Estimulación Cerebral sector mediante una red de microfluidos y de la Cámara de perfusión estándar

El objetivo principal del proyecto que os vamos a mostrar hoy es poder controlar espacial y temporalmente la estimulación del slash cerebral. Y otro punto importante es que mediante una simple modificación en la ya complicada configuración electrofisiológica, podemos diseminar este dispositivo microfluídico entre los diversos laboratorios que realmente utilizan esta estimulación de la vida cerebral. Hola, soy Java Chek Mohammad y trabajo en el laboratorio Edington en el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Illinois en Chicago.

Hoy os voy a enseñar cómo vamos a aplicar un sencillo dispositivo microfónico microfónico para la estimulación de cortes cerebrales. El dispositivo de corte de cerebro que vamos a demostrar hoy es muy útil por varias razones, y las principales son que es tan modular que puede encajar en la configuración electrofisiológica existente sin necesidad de nuevas modificaciones. Y evita el uso de tubos y bombeos, lo que complica cualquier dispositivo microfluídico.

Y dado que estamos utilizando el método de bombeo pasivo, no necesitamos tubos ni bombas. Y la tercera cosa es que es solo una lámina delgada de membrana PDMS que se interpone entre un cubreobjetos y una cámara de profusión estándar, que se usa en una configuración de electrofisiología estándar. El procedimiento que voy a demostrar hoy comienza con un maestro de un C ocho, que se fabrica utilizando el proceso de litografía estándar SV ocho.

Y el maestro que tenemos hoy aquí es un maestro de dos niveles, con un nivel que tiene el diseño de los canales, los micro canales, y otro diseño para aberturas de realidad virtual que van encima de estos canales para que las soluciones que fluyen a través de los canales puedan salir de las aberturas de vía. Así que hacemos este maestro, que está en una oblea de silicona, y luego usamos silicona o el PDMS para verter en la parte superior de este dispositivo y moldear las estructuras que están en la parte superior de esta oblea en el PDMS. Así que vamos a hacer que el PDMS se vierta encima de este dispositivo.

Y luego vamos a tomar la membrana PDMS que se forma después del curado y se une a un cubreobjetos. Y luego tenemos nuestro dispositivo microfluídico. Y luego vamos a modificar una cámara de profusión estándar citando una capa delgada de PDMS en la parte inferior de la cámara de perfusión.

Y una vez que tengamos esta cámara de perfusión modificada, vamos a tomar el dispositivo microfluídico que fabricamos anteriormente y lo vamos a unir a la cámara de perfusión. Hay dos puntos críticos en la fabricación del dispositivo microfluídico. Una es que antes de poner el PDMS, la placa calefactora debe estar apagada para que el PDMS no se ponga en cola instantáneamente cuando lo vertemos en la oblea.

Y otro punto crítico es que los espaciadores que usamos en las cuatro esquinas de la oblea de silicio deben tener una altura menor que la estructura más alta de la oblea de silicio. Esto es para asegurarnos de que las aberturas VR se puedan obtener cuando hagamos el proceso de curado para el PDMS. Aquí estamos en esta sala limpia modular de pared blanda y este es el maestro que fabricamos utilizando un proceso de litografía estándar C ocho.

Y es un maestro de dos niveles, con el primer nivel que tiene el diseño para los canales con cuatro entradas y una salida. Y en la región central de los cuatro canales, hay vías o pos que se encuentran encima de los canales. Y estas son las marcas de alineación que se crearon durante el proceso de fabricación.

Y ahora te voy a mostrar cómo voy a quitarlo y hacer el curado de PDMS. Debido al efecto de cordón de borde, el grosor en la periferia exterior de la oblea es mayor que los dispositivos reales en el centro del papel. Entonces lo que vamos a hacer es quitar estas marcas de alineación usando la cuchilla de reserva y luego para acomodar los pesos, vamos a usar estos espaciadores que tienen una altura de 140 micras y los vamos a poner en las cuatro esquinas de la oblea.

Por lo tanto, debe asegurarse de que la hoja de afeitar no se acerque a los dispositivos reales. Ahora voy a eliminar estas partículas de SVA usando el espolvoreador de aire y la oblea ya está lista para la preparación del molde PDMS. Pero antes de hacer eso, necesitamos poner estos espaciadores que tienen 140 micras de altura.

Así que voy a colocar las cuatro cintas en las cuatro esquinas de la oblea. Luego me aseguraré de que la cinta se adhiera correctamente a la oblea. Entonces, la razón por la que la cinta tenía 140 micras de alto es que el maestro de dos niveles con los canales y el VS tiene 150 micras de altura.

