Non-Plasma-Bonding von PDMS für preiswerte Herstellung von Mikrofluidik-Geräte
1. November 2007
In diesem Video zeigen wir, wie der Neuron Mikrofluidikvorrichtung ohne Plasma Bindung verwenden.
Labs, die routinemäßig Photolithografie und Softlithografie durchführen, verfügen in der Regel über ein sogenanntes Plasma-Reinigungsgerät. Ein solches Gerät besitzt eine elektrische Spule, die ein teilweise ionisiertes Gas erzeugt, bestehend aus Elektronen, Ionen, neutralen Atomen und Molekülen. Das Plasma erzeugt reaktive Spezies auf der Oberfläche des Glases und des Bauteils, die sich bei Kontakt dauerhaft miteinander verbinden.
Das Plasma macht die Oberfläche des Geräts außerdem hydrophil, was die Zugabe von Flüssigkeiten erleichtert. In einigen Fällen ist jedoch eine dauerhafte, irreversible Bindung nicht erwünscht. Außerdem haben viele Labore keinen Zugang zu einem Plasmareiniger.
Um dieses Anliegen zu adressieren, wird heute die reversible, nicht-plasmabasierte Verbindung des Neuronengeräts mit einer Deckglasabdeckung mittels elektrostatischer Kräfte zwischen PDMS und Glas demonstriert. Diese Kräfte erzeugen eine wasserdichte Verbindung, die für die Zellkultur geeignet ist. Ich möchte Ihnen Kiana Lee vorstellen. Sie wird die Demonstrationen heute durchführen.
Corning Nr. 1 24 Millimeter mal 40 Millimeter Deckgläser werden mithilfe eines Ultraschallbades gereinigt. Die Gläser werden in ein Edelstahlgestell gelegt, das anschließend in einen Glasbehälter mit entionisiertem Wasser gestellt wird. Der Glasbehälter wird dann in das Ultraschallbad eingesetzt.
Die Objektträger werden anschließend 30 Minuten lang ultraschallbehandelt. Nach der Beschallung wird das entionisierte Wasser aus dem Glasbehälter entsorgt. Anschließend wird 70 %iger Ethanol in den Glasbehälter mit den Objektträgern gegeben, der dann zur Sterilitätssicherung in einen standardmäßigen Sicherheitswerkbank eingebracht wird.
Nach dem Spülen mit 70 % Ethanol wird der Edelstahlständer aus dem Glasbehälter entfernt, und die Objektträger werden mehrere Stunden oder über Nacht vollständig trocknen gelassen. Anschließend werden die Objektträger im Sicherheitswerkbank, indem sie in einen mit PLL-Lösung gefüllten Behälter getaucht werden. Die Objektträger werden mindestens drei Stunden oder über Nacht in der PLL-Lösung belassen.
Nach der PLL-Beschichtung wird die PLL-Flüssigkeit aus der Schale entfernt und anschließend werden die Objektträger gründlich mit entionisiertem Wasser gespült. Nach mehrmaligem Spülen des mit PLL beschichteten Glases mit Wasser wird die Schale mit Wasser gefüllt und die Objektträger dürfen mehrere Stunden im Wasser einweichen. Nach dem Einweichen für mehrere Stunden in entionisiertem Wasser wird das Wasser aus der Schale abgesaugt.
Die Objektträger werden schnell gespült und anschließend aus der Schale genommen, in ein Edelstahlgestell gelegt und über Nacht trocknen gelassen. In einem Sicherheitswerkbank werden die Neuron-Geräte in die Sicherheitswerkbank gebracht und gründlich mit 70 %igem Ethanol gespült, um sie zu sterilisieren. Der überschüssige Ethanol wird dann vom Gerät abgesaugt. Die Geräte werden am nächsten Tag über Nacht in der Sicherheitswerkbank trocknen gelassen.
Dieses sterile Neuronen-Device wird einfach auf das saubere, sterile und mit PLL behandelte Glas gelegt. Das PDMS bildet mit dem Glas eine reversibel verschließbare Kammer, die flüssigkeitsdicht ist. Ein Device wird durch sanften Druck am Glas fixiert, anschließend werden sofort Zellen oder Medium dem Device zugegeben.
