一种用于细胞生物学的梯度生成微流控装置

摘要

我们描述了一种用于微加工梯度生成微流控装置的方案，该装置可在定义明确的微环境中产生成分的空间和时间梯度。通过该方法，梯度生成微流控装置可用于研究细胞定向迁移、胚胎发育、伤口愈合以及癌症转移。

摘要

用于研究细胞行为的浓度梯度生成微流控装置的制备与操作方法 本文描述了一种用于研究细胞行为的浓度梯度生成微流控装置的制备与操作方法。微流控平台是一种具有强大功能的实验工具，因其能够精确操控流体流动、实现高通量实验，并生成稳定的可溶性浓度梯度。与传统的梯度生成方法相比，基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的微流控装置能够生成具有明确轮廓的稳定生长因子浓度梯度。在此，我们开发了一种具有三个独立进样口的简单梯度生成微流控装置。三条微通道汇入一条主微通道，从而形成浓度梯度。通过使用分子量与表皮生长因子（EGF）相似的异硫氰酸荧光素标记葡聚糖（FITC-dextran），验证了生长因子梯度的稳定性与分布形态。利用该微流控装置，我们证明了成纤维细胞在EGF浓度梯度作用下会向高浓度区域迁移。通过细胞追踪分析，定量评估了细胞迁移的方向性取向及迁移细胞的运动能力。因此，该浓度梯度生成微流控装置可能在研究和分析迁移细胞行为方面具有重要应用价值。 关键词：微流控装置，浓度梯度，细胞迁移，表皮生长因子（EGF），聚二甲基硅氧烷（PDMS），异硫氰酸荧光素标记葡聚糖（FITC-dextran），细胞追踪分析

方案

A. 生成浓度梯度的微流控装置的微加工

1. 将硅片在反应性氧等离子体中处理（30 W，5 分钟，Harrick Scientific，纽约）。
2. 在硅片上以 1000 rpm 的转速旋涂负性光刻胶（SU-8 50，Microchem，马萨诸塞州），持续 1 分钟。
3. 将硅片在热板上于 65°C 预烘 10 分钟，随后在 95°C 继续烘烤 30 分钟。
4. 通过最小特征尺寸为 30 µm 的透明掩膜，用紫外光（200 W）照射硅片 3 分钟。
5. 硅片在 65°C 后烘 1 分钟，随后在 95°C 后烘 10 分钟。
6. 使用 SU-8 光刻胶显影液对带有 100 µm 厚通道的硅主模具进行显影。
7. 将含有微通道的硅片放入培养皿中。
8. 通过将硅弹性体与固化剂按 10:1 的比例混合，制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）（Sylgard 184）模具。
9. 将 PDMS 混合物浇注到硅主模具上。
10. 将硅主模具置于真空干燥器中，去除气泡，持续 10 分钟。
11. 在 70°C 下固化 PDMS 1~2 小时。
12. 将 PDMS 模具从硅主模具上剥离下来。

B. 实验装置

1. 使用锋利的打孔器对基于 PDMS 的微流控装置的细胞入口、出口和灌注入口进行打孔。
2. 通....

讨论

在微流控装置中，暴露于稳定浓度梯度表皮生长因子（EGF）的细胞向较高浓度方向迁移。通过细胞示踪分析，研究了细胞迁移的方向性取向、趋化指数以及迁移细胞的运动性。因此，这种可生成浓度梯度的微流控平台可用于研究癌症转移、胚胎发生以及轴突导向。

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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
葡聚糖-FITC	试剂	Sigma-Aldrich	FD10S	异硫氰酸荧光素（FITC）标记的葡聚糖（10 kD）
hr-EGF		Invitrogen	13247-051	人重组表皮生长因子
PDMS		K.R. Anderson Co.	2065622	聚二甲基硅氧烷（PDMS），Dow Corning Sylgard 184（8.6 lb）
负性光刻胶		MicroChem Corp.	SU-8 50
硅片				硅基晶圆，4 英寸
培养皿
聚乙烯管		BD Biosciences	PE 20
PBS		Invitrogen
纤连蛋白
NIH 3T3	细胞系			成纤维细胞
倒置显微镜		Nikon Instruments	TE 2000