Name: קצב העברת נתונים גבוה תא יחיד ו מרובה תאים מיקרו אנקפסולציה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-06-15T12:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 19 s
Description: למדו שיטת מיקרו-אנקפסולציה לתאים בודדים ומרובי תאים באמצעות סדר דינמי של זרימת נוזלים ויצירת טיפות בתדירות קילוהרץ. השיטה מאפשרת שליטה מדויקת במספר התאים לטיפה ומייעלת אנקפסולציה מבוקרת ליישומים ביולוגיים ורפואיים.

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

אנו מודים RainDance טכנולוגיות למדגם של פעילי שטח PFPE-PEG שימוש במחקר זה, ואנו מודים משאבים BioMEMS מרכז (מהמט טונר, מנהל) על תבנית סיליקון פרוסות סיליקון המשמשת ליצירת העתקים PDMS הערוץ.

<ol><li>Zagnoni, M., Lain, G. L. e, Cooper, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrocoalescence+mechanisms+of+microdroplets+using+localized+electric+fields+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir+%3A+the+ACS+journal+of+surfaces+and+colloids%22%5BJournal%5D)">Electrocoalescence mechanisms of microdroplets using localized electric fields in microfluidic channels.</a> Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids. 26, 14443-14449 (2010).</li>
<li>Niu, X. Z., Gielen, F., Edel, J. B., deMello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microdroplet+dilutor+for+high-throughput+screening%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Chem%22%5BJournal%5D)">A microdroplet dilutor for high-throughput screening.</a> Nat. Chem. 3, 437-442 (2011).</li>
<li>Vincent, M. E., Liu, W., Haney, E. B., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+stochastic+confinement+enhances+analysis+of+rare+cells+by+isolating+cells+and+creating+high+density+environments+for+control+of+diffusible+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+reviews%22%5BJournal%5D)">Microfluidic stochastic confinement enhances analysis of rare cells by isolating cells and creating high density environments for control of diffusible signals.</a> Chemical Society reviews. 39, 974-984 (2010).</li>
<li>Huebner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+detection+of+protein+expression+in+single+cells+using+droplet+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+communications%22%5BJournal%5D)">Quantitative detection of protein expression in single cells using droplet microfluidics.</a> Chemical communications. , 1218-1220 (2007).</li>
<li>Love, J. C., Ronan, J. L., Grotenbreg, G. M., van der Veen, A. G., Ploegh, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microengraving+method+for+rapid+selection+of+single+cells+producing+antigen-specific+antibodies%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+biotechnology%22%5BJournal%5D)">A microengraving method for rapid selection of single cells producing antigen-specific antibodies.</a> Nature biotechnology. 24, 703-707 (2006).</li>
<li>Bradshaw, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concurrent+detection+of+secreted+products+from+human+lymphocytes+by+microengraving%3A+Cytokines+and+antigen-reactive+antibodies%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Immunol%22%5BJournal%5D)">Concurrent detection of secreted products from human lymphocytes by microengraving: Cytokines and antigen-reactive antibodies.</a> Clin. Immunol. 129, 10-18 (2008).</li>
<li>Liu, W. S., Kim, H. J., Lucchetta, E. M., Du, W. B., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation%2C+incubation%2C+and+parallel+functional+testing+and+identification+by+FISH+of+rare+microbial+single-copy+cells+from+multi-species+mixtures+using+the+combination+of+chemistrode+and+stochastic+confinement%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Isolation, incubation, and parallel functional testing and identification by FISH of rare microbial single-copy cells from multi-species mixtures using the combination of chemistrode and stochastic confinement.</a> Lab on a chip. 9, 2153-2162 (2009).</li>
<li>Boedicker, J. Q., Li, L., Kline, T. R., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+bacteria+and+determining+their+susceptibility+to+antibiotics+by+stochastic+confinement+in+nanoliter+droplets+using+plug-based+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Detecting bacteria and determining their susceptibility to antibiotics by stochastic confinement in nanoliter droplets using plug-based microfluidics.</a> Lab on a chip. 8, 1265-1272 (2008).</li>
<li>Koster, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop-based+microfluidic+devices+for+encapsulation+of+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Drop-based microfluidic devices for encapsulation of single cells.</a> Lab on a chip. 8, 1110-1115 (2008).</li>
<li>Kelly, R. T., Page, J. S., Marginean, I., Tang, K., Smith, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dilution-free+analysis+from+picoliter+droplets+by+nano-electrospray+ionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem.+Int.+Ed.+Engl%22%5BJournal%5D)">Dilution-free analysis from picoliter droplets by nano-electrospray ionization mass spectrometry.</a> Angew Chem. Int. Ed. Engl. 48, 6832-6835 (2009).</li>
<li>Hong, J., deMello, A. J., Jayasinghe, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-electrospraying+and+droplet-based+microfluidics%3A+control+of+cell+numbers+within+living+residues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+materials%22%5BJournal%5D)">Bio-electrospraying and droplet-based microfluidics: control of cell numbers within living residues.</a> Biomedical materials. 5, 21001(2010).</li>
<li>Edd, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+encapsulation+of+single-cells+into+monodisperse+picolitre+drops%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Controlled encapsulation of single-cells into monodisperse picolitre drops.</a> Lab on a chip. 8, 1262-1264 (2008).</li>
<li>Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+dispersions+using+%22flow+focusing%22+in+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels.</a> Applied Physics Letters. 82, 364(2003).</li>
<li>Utada, A., Fernandez-Nieves, A., Stone, H., Weitz, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dripping+to+Jetting+Transitions+in+Coflowing+Liquid+Streams%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Dripping to Jetting Transitions in Coflowing Liquid Streams.</a> Physical Review Letters. 99, (2007).</li>
