La sonda de microfluidos: Operación y Uso de tratamiento de superficies localizadas
June 4th, 2009
En este video se presenta la sonda de microfluidos 1 (MFP). Se explica en detalle cómo ensamblar el MFP, montarlo sobre un microscopio invertido, y alinearla con respecto a la superficie del sustrato y, finalmente, mostrar cómo se utilizan para procesar una superficie de sustrato sumergido en una solución tampón.
Este procedimiento muestra cómo ensamblar y utilizar la sonda microfluídica o MFP. Los componentes microfluídicos de la impresora multifunción son jeringas herméticas al gas, tubos capilares de vidrio, conectores microherméticos de Upchurch y el cabezal de la impresora multifunción. Este video presentará los pasos críticos de ensamblaje y alineación.
Una vez ensamblada, la impresora multifunción se puede utilizar con una gran variedad de sustratos y reactivos para el modelado y procesamiento de superficies. Hola, soy Cecil Perot. Soy becario postdoctoral en el laboratorio de David Yaker en el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad McGill en Montreal, Canadá.
Hola, soy Mohammad Kasime. Soy candidato a doctorado en el laboratorio de David Y en el departamento de ingeniería biomédica de la Universidad McGill. Hola, soy David Yoker.
Soy profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica, y me gustaría darles la bienvenida hoy a nuestra demostración sobre la sonda microfluídica. Hoy te mostraremos un procedimiento de funcionamiento y uso de la sonda microfluídica. Utilizamos este procedimiento en nuestro laboratorio para el procesamiento de superficies y patrones.
Así que comencemos para iniciar este protocolo. Las jeringas y agujas de plástico se utilizan para llenar jeringas de vidrio de tipo gas con reactivos, lo que garantiza que no haya burbujas de aire. Por lo general, usamos una jeringa de uno a 10 microlitros para la inyección y una jeringa con un volumen de cinco a 10 veces mayor para la aspiración.
A continuación, utilizando accesorios nano herméticos con bajo volumen muerto, las jeringas se conectan a un tubo capilar. A continuación, se llenan los capilares y se comprueba si hay burbujas bajo el microscopio. El chip MFP está precargado con solución tampón para evitar el atrapamiento de burbujas al conectar los capilares.
Finalmente, los capilares se conectan a la pieza de conexión PDMS en el cabezal de puntal microfabricado. Con la impresora multifunción ahora ensamblada, estamos listos para comenzar a configurarla. El sustrato se inserta en un soporte casero.
Está adherido a la platina del microscopio. El espacio entre la impresora multifunción y el sustrato es fundamental para los procesos de modelado de superficies. Mediante un soporte de tres puntos formado por tornillos micrométricos, la alineación horizontal se ajusta con precisión micrométrica.
Esto es necesario porque el sustrato se procesa escaneando debajo de la impresora multifunción. Para comenzar a configurar la impresora multifunción, el cabezal de la sonda se sujeta en el soporte de la sonda y se monta en la estación de la sonda encima de un microscopio invertido. A continuación, las jeringas se colocan en bombas de jeringa de alta precisión.
A continuación, utilizando un par de goniómetros, se ajusta la alineación de la meza de la MFP con el sustrato observando los anillos de Newton, también conocidos como franjas de interferencia. Estos aparecen cuando la impresora multifunción se pone en contacto con el sustrato, el punto de contacto y la frecuencia de los anillos sirven como indicación de la inclinación. Cuando la impresora multifunción está alineada con la superficie, un solo anillo de interferencia se extiende por toda la superficie.
Esta medida también sirve para calibrar la separación entre la impresora multifunción y el sustrato. Con la configuración de la impresora multifunción, ahora estamos listos para pasar a la operación de la impresora multifunción. Durante el funcionamiento de la impresora multifunción, la dispensación se controla mediante el software de vista de laboratorio.
El funcionamiento del dispositivo se visualiza a simple vista y con una cámara CCD. Antes de comenzar la aspiración adecuada, inyecte un poco de líquido para asegurarse de que la jeringa de aspiración esté orientada correctamente y que no haya burbujas. A continuación, la impresora multifunción se sumerge en el búfer.
Ahora podemos comenzar la inyección de líquido mientras monitoreamos el confinamiento volado de las cuentas. La relación de aspiración de la inyección varía de uno a tres a uno a 10, dependiendo de la difusividad del reactivo con un tampón circundante y del patrón de flujo geométrico deseado. Finalmente, la sonda ahora se puede utilizar para una variedad de aplicaciones.
