מאמר שיטה

ייצור מהיר של התקני מיקרופלואידיג מותאמים אישית למחקר וליישומים חינוכיים

DOI:

10.3791/60307

⸱

20 בנובמבר 2019

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Notre Dame, 2Bioengineering Graduate Program, University of Notre Dame, 3Biology Department, St. John Fisher College

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאן אנו מציגים פרוטוקול כדי לעצב והרכיבו מכשירים מיקרופלואידים מותאמים אישית עם השקעה פיננסית וזמן מינימלי. המטרה היא להקל על אימוץ טכנולוגיות microflu, מעבדות מחקר ביו והגדרות חינוכיות.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התקנים מיקרופלואידיג מאפשרים מניפולציה של נוזלים, חלקיקים, תאים, מיקרו בגודל איברים או אורגניזמים בערוצים הנע בין הננו לקשקשים subמילימטר. עלייה מהירה בשימוש בטכנולוגיה זו במדעי הביולוגיה מבקשת צורך בשיטות הנגישות למגוון רחב של קבוצות מחקר. תקני הייצור הנוכחיים, כגון חיבור PDMS, דורשים שיטות ליטוגרפיה יקרות ומליטה בזמן. חלופה ברת קיימא היא השימוש בציוד ובחומרים הסבירים בקלות, דורשות מומחיות מינימלית ומאפשרים איטרציה מהירה של עיצובים. בעבודה זו אנו מתארים פרוטוקול לעיצוב והפקת PET-ציפויים (PETLs), התקנים microfluidic זול, קל להמציא, וצורכים פחות זמן באופן משמעותי כדי ליצור מאשר גישות אחרות לטכנולוגיה microfluiאידיקה. הם מורכבים מגיליונות סרטים בונדד, בהם ערוצים ותכונות אחרות מוגדרים באמצעות חותך כלי שיט. PETLs לפתור אתגרים טכניים ספציפיים השדה תוך הפחתת מכשולים באופן דרמטי לאימוץ. גישה זו מקלה על נגישות התקנים מיקרופלואידיקה הן במסגרת המחקר והן במסגרת החינוך, ומספקת פלטפורמה אמינה לשיטות החקירה החדשות.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מיקרופלואידיקה מאפשרת שליטה בנוזלים בקנה מידה קטן, עם אמצעי אחסון הנעים החל ממיקרו ליטר (1 x 10-6 l) כדי picoliters (1 x 10-12 l). שליטה זו הפכה אפשרית בחלק עקב היישום של טכניקות מיקרוייצור שאולים מתעשיית המיקרו מיקרו1. השימוש ברשתות מיקרו בגודל של ערוצים ותאי מאפשר למשתמש לנצל את התופעות הפיזיות הנפרדות האופייניות לממדים קטנים. לדוגמה, בקנה מידה מיקרומטר, ניתן לטפל בנוזלים באמצעות זרימה מדורגת, כאשר כוחות הצמיגה שולטים בכוחות האינרציה. כתוצאה מכך, התחבורה המתדלקת הופכת לתכונה הבולטת של microfluidics וניתן ללמוד ככמת ונסבית. ניתן להבין את המערכות הללו באמצעות חוקיו של Fick, תאוריית התנועה הבראונית, משוואת החום ו/או משוואות Navier-סטוקס, שהן בעלי משמעות מרבית בתחומי מכניקת הנוזלים ותופעת התחבורה2.

מכיוון שקבוצות רבות במדעי הביולוגיה מחקר מערכות מורכבות ברמה המיקרוסקופית, היא חשבה במקור כי התקנים microfluidic יש השפעה מיידית ומשמעותית על יישומי מחקר בביולוגיה2,3. הדבר נובע מדיפוזיה הדומיננטית בהובלה של מולקולות קטנות על פני ממברנות או בתוך תא, וממדי התאים והמיקרואורגניזמים הם התאמה אידיאלית עבור מערכות משנה ומכשירים. לפיכך, היה פוטנציאל משמעותי לשיפור האופן שבו מתנהל הניסוי התאי והמולקולרי. עם זאת, אימוץ רחב של טכנולוגיות microfluidic על ידי ביולוגים הפכה מאחורי הציפיות4. סיבה פשוטה לחוסר העברת הטכנולוגיה עשויה להיות הגבולות המשעתית המפרידים בין מהנדסים וביולוגים. עיצוב וייצור התקנים מותאמים אישית נשארו מחוץ ליכולות של קבוצות המחקר הביולוגי, מה שהופך אותם לתלויים במומחיות ובמתקנים חיצוניים. חוסר היכרות עם יישומים פוטנציאליים, עלות, ואת הזמן הנדרש עבור איטראציה העיצוב הם גם מחסומים משמעותיים עבור מאמצים חדשים. סביר להניח שלמחסומים הללו הייתה השפעה של הפרעה לחדשנות ולמניעת השימוש הנרחב במיקרופלואידיקה להתמודדות עם אתגרים במדעי הביולוגיה.

