Artículo de método

Fabricación rápida de dispositivos microfluídicos personalizados para investigación y aplicaciones educativas

DOI:

10.3791/60307

⸱

20 de noviembre de 2019

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1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Notre Dame, 2Bioengineering Graduate Program, University of Notre Dame, 3Biology Department, St. John Fisher College

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

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Aquí presentamos un protocolo para diseñar y fabricar dispositivos microfluídicos personalizados con una inversión financiera y de tiempo mínima. El objetivo es facilitar la adopción de tecnologías microfluídicas en laboratorios de investigación biomédica y entornos educativos.

Resumen

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Los dispositivos microfluídicos permiten la manipulación de fluidos, partículas, células, órganos u organismos de tamaño micro en canales que van desde las escalas nanométricas hasta las submilimétricas. Un rápido aumento en el uso de esta tecnología en las ciencias biológicas ha provocado la necesidad de métodos accesibles para una amplia gama de grupos de investigación. Los estándares de fabricación actuales, como la unión PDMS, requieren técnicas litográficas y de unión costosas y que consumen mucho tiempo. Una alternativa viable es el uso de equipos y materiales que son fácilmente asequibles, requieren una experiencia mínima y permiten la rápida iteración de diseños. En este trabajo describimos un protocolo para diseñar y producir pet-laminados (PETL), dispositivos microfluídicos que son baratos, fáciles de fabricar y consumen significativamente menos tiempo para generar que otros enfoques de la tecnología de microfluídicos. Consisten en láminas de película de unión térmica, en las que los canales y otras características se definen mediante una cortadora artesanal. Los PETL resuelven desafíos técnicos específicos sobre el terreno y reducen drásticamente los obstáculos a la adopción. Este enfoque facilita la accesibilidad de los dispositivos microfluídicos tanto en entornos de investigación como educativos, proporcionando una plataforma fiable para nuevos métodos de investigación.

Introducción

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La microfluídica permite el control de fluidos a pequeñaescala, con volúmenes que van desde microlitros (1 x 10-6 L) hasta picolitros (1 x 10-12 L). Este control ha sido posible en parte debido a la aplicación de técnicas de microfabricación tomadas de la industria de microprocesadores1. El uso de redes de micro-tamaño de canales y cámaras permite al usuario aprovechar los distintos fenómenos físicos característicos de pequeñas dimensiones. Por ejemplo, a la escala de micrómetros, los fluidos se pueden manipular utilizando flujo laminar, donde las fuerzas viscosas dominan las fuerzas inerciales. Como resultado, el transpor....

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Protocolo

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1. Diseño

  1. Identifique una aplicación para los dispositivos y enumere los componentes de canal/cámara que se necesitarán.
    NOTA: Todos los dispositivos requerirán canales de entrada y salida. Los dispositivos utilizados para la microscopía requerirán una cámara de imágenes. Los dispositivos más complejos requerirán canales y cámaras situados en varias capas.
  2. Comience dibujando a mano cada capa, teniendo en cuenta cómo la funcionalidad del dispositivo se ve afectada por la superposición de las capas.
  3. Dibuja los diseños finales en un ordenador usando cualquier software que permita dibujar líneas y formas.
    1. Dibuja cada capa por separ....

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Resultados

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Además de bajo costo y rápida iteración, la tecnología PETL se puede personalizar fácilmente para resolver desafíos específicos. En primer lugar, describimos un dispositivo simple que consiste en un cubreobjetos de vidrio, una capa de cámara, una capa de canal y una capa de entrada/salida(Figura 2). Este dispositivo fue diseñado para facilitar la toma de imágenes de células y micro-órganos bajo flujo constante. El medio de cultivo se repone a bajas tasas de flujo para fomentar el intercambio.......

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Discusión

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Si bien los microfluidos están cada vez más presentes en la caja de herramientas de los laboratorios de todo el mundo, el ritmo de adopción ha sido decepcionante, dado el potencial de su impacto positivo16. El bajo costo y la alta eficiencia de la fabricación de dispositivos microfluídicos son esenciales para acelerar la adopción de esta tecnología en el laboratorio de investigación promedio. El método descrito aquí utiliza varias capas de película para crear dispositivos bidimensionales y tridime.......

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Divulgaciones

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Fernando Ontiveros está en el proceso de lanzamiento de PETL FLUIDICS (LLC), una empresa que comercializará y brindará servicios de consultoría para esta tecnología. Los coautores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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El trabajo de este manuscrito fue apoyado en parte por la National Science Foundation (NSF) (Grant No. CBET-1553826) (y suplemento ROA asociado) y los Institutos Nacionales de Salud (NIH) (No de concesión. R35GM124935) a J.Z., y el fondo de la Facultad de Visitas de Notre Dame Melchor a F.O. Nos gustaría dar las gracias a Jenna Sjoerdsma y Basar Bilgiser por proporcionar células de mamíferos y protocolos de cultivo y a Fabio Sacco por la asistencia con figuras suplementarias.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Punzón de biopsia (1 mm)Miltex33-31AAOpcional, reemplaza la configuración de herramientas rotativas
Agujas romasJanel, Inc.JEN JG18-0.5X-90Retire el plástico y conéctelo al tubo Tygon
CubreobjetosCualquieraprefieren 24 x 60 mm
Tapete de corte y cuchillasSilhouette America o Nicapawww.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-matsReutilización/Desechables
Cinta adhesiva de doble caraScotch/3M667Cantidades pequeñas, de cualquier ancho o marca
Tubo de PEEKIDEX/any1581LDiferentes configuraciones disponibles. Considere usar tubos Tygon intead, si aún no usa la
película laminada térmica PEEK PET / EVA Scotch/ 3M & TranscendiaTP3854-200, TP5854-100 y transcendia.com/products/trans-kote-petbolsas o rollos de laminación de 3 a 6 mil (mil = 1/1000 pulgadas).
Película de PVC - Envoltura adhesivaGlad / Cualquierenvoltura de alimentos
Taladro de herramienta rotativaDremel / Cualquiera200-121 u otrasbrocas de 1/32 y 3/64" de Dremel
recomendadas Rodillo de gomaSpeedball4126Para facilitar la adherencia, cualquier marca funcionará
Tijeras y pinzasCualquiertijera Fiskars-Inch-Titanium-Softgrip |Cole-Parmer  –# UX-07387-12recomiendan marcas de calidad
Silhouette CAMEO Cortador artesanalSilhouette Americawww.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4TCortador artesanal preferido
Silhouette Studio softwareSilhouette Americawww.silhouetteamerica.com/softwareControla el cortador artesanal y proporciona herramientas de dibujo (descarga gratuita MAC y PC)
Bombade jeringaLas bombas Harvard Apparatus o New Era70-4504 o NE-300son ideales, se pueden usar pipetas o buretas.
JeringasCualquiera1-3mL
Laminadora térmicaScotch/3MTL906Modelo estándar para casa/oficina
Tubo Tygon (E-3603)Cole-ParmerEW-06407-70Uso con puntas de aguja romas
Parachoques de vinilo para mueblesDerBlue/3M/ EverbiltTransparente, autoadhesivo (6 x 2 mm y 8 x 3 mm)Se recomiendan parachoques redondos
Se Se

Referencias

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  1. Xia, Y., Whitesides, G. M. SOFT LITHOGRAPHY. Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).
  2. Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and Applications of Microfluidics in Biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).

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Etiquetas

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