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Articles by David Juncker in JoVE
JoVE General
Die Mikrofluidik-Probe: Betrieb und Nutzung für lokalisierte Oberflächenbearbeitung
Department of Biomedical Engineering, McGill University
In diesem Video stellen wir Ihnen die mikrofluidischen Sonde
Other articles by David Juncker on PubMed
Gleichzeitige Detektion Von C-reaktivem Protein Und Anderen Kardialen Marker Im Menschlichen Plasma Mit Mikromosaik Immunoassays Und Sich Selbst Regulierenden Mikrofluidischen Netzwerken
Hochempfindliche Miniaturisierten Immunoassays Für Die Tumor-Nekrose-Faktor Alpha Mit Mikrofluidischen Systemen
GAP-43 Ist Schlüssel Zur Mitotische Spindel Kontrolle Und Zentrosom Basierende Polarisierung in Neuronen
In Neuronen kennzeichnet die Position der Zentrosom während der abschließenden Mitose den Punkt der Entstehung der zukünftigen Axon. Allerdings sind die molekularen Grundlagen verknüpfen Zentrosom Stellung mit Axon Entstehung unbekannt. GAP-43 ist ein Calmodulin-Bindung-IQ-Motiv-Protein, das neuronalen Zytoskelett Architektur durch die Interaktion mit F-Actin in gewissem abhängige Phosphorylierung reguliert. Hier zeigen wir, dass die GAP-43 ist verbunden mit dem Zentrosom und spielt eine wichtige Rolle in der Mitose und Erwerb der neuronale Polarität in Kleinhirn Untermodul Neuronen. In Ermangelung von GAP-43 die Zentrosom-Position ist vom Prozess Auswuchs delinked und ist nur in der Lage, der Vermittlung von morphologischen Polarisation, jedoch Molekulare Spezifikation des axonalen Fachs nicht stattfindet. Diese Ergebnisse zeigen, dass GAP-43 Zentrosom Stellung um Auswuchs zu verarbeiten, um neuronale Polarität in einem Kleinhirn Untermodul Zellen erstellen link erforderlich ist.
Kammer Und Mikrofluidische Sonde Für Microperfusion Organotypische Gehirn Scheiben
Mikrofluidische Systeme werden zunehmend für die Kultur und die Studie von getrennten Zellen eingesetzt, da sie nur kleinste Mengen von Materialien, beim Screening und Chemotaxis Medikamentenstudien bis auf die einzelne Zelle-Ebene ermöglichen erfordern. Die Kultur der organisierten Gewebe, wie zum Beispiel Gehirn Scheiben, wurde jedoch schwieriger mikrofluidische Geräte anzupassen. Hier präsentieren wir eine Microfluidic System, bestehend aus (i) eine Perfusion-Kammer für die Kultur organotypische Scheiben, die mit hochauflösende Bildgebung auf umgekehrte Mikroskope und (Ii) eine neuartige transparente Microfluidic-Sonde (MFP) für die lokalisierten Microperfusion das Hirngewebe kompatibel ist. Der MFP erfolgt im Poly, Funktionen sechs Mikrometer-Skala Öffnungen und kann innerhalb weniger Stunden in ein standard Labor montiert werden. Jede Blende kann wahllos verwendet werden, entweder für die Injektion oder die Aspiration von Lösungen, die zu viele mögliche Kombinationen. Der MFP wurde erfolgreich für die Perfusion einer kleinen Anzahl von Zellen in einem Gehirn-Segment mit gleichzeitiger konfokale Fluoreszenz-Bildgebung der durchblutete Farbstoff und subzellulare Strukturen innerhalb des Gewebes verwendet.