Wenn zu lange gewartet wird, bevor Medium oder Zellen nach der Montage dem Gerät hinzugefügt werden, kann dies das Eindringen der Flüssigkeit in das Gerät erschweren. Es ist wichtig zu beachten, dass die Flüssigkeit nicht so leicht in nicht plasmabehandelte Geräte eindringt wie in plasmabehandelte Geräte. Plasmabehandelte Geräte sind anfangs hydrophil, sodass Flüssigkeiten unmittelbar nach der Plasma-Behandlung leicht in das hydrophile Gerät einfließen, während der Durchfluss durch nicht plasmabehandelte Geräte deutlich langsamer ist.
In einigen Fällen kann es notwendig sein, eine Pipette zu verwenden, um Flüssigkeit in das Gerät hineinzuzwingen. In diesem Video haben wir Ihnen gezeigt, wie man das Neuronen-Gerät ohne Plasmabehandlung mit einer Abdeckungsscheibe verbindet. Dies ist eine effiziente und kostengünstige Methode, um PDMS reversibel an Glasoberflächen zu befestigen.
Wir hoffen, dass Sie dieses Video informativ und hilfreich fanden. Damit schließen wir aus dem John-Labor. Vielen Dank fürs Zuschauen.
Übersicht
Dieses Video demonstriert ein Verfahren zur Verwendung einer neuronalen mikrofluidischen Vorrichtung ohne die Notwendigkeit einer Plasmabindung. Die Technik ermöglicht eine reversible Verbindung zwischen der Vorrichtung und Glas, die für die Zellkultur geeignet ist.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Mikrofluidik
- Zellkultivierungstechniken
Hintergrund
- Die Plasmabindung wird häufig in Labors zur Erzeugung dauerhafter Verbindungen zwischen Materialien verwendet.
- Viele Labors haben keinen Zugang zu Plasmareinigungsgeräten, weshalb alternative Methoden notwendig sind.
- Mit umkehrbaren Bindungstechniken lässt sich die Handhabung von Vorrichtungen erleichtern.
- Die neuronale mikrofluidische Vorrichtung ist für Anwendungen in der Zellkultur konzipiert.
Zweck der Studie
- Eine Methode zur reversiblen Verbindung von Neuronenvorrichtungen mit Glas ohne Plasmabehandlung demonstrieren.
- Eine kostengünstige Lösung für Labore ohne Plasmaverbindungsausrüstung bereitstellen.
- Sicherstellen, dass die Verbindung wasserdicht und für die Zellkultur geeignet ist.
Verwendete Methoden
- Reinigen von Objektträgern mithilfe eines Ultraschallbades.
- Beschichten von Objektträgern mit Poly-L-Lysin (PLL) zur Verbesserung der Haftung.
- Nutzen elektrostatischer Kräfte, um eine reversible Bindung zwischen PDMS und Glas herzustellen.
- Demonstration des Montagevorgangs im Sicherheitswerkbank, um Sterilität aufrechtzuerhalten.
Hauptergebnisse
- Die nicht plasmabondende Neuronenvorrichtung bildet eine wasserdichte Dichtung mit Glas.
- Der Flüssigkeitszutritt in die Vorrichtung ist langsamer im Vergleich zu plasmabehandelten Vorrichtungen.
- Zellen oder Medium können unmittelbar nach dem Zusammenbau hinzugefügt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
- Diese Methode ist effizient und erfordert keine teuren Geräte.
Schlussfolgerungen
- Die demonstrierte Methode bietet eine wirksame Alternative zur Plasmabindung.
- Mittels einfacher, in den meisten Laboren verfügbarer Techniken kann eine reversible Bindung erreicht werden.
- Dieser Ansatz ist vorteilhaft für Forschende, die mit mikrofluidischen Vorrichtungen in der Zellkultur arbeiten.
