La sonde microfluidique: Fonctionnement et utilisation pour le traitement de surface localisé
4 juin 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 la MFP sont des seringues étanches aux gaz, des tubes capillaires en verre, des raccords micro-étanches d'Upchurch et la tête de la MFP. Cette vidéo présentera les étapes critiques d'assemblage et d'alignement.
Une fois assemblé, le PMF peut être utilisé avec une grande variété de substrats et de réactifs pour la structuration et le traitement de surfaces. Bonjour, je suis Cecil Perot. Je suis chercheur postdoctoral dans le laboratoire de David Yaker au Département de génie biomédical de l'Université McGill à Montréal, au Canada.
Bonjour, je suis Mohammad Kasime. Je suis candidat au doctorat dans le laboratoire de David Y au département de génie biomédical de l'Université McGill. Bonjour, je suis David Yoker.
Je suis professeur adjoint au Département de génie biomédical, et je souhaite aujourd'hui vous souhaiter la bienvenue à notre démonstration sur la sonde microfluidique. Aujourd'hui, nous allons vous présenter une procédure concernant le fonctionnement et l'utilisation de la sonde microfluidique. Nous utilisons cette procédure dans notre laboratoire pour le traitement et le façonnage de surfaces.
Commençons. Pour commencer ce protocole, des seringues et des aiguilles en plastique sont utilisées pour remplir des seringues en verre de type gaz avec les réactifs, en veillant à ce qu'aucune bulle d'air ne soit présente. Généralement, nous utilisons une seringue d'un à 10 microlitres pour l'injection et une seringue d'un volume cinq à dix fois plus grand pour l'aspiration.
Ensuite, à l'aide de raccords nano étanches à faible volume mort, les seringues sont reliées à des tubes capillaires. Les capillaires sont ensuite remplis et inspectés pour détecter la présence de bulles sous le microscope. La puce MFP est préremplie avec une solution tampon afin d'éviter l'encapsulation de bulles lors de la connexion des capillaires.
Enfin, les capillaires sont branchés dans la pièce de connexion en PDMS située dans la tête de propulseur microfabriquée. Avec le MFP maintenant assemblé, nous sommes prêts à commencer sa mise en place. Le substrat est inséré dans un support fabriqué maison.
Il est fixé sur la platine du microscope. L'espacement entre la MFP et le substrat est critique pour les procédés 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 balayé sous le dispositif MFP. Pour commencer l'installation du MFP, la tête de la sonde est fixée dans le porte-sonde et montée sur le support de sonde placé au-dessus d'un microscope inversé. Les seringues sont ensuite insérées dans des pompes à seringue de haute précision.
Ensuite, à l'aide d'une paire de goniomètres, l'alignement de la meza du MFP par rapport au substrat est ajusté en observant les anneaux de Newton, également appelés franges d'interférence. Ces derniers apparaissent lorsque le MFP entre en contact avec le substrat ; le point de contact et la fréquence des anneaux indiquent l'inclinaison. Lorsque le MFP est aligné avec la surface, un seul anneau d'interférence s'étend sur toute la surface.
Cette mesure permet également d’étalonner la séparation entre la MFP et le substrat. Une fois la MFP configurée, nous sommes maintenant prêts à passer à son fonctionnement. Pendant le fonctionnement, le dispensage de la MFP est contrôlé par un logiciel LabVIEW.
Le fonctionnement du dispositif est visualisé à l'œil nu et à l'aide d'une caméra CCD. Avant de commencer l'aspiration proprement dite, 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 du liquide tout en surveillant le confinement de l'écoulement des billes. Le rapport d'injection et d'aspiration varie de un sur trois à un sur 10, selon la diffusivité du réactif dans un tampon environnant et le profil d'écoulement géométrique souhaité. Enfin, la sonde peut désormais être utilisée pour diverses applications.
Les motifs de surface présentés ici ont été obtenus à l'aide de la MFP avec de la biotine marquée à la fluorescéine sur des lames en verre recouvertes d'hydrogel 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 de 50 microlitres. L'espacement entre la surface et la sonde était de cinq micromètres.
Le MFP peut également être utilisé pour la coloration et le traitement local de cellules et de tissus. Le confinement du flux empêche la diffusion du réactif et permet une coloration chimique précise des cellules. Comme illustré ici, une monocouche de cellules de fibroblastes 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 dans le système et de vérifier que la surface de la sonde microfluidique est parallèle au substrat. Voilà, c'est terminé.
Merci d'avoir regardé et bonne chance avec vos expériences.
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Aperçu
Ce vidéo montre l'assemblage et l'utilisation de la sonde microfluidique (MFP). Elle couvre les étapes critiques d'alignement de la MFP avec un microscope inversé et de traitement de surfaces de substrat immergées dans une solution tampon.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Microfluidique
- Génie biomédical
- Traitement de surface
Contexte
- Le MFP est composé de seringues étanches aux gaz, de tubes capillaires en verre et de raccords micro-étanches.
- Il est conçu pour divers substrats et réactifs.
- Un assemblage et un alignement corrects sont essentiels à son utilisation efficace.
