Die Mikrofluidik-Probe: Betrieb und Nutzung für lokalisierte Oberflächenbearbeitung
June 4th, 2009
In diesem Video stellen wir Ihnen die mikrofluidischen Sonde 1 (MFP). Wir erklären im Detail, wie Sie die MFP montieren, montieren Sie ihn oben auf einem inversen Mikroskop, und richten Sie sie in Bezug auf die Substratoberfläche und schließlich zeigen, wie man es verwenden, um eine Substratoberfläche in einer Pufferlösung eingetaucht Prozess.
Dieses Verfahren zeigt, wie die mikrofluidische Sonde oder der MFP zusammengebaut und verwendet wird. Die mikrofluidischen Komponenten des MFP sind gasdichte Spritzen, Glaskapillarrohre, mikrodichte Steckverbinder von Upchurch und der MFP-Kopf. In diesem Video werden die kritischen Schritte der Montage und Ausrichtung vorgestellt.
Nach dem Zusammenbau kann der MFP mit einer Vielzahl von Substraten und Reagenzien für die Oberflächenstrukturierung und -verarbeitung verwendet werden. Hallo, ich bin Cecil Perot. Ich bin Postdoktorand im Labor von David Yaker am Department of Biomedical Engineering der McGill University in Montreal, Kanada.
Hallo, ich bin Mohammad Kasime. Ich bin Doktorand im Labor von David Y an der Fakultät für Biomedizintechnik der McGill University. Hallo, ich bin David Yoker.
Ich bin Assistenzprofessor am Department of Biomedical Engineering und möchte Sie heute zu unserer Demonstration an der mikrofluidischen Sonde begrüßen. Heute zeigen wir Ihnen ein Verfahren zur Bedienung und Verwendung der mikrofluidischen Sonde. Dieses Verfahren nutzen wir in unserem Labor für die Oberflächenbearbeitung und Strukturierung.
Fangen wir also an, um dieses Protokoll zu starten. Kunststoffspritzen und -nadeln werden verwendet, um gasförmige Glasspritzen mit Reagenzien zu füllen, um sicherzustellen, dass keine Luftblasen vorhanden sind. In der Regel verwenden wir eine Spritze von einem bis 10 Mikrolitern für die Injektion und eine Spritze mit einem fünf- bis zehnmal größeren Volumen für die Aspiration.
Anschließend werden die Spritzen mit nanodichten Fittings mit geringem Totvolumen mit Kapillarschläuchen verbunden. Anschließend werden die Kapillaren gefüllt und unter dem Mikroskop auf Blasen untersucht. Der MFP-Chip ist mit Pufferlösung vorgefüllt, um das Einfangen von Blasen beim Verbinden der Kapillaren zu verhindern.
Abschließend werden die Kapillaren in das PDMS-Anschlussstück im mikrokonfektionierten Stützkopf gesteckt. Nachdem das MFP nun zusammengebaut ist, können wir mit der Einrichtung beginnen. Das Substrat wird in eine selbstgemachte Halterung eingelegt.
Es ist auf dem Mikroskoptisch befestigt. Der Spalt zwischen dem MFP und dem Substrat ist entscheidend für die Strukturierung von Oberflächen. Mit Hilfe einer Dreipunktstütze, die aus Mikrometerschrauben gebildet wird, wird die horizontale Ausrichtung mikrometergenau eingestellt.
Dies ist notwendig, da das Substrat verarbeitet wird, indem es unterhalb des MFP gescannt wird. Um mit der Einrichtung des MFP zu beginnen, wird der Sondenkopf in den Sondenhalter geklemmt und an der Sondenstation auf einem inversen Mikroskop montiert. Die Spritzen werden dann in hochpräzise Spritzenpumpen gegeben.
Als nächstes wird mit einem Paar Goniometer die Ausrichtung des Meza des MFP mit dem Substrat durch Beobachtung der Newton-Ringe, auch bekannt als Interferenzstreifen, angepasst. Diese entstehen, wenn der MFP mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird, wobei der Kontaktpunkt und die Frequenz der Ringe als Hinweis auf die Neigung dienen. Wenn der MFP auf die Oberfläche ausgerichtet ist, erstreckt sich ein einzelner Interferenzring über die gesamte Oberfläche.
Diese Maßnahme dient auch dazu, den Abstand zwischen MFP und Substrat zu kalibrieren. Nachdem das MFP eingerichtet ist, können wir nun mit dem Betrieb des MFP fortfahren. Während des Betriebs des MFP wird die Abgabe über die Lab-View-Software gesteuert.
Die Bedienung des Geräts wird mit dem Auge und mit einer CCD-Kamera visualisiert. Bevor Sie mit der richtigen Aspiration beginnen, injizieren Sie etwas Flüssigkeit, um sicherzustellen, dass die Aspirationsspritze richtig ausgerichtet ist und keine Blasen vorhanden sind. Anschließend wird der MFP in den Puffer eingetaucht.
Wir können nun mit der Injektion von Flüssigkeit beginnen, während wir den geflogenen Einschluss der Kügelchen überwachen. Das Injektionsaspirationsverhältnis variiert von eins bis drei bis eins bis 10, abhängig von der Diffusivität des Reagenzes mit einem umgebenden Puffer und dem gewünschten geometrischen Fließmuster. Schließlich kann die Sonde nun für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.
