プラグアンドプレイマイクロ流体ピペッティングチップによって有効にされる高精度のデジタルドロップレットピペットティング

微細な液体サンプルと試薬を処理するための新たな需要は、多種多様な医学的および生物学的分野で絶えず成長しています。これには、使いやすさと携帯性を備えた低容積および高精度の液体処理ソリューションが必要です。この記事では、マイクロ流体衝撃印刷の原則から派生した新しいデジタルドロップレットピペッティング方法が初めて導入されました。従来のハンドヘルドピペットとして構成されたプロトタイプデバイスは、ナノリタードロップレットのオンデマンド分配のためのプログラム可能な電磁アクチュエーターによって駆動されるプラグアンドプレイおよび使い捨てマイクロ流体ピペッティングチップで構成されています。特に、従来の使い捨てピペットのヒントの代わりに、衝撃駆動型マイクロ流体ピペッティングチップは、液体の負荷と液滴の両方の生成を提供します。印刷ノズルは、分配残基を最小限に抑えるために、スーパーハイドロロポビック構造を備えたフェムト秒レーザーを使用してマイクロファブリック化されています。高精度の液滴分配原理の結果として、分配された体積の変動は、その商業的対応と比較して、0.1μLで49.5％から0.6％に成功裏に減少しました。濃度希釈および細胞薬物耐性の定量分析のための概念実証研究は、デジタル液滴ピペッティングシステムを使用して実行され、高精度と低音量の両方の処理を必要とする広範な生物医学的応用にその可能性を示しています。

Emerging demands for handling minute liquid samples and reagents have been constantly growing in a wide variety of medical and biological areas. This calls for low-volume and high-precision liquid handling solutions with ease-of-use and portability. In this article, a new digital droplet pipetting method is introduced for the first time, derived from the microfluidic impact printing principle. Configured as a conventional handheld pipette, the prototype device consists of a plug-and-play and disposable microfluidic pipetting chip, driven by a programmable electromagnetic actuator for on-demand dispensing of nanoliter droplets. In particular, the impact-driven microfluidic pipetting chip, in place of the traditional disposable pipette tips, offers both liquid loading and droplet generation. The printing nozzle has been micro-fabricated using a femtosecond laser with a super-hydrophobic structure, in order to minimize the dispensing residues. As a result of the high-precision droplet dispensing principle, the variations of the dispensed volume have been successfully reduced from 49.5% to 0.6% at 0.1 μL, as compared to its commercial counterparts. A proof-of-concept study for concentration dilution and quantitative analysis of cell drug resistance has been carried out by using the digital droplet pipetting system, demonstrating its potential in a broad range of biomedical applications which require both high precision and low-volume processing.