Nass-Radierung Von Strukturen Mit Geraden Facetten Und Verstellbare Kegel in Glassubstrate
Nassätzen Glas von Flusssäure ist weit verbreitet im Microfabrication, aber wird begrenzt durch die isotrope Natur des Prozesses, der abgerundeten Seitenwänden und einem 90 Grad-Winkel zwischen Ätzen vorne und die Oberfläche des Substrates führt. Für viele Anwendungen wie Microvalving oder für die Weiterverarbeitung z. B. Spin-Coating, gut überwacht werden sanft abfallende Seitenwänden oft bevorzugt. Hier präsentieren wir ein neues Konzept zur Bildung von gerader Facets und zur Anpassung des Seitenwand im nass-geätzt Glassubstrate Winkels durch Steuerung der lateralen Auflösung eine Ätzen-Maske während der Radierung. Die Maske Ätzen umfasst ein Ti-Au-Bilayer wo Au zum Schutz der Ti dient. Während isotropes Ätzen von Glas durch HF die Ti wird Schicht entfernt seitlich zur gleichen Zeit, geätzt führt zu gerade, flach abfallenden Seitenwänden. Wir stellen zwei Methoden zum Steuern des Seitenwand-Winkels. Das erste man basiert auf die Dicke des Ti, die seitliche Ätzen-Rate und damit den Winkel steuert, einstellen; je dünner der Ti, je langsamer die Lateral etch Rate und je steiler der Winkel im geätzten Glas. Die zweite Methode besteht darin, eine kathodische Voreingenommenheit angewendet zum Ti-Au etch Maske die wieder regelt die Auflösung-Rate von Ti; Je mehr negative dem Bias desto langsameren die seitlichen Ätzen-Rate. Beide Methoden bieten genaue Kontrolle des Winkels Seitenwand über einen weiten Bereich, können leicht in bestehende Prozesse der Fertigung integriert werden und werden besonders nützlich für die Herstellung von Kanälen mit trapezförmigem Querschnitt, Ventilsitze mit sanften Profilen oder Musterung Elektroden über und innerhalb mikrofluidische Kanäle.
Adressierbare Nanowell Arrays Mit Umkehrbaren Verschliessbaren Hybrid-Elastomer-Metall-Schablonen Gebildet
Es gibt zwei wichtigen Array-Formate im Life-Science-Forschung und biomedizinischen Analyse verwendet. Die erste ist die Microwell-Plattenformat mit Millimeter Größe Wells jedes mit Mikroliter Kapazität individuell angesprochen und immer wieder während der Experimente. Die zweite ist die Microarray-Format mit Mikrometer große Flecken, die zunächst aber nicht adressierbaren individuell danach gemustert werden. Hier präsentieren wir eine adressierbare Nanoliter-Well-Platte mit Mikrometer Größe Wells, die vereint die Vorteile der zwei Array-Formate. Die Nanowells werden durch umkehrbar Abdichtung einer Stahl-Schablone mit einem Array von Mikrometer-Skala Öffnungen zu einem optisch transparente Substrat gebildet. Die Nanowells haben eine Kapazität von etwa 1 nL, sind etwa 140 Microm Durchmesser und sind mit einer Dichte von 1600 Brunnen cm(-2) gekleidet. Ein weiches Polymer ist gemusterten photolithographically um jede Öffnung um ein Microgasket für Druck empfindlich, flüssig fest zu bilden und reversible Abdichtung auf jede Art von glatten Substrat, entweder hydrophil oder hydrophob. Die Steifigkeit des Stahls wird verhindert, dass die Verzerrung, die auftritt in weiche, All-Polymer-Schablonen und erlaubt die genaue Registrierung über das gesamte Array, wodurch wiederum wiederholte, individuelle Adressierung der Brunnen mit einem Inkjet-Spotter. Die Schablonen werden verwendet, um Muster Zellen, ProteinMicroarrays zu machen und Erstellen von Nanowells auf Oberflächen, umgekehrte Transfektion zu studieren, von ersten Spektiven Plasmide Codierung fluoreszierende Proteine in die Bohrlöcher, Aussaat von Zellen und Überwachung der Transfektion von Zellen in Echtzeit mit Zeitraffer Bildgebung. Die Hybrid-Elastomer-Metall-Schablonen (HEMSs) sind vielseitig und nützlich für Multiplex Analyse der Drogen, Biomoleküle und Zellen mit Microarray-Dichte.
