تحفيز الدماغ شريحة باستخدام شبكة ميكروفلويديك وستاندرد غرفة الإرواء

الهدف الرئيسي من المشروع الذي سنعرضه لكم اليوم هو أن نكون قادرين على التحكم مكانيا ومؤقتا في تحفيز قطع الدماغ. ونقطة رئيسية أخرى هي أنه باستخدام تعديل بسيط في الإعداد الفيزيولوجي الكهربي المعقد بالفعل ، يمكننا نشر هذا الجهاز المائل الدقيق بين المختبرات المختلفة التي تستخدم بالفعل تحفيز حياة الدماغ. مرحبا ، أنا جافا تشيك محمد في مختبر إدينغتون في قسم الهندسة الحيوية بجامعة إلينوي في شيكاغو.

سأوضح لكم اليوم كيف سنقوم بتطبيق جهاز بسيط ميكروفيليدي دقيق التصنيع لتحفيز شريحة الدماغ. جهاز شريحة الدماغ الذي سنعرضه اليوم مفيد للغاية لعدة أسباب والأسباب الرئيسية هي أنه معياري للغاية بحيث يمكن أن يتناسب مع الإعداد الفيزيولوجي الكهربي الحالي دون أي تعديلات أخرى جديدة. ويتجنب استخدام الأنابيب والضخ ، مما يعقد أي جهاز ميكروفيليديك.

وبما أننا نستخدم طريقة الضخ السلبي ، فإننا لا نحتاج إلى أي أنابيب أو مضخات. والشيء الثالث هو أنها مجرد ورقة رقيقة من غشاء PDMS التي تدخل بين زلة الغطاء وغرفة الوفرة القياسية ، والتي تستخدم في إعداد الفيزيولوجيا الكهربية القياسية. يبدأ الإجراء الذي سأعرضه اليوم ب C eight master ، والذي يتم تصنيعه باستخدام عملية الطباعة الحجرية القياسية SV الثمانية.

والسيد الذي لدينا اليوم هنا هو سيد من مستويين مع مستوى واحد يحتوي على تصميم القنوات ، والقنوات الصغيرة ، وتصميم آخر لفتحات الواقع الافتراضي التي توضع فوق هذه القنوات بحيث يمكن للحلول التي تتدفق عبر القنوات أن تخرج من الفتحات عبر الفتحات. لذلك نصنع هذا السيد ، الموجود على رقاقة سيليكون ، ثم نستخدم السيليكون أو PDMS للصب على الجزء العلوي من هذا الجهاز وتشكيل الهياكل الموجودة فوق هذه الرقاقة على PDMS. لذلك سنقوم بجعل PDMS يصب فوق هذا الجهاز.

وبعد ذلك سنأخذ غشاء PDMS الذي يتكون بعد المعالجة وربطه بزلة غطاء. ثم لدينا جهاز الموائع الدقيقة الخاص بنا. وبعد ذلك سنقوم بتعديل غرفة الوفرة القياسية عن طريق اقتباس طبقة رقيقة من PDMS في الجزء السفلي من حجرة التروية.

وبمجرد حصولنا على غرفة التروية المعدلة هذه ، سنأخذ جهاز الموائع الدقيقة الذي صنعناه سابقا وربطه بغرفة التروية. هناك نقطتان حاسمتان في تصنيع جهاز الموائع الدقيقة. أحدهما هو أنه قبل أن نضع PDMS ، يجب إيقاف تشغيل اللوحة الساخنة حتى لا يصطف PDMS على الفور عندما نسكبه على الرقاقة.

وهناك نقطة حرجة أخرى وهي أن الفواصل التي نستخدمها في الزوايا الأربع لرقاقة السيليكون يجب أن يكون ارتفاعها أقل من أطول هيكل على رقاقة السيليكون. هذا للتأكد من أنه يمكن الحصول على فتحات الواقع الافتراضي عندما نقوم بعملية المعالجة ل PDMS. نحن هنا في هذه الغرفة النظيفة المعيارية ذات الجدار الناعم وهذا هو السيد الذي قمنا بتصنيعه باستخدام عملية الطباعة الحجرية القياسية C الثمانية.

وهو عبارة عن مستويين رئيسي مع المستوى الأول الذي يحتوي على تصميم للقنوات بأربعة مداخل ومخرج واحد. وفي المنطقة الوسطى من جميع القنوات الأربع ، توجد فتحات أو نقاط البيع التي تقف فوق القنوات. وهذه هي علامات المحاذاة التي تم إنشاؤها أثناء عملية التصنيع.