Y cuando colocamos el peso encima del PDMS durante el curado del PDMS, queremos asegurarnos de que la hoja de PDMS salga plana. Así que estamos usando cuatro espaciadores en las esquinas con alturas iguales. Ahora voy a mostrar cómo vamos a codificar PDMS y curarlo para hacer los dispositivos.

Pero antes de hacerlo, permítanme mostrarles cómo preparamos la solución PDMS. Así que tomamos 10 partes de la base y una parte del agente de curado y lo mezclamos bien debido al proceso de mezcla. Ves que generamos muchas burbujas en la solución de PDMS para eliminar estas burbujas, vamos a poner el PDMS en el desecado después de poner el, después de poner el PDMS en el desecado durante 10 minutos, no hay burbujas.

Y ahora el PDMS está listo para ser utilizado para el curado. Ahora les voy a mostrar cómo vamos a poner el PDMS en la oblea y curarla para obtener la membrana de PDMS. Así que voy a poner el PDMS en la oblea y luego usar esta transparencia para cubrir el PDMS.

Y esto nos ayudará a quitar el dispositivo sup, separar el dispositivo de la transparencia, y luego voy a colocar los pesos encima de la transparencia. Y la razón por la que estamos usando los pesos es para obtener un grosor uniforme del PDMS. Y otra cuestión crítica es la obtención de las aberturas de las vías.

Entonces, dondequiera que haya vs, no queremos PDMS y los pesos nos ayudarán a hacer eso. Como puede ver aquí, la placa calefactora está apagada y la razón es que no queremos que el PDMS se cure instantáneamente, así que lo dejamos apagado. Y luego debe asegurarse de que la oblea esté plana antes de portar el PDMS.

Y ahora podemos portar el PDMS que preparamos anteriormente. Asegúrese de dispensar el PDMS lo suficientemente cerca de la oblea para no generar burbujas. Y el punto más crítico aquí es la forma en que se pone la transparencia en la parte superior del PDMS.

Debe asegurarse de no generar burbujas debido a la colocación de la hoja. Y ahora voy a colocar uno de estos laboratorios de vidrio y dejar que el exceso de PDMS se quite del camino. Estoy colocando tres laboratorios de vidrio más y para asegurarme de que los laboratorios de vidrio no se muevan para este maestro en particular.

Y por estas características particulares, descubrimos que la colocación de estos cuatro laboratorios de vidrio hace que el VS. Y dejar que el exceso de PDMS se salga del camino entre la transparencia y la oblea. Esperamos uno o dos minutos y luego podemos encender la placa calefactora para diferentes maestros y para diferentes diseños, es posible que deba aumentar el número de laboratorios de vidrio o disminuir los laboratorios de vidrio para obtener las aberturas de vía. Ahora la placa calefactora está lista para encenderse y voy a establecer una temperatura de 75 grados.

Y una vez que alcanza la temperatura de 75 grados, podemos configurar el temporizador durante una hora y dejar que el PDMS se cure. Ahora que hemos dejado que el PDMS se cure durante una hora, podemos apagar la placa calefactora y dejar que se enfríe hasta 50 grados centígrados. La razón para hacer esto es para que el SEA no se agriete.

Si lo retiramos inmediatamente de 75 grados a temperatura ambiente, ahora podemos apagarlo y esperar a que baje a 50 grados centígrados. Ahora que la temperatura de la placa caliente ha bajado a 50 grados centígrados, podemos eliminar los pesos de la transparencia. Ahora podemos quitar la oblea del reproductor caliente y está listo para ser cortado.

Ahora la hoja de PDMS está lista para ser removida del maestro a C ocho y necesitamos quitar el papel de aluminio. A continuación, tenemos que quitar la hoja de transparencia. Tenemos aquí la cámara de perfusión estándar.

Lo modificamos para poder alinearlo. Los orificios, los puertos de entrada y salida del dispositivo microfluídico. Entonces, estos son los cuatro puertos de entrada y un puerto de salida en la membrana PDMS.

Y estos deben coincidir con las cuatro entradas y una salida de la cámara de perfusión. Ahora voy a deslizar la cámara de perfusión y luego alinearla con los orificios de la membrana PDMS. Ahora que están alineados, está listo para ser cortado.

Ahora puede extraer la cámara y usar una sonda. Asegúrese de que todos los bordes de la membrana PDMS se puedan quitar libremente. Una vez que lo hagamos, podemos usar un congelador para quitar la membrana del PDMS y asegurarnos de que cuando retire el PDMS de la parte superior del dispositivo, mueva el PDMS muy lentamente para no rasgar la membrana del PDMS.