- Le MFP peut faciliter la structuration et le traitement de surfaces.
Objectif de l'étude
- Fournir un guide détaillé sur l'assemblage du MFP.
- Démontrer l'alignement du MFP avec un microscope.
- Présenter l'application du MFP dans le traitement des substrats.
Méthodes utilisées
- Assemblage des composants du PMF.
- Fixation du PMF sur un microscope inversé.
- Alignement du PMF par rapport à la surface du substrat.
- Traitement des surfaces du substrat en solution tampon.
Résultats principaux
- Le PMF peut être efficacement assemblé et aligné.
- Il permet un traitement polyvalent de divers substrats.
- Mise en œuvre réussie de techniques de structuration de surface.
- Mise en évidence de l'importance d'un alignement précis pour des résultats optimaux.
Conclusions
- Le MFP est un outil précieux pour les chercheurs en génie biomédical.
- Un assemblage et un alignement corrects sont essentiels à son fonctionnement.
- Cette vidéo constitue un guide complet pour l'utilisation du MFP.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La sonde microfluidique permet une délivrance précise et localisée de réactifs pour le traitement de surfaces sans nécessiter de canaux microfluidiques fermés, soutenant ainsi le développement d'essais évolutifs et reproductibles. Cette capacité améliore la validation des cibles et le criblage phénotypique en permettant de contrôler les microenvironnements destinés aux interactions cellulaires et moléculaires. Elle offre une plateforme réutilisable pour le dessin de surfaces à haute résolution, réduisant la consommation de réactifs et améliorant le débit expérimental dans les flux de travail de découverte précoce.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation d'hypothèses thérapeutiques grâce à un dépôt localisé de réactifs sur des substrats.
- Valeur opérationnelle : Contribue à l'atténuation des risques biologiques en confinant les microjets à des zones spécifiques de surface pour un façonnage moléculaire précis.
- Valeur prédictive : Facilite la validation fonctionnelle de cibles en permettant une délivrance contrôlée de ligands ou d'inhibiteurs vers des régions définies.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Prépare des systèmes biologiques validés pour des criblages en aval grâce à une modification localisée de la surface.
- Valeur opérationnelle : Améliore la standardisation et la reproductibilité des tests par un confinement précis du flux et une capacité de balayage.
- Extensibilité : Permet la préparation au criblage sur de grandes surfaces de substrat en balayant la sonde, ce qui favorise la réutilisation de la plateforme.
Recherche translationnelle et préclinique
- Continuité translationnelle : Soutient les systèmes pertinents pour les maladies en permettant la coloration et le traitement localisés de cellules et de tissus.
- Réduction des risques mécanistiques : Permet une coloration chimique précise de cellules, telles que des monocouches de fibroblastes, afin d'évaluer l'interaction avec la cible.
- Fiabilité prédictive : Offre un contrôle quantitatif sur la délivrance des réactifs, améliorant ainsi la fiabilité des résultats précliniques.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La sonde microfluidique s'intègre à la continuité de la découverte, depuis la validation précoce de cibles jusqu'au développement de tests et au criblage préclinique, en soutenant des cycles itératifs de conception et de test.
- Biologie de la découverte : Soutient la vérification d'hypothèses et la clarification des voies biologiques grâce à une délivrance localisée de réactifs sur des substrats.
- Criblage : Permet la préparation d'essais par confinement reproductible du microjet et balayage sur les surfaces.
- Analytique : Fournit des données quantitatives telles que le contrôle du débit et le traçage spatial pour l'analyse comparative de conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Assure une continuité préclinique par le traitement localisé de cellules et de tissus dans des conditions tamponnées.
- Réutilisation en milieu professionnel : Fonctionne comme une plateforme réutilisable pour de multiples substrats et réactifs, réduisant ainsi la nécessité de puces microfluidiques jetables.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Confiance prédictive, validation des cibles, réduction de l'ambiguïté mécanistique dans les tests basés sur des surfaces.
- Valeur opérationnelle : Normalisation, reproductibilité et évolutivité du traitement localisé des surfaces.
- Valeur stratégique : Meilleures décisions d'aller/arrêt, efficacité du capital et réduction des risques biologiques en phase avancée grâce à une détection précoce des risques.
- Impact sur le portefeuille : Priorisation et décisions d'avancement ajustées au risque, fondées sur une délivrance moléculaire spatialement précise.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en assemblage microfluidique, en alignement de microscopie et en utilisation de pompes à seringue.
- Dépend de seringues étanches aux gaz, de capillaires en verre, de raccords micro-étanches et d'un microscope inversé doté d'une visualisation CCD.
- Exige une standardisation entre les équipes pour l'alignement des sondes, le contrôle du débit et la manipulation des fluides sans bulles.
- Implique des adaptations selon les types de substrats, notamment les lames de verre recouvertes d'hydrogel et les surfaces revêtues de cellules.
- Est limité par la nécessité d'un contrôle précis de l'espacement (par exemple, 5 micromètres) et de l'alignement via les anneaux de Newton afin d'assurer le confinement de l'écoulement.