מקרה בנקודה: מאז סוף שנות התשעים של המאה ה-90 הייתה השיטה לבחירה לייצור מכשירים מיקרופלואידים. Pdms (polydiמתיל סילאוקאן, פולימר אורגני המבוסס על סיליקון) הוא חומר נפוץ בשל תכונותיו הפיזיות, כגון שקיפות, deformability, ו-תאימות5. הטכניקה נהנתה מהצלחה גדולה, עם התקנים מעבדה על שבב ועוגב-on-a-שבב ללא הרף מפותחים על פלטפורמה זו6. לעומת זאת, רוב הקבוצות העובדות על טכנולוגיות אלה מצויים במחלקות הנדסיות או שיש להן קשרים חזקים עם4. הליטוגרפיה דורשת בדרך כלל חדרים נקיים לייצור תבניות וציוד מליטה מיוחד. עבור קבוצות רבות, זה הופך תקן PDMS התקנים פחות אידיאלי בשל עלויות ההון שלהם בזמן החפיפה, במיוחד כאשר יש צורך לבצע שינויי עיצוב חוזרים ונשנים. יתרה מזאת, הטכנולוגיה אינה נגישה בעיקר לביולוגיה הממוצעת ולסטודנטים ללא גישה למעבדות הנדסיות מיוחדות. זה הוצע כי עבור התקנים microflu, כדי להיות מאומצת באופן נרחב, הם חייבים לחקות חלק מהתכונות של חומרים המשמשים לעתים קרובות על ידי ביולוגים. לדוגמה, פוליסטירן המשמש לתרבות התא ו bioassays הוא זול, חד פעמי, והקלה לייצור המוני. לעומת זאת, ייצור תעשייתי של מיקרופלואידיקה מבוססי PDMS מעולם לא התממש בשל הרכות המכנית שלה, אי-יציבות של טיפול בפני השטח וחדירות הגז5. בשל מגבלות אלה, ובמטרה לפתור אתגרים טכניים באמצעות התקנים מותאמים אישית שנבנו "in-house", אנו מתארים שיטה חלופית המשתמשת ב-xurography7,8,9 פרוטוקולים ולמינציה תרמית. שיטה זו יכולה להיות מאומצת עם הון קטן השקעה בזמן.

PETLs הם המציא באמצעות פוליאתילן terאפרון (PET) סרט, מצופה עם אצטט אתילן-ויניל מדבק (EVA). שני החומרים נמצאים בשימוש נרחב במוצרי צריכה, הם תואמי ביוקיים וזמינים בעלות מינימלית10. ניתן להשיג את הסרט PET/EVA בצורה של שקיות או לחמניות. באמצעות חותך מחשב מבוקרת מלאכה נפוץ למצוא בחנויות תחביבים או כלי שיט, הערוצים לגזור גיליון סרט יחיד כדי להגדיר את ארכיטקטורת המכשיר11. לאחר מכן, הערוצים חתומים על ידי החלת שכבות סרט (או זכוכית) נוספות הנמצאות בונדד באמצעות (משרד) תרמי למינציה (איור 1א). מחבטי ויניל מחוררים, הדבקים בעצמם, נוספים כדי להקל על הגישה לערוצים. הייצור פעמים נע בין 5 עד 15 דקות, אשר מאפשר איטרציה עיצוב מהיר. כל הציוד והחומרים המשמשים להפוך PETLs הם נגישים מסחרית ובמחיר סביר (< 350 USD עלות התחלתי, לעומת אלפי USDs לליטוגרפיה). לכן, PETLs לספק פתרון הרומן לשתי בעיות עיקריות הנמצאות על ידי מיקרופלואידיקה קונבנציונאלי: מחיר סביר ויעילות זמן (ראה PDMS/PETL השוואה בטבלאות משלימים 1, 2).

