной передачи объемов нанолитров и пиколитров». Открытие наркотиков сегодня . 7 (5): 32–34. дои : 10.1016/S1359-6446(02)02176-1.
5. Дж. Комли (2004). «Продолжающаяся миниатюризация аналитических технологий стимулирует рынок дозирования нанолитров». Мир открытия наркотиков . Лето: 43–54.
6. Инь, Синъюй; Скалиа, Александр; Лерой, Людмила; Каттитта, Кристина М.; Полиццо, Джина М.; Эриксон, Дэниел Л.; Росслер, Кристиан Г.; Кампос, Олвен; Ма, Милли Ю.; Агарвал, Ракхи; Джекимович, Рик; Аллер, Марк; Орвилл, Аллен М.; Сладкий, Роберт М.; Соарес, Алексей С. (2014). «Достижение цели: скрининг фрагментов с акустической сокристаллизацией белков in situ плюс библиотеки фрагментов на микросетках для сбора данных, закрепленных на штырях». Acta Crystallographica Раздел D. 70 (5): 1177–1189. дои : 10.1107/S1399004713034603. ПМК 4014116 . ПМИД  24816088.