一种用于微流控灌注装置的多参数胰岛灌注系统

摘要

开发了一种微流控胰岛灌注装置，用于评估多个胰岛的动态胰岛素分泌，同时进行钙离子内流和线粒体膜电位变化的荧光成像。

摘要

一种用于评估多个胰岛动态胰岛素分泌并同时进行钙离子内流及线粒体膜电位变化荧光成像的微流控胰岛灌流装置被开发出来。该装置由三层结构组成：第一层包含一系列微尺度孔阵列（直径500 μm，深度150 μm），可在灌流条件下固定胰岛并最大化胰岛暴露的表面积；第二层包含一个圆形灌流腔室（深3 mm，直径7 mm）；第三层包含一条在注入灌流腔室前呈扇形展开的进样混合通道（宽2 mm，长19 mm，高500 μm），以优化进入灌流腔室前的混合效率。此外，文中还展示了在微流控灌流网络中生成多种葡萄糖浓度梯度（包括线性、钟形和方形梯度）的方法。

方案

A. 三层微流控灌注装置的微加工

底部微孔主程序（150 μm 深孔）

1. 如有需要，使用剃刀清洁晶圆。依次用丙酮、甲醇和异丙醇（IPA）清洗。在50瓦功率下进行30秒的等离子体处理。
2. 以2000 rpm转速旋涂SU8-100。[步骤1：500 rpm，10秒，加速100 rpm/s；步骤2：2000 rpm，30秒，加速300 rpm/s]。
   [注意：旋涂SU8后不得用镊子夹持晶圆]
3. 将晶圆在65 °C下预烘20分钟，然后在95 °C下烘烤50分钟。
4. 通过所需掩模版将晶圆暴露于紫外光下。对于150 μm高度的结构，曝光剂量为650 mJ/cm²。
5. 曝光后，将晶圆在65 °C下烘烤1分钟，然后在95 °C下烘烤12分钟。
6. 将晶圆在SU8显影液中显影15分钟。

微通道母版方案（500 μm 深孔）

1. 如有需要，使用剃刀清洁晶圆。依次用丙酮、甲醇和异丙醇（IPA）清洗。在50瓦功率下进行等离子处理30秒。
2. 以1000 rpm转速旋涂SU8-2150。[第一步：500 rpm，10秒，加速100 rpm/s；第二步：1000 rpm，30秒，加速300 rpm/s]。
3. 将晶圆在65 °C下....

讨论

传统的胰岛灌流系统（宏观和微观尺度）存在一些局限性，包括系统设置和设计复杂、技术要求高，以及难以在系统中创建用户自定义的化学梯度。本文所述的微流控灌流系统通过简化的结构设计和制造工艺克服了这些局限。更重要的是，该系统可与荧光成像方法相结合，成为研究胰岛生理学的独特工具。该系统在荧光信号检测中表现出高信噪比以及优异的空间-时间分辨率。当前的原型装置还能在单个芯片上容纳多个灌流单元，并提供多种类型的微环境，适用于广泛的应用场景。

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材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
60ml 注射器	BD Biosciences
Fura-2 荧光染料	Molecular Probes, Life Technologies
罗丹明123 荧光染料	Molecular Probes, Life Technologies
葡萄糖	Sigma-Aldrich
牛血清白蛋白	Sigma-Aldrich
30" 硅胶管	Cole-Parmer		1/16 x 1/8in
1.5ml Eppendorf 离心管	Fisher Scientific
Y型连接头	Cole-Parmer		1/16” & 4mm
注射器连接头	Cole-Parmer		雌性鲁尔接头 1/16”
直通连接头	Cole-Parmer		1/16”
弯头连接头	Cole-Parmer		1/16”
哈佛注射泵	Harvard Apparatus
灌流装置
加热板	PMC
温度计	Omega Engineering, Inc.
组分收集器	Gibson
移液器	Fisher Scientific
倒置落射荧光显微镜	Olympus Corporation	IX71
电荷耦合器件	QImaging		Retiga-SRV, Fast 1394