Mikrofluidische Perfusion System Für Die Züchtung Und Imaging Hefe Zelle Microarrays Und Schnellen Austausch Von Medien
Hochauflösende live Lebendzell-Mikroskopie wird zunehmend verwendet, um Zelluläre Dynamik als Reaktion auf Medikamente und Chemikalien zu erkennen, aber es hängt komplexe und teure Flüssigkeit, die Handhabung der Geräte, die seine weitere Verbreitung beschränkt haben. Hier präsentieren wir eine mikrofluidische Perfusion System, die ohne Verwendung von spezialisierten Microfabrication Infrastruktur, einfach zu verwenden, da nur eine Pipette für liquid Handling erforderlich ist und noch schnelle Datenträgeraustausch und gleichzeitige Fluoreszenz-Mikroskopie-Bildgebung ermöglicht beruht. Hefezellen aus einer Kultur eingeführt, oder werden als Arrays auf ein Deckglas, entdeckt und sind mit einem 20 malzkaffee dicken Track-etched Membrane eingeklemmt. Eine zweite Deckglas und ein Gitter mit 120 malzkaffee Porosität befinden sich an der Spitze, bildet eine mikrofluidische Conduit für lateral-Flow Lösungen durch Kapillare Effekte. Lösungen, die durch den Meeresarm-Strömung durch die Masche und Chemikalien eingeführt, diffuse vertikal durch die Membran in die Zellen unten gefangen. Lösungen werden ausgetauscht, indem eine neue Probe zu der Bucht. Mit diesem System, studierten wir die dynamische Reaktion der F-Actin in der lebenden Hefe Sac6-EGFP-ein Protein namens "Patches" diskrete F-Actin-Strukturen zugeordnet zum Ausdruck zu bringen-um die Droge Latrunculin A, ein bekannter Inhibitor des Aktin-Polymerisation. Wir festgestellt, dass die Patches in 85 % der Zellen innerhalb von 5 min verschwunden, und in 45 min nach Austausch des Medikaments mit Medien zusammengesetzt. Das hier vorgestellte Perfusion-System ist eine einfache, kostengünstige Gerät, geeignet zur Analyse von Dosis-Wirkungs-Droge und Regeneration von Einzelzellen und Arrays von Zellen.
PDMS Mikrofluidische Kapillarsystemen Für Musterung Proteine Auf Oberflächen Und Durchführung Miniaturisierte Immunoassays
In diesem Kapitel beschreiben wir die Herstellung und Verwendung von mikrofluidische Kapillarsystemen (CSs) in weiche, transparente Polydimethylsiloxan (PDMS) gemacht. Sechzehn mikrofluidische CSs, jeweils ein Laden-Pad, eine Microchannel und eine Kapillare Pumpe in einem PDMS-Chip eingraviert sind. CSs wird für zwei Anwendungen, erstens zu Muster Fibronektin auf Glasflächen lokal die Adhäsion der kultivierten Zellen auf das Substrat, gesteuert und zweitens zur Durchführung Multiplex miniaturisierte Immunoassays.
Hydrogel-Tröpfchen-Microarrays Mit Gefangen Antikörper-funktionalisierten Perlen Für Multiplex Protein-Analyse
AntikörperMicroarrays sind ein mächtiges Werkzeug für die schnelle, Multiplex Profilerstellung von Proteinen. 3D Microarray Substrate wurden entwickelt, um die Bindungskapazität, Assay Sensibilität und mass Transport zu verbessern, sie jedoch oft auf Photopolymere schwer herzustellen und haben eine kleine Porengröße, die Massenverkehrsmitteln begrenzt und erfordert lange Inkubationszeit verlassen. Hier präsentieren wir eine neuartige 3D Antikörper Microarray-Format auf der Grundlage der Fangstellen der Antikörper-beschichtete Microbeads innerhalb Alginat-Tröpfchen, die auf einen Objektträger mit einer Inkjet entdeckt wurden. Aufgrund der niedrigen Konzentration von Alginat verwendet die Gele wurden hochporöse Proteine und zusammen mit dem 3D Architektur half mass Transport während der Proben zu verbessern. Spektiven Parameter wurden für die Anlage von der Alginat zum Substrat optimiert. Perlen mit 0,2 µm, 0,5 µm und 1 µm Durchmesser wurden getestet und 1 µm Perlen wurden auf der Grundlage ihrer überlegenen Aufbewahrung innerhalb der Hydrogel. Die Perlen wurden gefunden, in das gesamte Volumen der die konfokale Mikroskopie mit Gel-Tröpfchen verteilt werden. Der Assay-Zeit und die Konzentration der Perlen, die Gele wurden für maximale Bindung Signal mit einstufigen Immunoassays untersucht. Als Proof of Concept wurden sechs Proteine einschließlich Zytokine (TNFα, IL-8 und MIP/CCL4), Brust-Krebs-Biomarkern (CEA und HER2) und ein Krebs-in Verbindung stehenden Protein (ENG) in Multiplex mit Sandwich-Proben bis Pg mL(-1) Konzentrationen mit 1 h Inkubation ohne Aufregung in Pufferlösungen und 10 % Serum profiliert. Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial der Perlen-in-Gel-Microarrays für hochempfindliche und Multiplex Proteinanalytik.