Häufig gestellte Fragen
Ausführliche Bedeutung für die Industrie
Diese Methode bietet einen kostengünstigen, reversiblen Verbindungsansatz für mikrofluidische Vorrichtungen in der Neurowissenschaftsforschung und ermöglicht Zellkulturanwendungen, ohne auf Plasmareinigungsgeräte angewiesen zu sein. Sie unterstützt die Validierung von Zielstrukturen in frühen Entwicklungsstadien und die Entwicklung von Assays, indem sie eine wasserdichte Abdichtung bereitstellt, die für neuronale Kulturen geeignet ist, und gleichzeitig Zugangsbarrieren in ressourcenbegrenzten Laboren überwindet. Die Technik verbessert die translationale Kontinuität, indem sie eine Entfernung der Vorrichtung nach der Kultur für nachgeschaltete Analysen wie Immunfärbungen oder Mikroskopie ermöglicht.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung des neuronalen Wachstums und der Pfaddynamik in mikrofluidischen Umgebungen, ohne dass eine dauerhafte Fixierung des Geräts erforderlich ist.
- Operativer Wert: Unterstützt eine reversiblen Verbindung für wiederholte Experimente und die Wiederverwendung des Geräts in Workflows zur Zielvalidierung.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet eine flüssigkeitsdichte mikrofluidische Umgebung, die für die Exposition mit Substanzen und die Live-Cell-Bildgebung bei neuronalen Assays geeignet ist.
- Operativer Wert: Ermöglicht die Standardisierung von Assays durch reversible Befestigung des Geräts an beschichteten Glasuntergründen.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Erhält krankheitsrelevante neuronale Kulturbedingungen und ermöglicht gleichzeitig die Entnahme des Geräts nach dem Assay zur Biomarker-Analyse oder Immunfärbung.
- Operativer Wert: Gewährleistet Sterilität durch Spülen mit Ethanol und Handhabung im Sicherheitswerkbank, wodurch reproduzierbare präklinische Arbeitsabläufe unterstützt werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in frühe Entdeckungsworkflows, indem sie die sterile, reversible Montage mikrofluidischer Vorrichtungen für die neuronale Kultur ermöglicht und die Weiterentwicklung von der Target-Validierung bis zum funktionellen Screening unterstützt.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die Hypothesenprüfung zur axonalen Wegleitung und synaptischen Vernetzung in begrenzten Mikroumgebungen.
- Screening: Ermöglicht reproduzierbare Applikation von Substanzen und Mediumwechsel in neuronenbasierten Assays trotz langsamer Kapillarströmung.
- Analytik: Liefert quantitative Messwerte zum neuronalen Wachstum und zur Reaktionsantwort auf Reagenzien unter kontrollierten fluidischen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet die neuronale Kultur in der Entdeckungsphase mit nachgeschalteten Validierungen durch Entfernung des Geräts für Immunfärbungen oder Bildgebung.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Etabliert ein reversibles Verbindungsschema, das auf verschiedene mikrofluidische Designs mit PDMS- und Glasoberflächen anwendbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verringert mechanistische Unklarheiten in neuronalen Kulturen, indem kontrollierte fluidische Umgebungen ohne plasma-bedingte Oberflächenveränderungen bereitgestellt werden.
- Operativer Wert: Beseitigt die Abhängigkeit von Plasmareinigern, senkt die Gerätekosten und erhöht die Zugänglichkeit an verschiedenen Laborstandorten.
- Strategischer Wert: Verbessert die Kapitalnutzungseffizienz, indem die wiederverwendbare Nutzung von Geräten ermöglicht und der Verbrauchsmaterialabfall in mikrofluidischen Arbeitsabläufen reduziert wird.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Weiterentwicklung, indem reproduzierbare Daten aus neuronalen Kulturen zur Entscheidungsfindung (Go/No-Go) bei der Zielvalidierung generiert werden.
Durchführungsüberlegungen
- Benötigt aseptische Technik und Zugang zu einem Sicherheitswerkbank zur Sterilisation und Handhabung.
- Hängt von einer geeigneten Beschallung und einer PLL-Beschichtung der Objektträger ab, um eine reversible Bindungswirksamkeit sicherzustellen.
- Erfordert die Vorsterilisation von PDMS-Vorrichtungen durch Spülen mit Ethanol, da eine Nicht-Plasma-Bindung keine Sterilisation gewährleistet.
- Benötigt Berücksichtigung eines langsameren Flüssigkeitseintritts aufgrund hydrophober Oberflächen, was eine pipettenunterstützte Medienzufuhr erforderlich machen kann.
- Auf Anwendungen beschränkt, bei denen eine wasserdichte, aber reversible Abdichtung ausreicht; nicht geeignet für Anwendungen mit hohem Druck oder langfristig undurchlässigen Verbindungen.
