AFM | 液态金属电动富集微流控系统：一种用于DNA存储和液体活检的新平台

以下文章来源于液态金属FM ，作者Yi Chen

在微流控系统中，利用电动效应进行生物分子操控在DNA存储系统、生物分子富集、加速反应动力学、液体活检等领域有着重要的应用价值。然而，传统的微流控电操控系统中的电极通常由固态贵金属组成，不仅需要复杂耗时的制备（如光刻）、其二维结构也限制流体通道中侧通道电极的构筑。近日，仁川大学的Youngjun Song团队提出基于液态金属电极的电动富集微流控系统（LEAM），通过将液态金属注入到3D打印的微流控通道中，实现了高纵横比三维电极的构筑，并实现了对流体或者液滴中核酸分子的高通量操控。作者通过控制液态金属电极上的电压，实现了DNA分子在电极表面的吸附和脱附。基于此，作者展示了LEAM系统在DNA链的杂化和置换反应中的应用，并通过不同的分子信标实现多比特位的DNA信息存储。最后，通过控制分子信标对生物标志物之间的杂交实现液体活检。该系统为基于液态金属的微流控电子器件提供了一个新的思路，为DNA存储和液体活检等领域提供了一个新的平台。相关成果以“Liquid Metal Electrodynamic Accumulation Microfluidics System for DNA Memory and Liquid Biopsy”为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。

图1. DNA在LM电极上的捕获效应。A）用四个LM电极在单个主通道中捕获DNA的示意图。B）LEAM的图像，其中LM通道与电极集成，流体通道与管道连接。C） 主通道的显微镜图像。D）LM微流体的制造过程示意图。E）LM注入流道的图像。F）将染色的DNA注入通道中。G）在接通的LM电极上（施加1V）捕获的DNA。DNA聚集在LM电极的边缘。H）当LM电极关闭时，捕获的DNA被释放。

图2. LEAM中的DNA电化学动力学以及LM电极的带EDS的SEM图像。A）不同电场强度（0 V、200 mV、400 mV、600 mV、800 mV和1 V）下的DNA捕获效应图像。底部电极1打开，顶部电极处于接地状态。B）底部电极 1上捕获的DNA的强度图。C）施加了1V的LM电极的SEM图像和EDS分析。D）对施加了1V的LM表面进行SEM图像和EDS分析。E）当施加8V时，由LM电极处的电化学反应引起的微气泡图像。F）当施加8V时LM电极的SEM图像和EDS分析。G）施加8V的LM表面的SEM图像和EDS分析。

图3. LEAM芯片的DNA电化学动力学。A, B）不同浓度DNA缓冲溶液中的DNA捕获效率图像和3D图。C）LM上捕获的DNA的强度图。D）不同DNA浓度下主通道的强度。

图4. 电压诱导的LM电极上的DNA捕获。将染色的DNA注入通道中。A）在开启电极1时（1V）捕获DNA 10分钟。B）在开启电极2时（1V）捕获DNA 10分钟。C、D）电极1和电极2中的DNA捕获图。

图5. 电捕获DNA杂交。A）电捕获DNA杂交的示意图。B）LEAM中电捕获DNA杂交的荧光图像。C）杂交的凝胶电泳结果。

图6. 电捕获DNA链置换。A）电捕获DNA链置换的示意图。B, C）LEAM中电捕获DNA脱杂交和置换的荧光图像。D）链置换的凝胶电泳结果。

图7. 使用分子信标（MB）的多比特液滴DNA存储器。A）LEAM系统中的单比特液滴DNA存储器的示意图。B）液滴LEAM系统。C）使用MB的单比特液滴DNA存储器的示意图。D）荧光追踪液滴。E）单比特液滴DNA存储器的荧光激发监测。F）使用具有三种不同荧光信号的MB的三比特液滴DNA存储器的示意图。G, H）三比特液滴DNA存储器的荧光激发监测结果和热图。

图8. 液滴LEAM系统中的miRNA检测。A）MB检测miRNA 122的示意图。B）miRNA 1的荧光激发监测。C）miRNA 122的荧光激发监测。D）MB检测miRNA 132的示意图。E）miRNA 132的荧光激发监测。F）miRNA 1、miRNA 122和miRNA 132的荧光激发监测。G）用多个MB检测单基因液滴的荧光热图。H）用多个MB检测多基因液滴的荧光热图。

文章信息：Jeong, Y. et al. Liquid Metal Electrodynamic Accumulation Microfluidics System for DNA Memory and Liquid Biopsy. Advanced Functional Materials (2023). https://doi.org:10.1002/adfm.202305680

转自：“NANO学术”微信公众号

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