בנוסף למתן לחוקרים עם הזדמנות לעצב ולהמציא התקנים משלהם, PETLs יכול להיות מאומץ בקלות בכיתה כי הם פשוטים ואינטואיטיבי לשימוש. PETLs ניתן לכלול בבית הספר התיכון המכללה8, שם הם משמשים כדי לעזור לתלמידים להבין טוב יותר מושגים פיזיים, כימיים וביולוגיים, כמו דיפוזיה, זרם למינארי, micromixing, סינתזה ננו-חלקיק, היווצרות הדרגתי וכימוטקוניות.

בעבודה זו אנו ממחישים את זרימת העבודה הכוללת לייצור שבבי מודל PETLs עם רמות שונות של מורכבות. המכשיר הראשון משמש כדי להקל על הדמיה של תאים ומיקרו איברים בתא קטן. המכשיר השני, המורכב יותר מורכב ממספר שכבות וחומרים, ומשמש למחקר במכונה9. לבסוף, בנינו מכשיר המציג מספר מושגים בדינמיקה של נוזלים (הידרודינמיים התמקדות, זרימה שכבתית, הובלה מפזרים ו micromixing) למטרות חינוכיות. תהליך העבודה ועיצובי המכשירים המוצגים כאן ניתן להתאמה בקלות למגוון רחב של מטרות הן בהגדרות המחקר והן בכיתה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. עיצוב

  1. זהה יישום עבור ההתקנים ופרט את רכיבי הערוץ/החדר שיידרשו.
    הערה: כל ההתקנים יזדקקו לערוצי קלט ופלט. התקנים המשמשים למיקרוסקופיה יזדקקו לחדר הדמיה. התקנים מורכבים יותר ידרוש ערוצים ותאי מלון הממוקמים בשכבות מרובות.
  2. התחל בציור ידני של כל שכבה, בהתחשב באופן שבו פונקציונליות ההתקן מושפעת ממיקום העל של השכבות.
  3. צייר את העיצובים הסופיים במחשב באמצעות כל תוכנה המאפשרת שורות וצורות של ציור.
    1. ציירו כל שכבה בנפרד תוך שימוש בקווים וצורות שחורים ואחידים נטולי גוונים. מומלץ לקבל עובי קו של 6 נקודות או יותר. בשלב זה, מימדי הערוץ והתכונות הקאמריים חשובים פחות מפרופורציות הכלליות.
    2. השתמש בפונקציית ההעתקה וההדבקה בעת יצירת תכונות ושכבות מטילות-על. ראה איור 1ב לדוגמאות לציורי שכבות.
  4. יבא כל שכבה לתוך תוכנת חותך הכלי (איור 1ג). עשה זאת על ידי ביצוע לכידת מסך של העיצוב נמשך ושימוש גרור ושחרר גישה.
    1. צור מסמך חדש בתוכנת חותך הכלי (להורדה בחינם). שחרר את קובץ התמונה על השטיח המוצג. התוכנה תזהה את רוב קבצי התמונות.
    2. להגדיל את התמונה כדי להקל על עיבוד על ידי משיכת מפינה. כעת ניתן לזהות את העיצוב על-ידי התוכנה באמצעות הפונקציה trace.
      הערה: משתמשים יכולים לייצר דה נובו עיצובים ישירות על תוכנה זו (השתמש בכלי ציור בלוח העיצוב).
  5. כדי לעקוב אחר העיצוב, בחר את סמל המעקב (צורת פרפר) בצד ימין של החלון ובחר לחלוטין את העיצובים המיובאים.
    1. בחר את האפשרות מעקב אחר תצוגה מקדימה המסומנתבתווית. כוונן (אם יש צורך) הגדרות הסף וקנה המידה כדי לכוונן את הסימן הצהוב כך שיתאים לעיצוב.
    2. בחרו ' עקיבה ' מתפריט המעקב ברגע שהמעקב הצהוב יתאים לעיצוב. הערוצים מוצגים כעת כמתאר אדום. אם המתאר האדום תואם לעיצוב, ניתן לבחור ולמחוק את התמונה המיובאת. העיצוב מיובא כעת ומוכן לשינוי גודל.
  6. הגודל ההתקן על-ידי בחירת עיצוב המעקב ובאמצעות הרשת שמספקת התוכנה. משוך כדי לשנות את הרוחב והאורך של ערוצים ותאי.
    הערה: התוכנה מספקת מדידות, וניתן לצייר את הקווים הקטנים באופן זמני (השתמש בלוח עיצוב בצד השמאלי של החלון) כדי למדוד ממדים בתוך המכשיר. מידות ברוחב ערוץ פונקציונלי בין 100 יקרומטר עד 900 יקרומטר. מידות עשויות להיות מותאמות לאחר בדיקת אב טיפוס ראשוני. חשוב שכל השכבות יהיו בגודל פרופורציונלי, כדי להבטיח יישור נאות במהלך ההרכבה.
    1. לאחר שהעיצוב גודל כראוי, בחרו בכלי הריבוע בתפריט ציור הצורה כדי לצייר ריבוע/מלבן סביב כל שכבה של ההתקן. צורה זו צריכה להיות בגודל זהה עבור כל השכבות. ראה איור 1ג ' לדוגמה.
  7. צור שכבה עליונה נפרדת המכילה יציאות גישה לערוצים. עיצובים פשוטים יהיו מורכבים משכבת הערוץ הראשי (האמצעי), שכבת איטום תחתונה (לעתים קרובות זכוכית) ושכבה עליונה שצריכה להכיל ניקובים מעגליים כדי לגשת אל הערוצים (inlets/שקעים).
    הערה: עיצובים המכילים יותר משלוש שכבות ידרשו ניקובים/שקע בשכבות מרובות (ראה איור 1ג, איור 5א). ייתכן שניקובים אלה כלולים כבר בעיצוב, או שניתן להוסיפם בשלב זה.
    1. בחר בכלי הציור בצד שמאל של המסך. צייר עיגולים על יציאות היציאה והשקע של העיצוב.
    2. העתק והדבק הן את העיצוב המקורי והן את העיגולים. מחק את הערוצים מההתקן המשמש כבסיס.
      הערה: פעולה זו משאירה את יציאות היציאה/שקע במיקום הנכון המתאים לעיצוב המקורי. ניתן גם להוסיף צורות לפריפריה של כל שכבה כדי לסייע ביישור.
  8. סדר את כל השכבות שיש לגזור על השטיח המוצג. . המכשיר מוכן כעת לחיתוך