Los patrones de superficie que se muestran aquí se lograron mediante la MFP con biotina marcada con fluoresceína en portaobjetos de vidrio de hidrogel recubiertos de estreptococos y recubiertos con ENC. El caudal de inyección fue de un nanolitro por segundo, y el caudal de aspiración fue de 10 nanolitros por segundo utilizando jeringas de 10 microlitros y 50 microlitros respectivamente. El espacio entre la superficie y la sonda era de cinco micrómetros.
La impresora multifunción también se puede utilizar para la tinción local y el procesamiento de células y tejidos. El confinamiento de flujo prohíbe la difusión del reactivo y permite una tinción química precisa de las células. Como se muestra aquí, una monocapa de células de fibroblastos se tiñó con 100 microgramos por mililitro de dai.
Así que le hemos mostrado cómo operar la sonda microfluídica. Al realizar este procedimiento, debe asegurarse de evitar cualquier burbuja en el sistema y asegurarse de que la superficie del puntal microfluídico sea paralela al sustrato. Así que eso es todo.
Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.
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Visión general
Este video demuestra el ensamblaje y uso de la sonda microfluídica (MFP). Cubre los pasos críticos para alinear la MFP con un microscopio invertido y procesar superficies de sustrato sumergidas en una solución tampón.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Microfluidics
- Ingeniería biomédica
- Procesamiento de superficies
Antecedentes
- La MFP consiste en jeringas herméticas, tubos capilares de vidrio y conectores micro-herméticos.
- Está diseñada para varios sustratos y reactivos.
- El ensamblaje y alineación adecuados son cruciales para un uso efectivo.
- La MFP puede facilitar el patrón y procesamiento de superficies.
Propósito del estudio
- Proporcionar una guía detallada sobre el ensamblaje de la MFP.
- Demostrar la alineación de la MFP con un microscopio.
- Mostrar la aplicación de la MFP en el procesamiento de sustratos.
Métodos utilizados
- Ensamblaje de los componentes de la MFP.
- Montaje de la MFP en un microscopio invertido.
- Alineación de la MFP en relación con la superficie del sustrato.
- Procesamiento de superficies de sustrato en una solución tampón.
Resultados principales
- La MFP puede ser ensamblada y alineada efectivamente.
- Permite un procesamiento versátil de varios sustratos.
- Demostró técnicas exitosas de patrón de superficie.
- Destacó la importancia de una alineación precisa para obtener resultados óptimos.
Conclusiones
- La MFP es una herramienta valiosa para investigadores en ingeniería biomédica.
- El ensamblaje y alineación adecuados son esenciales para su funcionalidad.
- Este video sirve como una guía completa para usar la MFP.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
The microfluidic probe enables precise, localized reagent delivery for surface processing without requiring closed microfluidic channels, supporting scalable and reproducible assay development. This capability enhances target validation and phenotypic screening by allowing controlled microenvironments for cellular and molecular interactions. It provides a reusable platform for high-resolution surface patterning, reducing reagent consumption and improving experimental throughput in early discovery workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through localized reagent deposition on substrates.
- Operational Value: Supports biological de-risking by confining microjets to specific surface areas for precise molecular patterning.
- Predictive Value: Facilitates functional target validation by allowing controlled delivery of ligands or inhibitors to defined regions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream screening via localized surface modification.
- Operational Value: Enhances assay standardization and reproducibility through precise flow confinement and scanning capability.
- Scalability: Enables screening readiness across large substrate areas by scanning the probe, supporting platform reuse.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Supports disease-relevant systems by enabling localized staining and processing of cells and tissues.
- Mechanistic De-risking: Allows precise chemical staining of cells, such as fibroblast monolayers, to assess target engagement.
- Predictive Confidence: Provides quantitative control over reagent delivery, improving reliability of preclinical readouts.
Pipeline & Workflow Integration
The microfluidic probe integrates into the discovery continuum from early target validation through assay development to preclinical screening, supporting iterative design and testing cycles.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via localized reagent delivery on substrates.
- Screening: Enables assay readiness through reproducible microjet confinement and scanning across surfaces.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as flow rate control and spatial patterning for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity through localized cell and tissue processing under buffered conditions.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for multiple substrates and reagents, reducing need for single-use microfluidic chips.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity in surface-based assays.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of localized surface processing.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk through early de-risking.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on precise spatial molecular delivery.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidic assembly, microscopy alignment, and syringe pump operation.
- Depends on gas-tight syringes, glass capillaries, micro-tight connectors, and inverted microscope with CCD visualization.
- Necessitates cross-team standardization for probe alignment, flow rate control, and bubble-free fluid handling.
- Involves adaptation considerations across substrate types, including hydrogel glass slides and cell-coated surfaces.
- Limited by the need for precise gap control (e.g., 5 micrometers) and alignment via Newton’s rings to ensure flow confinement.
