La sonde microfluidique: Fonctionnement et utilisation pour le traitement de surface localisé
June 4th, 2009
Dans cette vidéo, nous vous présentons la sonde microfluidique 1 (PMF). Nous expliquons en détail comment assembler le MFP, montez au sommet d'un microscope inversé, et l'aligner par rapport à la surface du substrat, et enfin montrer comment l'utiliser pour traiter une surface de substrat immergé dans une solution tampon.
Cette procédure montre comment assembler et utiliser la sonde microfluidique ou MFP. Les composants microfluidiques de l’imprimante multifonction sont des seringues étanches aux gaz, des tubes capillaires en verre, des connecteurs micro-étanches d’Upchurch et la tête de l’imprimante multifonction. Cette vidéo présentera les étapes critiques de l’assemblage et de l’alignement.
Une fois assemblé, le MFP peut être utilisé avec une grande variété de substrats et de réactifs pour le modelage et le traitement de surface. Bonjour, je m’appelle Cecil Perot. Je suis stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de David Yaker au Département de génie biomédical de l’Université McGill à Montréal, au Canada.
Bonjour, je m’appelle Mohammad Kasime. Je suis candidat au doctorat dans le laboratoire de David Y au département de génie biomédical de l’Université McGill. Bonjour, je m’appelle David Yoker.
Je suis professeur adjoint au Département de génie biomédical et j’aimerais vous accueillir aujourd’hui à notre démonstration sur la sonde microfluidique. Aujourd’hui, nous allons vous montrer une procédure de fonctionnement et d’utilisation de la sonde microfluidique. Nous utilisons ce procédé dans notre laboratoire pour le traitement de surface et le modelage.
Alors commençons, pour démarrer ce protocole. Les seringues et les aiguilles en plastique sont utilisées pour remplir les seringues en verre de type gaz avec des réactifs, en veillant à ce qu’il n’y ait pas de bulles d’air. En règle générale, nous utilisons une seringue d’un à 10 microlitres pour l’injection et une seringue d’un volume cinq à 10 fois plus grand pour l’aspiration.
Ensuite, à l’aide de raccords nano étanches à faible volume mort, les seringues sont connectées à un tube capillaire. Les capillaires sont ensuite remplis et vérifiés au microscope pour détecter la présence de bulles. La puce MFP est pré-remplie d’une solution tampon pour éviter le piégeage des bulles lors de la connexion des capillaires.
Enfin, les capillaires sont branchés dans la pièce de connexion PDMS dans la tête d’hélice micro-fabriquée. Une fois l’imprimante multifonction assemblée, nous sommes prêts à commencer à l’installer. Le substrat est inséré dans un support fait maison.
Il est fixé à la platine du microscope. L’espace entre le MFP et le substrat est essentiel pour les processus de structuration de surface. À l’aide d’un support à trois points formé par des vis micrométriques, l’alignement horizontal est ajusté avec une précision micrométrique.
Ceci est nécessaire car le substrat est traité en étant scanné sous le MFP. Pour commencer à configurer l’imprimante multifonction, la tête de la sonde est fixée dans le support de sonde et montée sur la station de sonde au-dessus d’un microscope inversé. Les seringues sont ensuite placées dans des pousse-seringues de haute précision.
Ensuite, à l’aide d’une paire de goniomètres, l’alignement du meza du MFP avec le substrat est ajusté en observant les anneaux de Newton, également connus sous le nom de franges d’interférence. Ceux-ci apparaissent lorsque le MFP est mis en contact avec le substrat, le point de contact et la fréquence des anneaux servent d’indication de l’inclinaison. Lorsque le MFP est aligné avec la surface, un seul anneau d’interférence s’étend sur toute la surface.
Cette mesure sert également à calibrer la séparation entre le MFP et le substrat. Avec la mise en place de l’imprimante multifonction, nous sommes maintenant prêts à passer à l’utilisation de l’imprimante multifonction. Pendant le fonctionnement de l’imprimante multifonction, la distribution est contrôlée par un logiciel de vue de laboratoire.
Le fonctionnement de l’appareil est visualisé à l’œil nu et à l’aide d’une caméra CCD. Avant de commencer une aspiration correcte, injectez un peu de liquide pour vous assurer que la seringue d’aspiration est correctement orientée et qu’il n’y a pas de bulles. Le MFP est ensuite immergé dans le tampon.
Nous pouvons maintenant commencer l’injection de liquide tout en surveillant le confinement des billes en vol. Le rapport d’aspiration par injection varie de un à trois à un à 10, en fonction de la diffusivité du réactif avec un tampon environnant et du modèle d’écoulement géométrique souhaité. Enfin, la sonde peut désormais être utilisée pour une variété d’applications.
Les motifs de surface montrés ici ont été réalisés par le MFP avec de la biotine marquée à la fluorescéine sur des lames de verre hydrogel recouvertes d’ENC. Le débit d’injection était d’un nanolitre par seconde et le débit d’aspiration était de 10 nanolitres par seconde en utilisant respectivement des seringues de 10 microlitres et 50 microlitres. L’écart entre la surface et la sonde était de cinq micromètres.
Le MFP peut également être utilisé pour la coloration locale et le traitement des cellules et des tissus. Le confinement de l’écoulement empêche la diffusion du réactif et permet une coloration chimique précise des cellules. Comme le montre ici, une monocouche de cellules fibroblastiques a été colorée avec 100 microgrammes par millilitre de dai.
Nous vous avons donc montré comment utiliser la sonde microfluidique. Lors de cette procédure, vous devez vous assurer d’éviter toute bulle sur le système et de vous assurer que la surface de l’hélice microfluidique est parallèle au substrat. Donc c’est tout.
Merci d’avoir regardé et bonne chance dans vos expériences.
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Aperçu
Cette vidéo démontre l'assemblage et l'utilisation de la sonde microfluidique (MFP). Elle couvre les étapes critiques pour aligner la MFP avec un microscope inversé et traiter les surfaces de substrats immergées dans une solution tampon.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Microfluidique
- Génie biomédical
- Traitement des surfaces
Contexte
- La MFP se compose de seringues étanches au gaz, de tubes capillaires en verre et de connecteurs micro-étanches.
- Elle est conçue pour divers substrats et réactifs.
- Un assemblage et un alignement appropriés sont essentiels pour une utilisation efficace.
- La MFP peut faciliter le traçage et le traitement des surfaces.
Objectif de l'étude
- Fournir un guide détaillé sur l'assemblage de la MFP.
- Démontrer l'alignement de la MFP avec un microscope.
- Présenter l'application de la MFP dans le traitement des substrats.
Méthodes utilisées
- Assemblage des composants de la MFP.
- Montage de la MFP sur un microscope inversé.
- Alignement de la MFP par rapport à la surface du substrat.
- Traitement des surfaces de substrats dans une solution tampon.
Résultats principaux
- La MFP peut être efficacement assemblée et alignée.
- Elle permet un traitement polyvalent de divers substrats.
- Des techniques de traçage de surface réussies ont été démontrées.
- L'importance d'un alignement précis pour des résultats optimaux a été soulignée.
Conclusions
- La MFP est un outil précieux pour les chercheurs en génie biomédical.
- Un assemblage et un alignement appropriés sont essentiels à sa fonctionnalité.
- Cette vidéo sert de guide complet pour l'utilisation de la MFP.
Questions fréquemment posées
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.