2. גזירה

  1. להחיל סרט יחיד PET/אווה (או חומר אחר) של עובי מועדף (3 מיל הוא רגיל) על מחצלת חיתוך דבק. ודא כי הדבק (מאט) בצד פונה למעלה ואת הפלסטיק (מבריק) צד פונה כלפי מטה.
    הערה: השתמשו בכפפות נקיות כדי להימנע מלהכניס שמנים ומיקרוחלקיקים לשכבות.
  2. לשטח את הסרט נגד השטיח (איור 1D), הסרת כל האוויר כי ייתכן שנלכדו. ניתן לעשות זאת באמצעות ידיים כפות או רולר.
  3. יישר את קצה שטיח החיתוך לקו המצוין בחותך. טען את השטיח על ידי לחיצה על טען mat על החותך. שמרו על ההגדרה בלהב החיתוך בין 3 ל -5, בהתאם לעובי הסרט.
  4. חבר את כבל ה-USB של החותך למחשב.
    1. בחר את הכרטיסיה שלח ובחר הגדרת חיתוך.
      הערה: ניתן להשיג המון הגדרות בתפריט המדורג. The-מדבקה נייר, Clear-הוא הגדרה זה עובד היטב עם PET/אווה הסרט כי יש עובי של 3 – 5 מיל (75 – 125 μm). שנה הגדרות עבור חומרים שונים ושמור הגדרות מותאמות אישית לשימוש עתידי.
  5. לחץ על שלח. חיתוך יתחיל (איור 1E). ודא שיש מספיק מקום בחלק האחורי של החותך על השטיח לזוז מופרע. כאשר החותך הוא סיים, לפרוק את השטיח על ידי בחירת לפרוק על החותך. אל תמשוך את השטיח החוצה לפני הפריקה.