Ahora voy a colocar la membrana PDMS con las cavidades que se forman con los ocho maestros SC encima y asegurarme de que quede plana. Y la razón por la que estamos haciendo esto es para que cuando hacemos los agujeros, los puertos de entrada y salida, el PDMS no sea áspero por el lado. Eso se va a unir con el cubreobjetos.

Por lo tanto, debemos asegurarnos de que las cavidades estén en la parte superior. Ahora podemos hacer los puertos de entrada y salida para que podamos ver los agujeros con claridad. Ponemos un fondo negro.

Ahora voy a hacer que los puertos de entrada y salida deban asegurarse de que no quede PDMS en el puerto. Así es, eliminar cualquier PDMS. Ahora vamos a transferir la membrana PDMS a otra lámina de transparencia.

Así que podemos tratar la sábana y el cubreobjetos con plasma y colocarlo para que, de nuevo, las cavidades sigan en la parte superior. Entonces, una vez que esta superficie se trata con plasma y el cubreobjetos se trata con plasma, podemos unir estas dos superficies para formar la red microfluídica para eliminar las burbujas de aire entre la lámina de PDMS. Y la transparencia se puede usar con cinta adhesiva.

Por lo tanto, esto asegurará que la hoja de PDMS sea plana y la unión se produzca mucho mejor. Y luego, nuevamente, use la cinta adhesiva en la superficie superior para eliminar el polvo de la membrana PDMS. Ahora podemos poner el cubreobjetos que uniremos con la membrana PDMS.

Y ahora estos dos PDMS y el vidrio están listos para ser tratados con plasma. Vamos a tratar con plasma el PDMS y el cubreobjetos utilizando este sistema de plasma modificado por microondas donde se puede ver esta cámara de vidrio que nos permite crear el plasma dentro de este microondas. Y déjame colocar las muestras en el interior creando vacío dentro de la cámara.

Ahora puedo fluir en oxígeno. Ahora el sistema de plasma está listo para funcionar y voy a usar 10% de potencia y 10 segundos para que este sistema en particular ayude a visualizar el plasma. Mientras se lleva a cabo el tratamiento con plasma, ponemos en marcha, subimos la potencia al cien por cien y apagamos las luces.

Y ahora se puede ver el plasma inmediatamente después del tratamiento con plasma. Es necesario unir ambas superficies, el deslizamiento de la vaca y el PDMS o, de lo contrario, la superficie del PDMS perderá su hidrofilicidad debido al tratamiento con plasma. Una vez que coloques la vaca, asegúrate de que toda la superficie esté unida sin burbujas de aire.

Si hay burbujas de aire, puede eliminarlas. Ahora lo dejas a un lado durante cinco minutos y dejas que se una. Así que aquí tenemos la cámara de perfusión modificada donde modificamos la base de la cámara con PDMS.

Y esto se hizo antes. Así que colocamos una transparencia en una placa calefactora en una placa calefactora que estaba apagada. Y luego vertimos el P-D-M-S-P-D-M-S que se preparó de manera similar a como se muestra anteriormente.

Y luego colocamos la cámara de perfusión encima del PDMS y luego colocamos un solo peso como se muestra aquí y lo dejamos curar durante 30 minutos o 75 grados centígrados. Y ahora voy a mostrar que mientras esperamos que ocurra el PDMS y la unión del cubreobjetos, podemos seguir adelante y preparar la cámara. Así podemos unir la cámara y el dispositivo microfluídico.

Por lo tanto, debemos eliminar el exceso de PDMS de donde no lo necesitemos. Elimine la transparencia, luego PDMS, luego debemos eliminar el PDMS de los puertos de entrada y salida. Ahora la cámara está lista para ser unida con el dispositivo microfluídico que preparamos anteriormente.

Ahora que hemos esperado cinco minutos, el dispositivo microfluídico está listo para separarse de la transparencia, pero debe asegurarse de eliminar la transparencia a un ritmo lento. Por lo tanto, el PDMS y el cubreobjetos no se separan. Ahora que la cámara de perfusión está lista, necesitamos tratar con plasma la superficie inferior de la cámara donde acabamos de citar el PDMS y la superficie superior del dispositivo microfluídico que tiene el PDMS.

Así que ahora vamos a poner estas dos piezas en la cámara de plasma y hacer el tratamiento con plasma al 10% de potencia durante 10 segundos. Ahora ambas superficies han sido tratadas con el plasma y están listas para ser unidas. Antes de unir, debe asegurarse de que los puertos de entrada y salida de la cámara estén alineados con el dispositivo microfluídico.

