Microfabricación de chip del tamaño de andamios para el cultivo de células en tres dimensiones

Resumen

Se presentan dos procesos de microfabricación de chips de polímero poroso para el cultivo de células en tres dimensiones. El primero es el estampado en caliente combinado con un proceso de soldadura vapores de disolventes. El segundo utiliza un proceso desarrollado recientemente microthermoforming combinada con la tecnología de iones de la pista que conduce a una simplificación significativa de la fabricación.

Resumen

El uso de tecnologías de microfabricación es un requisito previo para crear los andamios de la geometría reproducible y constante de la calidad para el cultivo de células en tres dimensiones. Estas tecnologías ofrecen una amplia gama de ventajas no sólo para la fabricación, sino también para diferentes aplicaciones. El tamaño y la forma de grupos de células formado puede estar influenciado por la arquitectura exacta y reproducible de la microfabricated andamio y, por tanto, la longitud del camino de difusión de nutrientes y gases pueden ser controlled.1 Este es sin duda una herramienta útil para prevenir la apoptosis y la necrosis de células debido a una insuficiencia de nutrientes y suministro de gas o la eliminación de metabolitos celulares.

Nuestro chip de polímero, llamado CellChip, tiene las dimensiones exteriores de 2 x 2 cm con una superficie microestructurados central. Esta área se subdivide en una serie de hasta 1.156 microcontenedores con una dimensión típica de 300 m longitud de la arista para el diseño cúbico (cp-o CF-chip) o de 300 m de diámetro y profundidad para el diseño redondo (r-chip). 2

Hasta ahora, estampado en caliente o micro inyección (en combinación con el subsiguiente mecanizado laborioso de las partes) se utiliza para la fabricación de los chips de microestructura. Básicamente, micro moldeo por inyección es una de las pocas técnicas de replicación basada en polímeros que, hasta ahora, es capaz de la producción en masa de polímero microstructures.3 Sin embargo, ambas técnicas tienen algunas limitaciones no deseados debido a la transformación de un polímero viscoso se funden con la generación de paredes muy delgadas o integrado a través de los agujeros. En el caso de la CellChip, finas capas inferiores son necesarios para perforar el polímero y dar pequeños poros de tamaño definido para proporcionar células con medio de cultivo, por ejemplo mediante la perfusión de microfluidos de los contenedores.

Con el fin de superar estas limitaciones y reducir los costes de fabricación se ha desarrollado un enfoque microtécnicos nuevo sobre la base de un proceso de abajo-a escala de termoformado. Para la fabricación de chips de paredes muy porosas y delgadas de polímero, se utiliza una combinación de irradiación con iones pesados, microthermoforming y el grabado de pistas. En esta llamada "SMART" del proceso (Modificación del sustrato y la reproducción por termoformado) películas delgadas de polímero son irradiados con energía proyectiles pesados ​​de varios cientos de MeV la introducción de las llamadas "huellas latentes" Posteriormente, la película en un estado de goma elástica se forma en tres piezas tridimensionales sin necesidad de modificar o hibridación de las vías. Después de que el proceso de formación, ataque químico selectivo finalmente convierte las pistas en los poros cilíndricos de diámetro ajustable.

Protocolo

Proceso Secuencia N º 1: estampado en caliente, mecanizado y soldadura de vapor de disolventes

El CellChip en su diseño cúbico es replicado por estampado en caliente o micro inyección. Para ello, se utiliza un molde de bronce micromecanizados con la geometría inversa del chip. Los contenedores - dispuestos en una matriz regular de hasta 1.156 contenedores - tienen un diseño cúbico, con una longitud lateral de 300 micras. De estampado en caliente, el proceso de replicación se realiza en una convencional WUM02 (Jenoptik Mikrotechnik, Alemania). La herramienta consta de dos placas de metal circular. En un primer paso, una delgada placa de PMMA....

Discusión

Aunque los métodos establecidos de la micro replicación de polímero, tales como micro moldeo por inyección o estampado en caliente, son aptos para la producción de microestructuras, que no son realmente eficaces en la producción de micro con un sistema integrado y altamente controlado porosidad, lo que se necesita para la CellChip. Estructuras voluminosas por ejemplo, requieren el mecanizado costoso para reducir el espesor de la pared de una perforación láser posterior o las paredes tienen que ser totalmente sustituida por la pista grabada .......