3. יישור

  1. מניחים את שטיח החיתוך ליד משטח נקי. עם ידיים כפות, להשתמש בזוג מלקחיים להרים כל שכבה של המכשיר מיקרופלואידיקה לבטל את השטיח לחתוך (איור 1F). היזהר במיוחד סביב פונה וכפיפות בערוץ; אלו עדינים במיוחד ורגישים לקריעה ולעיוות.
  2. מניחים את השכבות של המכשיר מיקרופלואידיקה על משטח נקי. סדר אותם לפי המיקום העליון למטה שלהם במכשיר (איור 1G, איור 2א, איור 5a ו- איור 7א).
  3. גזור קטן (~ 3 מ"מ x 10 מ"מ) פיסות של קלטת כפולה שישמשו לחיבור זמני של השכבות יחד.
  4. כופה את השכבות בזה אחר זה, החל בשכבה התחתונה. הוסף קטע קטן של קלטת כפולה לפינה בין השכבות, הרחק מכל ערוצים או שקעים (איור 1G, חץ). הקלטת, אם כי לא נדרש, משתק את השכבות ומבטיח שהם לא לנוע במהלך למינציה. השתמשו בחוט תיל כדי להקל על יישור השכבות במכשירים עם יותר מ -4 שכבות (איור משלים 3).
  5. ודא שהצד הדביק (מאט-אווה) של הסרט תמיד פונה לפנים הפנימי (חלק בתוך שכבות) של ההתקן.
    התראה: דבק חשוף ימס כנגד החלקים הפנימיים של מכשיר המילמינציה ולדבוק בהם, וכתוצאה מכך לא רק אובדן המכשיר אלא גם משפיע על הביצועים העתידיים של מתקן המילמינציה.
  6. לאחר העברת כל השכבות, בדוק את ההתקן. צריך להיות לפחות צד אחד של EVA בין כל השכבות, ולא צריך לחשוף את אווה. כאשר מציגים חומרים שאינם מצופים ב-EVA (לדוגמה, סרט פוליוויניל כלוריד (PVC), זכוכית, סרט מצופה עם EVA בשני הצדדים עשוי להיות צורך, במיוחד במקרה של התקנים מורכבים יותר (איור 5).

4. למינציה

  1. הפעל והגדר את הלמינציה להגדרת העובי הרצויה. כמה מכשירי למינציה מציעים 3 ו 5 מיליון הגדרות, בעוד חלק לא. עבור כל התקן עם 4 שכבות או יותר, השתמש בהגדרה של 5 מיל.
  2. ברגע שהוא מוכן, הפעל את המכשיר באמצעות הגלילים (איור 1H-I). הצב את הקצה אליו נוספה הקלטת הכפולה לקבלת התוצאות הטובות ביותר.
    הערה: בעת בדיית התקנים של חמש שכבות או יותר, ייתכן שהם מרצים דרך מכשיר המילמינציה יותר מפעם אחת.
  3. לשחזר את המכשיר למינציה.
    הערה: מומלץ להתקנים להיות גדולים מספיק כדי להקל על ההחלמה שלהם מתוך מכשיר המילמינציה. שיקול זה אינו משפיע על גודל הערוצים או הארכיטקטורה של השבב, זה פשוט קורא "מסגרת" שיכולה בקלות לעבור דרך המילמינציה מבלי להישאר בפנים.

5. יציאות כניסת/שקע

  1. השתמש בכלי רוטרי ו 1/32 בתוך. מקדחה קצת כדי לחתוך חור קטן דרך המרכז של הפגוש רהיטים. לחילופין, השתמש בפונץ ' ביופסיה של 1 מ"מ כדי לנקב את המחבטים.
    הערה: מומלץ ללחוץ על מקדחה. למרות שהגדלים משתנים, מומלץ לעשות שינוי של 2 מחבטי בקוטר 6 מ"מ. הימנע פשוט "דקירה" הפגוש. אלא אם כן החומר יוסר, הפגוש יאטם שוב (איור משלים 1). הניקובים כפי שצוין לעיל נועדו לממשק עם אבובים polyetheretherketone (הצצה), פיפטה וטיפ, או מחט קהה (16 – 18 G). ניתן להשיג ניקובים גדולים יותר באמצעות פלייר ניקוב (איור משלים 1). אלה שימושיים כאשר הפגוש משמש כ"מאגר" לנוזלים או לביולוגים אחרים.
  2. ודא כי הפתח ברור לחלוטין על ידי הסרת כל פסולת (נגרמת על ידי קידוח או ניקוב) עם זוג מלקחיים קטנים.
  3. לאחר שיציאות היציאה/שקע מנוקה בהצלחה, יישר בזהירות את המחבטים עם יציאות היציאה/שקע בהתקן למינציה (איור 1J-K). שלב זה חיוני כדי לקבל זרימה נאותה של נוזלים פנימה והחוצה של המכשיר. החזיקו את הפגוש מאחורי המכשיר, מקמו את הפנים הדביקות מול הפתח/שקע הפתוח במכשיר, ולאחר מכן ליישר ולדבוק. הרכבת ההתקן הושלמה כעת.