Taguchi Entwurf Optimierungslösungen Von Sandwich-Immunoassay-Microarrays Für Die Erkennung Von Brustkrebs Krebs Biomarker
Taguchi-Design, ein Statistik-basierte Design Experiment Methode, wird zur Optimierung der Produkte und komplexe Produktionsprozesse in den verschiedensten Branchen eingesetzt. Seine Verwendung für Antikörper Microarray Optimierung blieb jedoch unterschätzt. Wir bieten hier eine kurze Erklärung der Taguchi entwerfen und präsentieren ihre Verwendung zur Optimierung der Antikörper Sandwich Immunoassay Microarray mit fünf Brust-Krebs-Biomarkern: CA15-3, CEA, HER2, MMP9 und uPA. Zwei aufeinander folgenden Optimierung Runden mit jeweils 16 experimentellen Studien wurden durchgeführt. Wir testeten drei Faktoren (nehmen Sie Antikörper Abfragung Antikörper und Analyten) auf vier verschiedenen Ebenen (Konzentration) in der ersten Runde und sieben Faktoren (einschließlich Pufferlösung, Streptavidin-Cy5 Farbstoff konjugierte Konzentration und Inkubationszeiten für fünf Assay-Schritte) mit zwei Ebenen in der zweiten Runde; fünf zwei-Faktor-Wechselwirkungen zwischen ausgewählten Paare von Faktoren wurden auch getestet. Die optimalen Mengen für jeden Faktor durch Steigerung der Netto-Assay-Signal gemessen wurden ermittelt grafisch, und die Bedeutung jedes Faktors wurde statistisch analysiert. Die Konzentration der Gefangennahme Antikörper, Streptavidin-Cy5 und Puffer Komposition wurden als die wichtigsten Faktoren für alle Assays identifiziert; Analyten Inkubation Zeit und Abfragung Antikörper-Konzentration waren jeweils nur für MMP9 und CA15-3, signifikant. Interaktionen zwischen Paaren von Faktoren identifiziert wurden, aber waren weniger einflussreichen Einzelfaktor Effekte gegenüber. Nach Taguchi-Optimierung die Assay-Empfindlichkeit wurde verbessert, zwischen 7 und 70 Mal, je nach Analyten, 640 fg/mL für uPA, zu erreichen und der maximale Signalintensität zwischen 1,8 und 3 Mal erhöht. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Taguchi-Design ein effizienter und nützlicher Ansatz für die schnelle Optimierung der AntikörperMicroarrays ist.
Mikrofluidik Hergestellt Aus Garnen Und Knoten: Von Grundlegenden Eigenschaften Auf Einfache Netze Und Operationen
Wir präsentieren und Charakterisierung von Baumwollgarn und Knoten als Bausteine zur Herstellung von mikrofluidische Schaltungen von unten nach oben. Die verwendeten Garns besteht aus 200-300 Fasern, jeweils mit einem Lumen. Flüssigkeit am Ende des Garns spontan angewendet benetzt das Garn und die benetzte Länge steigt linear mit der Zeit in unbehandeltem Garn, sondern verläuft nach einer Quadratwurzel-Beziehung wie beschrieben von Washburn Formel nach Plasma Aktivierung des Garns. Knoten werden vorgeschlagen, zu kombinieren, mischen und Teilen von Streams von Flüssigkeiten. Interessanterweise die Topologie des Knotens steuert das Mischungsverhältnis von zwei Einlaß-Streams zu zwei Steckdose Garnen, und so das Verhältnis kann durch die Wahl eines bestimmten Knotens angepasst werden. Der Strömungswiderstand eines Knotens ist dargestellt, hängt die Kraft verwendet, um es zu verschärfen und die Strömungswiderstände schnell erhöht für einzeln-angeschwemmte Knoten, sondern bleibt niedrig für Doppelstrang-Knoten. Schließlich erfolgt eine serielle Dilutor ein Web, hergestellt aus Garnen und Doppelstrang-Overhand Knoten. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Garn und Knoten verwendet werden, können um die low-cost mikrofluidische Schaltungen zu bauen.