والآن سأوضح لك كيف سأقوم بإزالته ومعالجة PDMS. نظرا لتأثير حبة الحافة ، فإن السماكة في المحيط الخارجي للرقاقة أكثر من الأجهزة الفعلية في وسط الورقة. إذن ما سنفعله هو إزالة علامات المحاذاة هذه باستخدام الشفرة الاحتياطية ثم لاستيعاب الأوزان ، سنستخدم هذه الفواصل التي يبلغ ارتفاعها 140 ميكرون وسنضعها في أربع زوايا من الرقاقة.

لذلك تحتاج إلى التأكد من أن شفرة الحلاقة لا تصل بالقرب من الأجهزة الفعلية. الآن سأقوم بإزالة جزيئات SVA هذه باستخدام منفضة الهواء والرقاقة جاهزة الآن لإعداد قالب PDMS. ولكن قبل القيام بذلك ، نحتاج إلى وضع هذه الفواصل التي يبلغ طولها 140 ميكرون.

لذلك سأضع الأشرطة الأربعة في الزوايا الأربع للرقاقة. ثم سأتأكد من أن الشريط ملتصق بالرقاقة بشكل صحيح. لذا فإن السبب في ارتفاع الشريط 140 ميكرون هو أن سيد المستويين مع القنوات و VS يبلغ طوله 150 ميكرون.

وعندما نضع الوزن فوق PDMS أثناء معالجة PDMS ، نريد التأكد من أن ورقة PDMS تخرج بشكل مسطح. إذن، نستخدم أربعة فواصل في الزوايا ذات الارتفاعات المتساوية. الآن سأوضح كيف سنقوم بترميز PDMS ومعالجته لصنع الأجهزة.

ولكن قبل أن أفعل ذلك ، اسمحوا لي أن أوضح لكم كيف أعددنا حل PDMS. لذلك نأخذ 10 أجزاء من القاعدة وجزء واحد من عامل المعالجة ونخلطها جيدا بسبب عملية الخلط. ترى أننا ننشئ الكثير من الفقاعات في حل PDMS لإزالة هذه الفقاعات ، وسنقوم بوضع PDMS في الجفاف بعد وضعه ، بعد وضع PDMS في المجفف لمدة 10 دقائق ، لا توجد فقاعات.

والآن أصبح نظام إدارة الأبعاد الرقمي جاهزا للاستخدام في المعالجة. الآن سأوضح لكم كيف سنضع PDMS على الرقاقة ونعالجها للحصول على غشاء PDMS. لذلك سأضع PDMS على الرقاقة ثم أستخدم هذه الشفافية لتغطية PDMS.

وهذا سيساعدنا على إزالة الجهاز ، وفصل الجهاز عن الشفافية ، وبعد ذلك سأضع الأوزان فوق الشفافية. والسبب في استخدامنا للأوزان هو الحصول على سمك موحد ل PDMS. وهناك قضية مهمة أخرى وهي الحصول على الفتحات عبر الفتحات.

لذلك أينما كان هناك مقابل ، لا نريد PDMS وستساعدنا الأوزان على القيام بذلك. كما ترون هنا ، يتم إيقاف تشغيل اللوح الساخن والسبب في ذلك هو أننا لا نريد أن يعالج PDMS على الفور ، لذلك نتركه ينفجر. وبعد ذلك تحتاج إلى التأكد من أن الرقاقة مسطحة قبل نقل PDMS.

والآن يمكننا نقل PDMS التي أعددناها سابقا. تأكد من توزيع PDMS بالقرب من الرقاقة حتى لا تولد فقاعات. والنقطة الأكثر أهمية هنا هي الطريقة التي تضع بها الشفافية على رأس PDMS.

تحتاج إلى التأكد من أنك لا تولد فقاعات بسبب وضع الورقة. والآن سأضع أحد مختبرات الزجاج هذه وأترك PDMS الزائد PDMS يبتعد عن الطريق. أقوم بوضع ثلاثة مختبرات زجاجية أخرى وللتأكد من أن مختبرات الزجاج لا تتحرك لهذا المعلم المعين.

وبالنسبة لهذه الميزات الخاصة ، اكتشفنا أن وضع هذه المختبرات الزجاجية الأربعة يجعل VS. والسماح ل PDMS الزائدة بإخراج PDMS من الطريق بين الشفافية والرقاقة. ننتظر لمدة دقيقة إلى دقيقتين وبعد ذلك يمكننا بدء تشغيل اللوحة الساخنة لمختلف الأساتذة وللتصميمات المختلفة ، قد تحتاج إلى زيادة عدد مختبرات الزجاج أو تقليل مختبرات الزجاج من أجل الحصول على الفتحات عبر الفتحات. الآن اللوح الساخن جاهز للتشغيل وسأقوم بضبط درجة حرارة 75 درجة.