6. בדיקות

  1. גש לארכיטקטורות הערוץ/הקאמרי דרך המחבטים (יציאות) מחורר. קיימות מספר אפשרויות לגבי אופן הצגת הנוזלים והביולוגים במכשירים.
  2. השתמשו במעבדה או בצינורות רפואיים/כירורגיים על ידי הצמדת המכשיר למחבר פלסטיק (למשל, מתאמי Luer) או למחט קהה. בנוסף, ניתן להשתמש בפיפטה סטנדרטי, או בצינור הצצה ללא מתאמים (איור משלים 2).
  3. בצע אינפוזיה או ציור של נוזלים עם מזרקים ואבובים באמצעות מזרקים או משאבות פריסטלטיות.
    הערה: ישנן אפשרויות רבות בשוק, החל ב-~ 300 USD בזמן הכתיבה.
  4. הגדר הגדרות קצב זרימה שונות בהתאם להתקן ולניסוי.
    הערה: אנו משתמשים באופן שגרתי בהגדרות קצב הזרימה בטווח של 0.01 – 100 μL/min, אך ניתן להשתמש בתעריפים אחרים.

figure-protocol-1
איור 1: ייצור. (א) משרד למינציה וחותך כלי שיט הם שני הציוד היחיד הנדרש לייצור. שניהם זמינים באינטרנט או בחנויות ציוד משרדי/משרד. כלים נדרשים אחרים כוללים מספריים ומלקחיים. (ב) הערוץ והארכיטקטורות הקאמריות ניתן להלחין באופן דיגיטלי באמצעות כל תוכנית תוכנה הכוללת כלי ציור (גרפיקה וקטורית עשויה להיות מועדפת על-ידי משתמשים מסוימים, אך אינם נדרשים). קווים וצורות מצוירים בשחור עם רקע לבן. הקובץ או לכידת המסך של העיצוב ניתן לייבא לתוך התוכנה חותך כלי השיט על ידי גרירה ושחרור. (ג) התוכנה חותך כלי השיט זמין חינם להורדה והוא נדרש כדי לשלוט על חותך. התוכנה רוכשת את העיצוב ומאפשרת שינויים, כמו שינוי גודל. הוא מספק גם כלי ציור. (ד) מחצלת חיתוך נושאת את הסרט לחיתוך. הוא דביק מעט, ומאפשר לשתק את החומרים שניתן לגזור. האיור מראה ארבעה חומרים שונים מוכנים לטעינה: 3 מיל-עבה PET/אווה הסרט (למעלה), 5 מיל-עבה PET/אווה הסרט (באמצע), 6 מיל עבה אווה/PET/אווה (למטה שמאל) ו-PVC הסרט (למטה הימני). (ה) קאטר פתוח כדי להציג את להב (בשחור) יחידת ומחצלת טעון. (ו) לאחר חיתוך, שכבות בודדות מורמות באמצעות מלקחיים. מגזרות של ערוצים ותאי להישאר מחוברים השטיח מאוחר יותר יוסרו ונמחקו. (G) שכבות בודדות מיושרות ומונחים על למינציה. חתיכות קטנות של סרט דו צדדי (חץ) משמשים לעתים קרובות כדי לסייע יישור ולמנוע העברת שכבה במהלך למינציה. (H, I) המכשיר מוזן בחלק העליון של מתקן המילמינציה והתאושש דרך החריץ. הלמינציה מספקת חותם חזק ומשאירה נתיבי ערוץ פתוחים. (J, K) כדי לגשת לערוצים, יש להוסיף מחבטי ויניל מחוררים, הדבקים בעצמי. התמונה ב (J) מציגה את הגישה "הפוכה" ליישור, שבה מוצב הפגוש מאחור, ומאפשר יישור חזותי של השקע/היציאה עם ניקוב הפגוש. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בנוסף לעלות נמוכה ואיטראציה מהירה, טכנולוגיית PETL ניתן להתאים אישית בקלות כדי לפתור אתגרים ספציפיים. ראשית, אנו מתארים מכשיר פשוט המורכב של שמיכות זכוכית, שכבה קאמרית, שכבת הערוץ, ושכבת כניסת/שקע (איור 2). התקן זה נועד להקל על הדמיה של תאים ומיקרו-איברים תחת זרימה מתמדת. בינוני התרבות הוא מתחדש בשיעורי זרימה נמוכה כדי לעודד חילוף חומרים מזינים וגז. החדר העגול כולל תחתית זכוכית, המאפשרת דימות באמצעות מיקרוסקופ הפוך. ישנן לפחות שתי סיבות לשימוש בזכוכית במכשיר זה. . הראשון הוא אופטיקה PET ו-EV...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בעוד מיקרופלואידיקה נמצאים יותר ויותר בארגז הכלים של מעבדות ברחבי העולם, קצב האימוץ כבר מאכזב, בהתחשב בפוטנציאל ההשפעה החיובית שלה16. עלות נמוכה ויעילות גבוהה של ייצור המכשיר microflu, הם חיוניים כדי להאיץ אימוץ של טכנולוגיה זו במעבדת המחקר הממוצעת. השיטה המתוארת כאן משתמשת בשכבות מרובות של סרטים כדי ליצור התקנים שניים ותלת-ממדיים בחלק מהזמן והעלות הנדרשת על-ידי שיטות ליטוגרפיות. ליתוגרפיה סטנדרטית עולה אלפי דולרים (USD) להפעלה, ודורש ימים כדי להמציא, עלות ההפעלה PETL הייצור הוא פחות מ 350 USD והת...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרננדו Ontiveros הוא בתהליך של השקת PETL פלואידיקה (LLC), חברה כי יהיה לסחור ולספק שירותי ייעוץ עבור טכנולוגיה זו. . לעורכי העמיתים אין מה לגלות