Mikrofluidische Quadrupol Und Schwimmende Konzentrationsgradienten
Das Konzept der fluidische Multipoles, in Analogie zur Elektrostatik, ist seit langem bekannt als einer bestimmten Klasse von Lösungen der Navier-Stokes-Gleichung in potenziellen; jedoch haben experimentelle Beobachtungen der fluidische Multipoles und ihrer Merkmale noch nicht gemeldet. Hier präsentieren wir eine zweidimensionale mikrofluidische Quadrupol und eine theoretische Analyse der experimentellen Beobachtungen entsprechen. Der Microfluidic Quadrupol entstand durch die gleichzeitig Injektion und Ansaugrauchmelder Flüssigkeiten von zwei Paaren der gegnerischen Öffnungen in einen engen Spalt zwischen einer mikrofluidische-Sonde und einem Substrat gebildet. Ein Stagnation Punkt bildete sich im Mittelpunkt der Microfluidic Quadrupol und seine Position könnte rasch angepasst hydrodynamisch. Nach die Injektion von einer gelösten über einem der Pole, ein stationär, einstellbare und beweglichen-d. h. 'schwimmenden'-Konzentrationsgradienten entstand an der Stelle der Stagnation. Unsere Ergebnisse legen den Grundstein für zukünftige kombinierte experimentelle und theoretische Erforschung der Microfluidic planare Multipoles einschließlich konvektiven und diffusiven Phänomene.
Antikörper Kolokalisation Microarray: Eine Skalierbare Technologie Für Multiplex Protein-Analyse in Komplexen Proben
DNA-Microarrays waren schnell von 256 auf 6,5 Millionen Ziele skaliert und obwohl AntikörperMicroarrays weiter oben vorgeschlagen wurden, sensible multiplex Sandwich Proben haben nur wurden skaliert bis zu ein paar Dutzend Ziele. Kreuzreaktivität, entstehen, weil der Abfragung Antikörper gemischt sind, ist eine bekannte Schwäche von multiplex Sandwich-Assays, die durch langwierige Optimierung unterstützt wird. Hier führen wir (i) Sicherheitsanfälligkeit als eine Metrik für Assays. Die Anfälligkeit von multiplex Sandwich-Assays für Kreuzreaktivität steigt quadratisch mit der Anzahl der Ziele, und zusammen mit den experimentellen Ergebnissen begründet, dass die Aufstockung der multiplex Sandwich Proben nicht machbar ist. Wir schlagen (Ii) ein Roman Konzept für Multiplexen ohne Vermischung mit dem Namen Antikörper Kolokalisation Microarray (ACM). In ACMs sind Erfassung und Erkennung Antikörper physisch durch Schmierblutungen zur gleichen zweidimensionale Koordinate colocalized. Anschluss an Schmierblutungen der Gefangennahme Antikörper, der Chip aus den Arrayer entfernt, mit der Probe inkubiert, zurück auf den Arrayer platziert und dann mit der Abfragung Antikörper entdeckt. ACMs mit bis zu 50 Ziele wurden zusammen mit einer Bindung-Kurve für jedes Protein hergestellt. Die ACM wurde durch einen Vergleich zu ELISA und eine kleine, multiplex-Antikörper Microarray überprüft. Mit ACMs, Proteine im Serum von Patientinnen mit Brustkrebs und gesunden Kontrollgruppen wurden quantifiziert und sechs Kandidaten Biomarker identifiziert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass ACMs empfindlich, robust und skalierbar sind.