Die hier gezeigten Oberflächenmuster wurden mit dem MFP mit Fluorescein-markiertem Biotin auf Streptokokken-Teilung, ENC-beschichteten Hydrogel-Glasobjektträgern, erzielt. Die Injektionsflussrate betrug einen Nanoliter pro Sekunde und die Aspirationsflussrate 10 Nanoliter pro Sekunde mit 10 Mikrolitern bzw. 50 Mikroliter Spritzen. Der Abstand zwischen der Oberfläche und der Sonde betrug fünf Mikrometer.
Der MFP kann auch für die lokale Färbung und Verarbeitung von Zellen und Geweben verwendet werden. Der Strömungseinschluss verhindert die Diffusion des Reagenzes und ermöglicht eine präzise chemische Färbung der Zellen. Wie hier gezeigt, wurde eine Monoschicht aus Fibroblastenzellen mit 100 Mikrogramm pro Milliliter Dai angefärbt.
Deshalb haben wir Ihnen gezeigt, wie Sie die mikrofluidische Sonde bedienen können. Bei diesem Verfahren müssen Sie darauf achten, dass keine Blasen auf dem System entstehen und dass die Oberfläche der mikrofluidischen Stütze parallel zum Substrat ist. Das war's also.
Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Übersicht
Dieses Video zeigt die Montage und Verwendung der mikrofluidischen Sonde (MFP). Es behandelt die kritischen Schritte zur Ausrichtung der MFP mit einem invertierten Mikroskop und der Verarbeitung von in einer Pufferlösung getauchten Substratoberflächen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissensgebiet
- Mikrofluidik
- Biomedizinische Technik
- Oberflächenbearbeitung
Hintergrund
- Die MFP besteht aus gasdichten Spritzen, Glaskapillarrohren und mikrodichten Verbindern.
- Sie ist für verschiedene Substrate und Reagenzien ausgelegt.
- Eine korrekte Montage und Ausrichtung sind für den effektiven Einsatz entscheidend.
- Die MFP kann die Oberflächenmusterung und -verarbeitung erleichtern.
Zweck der Studie
- Um eine detaillierte Anleitung zur Montage der MFP zu geben.
- Um die Ausrichtung der MFP mit einem Mikroskop zu demonstrieren.
- Um die Anwendung der MFP in der Substratverarbeitung zu zeigen.
Verwendete Methoden
- Montage der MFP-Komponenten.
- Montage der MFP auf einem invertierten Mikroskop.
- Ausrichtung der MFP relativ zur Substratoberfläche.
- Verarbeitung von Substratoberflächen in einer Pufferlösung.
Hauptergebnisse
- Die MFP kann effektiv montiert und ausgerichtet werden.
- Sie ermöglicht die vielseitige Verarbeitung verschiedener Substrate.
- Es wurden erfolgreiche Oberflächenmusterungstechniken demonstriert.
- Die Bedeutung einer präzisen Ausrichtung für optimale Ergebnisse wurde hervorgehoben.
Schlussfolgerungen
- Die MFP ist ein wertvolles Werkzeug für Forscher im Bereich der biomedizinischen Technik.
- Eine korrekte Montage und Ausrichtung sind für ihre Funktionalität unerlässlich.
- Dieses Video dient als umfassender Leitfaden für die Verwendung der MFP.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
The microfluidic probe enables precise, localized reagent delivery for surface processing without requiring closed microfluidic channels, supporting scalable and reproducible assay development. This capability enhances target validation and phenotypic screening by allowing controlled microenvironments for cellular and molecular interactions. It provides a reusable platform for high-resolution surface patterning, reducing reagent consumption and improving experimental throughput in early discovery workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through localized reagent deposition on substrates.
- Operational Value: Supports biological de-risking by confining microjets to specific surface areas for precise molecular patterning.
- Predictive Value: Facilitates functional target validation by allowing controlled delivery of ligands or inhibitors to defined regions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream screening via localized surface modification.
- Operational Value: Enhances assay standardization and reproducibility through precise flow confinement and scanning capability.
- Scalability: Enables screening readiness across large substrate areas by scanning the probe, supporting platform reuse.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Supports disease-relevant systems by enabling localized staining and processing of cells and tissues.
- Mechanistic De-risking: Allows precise chemical staining of cells, such as fibroblast monolayers, to assess target engagement.
- Predictive Confidence: Provides quantitative control over reagent delivery, improving reliability of preclinical readouts.
Pipeline & Workflow Integration
The microfluidic probe integrates into the discovery continuum from early target validation through assay development to preclinical screening, supporting iterative design and testing cycles.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via localized reagent delivery on substrates.
- Screening: Enables assay readiness through reproducible microjet confinement and scanning across surfaces.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as flow rate control and spatial patterning for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity through localized cell and tissue processing under buffered conditions.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for multiple substrates and reagents, reducing need for single-use microfluidic chips.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in surface-based assays.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of localized surface processing.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk through early de-risking.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on precise spatial molecular delivery.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidic assembly, microscopy alignment, and syringe pump operation.
- Depends on gas-tight syringes, glass capillaries, micro-tight connectors, and inverted microscope with CCD visualization.
- Necessitates cross-team standardization for probe alignment, flow rate control, and bubble-free fluid handling.
- Involves adaptation considerations across substrate types, including hydrogel glass slides and cell-coated surfaces.
- Limited by the need for precise gap control (e.g., 5 micrometers) and alignment via Newton’s rings to ensure flow confinement.