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

העבודה בכתב יד זה נתמכת בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדעים (NSF) (גרנט לא. CBET-1553826) (ותוספת משויכת של הרואה) והמכונים הלאומיים לבריאות (NIH) (גרנט נו. R35GM124935) לJ.Z., ולאוניברסיטת נוטרדאם מלכור לF.O. אנחנו רוצים להודות לג Sjoerdsma ו באהר Bilgiçer לספק תאים מיונקים ופרוטוקולי תרבות ו פאביו Sacco לסיוע עם דמויות משלימות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
אגרוף ביופסיה (1 מ"מ)Miltex33-31AAאופציונלי, מחליף את הגדרת הכלי הסיבובי
מחטים קהותJanel, Inc.JEN JG18-0.5X-90הסר פלסטיק והצמד לצינורות Tygon
Coverslipsכל24 x 60 מ"מ עדיפים
מחצלת חיתוך ולהביםSilhouette America או Nicapa www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-matsשימוש חוזר/חד פעמי
סרט דו צדדיסקוטש/3M667כמויות קטנות, כל רוחב או מותג
צינורות PEEKIDEX/כל1581Lתצורות שונות זמינות. שקול להשתמש בצינורות Tygon intead, אם עדיין לא משתמשים
בסרט למינציה תרמי PEEK PET/EVAScotch/3M & TranscendiaTP3854-200, TP5854-100 & transcendia.com/products/trans-kote-pet3 - 6 מיל (מיל = 1/1000 אינץ') שקיות למינציה או גלילים.
סרט PVC - ניילון נצמדשמח / כלעטיפת מזון
כלי סיבובי-מקדחהדרמל / כל200-121 או 1/32 ו-3/64 אינץ' אחרת מבית Dremel מומלץ
רולר גומיSpeedball4126כדי להקל על ההדבקה, כל מותג יעבוד
מספריים ופינצטהכלFiskars-אינץ'-טיטניום-Softgrip-מספריים |קול-פארמר  –# UX-07387-12מותגים איכותיים מומלצים
צללית CAMEO חותך מלאכהצללית אמריקהwww.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4Tחותך מלאכה מועדף
תוכנת סטודיו צלליתאמריקה www.silhouetteamerica.com/softwareשולט בחותך המלאכה ומספק כלי ציור (הורדה חינם MAC ומחשב)
משאבתמזרקמנגנון הרווארד או משאבות עידן חדש70-4504 או NE-300הן אידיאליות, ניתן להשתמש בפיפטות או בורטות.
מזרקיםכל1-3 מ"ל
למינציה תרמיתסקוטש/3MTL906דגם ביתי/משרדי סטנדרטי
צינורות טיגון (E-3603)Cole-ParmerEW-06407-70השתמש עם קצות מחט קהות
פגושים לריהוט וינילDerBlue/3M/Everbiltשקוף, דבק עצמי (6 x 2 מ"מ ו-8 x 3 מ"מ)מומלץ פגושים עגולים
מקדחה

