Die Mikrofluidik-Probe: Betrieb und Nutzung für lokalisierte Oberflächenbearbeitung
4. Juni 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.
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Übersicht
Dieses Video zeigt den Aufbau und die Verwendung der mikrofluidischen Sonde (MFP). Es behandelt die entscheidenden Schritte zur Ausrichtung der MFP an einem inversen Mikroskop und zur Bearbeitung von Substratoberflächen, die in einer Pufferlösung eingetaucht sind.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Mikrofluidik
- Bioingenieurwesen
- Oberflächenbearbeitung
Hintergrund
- Der MFP besteht aus gasdichten Spritzen, Glas-Kapillarrohren und mikrodichten Verbindungsstücken.
- Er ist für verschiedene Substrate und Reagenzien konzipiert.
- Eine sachgemäße Montage und Ausrichtung sind entscheidend für eine effektive Nutzung.
- Der MFP kann die Oberflächenmusterung und -bearbeitung erleichtern.
Zweck der Studie
- Eine detaillierte Anleitung zur Montage des MFP bereitzustellen.
- Die Ausrichtung des MFP an einem Mikroskop zu demonstrieren.
- Die Anwendung des MFP in der Substratverarbeitung zu veranschaulichen.
Verwendete Methoden
- Montage der MFP-Bauteile.
- Befestigung des MFP an einem inversen Mikroskop.
- Ausrichtung des MFP relativ zur Substratoberfläche.
- Behandlung von Substratoberflächen in einer Pufferlösung.
Hauptergebnisse
- Das MFP kann effektiv zusammengebaut und ausgerichtet werden.
- Es ermöglicht die vielseitige Bearbeitung verschiedener Substrate.
- Erfolgreiche Oberflächenstrukturierungstechniken wurden demonstriert.
- Die Bedeutung einer präzisen Ausrichtung für optimale Ergebnisse wurde hervorgehoben.
Schlussfolgerungen
- Das MFP ist ein wertvolles Werkzeug für Forscher auf dem Gebiet der biomedizinischen Technik.
- Eine korrekte Montage und Ausrichtung sind entscheidend für die Funktionsfähigkeit.
- Dieses Video dient als umfassende Anleitung zur Verwendung des MFP.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die mikrofluidische Sonde ermöglicht eine präzise, lokal begrenzte Reagenzlieferung für die Oberflächenbehandlung, ohne dass geschlossene mikrofluidische Kanäle erforderlich sind, und unterstützt so die skalierbare und reproduzierbare Assay-Entwicklung. Diese Fähigkeit verbessert die Target-Validierung und das phänotypische Screening, indem sie kontrollierte Mikroumgebungen für zelluläre und molekulare Wechselwirkungen bereitstellt. Sie bietet eine wiederverwendbare Plattform für die Oberflächenmusterung mit hoher Auflösung, verringert den Reagenzverbrauch und verbessert die experimentelle Durchsatzleistung in frühen Entdeckungsworkflows.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch lokalisierte Applikation von Reagenzien auf Substrate.
- Operativer Wert: Unterstützt die biologische Risikominimierung, indem Mikrojets auf bestimmte Oberflächenbereiche begrenzt werden, um eine präzise molekulare Musterung zu erreichen.
- Prädiktiver Wert: Erleichtert die funktionelle Validierung von Zielstrukturen, indem eine kontrollierte Abgabe von Liganden oder Inhibitoren auf definierte Bereiche ermöglicht wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme für die nachgeschaltete Analyse durch lokalisierte Oberflächenmodifikation vor.
- Operativer Wert: Verbessert die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Assays durch präzise Strömungskonfinierung und Abtastfähigkeit.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Bereitschaft zur Analyse über große Substratflächen hinweg durch Abtasten der Sonde und unterstützt die Wiederverwendung der Plattform.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Unterstützt krankheitsrelevante Systeme, indem lokalisierte Färbung und Verarbeitung von Zellen und Geweben ermöglicht werden.
- Mechanistische Ent风险minimierung: Ermöglicht eine präzise chemische Färbung von Zellen, wie Fibroblasten-Monolagen, zur Beurteilung der Targetbindung.
- Vorhersagegenauigkeit: Bietet quantitative Kontrolle über die Reagenzzufuhr und verbessert dadurch die Zuverlässigkeit präklinischer Messwerte.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die mikrofluidische Sonde integriert sich in den Entdeckungsprozess von der frühen Target-Validierung über die Assay-Entwicklung bis hin zum präklinischen Screening und unterstützt iterative Design- und Testzyklen.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt Hypothesentests und die Aufklärung von Wegen durch lokalisierte Reagenzienzufuhr auf Substraten.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft für Assays durch reproduzierbare Mikrojet-Konfinierung und Abtastung über Oberflächen hinweg.
- Analytik: Liefert quantitative Ergebnisse wie Durchflussratenkontrolle und räumliche Musterbildung zur Analyse vergleichender Bedingungen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Weiterentwicklung durch lokalisierte Zell- und Gewebeprozessierung unter gepufferten Bedingungen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als wiederverwendbares System für mehrere Substrate und Reagenzien und verringert so den Bedarf an Einweg-Mikrofluidik-Chips.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit, Zielvalidierung, Verringerung mechanistischer Mehrdeutigkeiten bei oberflächenbasierten Assays.
- Operationaler Wert: Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit lokalisierten Oberflächenprozessierens.
- Strategischer Wert: Bessere Go/No-Go-Entscheidungen, Kapital-Effizienz und verringertes biologisches Risiko in späteren Phasen durch frühzeitige Risikominimierung.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierungs- und Weiterentwicklungsentscheidungen basierend auf präziser räumlicher molekularer Abgabe.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Montage mikrofluidischer Systeme, der Ausrichtung von Mikroskopen und der Bedienung von Spritzenpumpen.
- Benötigt gasdichte Spritzen, Glas-Kapillaren, mikrodichte Verbinder und ein umgekehrtes Mikroskop mit CCD-Visualisierung.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über Teamgrenzen hinweg bei der Probenausrichtung, der Kontrolle der Durchflussrate und der blasenfreien Flüssigkeitsführung voraus.
- Beinhaltet Anpassungen je nach Substrattyp, einschließlich Hydrogel-Glasobjektträgern und zellbeschichteten Oberflächen.
- Eingeschränkt durch die Notwendigkeit einer präzisen Spaltsteuerung (z. B. 5 Mikrometer) und der Ausrichtung mithilfe von Newtonschen Ringen, um die Strömungsführung zu gewährleisten.