وبمجرد أن تصل درجة الحرارة 75 درجة ، يمكننا ضبط المؤقت لمدة ساعة واحدة والسماح لنظام PDMS بالشفاء. الآن بعد أن تركنا PDMS للعلاج لمدة ساعة واحدة ، يمكننا إيقاف تشغيل اللوح الساخن وتركه يبرد إلى 50 درجة مئوية. والسبب في القيام بذلك هو حتى لا يتصدع SEA.

إذا أزلنا على الفور من 75 درجة إلى درجة حرارة الغرفة ، فيمكننا الآن إيقاف تشغيله والانتظار حتى تنخفض إلى 50 درجة مئوية. الآن بعد أن انخفضت درجة حرارة الصفيحة الساخنة إلى 50 درجة مئوية ، يمكننا إزالة الأوزان من الشفافية. الآن يمكننا إزالة الرقاقة من المشغل الساخن وهي جاهزة للقطع.

الآن ورقة PDMS جاهزة للإزالة من C eight master ونحتاج إلى إزالة رقائق الألومنيوم. ثم نحتاج إلى إزالة ورقة الشفافية. لدينا هنا غرفة التروية القياسية.

قمنا بتعديله حتى نتمكن من محاذاته. الثقوب ومنافذ المدخل والمخرج لجهاز الموائع الدقيقة. إذن هذه هي منافذ المدخل الأربعة ومنفذ مخرج واحد على غشاء PDMS.

ويجب أن تتطابق هذه مع المداخل الأربعة ومخرج واحد في غرفة التروية. الآن سأقوم بتحريك غرفة التروية ثم محاذاة الثقوب الموجودة على غشاء PDMS. الآن بعد أن تمت محاذاتهم ، أصبح جاهزا للقطع.

يمكنك الآن إزالة الغرفة واستخدام مسبار. تأكد من إزالة جميع حواف غشاء PDMS. بمجرد القيام بذلك ، يمكننا استخدام الفريزر لإزالة غشاء PDMS والتأكد عند إزالة PDMS من أعلى الجهاز ، فإنك تحرك PDMS ببطء حقيقي حتى لا تمزق غشاء PDMS.

الآن سأضع غشاء PDMS مع التجاويف التي تتشكل مع SC ثمانية أساتذة في الأعلى وتأكد من أنه مسطح. والسبب في قيامنا بذلك هو أنه عندما نقوم بعمل الثقوب ومنافذ المدخل والمخرج ، فإن PDMS ليس خشنا على الجانب. سيتم ربط ذلك بقسيمة الغطاء.

لذلك علينا التأكد من أن التجاويف في الجانب العلوي. الآن يمكننا عمل منافذ المدخل والمخرج فقط حتى نتمكن من رؤية الثقوب بوضوح. نضع خلفية سوداء.

الآن سأقوم بجعل منافذ المدخل والمخرج تحتاج إلى التأكد من عدم وجود PDMS متبقية في المنفذ. هكذا هونحن ، قم بإزالة أي PDMS. الآن سنقوم بنقل غشاء PDMS إلى ورقة شفافية أخرى.

حتى نتمكن من معالجة الصفيحة وغطاء الانزلاق بالبلازما ووضعها بحيث تظل التجاويف في الأعلى مرة أخرى. لذلك بمجرد معالجة هذا السطح بالبلازما ومعالجة زلة الغطاء بالبلازما، يمكننا الجمع بين هذين السطحين معا لتشكيل شبكة الموائع الدقيقة لإزالة فقاعات الهواء بين لوح PDMS. ويمكن للشفافية استخدام شريط سكوتش.

لذلك سيضمن ذلك أن ورقة PDMS مسطحة وأن الترابط يحدث بشكل أفضل. ثم مرة أخرى ، استخدم الشريط اللاصق الموجود على السطح العلوي لإزالة أي غبار من غشاء PDMS. الآن يمكننا وضع قسيمة الغطاء التي سنرتبطها بغشاء PDMS.

والآن هذان الجهازان PDMS والزجاج جاهزان للمعالجة بالبلازما. سنقوم بمعالجة PDMS بالبلازما وانزلاق الغطاء باستخدام نظام البلازما المعدل بالميكروويف حيث يمكنك أن ترى أن هذه الغرفة الزجاجية تسمح لنا بإنشاء البلازما داخل هذا الميكروويف. واسمحوا لي أن أضع العينات في الداخل لخلق فراغ داخل الغرفة.