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Xia, Y., Whitesides, G. M. SOFT LITHOGRAPHY. Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).
  2. Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and Applications of Microfluidics in Biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).
  3. Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft Lithography in Biology and Biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering. 3 (1), 335-373 (2001).
  4. Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
  5. Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia. Lab on a Chip. 12 (7), 1224(2012).
  6. Zhang, B., Korolj, A., Lai, B. F. L., Radisic, M. Advances in organ-on-a-chip engineering. Nature Reviews Materials. 3 (8), 257-278 (2018).
  7. Bartholomeusz, D. A., Boutte, R. W., Andrade, J. D. Xurography: rapid prototyping of microstructures using a cutting plotter. Journal of Microelectromechanical Systems. 14 (6), 1364-1374 (2005).
  8. Martínez-Hernández, K. J., Rovira-Figueroa, N. D., Ontiveros, F. Implementation and Assessment of Student-Made Microfluidic Devices in the General Chemistry Laboratory. , (2016).
  9. Levis, M., et al. Microfluidics on the fly: Inexpensive rapid fabrication of thermally laminated microfluidic devices for live imaging and multimodal perturbations of multicellular systems. Biomicrofluidics. 13 (2), 024111(2019).
  10. Subramaniam, A., Sethuraman, S. Chapter 18 - Biomedical Applications of Nondegradable Polymers. Natural and Synthetic Biomedical Polymers. , 301-308 (2014).
  11. Yuen, P. K., Goral, V. N. Low-cost rapid prototyping of flexible microfluidic devices using a desktop digital craft cutter. Lab Chip. 10 (3), 384-387 (2010).
  12. Oya, K., et al. Surface Characteristics of Polyethylene Terephthalate (PET) Film Exposed to Active Oxygen Species Generated via Ultraviolet (UV) Lights Irradiation in High and Low Humidity Conditions. Journal of Photopolymer Science and Technology. 27 (3), 409-414 (2014).
  13. Narciso, C. E., Contento, N. M., Storey, T. J., Hoelzle, D. J., Zartman, J. J. Release of Applied Mechanical Loading Stimulates Intercellular Calcium Waves in Drosophila Wing Discs. Biophysical Journal. 113 (2), 491-501 (2017).
  14. Suh, Y. K., Kang, S. A Review on Mixing in Microfluidics. Micromachines. 1 (3), 82-111 (2010).
  15. Jahn, A., Vreeland, W. N., Gaitan, M., Locascio, L. E. Controlled Vesicle Self-Assembly in Microfluidic Channels with Hydrodynamic Focusing. Journal of the American Chemical Society. 126 (9), 2674-2675 (2004).
  16. Weibel, D., Whitesides, G. Applications of microfluidics in chemical biology. Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6), 584-591 (2006).
  17. Chen, X., Li, T., Shen, J. CO2 Laser Ablation of Microchannel on PMMA Substrate for Effective Fabrication of Microfluidic Chips. International Polymer Processing. 31 (2), 233-238 (2016).
  18. Chen, X., Shen, J., Zhou, M. Rapid fabrication of a four-layer PMMA-based microfluidic chip using CO2-laser micromachining and thermal bonding. Journal of Micromechanics and Microengineering. 26 (10), 107001(2016).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

PETCraft CutterDrosophila

מאמרים קשורים