可编程液滴提高效率并降低测试生物样品的成本

麻省理工学院研究人员开发了使用电场的硬件，将化学或生物溶液的液滴移动在表面周围，以可用于测试成千上万的反应的方式混合它们。图像：吉米日

麻省理工学院研究人员开发了使用电场的硬件，将化学或生物溶液的液滴移动在表面周围，以可用于测试成千上万的反应的方式混合它们。

研究人员将其系统视为现在常用于生物研究中的微流体装置的替代方法，其中通过机械阀门连接的微观通道泵送生物溶液。在计算规定的模式中移动解决方案的新方法可以使实验能够更有效地，成本有效地进行，并且在更大的尺寸下进行。

“传统的微流体系统使用管，阀门和泵，”MIT Media Lab的研究员Udayan Umapathi说，该媒体实验室的研究员领导了新系统的开发。“这意味着他们是机械的，他们一直分解。我三年前我注意到了这个问题，当我在一个合成生物公司时，我建造了一些与它们相互作用的这些微流体系统和机械机器。我不得不拿走这些机器来确保他们没有爆炸。“

“生物学正在朝着越来越复杂的过程迁移，我们需要技术来操纵较小的储水滴，”Umapathi说。“泵，阀门和管迅速变得复杂。在我构建的机器中，我花了一个星期来组装100个连接。假设您从100个连接到具有百万个连接的机器的范围内。你不会能够手动组装。“

通过他的新系统，Umapathi解释说，可以在其设备的表面上沉积成千上万的液滴，并且它们会自动移动以进行生物实验。

该系统包括允许用户在高级普遍性地描述他们所希望进行的实验的软件。然后软件自动计算跨表面的液滴路径，并协调连续操作的时间。

“操作员指定实验的要求 - 例如，试剂A和试剂B需要在这些体积中混合并孵育此时间量，然后与试剂C混合。操作员没有指定液滴流动的流动或者它们混合的地方。它全部预先计算了软件。“

Umapathi和他的裁员 - Hiroshi Ishii，Jerome B. Wiesner Mit媒体艺术和科学教授; Patrick Shin和Dimitris Koutentakis，MIT本科生在Ishii的实验室工作;和Sam Gen Chin，在实验室中的Wellesley Controll--在在线期刊MRS进步的本月出现的纸上描述了他们的新系统。

在过去的10年中，其他研究组已经尝试过“数字微流体，”或电液体的电气操纵，以进行生物实验。但是，它们的芯片是使用高端蚀刻技术制造的，需要被称为洁净室的受控环境。Umapathi和他的同事专注于降低成本。它们的原型使用印刷电路板，这是一种商品电子设备，包括塑料板，其中铜线布置在其顶部。

研究人员的首席技术挑战是为电路板的表面设计一种涂层，这将减少摩擦，使液滴能够横跨其滑动，并且可以防止生物或化学分子粘在一起，因此它们不会污染未来的实验。电路板用电极阵列图案化。在原型中，研究人员用更密集的微小球体涂抹电路板，仅由疏水性（防水）材料制成的微米高。液滴滑过球体的顶部。研究人员还在对球体以外的结构进行试验，这可以用特定的生物材料更好地工作。

因为器件的表面是疏水性的，所以液滴在其上沉积在它自然地试图呈现球形。充电电极向下拉出液滴，向外展开。如果俯冲液滴下方的电极逐渐关闭，而逐渐接通电极逐渐接通，则疏水材料将朝向带电电极驱动液滴。

移动液滴需要高电压，在95到200伏之间的某处。但是，300次，MIT研究人员的设备中的带电电极在高电压，低频（1千赫兹）信号和3.3伏高频（200千赫兹）信号之间交替。高频信号使系统能够使用基本上相同的触摸屏电话的技术来确定液滴的位置。

如果液滴不够快速移动，系统将自动提高低频信号的电压。从传感器信号，系统还可以估计液滴的体积，与位置信息一起允许它跟踪反应的进展。

Umapathi认为，数字微流体可以大大降低工业生物学实验程序的成本。例如，制药公司将经常进行许多实验，使用配备数十个或甚至数百个移液器的机器人，测量管很少，而是像细长的眼部滴注器。

“如果你看看药物发现公司，一个踩船机器机器人在一周内使用一百万个吸移液提示，”Umapathi说。“这是推动创造新药的成本的一部分。我开始开发一些可以减少100倍的移液操作数量的液体测定。“

“在过去的15年代，20年来，Pharma的一般趋势一直走向较小的卷，因为它们具有更大的多路复用能力，”Biobright，Biobright（Biobright）的创始人兼首席执行官制定了信息系统来管理财富现代高批量生物实验产生的数据。“当谈到数字微流体时，Udayan这样做，它有效地是一种更便宜的版本，它是片面的，而不是夹在两个电极之间。我不想称它为Diy Bio，但它是较低的成本，更简单的仪器，更容易访问。他肯定会比[早期系统]更好地击中了这一点。他令人兴奋的是，他设法用较低的电压来做到这一点，并且可以用单个电极进行令人兴奋的令人兴奋。“

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出版物：（在新闻）