使用微流控网络与标准灌流室刺激脑切片

摘要

我们演示了一种简单微流控装置的制备方法，该装置可与标准的电生理实验系统集成，以精确控制的方式将脑切片的微尺度表面暴露于不同的神经递质中。

摘要

我们已展示了可轻松与现有电生理装置集成的双层微流控器件的制备方法。该双层微流控器件采用两步标准负性光刻胶光刻工艺制备¹。第一层包含在两端设有进样口和出样口的微通道。第二层包含位于微通道长度方向中点、并与通道宽度中心对齐的微尺度圆形孔。采用被动泵送方法将液体从进样口泵送至出样口²。该微流控器件可与市售灌流室集成，从而实现与电生理系统的无缝连接。从进样口引入的液体流经微通道向出样口移动，同时通过位于微通道顶部的圆形开口进入灌流室的浴液中。因此，置于灌流室浴液中且位于微流控器件上方的脑片底面可暴露于不同的神经递质环境中。由于微流控器件本身具有微米级厚度，且所用材料（玻璃盖玻片和聚二甲基硅氧烷（PDMS））具有良好的透光性，因此可对脑片进行显微成像。该微流控器件能够对引入脑片微环境的化学刺激物进行空间和时间上的精确调控。

方案

SU-8 模具制备

主液配制

1. 采用两步标准负性光刻胶光刻工艺，在硅片基底上制备 SU-8 模具。
2. 使用剃刀去除硅片上的对准标记，因为这些结构（位于硅片外周）的高度超过实际器件结构的高度。
3. 然后用异丙醇清洗硅片，并用 N₂ 气流吹干。在硅片四周使用厚度小于最高器件结构的胶带制成支撑柱，以替代对准标记。
   
   注意：如果支撑柱的高度超过最高器件结构的高度，则在 PDMS 模具中无法形成通孔。
   
   
4. 将模具硅片置于室温的加热板上。

PDMS 溶液的制备

1. 将10份硅弹性体与1份固化剂充分混合，制备4克聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶液。
   
   注意：确保两种溶液均匀混合，以获得在整个PDMS模具中一致的物理性能。
   
   
2. 使用真空干燥器去除混合过程中PDMS溶液中产生的气泡。

PDMS 涂覆与固化

1. 将无气泡的PDMS溶液缓慢滴加到SU-8模具上，确保在滴加过程中不产生气泡。
2. 将一张可书写透明薄膜的一端放在加热板上，然后缓慢地将其覆盖在PDMS溶液上，以均....

讨论

现有的宏观或微观脑片灌注腔室在提供空间分辨率以向脑片施加神经递质方面存在局限性。本文展示的微流控装置技术利用简单的生物MEMS技术克服了这一限制。由于该微流控装置 fabrication 过程简单，并且易于与现有的电生理系统集成，预计该技术将得到广泛应用。一些此前无法开展的有趣实验，现在可借助当前的微流控装置实现。脑片的不同微环境可在不同时间尺度下暴露于不同的神经递质中。当前的原型装置仅包含四个平行通道以及相邻排列的圆形开口。然而，通过采用不同的设计，可轻松改变该装置的布局，例如采用不同形状或尺寸的开口，或将微通道设计为蜿蜒结构，从而将开口定位在脑片的不同微环境中。

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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
RC-26GPL	工具	Warner Instruments	W2-64-0236	低剖面大浴槽 RC-26GLP 记录室
SHD-26GH/10	工具	Warner Instruments	W2-64-0253	用于 RC-26G 的不锈钢切片固定装置，螺纹间距 1.0 mm
PDMS (聚二甲基硅氧烷)	试剂	Dow Corning	Sylgard 184	硅橡胶弹性体套件
Plasma Preen-II 862	工具	Plasmatic Systems, Inc.		微波等离子体系统
Model P-1	工具	Warner Instruments	W2-64-0277	20 系列普通平台，Model P-1
SA-NIK	工具	Warner Instruments	W2-64-0291	尼康 Diaphot/TE200/TE2000 适配器，SA-NIK
含氧并加热的 ACSF（人工脑脊液）	试剂			确切成分根据应用而异