الآن يمكنني التدفق في الأكسجين. الآن نظام البلازما جاهز للعمل وسأستخدم 10٪ من الطاقة و 10 ثوان لهذا النظام المعين للمساعدة في تصور البلازما. أثناء استمرار العلاج بالبلازما ، قمنا بالتدوير ، ورفع الطاقة إلى مائة بالمائة وأطفأنا الأنوار.

والآن يمكنك رؤية البلازما مباشرة بعد العلاج بالبلازما. تحتاج إلى ربط كلا السطحين ، وانزلاق البقرة و PDMS وإلا سيفقد سطح PDMS محبته للماء بسبب معالجة البلازما. بمجرد وضع زلة البقرة ، تأكد من ربط السطح بالكامل ببعضه البعض دون أي فقاعات هواء.

إذا كان هناك أي فقاعات هواء ، يمكنك إزالتها. الآن تضعها جانبا لمدة خمس دقائق وتتركها مرتبطة. إذن لدينا هنا غرفة التروية المعدلة حيث قمنا بتعديل قاعدة الغرفة باستخدام PDMS.

وقد تم ذلك في وقت سابق. لذلك وضعنا شفافية على لوحة ساخنة على لوح ساخن تم إيقاف تشغيله. ثم سكبنا P-D-M-S-P-D-M-S الذي تم إعداده بطريقة مماثلة كما هو موضح سابقا.

ثم وضعنا حجرة التروية فوق PDMS ثم وضعنا وزنا واحدا كما هو موضح هنا وتركنا تشفى لمدة 30 دقيقة أو 75 درجة مئوية. والآن سأظهر بينما ننتظر PDMS وربط زلة الغطاء ، يمكننا المضي قدما وإعداد الغرفة. حتى نتمكن من ربط الغرفة وجهاز الموائع الدقيقة.

لذلك نحتاج إلى إزالة PDMS الزائدة من أي مكان لا نحتاجه إليه. قم بإزالة الشفافية ثم PDMS ، ثم نحتاج إلى إزالة PDMS من منافذ المدخل والمخرج. الآن أصبحت الغرفة جاهزة للربط بجهاز الموائع الدقيقة الذي أعددناه سابقا.

الآن بعد أن انتظرنا لمدة خمس دقائق ، أصبح جهاز الموائع الدقيقة جاهزا للفصل عن الشفافية ، ولكن عليك التأكد من إزالة الشفافية بمعدل بطيء. لذا فإن PDMS وقلة الغطاء ، لا ينفصلان. الآن بعد أن أصبحت غرفة التروية جاهزة ، نحتاج إلى معالجة السطح السفلي للغرفة بالبلازما حيث اقتبسنا للتو PDMS والسطح العلوي لجهاز الموائع الدقيقة الذي يحتوي على PDMS.

لذا سنقوم الآن بوضع كلتا القطعتين في غرفة البلازما ونقوم بمعالجة البلازما بقوة 10٪ لمدة 10 ثوان. الآن تمت معالجة كلا السطحين بالبلازما وهما جاهزان للربط. قبل الربط ، تحتاج إلى التأكد من أن منافذ المدخل والمخرج في الغرفة تتماشى مع جهاز الموائع الدقيقة.

وبما أن الميزات التي قمنا بمحاذاة كبيرة بما يكفي ، فنحن لسنا بحاجة إلى أي معدات خاصة ويمكننا القيام بذلك بالعين المجردة. بمجرد محاذاة الغرفة ووضعها أعلى الغرفة ، تأكد من أن جميع الأسطح على اتصال وبعد ذلك يمكنك تركها لمدة خمس دقائق. لذا فإن الترابط جيد بما يكفي للتجارب بعد الانتظار لمدة خمس دقائق.

والآن بعد أن ارتبط جهاز الموائع الدقيقة بالحجرة، سنجعل القنوات الموجودة في سطح القناة محبة للماء. لذلك عندما نقوم بالفعل بتدفق محلول CFS A أو أي ناقلات عصبية أخرى ، يمكن أن تتدفق المحاليل بسهولة أكبر. لذا ما سأفعله هو وضع هذا الجهاز بأكمله في البلازما والبلازما ، ومعالجته لمدة دقيقة واحدة بنسبة 10٪ حتى تصبح أسطح القناة الداخلية الكاملة محبة للماء.

وبعد ذلك سأملأها بالماء ثم آخذها إلى إعداد الفيزيولوجيا الكهربية حتى نتمكن من إجراء التجارب الفعلية. حسنا ، نحن الآن مستعدون للذهاب إلى إعداد الفيزيولوجيا الكهربية واستخدام هذا الجهاز بالفعل مع شريحة الدماغ. مرحبا ، اسمي uo.

