Name: Microfabricación de chip del tamaño de andamios para el cultivo de células en tres dimensiones (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-05-12T19:12:00.000+00:00
Duration: 9 min 37 s
Description: Aprende microfabricación de chips porosos para cultivo celular tridimensional mediante termoformado y grabado por iones. Estos métodos simplifican la producción de andamios para investigación en biología celular y neurociencia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Los autores desean dar las gracias a Dirk Herrmann, Wendt Oliver, Horn Siegfried, Gutzeit Hartmut y Bohn Joerg por su ayuda sustancial sobre el disolvente de soldadura de vapor. Además, queremos agradecer a Michael Hartmann, Gerwald Alex, y Leisen Daniel por su asistencia técnica.

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 (Lucryl, G77Q11, BASF) se coloca en el centro de la placa inferior de la herramienta abierta. El inserto de molde microestructurados Esta céntricamente montado en la placa superior. A continuación, la herramienta está cerrada para la evacuación del molde y se calienta a una temperatura por encima de la temperatura de transición vítrea del polímero. Al presionar las placas en conjunto, el polímero viscoso se introduce en la cavidad evacuada hasta que estén completamente llenos de replicar con precisión la geometría del molde. Después de enfriar la herramienta, la microestructura parte polímero puede ser desmoldeado. El proceso requiere más masa de polímero que realmente se necesita para llenar las cavidades del molde. El superávit de polímero forma una capa residual que puede ser utilizado para facilitar el desmolde de la pieza. Sin embargo, la creación de poros con un diámetro de menos de 3 m en la parte inferior de los contenedores, la capa residual de espesor tiene que ser adelgazada, o incluso completamente eliminado y sustituido por una membrana porosa. Para simplificar el proceso de integración de los poros, la parte de atrás de la CellChip replicado es completamente eliminado por mecanizado con una fábrica de diamantes. Para ello, las partes se fijan en una placa de refrigeración de montaje y, además, la fragilidad de las estructuras se congelan en agua desionizada para protegerlos contra daños. En una última fase, por último, un ion comerciales pista grabada con membrana (policarbonato, un espesor de 10 micras, de tamaño de poro 3 micras, 2x10 6 poros / cm ², Pieper Filter GmbH) se une a la parte posterior de la matriz de los contenedores ahora abierto, tanto en superior e inferior. El proceso de unión es un solvente proceso de vapor de soldadura realizada en una cámara hermética, con calefacción [fig. 1], que consiste en un émbolo superior y una placa móvil más baja con un plato vacío integrado. 4 hasta cuatro CellChips mecanizadas y las membranas pista grabada se exponen de forma paralela a un solvente vaporizado tras la cámara fue evacuada. Luego, las piezas moldeadas y las membranas se presionan entre sí por el émbolo superior. Después de un corto período de exposición (&lt;15 s), la cámara se evacua de nuevo lo que elimina el disolvente. Debido al tiempo de contacto corto, sólo cerca de la superficie de material se disuelva y una deformación de la estructura debido a la mayor parte de la carga mecánica se puede evitar. Finalmente, la cámara se abre y el CellChips cementada se puede quitar y se preparó para el cultivo de células [fig. 2]. <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_7/Giselbrecht-Fig1.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_7/Giselbrecht-Fig1.png" alt="Figura 1" width="100" /></a> Figura 1. <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_8/Giselbrecht-Fig2.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_8/Giselbrecht-Fig2.png" alt="Figura 2" width="100" /></a> Figura 2. Proceso Secuencia N º 2: la irradiación de iones pesados, microthermoforming y el grabado de pistas (proceso de SMART) El nuevo proceso llamado SMART es una tecnología recientemente desarrollada para la fabricación de micro funcionalizados como membrana microestructuras. 5 La tecnología se basa en un proceso microtécnicos termoformado, llamado &quot;microthermoforming. 6,7 En esta etapa del proceso central, que fue adaptado de la macroscópica atrapados proceso de hoja de termoformado, una película delgada de polímero se calienta se forma en su estado ablandado, goma elástica por la presión de gas en una cavidad del molde [fig. 3]. A diferencia de estampado en caliente o de moldeo por inyección, este proceso no es una forma primaria y el polímero no se derrita. Debido al hecho de que la película está formado todavía en un estado sólido con una cohesión material permanente, las modificaciones de material con alta resolución lateral primero se pueden generar en el plano películas de polímero y se conservan durante todo el proceso de formación. Después del paso de microthermoforming, estas modificaciones pueden ser más selectiva procesados, por ejemplo, mediante un tratamiento químico húmedo. <img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_9/Giselbrecht-Fig3.png" alt="Figura 3" width="400" height="217" /> Figura 3 El proceso de SMART, en principio, consta de tres pasos del proceso: <ol><li> creación de los patrones de modificación en planos muy resuelto capas delgadas de polímeros en un proceso de pre- </li><li> 3D shapción de las películas de microthermoforming sin perder (con dibujos) modificaciones </li><li> post-proceso (opcional) para funcionalización final de piezas de paredes delgadas microestructurados </li></ol> El proceso de SMART que se aplican actualmente para la fabricación de CellChips porosa incluye los siguientes pasos del proceso [fig. 4]. Una delgada película de polímero, por ejemplo, de policarbonato (Pokalon OG461Gl, 50 micras, Lofo High Tech Film GmbH, Alemania), se irradia con iones pesados ​​acelerados (como Xe, Au o iones U) en las instalaciones del acelerador de GSI (Darmstadt, Alemania), con las energías de aprox. 1 GeV y fluencias en el orden de los 106 8 Después de enfriar la herramienta, la parte de pared delgada puede ser desmoldeado. iones / cm ². Al penetrar a través de la película, cada ion produce un rastro casi recta de material modificado, llamado pista latente. Las películas pre-tratados son entonces termoformados a una serie de 25x25 microcontenedores de paredes delgadas, cada uno con un diámetro y una profundidad de 300 micras. El proceso se realiza actualmente en una prensa de estampado en caliente modificado [fig. 5], donde se fija la película de polímero entre dos placas de metal. La placa superior está equipado con el molde micromecanizados y el inferior contiene la presión y los conectores de vacío. La película se estira en microcavidades evacuada previamente del molde por nitrógeno con una presión de hasta 5 MPa. Las películas se forman cerca de su temperatura de transición vítrea prevención de la pista de recocido. <img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_10/Giselbrecht-Fig4.png" alt="Figura 4" width="400" height="119" /> Figura 4 <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_11/Giselbrecht-Fig5.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_11/Giselbrecht-Fig5.png" alt="Figura 5" width="100" /></a> Figura 5 En un proceso posterior, las pistas de iones son selectivamente grabado a los poros mediante la inmersión de la microestructura de todo en un medio grabado apropiado (por ejemplo, 5 mol / L NaOH, 10% w / v MeOH). Al controlar los tiempos de grabado y el aguafuerte condiciones, tales como concentración, temperatura y aditivos especiales (por ejemplo, los promotores de etch), el tamaño y la forma de los poros resultantes se puede ajustar [fig. 6]. <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_12/Giselbrecht-Fig6.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_12/Giselbrecht-Fig6.png" alt="Figura 6" width="100" /></a> Figura 6

