シングルセルペアリングのために、マイクロ流体オンデマンド液滴生成、ストレージ、検索、およびマージ

単一の統合されたマイクロ流体デバイスのストレージライブラリから選択された液滴の需要期水素液滴の生成、多液体液滴の生成、および制御された液滴のマージを組み合わせた多機能マイクロ流体プラットフォームについて説明します。技術のユニークな側面は、液滴トラップチャンバーと、幅広い個々の液滴サイズにわたる複数の液滴のキャプチャと合併をサポートするマイクロバルブと統合された横方向のバイパスチャネルを含むマイクロ流体トラップ設計です。一連のマイクロ流体トラップを含むストレージユニットは、最初の最初の方法で動作し、ライブラリ内に保存されている液滴を分析してから、選択した液滴を下流のマージゾーンに順次配信し、他の液滴を無駄にしながら避けます。マイクロ流体トラップのパフォーマンスは、バイパス/チャンバーの流体力学的抵抗比、マイクロチャンバー形状、トラップドロップレットボリューム、および全体的な流量の変動について調査されます。次に、統合されたマイクロ流体プラットフォームを利用して、水相液滴キャリア内の個々の細胞のカプセル化、固定化細胞のスクリーニングまたはインキュベーションを含む、単一の細胞分解能で定義された細胞集団の分離を必要とする細胞ベースのアッセイに必要な動作ステップを実証するために使用されます。 - カプセル化された液滴、およびシーケンシャル液滴のマージプロセスを介した個々の細胞の制御された組み合わせの生成。セル分析のための有用性を超えて、提示されたプラットフォームは、幅広い液滴ベースのマイクロフルイドアプリケーションで使用するための堅牢な液滴生成、ストレージ、およびマージへの多用アプローチを表しています。

A multifunctional microfluidic platform combining on-demand aqueous-phase droplet generation, multi-droplet storage, and controlled merging of droplets selected from a storage library in a single integrated microfluidic device is described. A unique aspect of the technology is a microfluidic trap design comprising a droplet trap chamber and lateral bypass channels integrated with a microvalve that supports the capture and merger of multiple droplets over a wide range of individual droplet sizes. A storage unit comprising an array of microfluidic traps operates in a first-in first-out manner, allowing droplets stored within the library to be analyzed before sequentially delivering selected droplets to a downstream merging zone, while shunting other droplets to waste. Performance of the microfluidic trap is investigated for variations in bypass/chamber hydrodynamic resistance ratio, micro-chamber geometry, trapped droplet volume, and overall flow rate. The integrated microfluidic platform is then utilized to demonstrate the operational steps necessary for cell-based assays requiring the isolation of defined cell populations with single cell resolution, including encapsulation of individual cells within an aqueous-phase droplet carrier, screening or incubation of the immobilized cell-encapsulated droplets, and generation of controlled combinations of individual cells through the sequential droplet merging process. Beyond its utility for cell analysis, the presented platform represents a versatile approach to robust droplet generation, storage, and merging for use in a wide range of droplet-based microfluidics applications.