Un modelo de microfluidos de biomiméticamente respiración pulmonar acinar Airways

Resumen

Se utilizó la litografía blanda para producir un modelo representativo a escala real de las vías respiratorias alveoladas pulmonares que se expanden y contraen periódicamente, imitando el movimiento fisiológico de la respiración. Esta plataforma recrea los flujos de acinares respiratorios en un chip, y se prevé que facilite la investigación experimental de la dinámica de los aerosoles inhalados y la deposición en el acino pulmonar.

Resumen

La cuantificación de las características del flujo respiratorio en las profundidades acinares pulmonar y cómo influyen en el transporte aerosol inhalado es crítica con respecto a la optimización de las técnicas de inhalación de drogas, así como la predicción de los patrones de deposición de partículas en el aire potencialmente tóxicos en los alvéolos pulmonares. Aquí, las técnicas de litografía blanda se usan para fabricar estructuras de las vías respiratorias acinares-como complejos en los veraces longitud escalas anatómicas que reproducen fenómenos de flujo acinar fisiológicas en un sistema ópticamente accesible. El dispositivo de microfluidos cuenta con 5 generaciones de bifurcar conductos alveolada con la expansión periódicamente y paredes de contratación. Wall accionamiento se consigue mediante la alteración de la presión dentro de las cámaras llenas de agua de los alrededores de las delgadas paredes del canal acinar PDMS tanto de los lados y la parte superior del dispositivo. En contraste con los dispositivos de microfluidos de capas múltiples comunes, donde se requiere el apilamiento de moldes de varios PDMS, se presenta un método simple para fabricar la parte superiorcámara mediante la incorporación de la sección de barril de una jeringa en el molde de PDMS. Esta novedosa configuración de microfluidos proporciona movimientos respiratorios fisiológicos que a su vez dan lugar a características acinares flujos de aire. En el presente estudio, se utilizó micro partículas velocimetría de imagen (μPIV) con partículas líquidas en suspensión de cuantificar tales flujos de aire a juego basado en la similitud hidrodinámico. La buena concordancia entre los resultados μPIV y fenómenos de flujo acinar esperados sugieren que la plataforma de microfluidos puede servir en un futuro próximo como una herramienta atractiva en vitro para investigar el transporte de partículas en el aire directamente representativa y la deposición en las regiones acinares de los pulmones.

Introducción

Una cuantificación detallada de la dinámica de flujo respiratorio en el distal, regiones alveolada de los pulmones es de suma importancia en la comprensión de la mezcla del flujo de aire en el acino pulmonar y predecir el destino de los aerosoles inhalados en la más profunda de las vías respiratorias ^1-3. Este último aspecto es de particular preocupación cuando abordar por una parte los peligros de las partículas contaminantes inhalados o por el contrario en la búsqueda de nuevas estrategias para la administración de fármacos mejorado y selectiva de agentes terapéuticos inhalados a sitios localizados de pulmón ^{4, 5,} así como para la administraci....

Protocolo

Fabricación 1. Maestro

1. Utilizar el grabado profundo de iones reactivos (DRIE) de un silicio sobre aislante de obleas (SOI) para fabricar una oblea de silicio maestro como se describe en trabajos anteriores ^{32, 33.}
   NOTA: DRIE se prefiere estándar SU-8 micromecanizado debido a las características de alta relación de aspecto (40 micras de ancho y 90 micras zanjas profundas).

2. Fundición y sellado del dispositivo de microfluidos

1. Mezclar PDMS y agente de curado en una relación de 10: 1 peso dentro de un contenedor pequeño limpia tal como un plato de plástico de pesaje.
2. Desgasi....

Resultados

Diseño asistido por ordenador (CAD) y microscopio imágenes de la plataforma acinar in vitro se presentan en la Fig. 1. El modelo acinar biomimético cuenta con cinco generaciones de ramificación canales rectangulares alineadas con las cavidades cilíndricas alveolares similar (Fig. 1). Aquí, las generaciones de modelos se numeran de generación 1 (para la generación más proximal) para la generación de 5 (para la generación más distal). Tenga en cuenta que sólo la entrada del canal.......

Discusión

Una característica crítica de la plataforma acinar de microfluidos que aquí se presenta es su capacidad para reproducir los movimientos de respiración fisiológicamente realistas que dan lugar a perfiles de flujo fisiológicas y velocidades dentro de los conductos acinares y dentro de los alvéolos. Dado que los canales de microfluidos se producen con una relación de aspecto relativamente baja (es decir., W _d / h ≈ 3,9, donde w _d es la anchur.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Polidimetilsiloxano (PDMS) y agente de curado	Dow Corning	(240)4019862	Sylgard® 184 Kit de elastómero de silicona
Plastipak Jeringa de 2 ml	BD	300185
Norm-Ject Luer slip Jeringa de 1 ml	Henke Sass Wolf	4010-200V0
1 mm Punzón de biopsia	Kai Medical	BP-10F
Laboratorio Corona Treater	Productos Electro-Technic	BD-20AC
PHD Ultra Bomba de jeringa Aparato	Harvard	703006
Partículas fluorescentes rebuscadas teñidas de rojo	Thermo-Scientific		Uncatalloged 0.86 µ Se utilizaron perlas
Glycerin AR	Gadot	830131320
FlowMaster MITAS Velocimetría de imágenes de micropartículas (µ PIV) sistema	LaVision	1108630