<ol><li>Knedlitschek, G., Schneider, F., Gottwald, E., Schaller, T., Eschbach, E., Weibezahn, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tissue-like+culture+system+using+microstructures%3A+influence+of+extracellular+matrix+material+on+cell+adhesion+and+aggregation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">A tissue-like culture system using microstructures: influence of extracellular matrix material on cell adhesion and aggregation.</a> J Biomech Eng. 121, 35-39 (1999).</li>
<li>Gottwald, E., Giselbrecht, S., Augspurger, C., Lahni, B., Dambrowsky, N., Truckenmüller, R., Piotter, V., Gietzelt, T., Wendt, O., Pfleging, W., Welle, A., Rolletschek, A., Wobus, A. M., Weibezahn, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chip-based+platform+for+the+in+vitro+generation+of+tissues+in+three-dimensional+organization%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A chip-based platform for the in vitro generation of tissues in three-dimensional organization.</a> Lab Chip. 7, 777-785 (2007).</li>
<li>Heckele, M., Schomburg, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+micro+molding+of+thermoplastic+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+And+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Review on micro molding of thermoplastic polymers.</a> Journal of Micromechanics And Microengineering. 14, (2004).</li>
<li>Giselbrecht, S., Gietzelt, T., Guber, A. E., Gottwald, E., Trautmann, C., Truckenmüller, R., Weibezahn, K. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microthermoforming+as+a+novel+technique+for+manufacturing+scaffolds+in+tissue+engineering+%28CellChips%5BTitle%5D)+AND+%22IEE+Proc.-Nanobiotechnol%22%5BJournal%5D)">Microthermoforming as a novel technique for manufacturing scaffolds in tissue engineering (CellChips.</a> IEE Proc.-Nanobiotechnol. 151, 151-157 (2004).</li>
<li>Giselbrecht, S., Gietzelt, T., Gottwald, E., Trautmann, C., Truckenmüller, R., Weibezahn, K. -F., Welle, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+tissue+culture+substrates+produced+by+microthermoforming+of+pre-processed+polymer+films%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Microdevices%22%5BJournal%5D)">3D tissue culture substrates produced by microthermoforming of pre-processed polymer films.</a> Biomed Microdevices. 8, 191-199 Forthcoming.</li>
<li>Truckenmüller, R., Rummler, Z., Schaller, T., Schomburg, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+thermoforming+of+micro+fluidic+analysis+chips%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Low-cost thermoforming of micro fluidic analysis chips.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 12, 375-379 (2002).</li>
<li>Truckenmüller, R., Giselbrecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microthermoforming+of+flexible%2C+not+buried+hollow+microstructures+for+chip-based+life+sciences+applications%5BTitle%5D)+AND+%22IEE+Proc.-Nanobiotechnol%22%5BJournal%5D)">Microthermoforming of flexible, not buried hollow microstructures for chip-based life sciences applications.</a> IEE Proc.-Nanobiotechnol. 151, 163-166 (2004).</li>
<li>Fleischer, R. L., Price, P. B., Walker, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+tracks+in+solids%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Nuclear tracks in solids.</a> , University of California Press. Berkeley. Forthcoming.</li>
</ol>