Y dado que las características que estamos alineando son lo suficientemente grandes, no necesitamos ningún equipo especial y podemos hacerlo a simple vista. Una vez que lo alinees y lo coloques en la parte superior de la cámara, asegúrate de que todas las superficies estén en contacto y luego puedes dejarlo reposar durante cinco minutos. Por lo tanto, la unión es lo suficientemente buena para los experimentos después de esperar cinco minutos.

Ahora que el dispositivo microfluídico se ha unido a la cámara, vamos a hacer que los canales de la superficie del canal sean hidrófilos. Por lo tanto, cuando realmente fluimos la solución A SFC o cualquier otro neurotransmisor, las soluciones pueden fluir más fácilmente. Así que lo que voy a hacer es poner todo este dispositivo en el plasma y el plasma, tratarlo durante un minuto al 10% para que todas las superficies del canal interno se vuelvan hidrófilas.

Y luego lo llenaré con agua y luego lo llevaré a la configuración de electrofisiología para que podamos hacer los experimentos reales. Bien, ahora estamos listos para ir a la configuración de electrofisiología y usar este dispositivo con el corte de cerebro. Hola, mi nombre es uo.

Estoy trabajando con el Dr. Arrington y el Dr. Fall, el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Illinois. Y ahora voy a trabajar con el dispositivo micro libre que trajo y simplemente se comió sobre esta plataforma. Por un lado, podemos ver el tubo de profusión.

Al otro lado, podemos ver el tubo de succión. Por lo tanto, el dispositivo se perfundirá con una solución de líquido cefalorraquídeo, que está burbujeada con un 95% de oxígeno y un 5% de CO2. Ahora que el dispositivo micro V está listo, voy a obtener la licencia del cerebro y luego los voy a poner sobre el dispositivo micro.

Ahora voy a poner la rebanada de cerebro, eh, en la parte superior de las aberturas circulares, y luego voy a usar el ancla para inmovilizar la rebanada de cerebro. Ahora que se está inmovilizando el trozo de cerebro, voy a utilizar neurotransmisores eh para estimularlo. Aquí tenemos cuatro entradas, así que voy a poner un neurotransmisor en cada entrada utilizando el bombeo pasivo desde estas cuatro entradas hasta esta salida.

Y ahora el Dr. Fall va a hablar sobre este dispositivo. ¿Para qué es tan importante para Nosotros? Hola, soy Chris Fall y nos dedicamos a la fisiología del cerebro.

Y la razón por la que necesitamos usar cortes de cerebro es para el acceso con microelectrodos y tecnología de imagen. Y hasta ahora, la única forma en que podíamos cambiar el entorno de los neurotransmisores para estos cortes de cerebro era cambiar el flujo sobre todo el corte o inflar los neurotransmisores directamente usando una micropipeta muy pequeña. Así que estamos muy emocionados de trabajar con Eddington's Group.

Esta nueva tecnología nos permitirá abordar grandes áreas del cerebro y cambiar localmente, el entorno de los neurotransmisores. Y luego, simultáneamente, ahora podemos entrar con nuestros, con nuestros electrodos y nuestra tecnología de imágenes y tal vez eventualmente construir dispositivos de registro de múltiples electrodos en la misma unidad. Bien, aquí ven un trozo de esguince de ratón en el dispositivo microfluídico.

Y se puede notar incluso a simple vista que el cerebro está compuesto por muchas regiones diferentes. Estas regiones hacen cosas diferentes. Y en el animal vivo, estas diferentes regiones del cerebro tendrían diferentes tonos neuromoduladores y neurotransmisores.

Y queremos ser capaces de replicar esto en nuestra cámara de corte mientras hacemos grabaciones electrofisiológicas y de imágenes. Por lo tanto, es realmente genial poder abordar estas diferentes áreas con diferentes neurotransmisores en diferentes concentraciones y con diferentes cursos de tiempo. Y aunque realmente no podemos visualizar los neurotransmisores, podemos mostrarles un ejemplo aquí de tinte fluorescente que se está bombeando en el corte del cerebro en diferentes regiones.

Aquí se ve una película en la que estamos haciendo fluir un tinte fluorescente a través de los canales del dispositivo y simplemente visualizándolo saliendo de los poros que se han hecho. E incluso en este primer prototipo, se puede ver cuán precisa es la resolución espacial con el flujo. A medida que vemos la película, verás que el tinte fluye hacia los canales y luego sale por los agujeros, y luego enjuagaremos ese tinte, lo que te dará una idea de cuál es la resolución temporal del flujo.

Gracias por acompañarnos hoy. Creo que hemos sido capaces de demostrar cómo la microfluídica y, de hecho, las micromáquinas pueden casarse con las técnicas fisiológicas tradicionales para ayudarnos a entender cómo funciona el cerebro. Gracias.