أنا أعمل مع الدكتور أرينجتون والدكتور فال ، قسم الهندسة الحيوية في جامعة إلينوي. والآن سأعمل مع الجهاز المجاني الصغير الذي أحضر وأكل للتو فوق هذه المنصة. على جانب واحد ، يمكننا أن نرى أنابيب الوفرة.

على الجانب الآخر ، يمكننا أن نرى أنبوب الشفط. لذلك سيتم تزويد الجهاز بمحلول السائل الدماغي النخاعي ، والذي يحتوي على 95٪ من الأكسجين و 5٪ من ثاني أكسيد الكربون. الآن بعد أن أصبح جهاز micro V جاهزا ، سأحصل على ترخيص الدماغ ثم سأضعه على الجهاز الصغير.

الآن سأضع شريحة الدماغ، إيه، في الجزء العلوي من الفتحات الدائرية، ثم سأستخدم المرساة من أجل شل حركة شريحة الدماغ. الآن بعد أن تم تجميد شريحة الدماغ ، سأستخدم الناقلات العصبية eh لتحفيزها. هنا لدينا أربعة مداخل ، لذا سأضع الناقل العصبي في كل مدخل باستخدام الضخ السلبي من هذه المداخل الأربعة حتى هذا المخرج.

والآن سيتحدث الدكتور فال عن هذا الجهاز. ما هو المهم جدا بالنسبة لنا؟ مرحبا ، أنا كريس فال ونقوم بفسيولوجيا الدماغ.

والسبب في أننا بحاجة إلى استخدام شرائح الدماغ هو الوصول باستخدام الأقطاب الكهربائية الدقيقة وتكنولوجيا التصوير. وحتى الآن، الطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها تغيير بيئة الناقل العصبي لشرائح الدماغ هذه هي تغيير التدفق عبر الشريحة بأكملها أو نفخ الناقلات العصبية مباشرة باستخدام ماصة صغيرة جدا. لذلك يسعدنا حقا العمل مع مجموعة Eddington.

ستسمح لنا هذه التكنولوجيا الجديدة بمعالجة مناطق كبيرة من الدماغ وتغيير بيئة الناقل العصبي محليا. وبعد ذلك في نفس الوقت يمكننا الآن الدخول مع أقطاب كهربائية وتقنية التصوير الخاصة بنا وربما في النهاية بناء أجهزة تسجيل متعددة الأقطاب الكهربائية في نفس الوحدة. حسنا، هنا ترون، شريحة من التواء الفأر في جهاز الموائع الدقيقة.

ويمكنك أن تلاحظ حتى بالعين أن الدماغ يتكون من العديد من المناطق المختلفة. هذه المناطق تقوم بأشياء مختلفة. وفي الحي ، سيكون لهذه المناطق المختلفة من الدماغ نغمات مختلفة من النظم العصبية والناقلات العصبية.

ونريد أن نكون قادرين على تكرار هذا في حجرة الشرائح الخاصة بنا أثناء قيامنا بعمل تسجيلات الفيزيولوجيا الكهربية والتصوير. ولذا من الرائع حقا أن تكون قادرا على معالجة هذه المناطق المختلفة مع ناقلات عصبية مختلفة بتركيزات مختلفة وبدورات زمنية مختلفة. وعلى الرغم من أننا لا نستطيع حقا تصور الناقلات العصبية ، يمكننا أن نعرض لكم هنا مثالا على صبغة الفلورسنت التي يتم ضخها في شريحة الدماغ في مناطق مختلفة.

هنا ترى فيلما حيث نقوم بتدفق صبغة الفلورسنت عبر قنوات الجهاز ونتخيل فقط أنها تخرج من المسام التي تم تصنيعها. وحتى في هذا النموذج الأولي المبكر ، يمكنك أن ترى مدى دقة الدقة المكانية مع التدفق. بينما نشاهد الفيلم ، سترى الصبغة تتدفق إلى القنوات ثم تخرج من الثقوب ، ثم سنقوم بطرد تلك الصبغة ، مما يمنحك فكرة عن ماهية الدقة الزمنية للتدفق.

شكرا لانضمامك إلينا اليوم. أعتقد أننا تمكنا من إظهار كيف يمكن أن تتزوج الموائع الدقيقة ، وفي الواقع الآلات الدقيقة بالتقنيات الفسيولوجية التقليدية من أجل مساعدتنا على فهم كيفية عمل الدماغ. شكرا.