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 ...

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

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

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 &quot;SMART&quot; 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 &quot;huellas latentes&quot; 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.

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.

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

El uso de tecnologías de microfabricación es un requisito previo para crear andamios de geometría reproducible y calidad constante para el cultivo celular tridimensional...

Hola, mi nombre es Stefan Re. Trabajo en el Instituto de Interfaces Biológicas y, en el siguiente artículo, verá el proceso de fabricación de un andamio microestructurado llamado ship, y estamos utilizando dos métodos diferentes para producir estos chips. Actualmente, un proceso de estampado cardíaco combinado con ciertos procesos posteriores y un proceso de conformado microtérmico, que fue desarrollado recientemente aquí en el centro de investigación llamado Squi. Ahora estamos en una tienda de sala limpia y lo que puede ver aquí en el lado derecho es una máquina típica de termoformado al vacío, y estamos utilizando este equipo para la fabricación del chip celular microestructurado. En primer lugar, estamos introduciendo un molde microestructurado.Esto se monta aquí en una placa de este tipo, y pueden ver aquí dos moldes. Este molde se fabrica mediante mecanizado microscópico y está hecho de acero. Ahora estoy montando el molde de microestructura en la máquina.Para el proceso de hotboxing, estamos utilizando placas de polímero como esta aquí, y normalmente utilizamos policarbonato o PMA para la producción del chip celular. Ahora estamos insertando la placa de polímero en la máquin

microfabrication-chip-sized-scaffolds-for-three-dimensional-cell

Research

Investigación

JoVE Journal

Biology

Biología

Describimos una plataforma basada en el chip para el cultivo en tres dimensiones de las células de micro-biorreactores. Un chip puede albergar hasta 10 millones de euros. células que pueden ser cultivadas bajo condiciones definidas con precisión en lo que respecta al flujo de fluidos, etc tensión de oxígeno en un asa estéril, cerrado de circulación.

