La microfabrication de Chip entreprises Échafaudages pour la culture cellulaire en trois dimensions

Résumé

Nous présentons deux procédés pour la microfabrication de puces polymère poreux pour la culture cellulaire en trois dimensions. Le premier est gaufrage à chaud combiné avec un processus de soudage à la vapeur de solvant. Le second utilise un procédé développé récemment microthermoforming combinée à la technologie d'ions piste menant à une simplification significative de la fabrication.

Résumé

En utilisant des technologies de microfabrication est un prérequis pour créer des échafaudages de la géométrie reproductible et une qualité constante pour la culture cellulaire en trois dimensions. Ces technologies offrent un large éventail d'avantages non seulement pour la fabrication mais aussi pour des applications différentes. La taille et la forme d'amas cellulaires formés peuvent être influencés par l'architecture exacte et reproductible de la microfabriqué échafaudage et, par conséquent, la longueur du chemin de diffusion des nutriments et des gaz peuvent être controlled.1 C'est incontestablement un outil utile pour empêcher l'apoptose et nécrose des cellules en raison d'un nutriment insuffisant et la fourniture de gaz ou de l'élimination des métabolites cellulaires.

Notre puce polymère, appelé CellChip, a les dimensions extérieures de 2 x 2 cm avec une zone centrale microstructurée. Cette zone est subdivisée en un tableau d'un maximum de 1156 microcontainers avec une dimension typique de 300 m longueur de bord pour la conception cubes (cp-ou CF-chip) ou de 300 m de diamètre et la profondeur de la conception ronde (r-chip). 2

Jusqu'ici, l'embossage à chaud ou à micro-injection (en combinaison avec d'usinage laborieuses ultérieures des parties) a été utilisé pour la fabrication des puces microstructurée. Fondamentalement, la micro injection est une des techniques de polymère seul réplication basée que, jusqu'à présent, est capable d'une production de masse de polymère microstructures.3 Toutefois, les deux techniques ont certaines limitations indésirables dus au traitement d'un polymère visqueux fondre avec la génération des parois très minces ou intégrés à travers les trous. Dans le cas de l'CellChip, des couches minces en bas sont nécessaires pour perforer le polymère et de fournir de petits pores de taille définie à l'approvisionnement des cellules avec par exemple un milieu de culture par perfusion microfluidique des conteneurs.

Afin de surmonter ces limitations et de réduire les coûts de fabrication, nous avons développé une nouvelle approche microtechniques sur la base d'un processus de bas-échelle de thermoformage. Pour la fabrication de très poreux et mince paroi puces polymères, nous utilisons une combinaison de l'irradiation d'ions lourds, microthermoforming et gravure piste. Dans ce soi-disant «SMART» du processus (modification du substrat et de la réplication par thermoformage) des films minces de polymère sont irradiés avec énergiques projectiles lourds de plusieurs centaines de MeV introduisant soi-disant «pistes latente» Par la suite, le film dans un état de caoutchouc élastique est formé en trois pièces dimensions sans modifier ou de recuit les pistes. Après le processus de formation, la gravure chimique sélective convertit enfin les pistes dans les pores cylindriques d'un diamètre réglable.

Protocole

Séquence Process # 1: embossage à chaud, d'usinage et de soudage de vapeur de solvant

Le CellChip dans son design cubique est répliqué par estampage à chaud ou micro injection. Pour cela, nous utilisons un moule en laiton usinés avec la géométrie inverse de la puce. Les conteneurs - disposés en un réseau régulier de jusqu'à 1156 conteneurs - ont un design cubique avec une longueur d'arête de 300 um. Pour embossage à chaud, le processus de réplication est effectuée sur un WUM02 classiques (Jenoptik Mikrotechnik, Allemagne). L'outil se compose de deux plaques métalliques circulaires. Dans un premier temps, une fine plaque de P....

Discussion

Bien que les méthodes établies de microreplication polymère, tels que les micro injection ou gaufrage à chaud, sont aptes à la production des microstructures, ils ne sont pas vraiment efficace dans la production de microstructures avec un système intégré et hautement porosité contrôlée, comme cela est nécessaire pour la CellChip. Structures encombrants par exemple nécessitent un usinage coûteux de réduire l'épaisseur de mur pour une perforation au laser ultérieurs ou les murs doivent être complètement remplacés par des track-etched memb.......