微型化正在迅速重塑生物化學(xué)領(lǐng)域，微流體和“芯片實驗室”設(shè)備等新興技術(shù)席卷全球。通常在燒瓶和試管中進行的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)在可以在不超過百萬分之一升的微小水滴中進行。特別是在液滴陣列夾層技術(shù)中，這種微小的液滴有序地排列在彼此相對的兩個平行平面上。通過使頂部表面足夠靠近底部表面，每個頂部液滴與相對的底部液滴接觸，交換化學(xué)物質(zhì)并轉(zhuǎn)移顆粒甚至細胞。從字面上看，這些液滴可以充當(dāng)小型反應(yīng)室或細胞培養(yǎng)物，
液滴陣列夾層的問題在于沒有對液滴的單獨控制;一旦頂面降低，底面上的每個液滴必然與頂面上的液滴接觸。換句話說，這項技術(shù)僅限于批量操作，這限制了它的多功能性并使其成本更高。是否有一種簡單的方法來選擇當(dāng)表面靠得更近時哪些液滴應(yīng)該接觸?
感謝立命館大學(xué)的小西聰教授和他的同事們，答案是肯定的!在最近發(fā)表在《科學(xué)報告》上的一項研究中，這組科學(xué)家提出了一種新技術(shù)，可以讓人們單獨選擇液滴以進行液滴陣列夾層的接觸。他們的方法背后的想法相當(dāng)簡單：如果我們可以控制底部表面上單個水滴的高度，使一些水滴比其他水滴高，我們可以將兩個表面靠近在一起，這樣只有那些水滴才能與對應(yīng)的水滴接觸，同時避免休息。然而，這實際上是如何實現(xiàn)的，有點棘手。
研究人員此前曾嘗試用電來控制每個液滴下方區(qū)域中介電材料的“潤濕性”。這種被稱為“電介質(zhì)電潤濕 (EWOD)”的方法可以讓人們稍微改變停留在表面上時將水滴保持在一起的力的平衡。通過在液滴下施加電壓，可以使其略微展開，增加其面積并降低其高度。然而，研究小組發(fā)現(xiàn)這個過程并不容易逆轉(zhuǎn)，因為一旦關(guān)閉電壓，液滴就不會自發(fā)恢復(fù)到原來的高度。
為了解決這個問題，他們開發(fā)了一種具有親水-疏水圖案的 EWOD 電極。當(dāng)電極打開時，前面描述的過程會使它上面的液滴散開并變短。相反，當(dāng)電極關(guān)閉時，電極的外部疏水部分排斥液滴，而內(nèi)部親水部分吸引液滴。這將恢復(fù)液滴的原始形狀和高度!
研究人員通過在液滴陣列夾層平臺的底面上布置多個 EWOD 電極來展示他們的方法。通過簡單地向選定的電極施加電壓，他們可以輕松地選擇當(dāng)頂部平臺降低時哪些液滴接觸。在他們的演示中，他們將紅色染料從頂部液滴轉(zhuǎn)移到一些底部液滴中。“我們的方法可用于在液滴之間建立單獨的接觸，使我們能夠毫不費力地控制這些液滴中化學(xué)物質(zhì)的濃度，甚至將活細胞從一個轉(zhuǎn)移到另一個，”小西教授解釋說。
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