Basada en el chip tridimensional de cultivo celular en perfundido Micro-biorreactores

En el pasado, muchos de los sistemas de cultivo in vitro - principalmente cultivos monocapa - a menudo sufren de la desventaja de que las células diferenciadas primaria tenía una relativamente corta vida y la de-diferenciado durante el cultivo. Como consecuencia, la mayor parte de su órgano específico de funciones se perdieron rápidamente. Por lo tanto, con el fin de reproducir mejor las condiciones de estas células in vitro, las modificaciones y adaptaciones se han realizado cultivos en...

Entrevista: biorreactores y en superficie modificada andamios 3D para la Investigación de Células Madre

En este protocolo, se demuestra la fabricación de una amplia microactuator de mensajes desplazadas verticalmente en que se basa la tecnología, y cómo esta tecnología de base pueden ser modificados para llevar a cabo de alto rendimiento de cultivo de células mecánica dinámica, tanto en la cultura de dos dimensiones y tres dimensiones paradigmas.

Plataformas microfabricated para el cultivo celular mecánico dinámico

Los nanosensores sol-gel biocompatibles que responden al pH se pueden incorporar en andamios electrohilados de poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA). Los andamios autoinformados producidos se pueden utilizar para el monitoreo in situ de las condiciones microambientales mientras se cultivan células en el andamio. Esto es beneficioso ya que la construcción celular 3D se puede monitorear en tiempo real sin perturbar el experimento.

Los andamios de autoinforme para el 3-Dimensional Cultivo Celular

Los avances en las tecnologías de biomateriales permiten el desarrollo de construcciones tridimensionales de tipo multicélula. Hemos desarrollado protocolos de electrospinning para producir tres andamios individuales para cultivar las principales células estructurales de la vía aérea y proporcionar un modelo 3D in vitro de la pared del bronquiolo de la vía aérea.

Adaptación del Proceso Electrohilado para proporcionar tres ambientes únicos para un Tri-capa<em&gt; In Vitro</em&gt; Modelo de la pared de la vía aérea

Demostrar un método novedoso para la construcción de un conjunto de (3D) 3 dimensiones basadas en celdas individuales sin un andamio artificial.

Manipulación de células vivas para construir estable montaje celular 3D sin andamio Artificial

Aquí, presentamos un protocolo que describe la fabricación de elástico, doble canal, órgano chip microfluídico célula cultura dispositivos Recapitulando a nivel órgano funcionalidad in vitro.

Fabricación escalable de elástico, doble canal, Chips microfluídicos órgano

Describimos un método para construir dispositivos para la cultura 3D y la experimentación con células y organoides multicelulares. Este dispositivo permite el análisis de las respuestas celulares a señales solubles en microambientes 3D con degradados de quimioattractant definidos. Los organoides son mejores que las células individuales en la detección de entradas ruidosas débiles.

Análisis 3D de las respuestas multicelulares a los degradados Quimioattractant

Las varillas de microgel con grupos reactivos complementarios se producen a través de microfluídica con la capacidad de interconectarse en solución acuosa. Los microgeles anisómetros se atascan y se entrelazan en construcciones estables con poros más grandes en comparación con los sistemas de base esférica. Los microgeles modificados con GRGDS-PC forman construcciones 3D macroporosas que se pueden utilizar para el cultivo celular.

Andamios 3D macroporosos interconectados de varillas de microgel

Este artículo presenta un protocolo de fabricación para un nuevo tipo de sustrato de cultivo con cientos de microcontenedores por mm2, en el que los organoides pueden ser cultivados y observados utilizando microscopía de alta resolución. También se detallan los protocolos de siembra celular e inmunotinción.

Una plataforma de alto rendimiento para el cultivo y la obtención de imágenes 3D de organoides

Aprende microfabricación de chips porosos para cultivo celular tridimensional mediante termoformado y grabado por iones. Estos métodos simplifican la producción de andamios para investigación en biología celular y neurociencia.

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

Explorar más videos