<li>Chabert, M., Viovy, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+high-throughput+encapsulation+and+hydrodynamic+self-sorting+of+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Microfluidic high-throughput encapsulation and hydrodynamic self-sorting of single cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105, 3191-3196 (2008).</li>
<li>Segrí, G., Silberberg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radial+Particle+Displacements+in+Poiseuille+Flow+of+Suspensions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Radial Particle Displacements in Poiseuille Flow of Suspensions.</a> Nature. 189, 209-210 (1961).</li>
<li>Carlo, D. D. i <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inertial+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Inertial microfluidics.</a> Lab on a chip. 9, 3038-3046 (2009).</li>
<li>Carlo, D. D. i, Edd, J., Humphry, K., Stone, H., Toner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+Segregation+and+Dynamics+in+Confined+Flows%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Particle Segregation and Dynamics in Confined Flows.</a> Physical Review Letters. 102, (2009).</li>
<li>Humphry, K. J., Kulkarni, P. M., Weitz, D. A., Morris, J. F., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Axial+and+lateral+particle+ordering+in+finite+Reynolds+number+channel+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Axial and lateral particle ordering in finite Reynolds number channel flows.</a> Physics of Fluids. 22, 081703(2010).</li>
<li>Lee, W., Amini, H., Stone, H. A., Carlo, D. D. i <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+self-assembly+and+control+of+microfluidic+particle+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Dynamic self-assembly and control of microfluidic particle crystals.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107, 22413(2010).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+microfluidic+systems+in+poly%28dimethylsiloxane%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane.</a> Anal. Chem. 70, 4974-4984 (1998).</li>
<li>Kotz, K., Cheng, X., Toner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PDMS+Device+Fabrication+and+Surface+Modification%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">PDMS Device Fabrication and Surface Modification.</a> J. Vis. Exp. (8), e319(2007).</li>
<li>Haubert, K., Drier, T., Beebe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PDMS+bonding+by+means+of+a+portable%2C+low-cost+corona+system%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">PDMS bonding by means of a portable, low-cost corona system.</a> Lab on a chip. 6, 1548-1549 (2006).</li>
<li>Hatch, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((1-Million+droplet+array+with+wide-field+fluorescence+imaging+for+digital+PCR%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">1-Million droplet array with wide-field fluorescence imaging for digital PCR.</a> Lab on a chip. , 3838-3845 (2011).</li>
<li>Holtze, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatible+surfactants+for+water-in-fluorocarbon+emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Biocompatible surfactants for water-in-fluorocarbon emulsions.</a> Lab on a chip. 8, 1632-1639 (2008).</li>
<li>Garstecki, P., Stone, H., Whitesides, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+for+Flow-Rate+Controlled+Breakup+in+Confined+Geometries%3A+A+Route+to+Monodisperse+Emulsions%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Mechanism for Flow-Rate Controlled Breakup in Confined Geometries: A Route to Monodisperse Emulsions.</a> Physical Review Letters. 94, (2005).</li>
<li>Garstecki, P., Fuerstman, M. J., Stone, H. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+droplets+and+bubbles+in+a+microfluidic+T-junction-scaling+and+mechanism+of+break-up%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction-scaling and mechanism of break-up.</a> Lab on a chip. 6, 437-446 (2006).</li>
<li>Nie, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emulsification+in+a+microfluidic+flow-focusing+device%3A+effect+of+the+viscosities+of+the+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Emulsification in a microfluidic flow-focusing device: effect of the viscosities of the liquids.</a> Microfluidics and Nanofluidics. , (2008).</li>
<li>Holt, D. J., Payne, R. J., Chow, W. Y., Abell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorosurfactants+for+microdroplets%3A+interfacial+tension+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+colloid+and+interface+science%22%5BJournal%5D)">Fluorosurfactants for microdroplets: interfacial tension analysis.</a> Journal of colloid and interface science. 350, 205-211 (2010).</li>
<li>Holt, D. J., Payne, R. J., Abell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+novel+fluorous+surfactants+for+microdroplet+stabilisation+in+fluorous+oil+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fluorine+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Synthesis of novel fluorous surfactants for microdroplet stabilisation in fluorous oil streams.</a> Journal of Fluorine Chemistry. 131, 398-407 (2010).</li>
<li>Hatch, A. C., Fisher, J. S., Pentoney, S. L., Yang, D. L., Lee, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+3D+droplet+self-assembly+for+ultra-high-density+digital+micro-reactor+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Tunable 3D droplet self-assembly for ultra-high-density digital micro-reactor arrays.</a> Lab on a chip. 11, 2509-2517 (2011).</li>
<li>Baret, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surfactants+in+droplet-based+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Surfactants in droplet-based microfluidics.</a> Lab on a chip. 12, 422-433 (2012).</li>
</ol>

י&quot;א הוא ממציא על הפטנט תלויה ועומדת מבוסס על טכנולוגיה מנוצל כתב היד הזה.

למרות תארים גבוהים יחסית של ההזמנה, לא טיפות כל יכיל את מספר נכון של חלקיקים או תאים. יעילות Encapsulation יכול להיות מחושב על פי מספר התאים או חלקיקים שהפכו הגלום טיפות עם תפוסה הרצוי חלקי המספר הכולל שלהם. נתונים אלה גלם ניתן להשיג גם מן האלגוריתם וידאו אוטומטית במהירות גבוהה או הדמיה מדגם של תחליב אסף. הדבר משול לשבר של חלקיקים P k הגלום ירידה המכיל חלקיקים K ו את החלק היחסי של טיפות D K שיהיה בה חלקיקים יא. מ איור 3, הן ...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> AutoCAD </td><td> Autodesk </td><td></td><td></td></tr><tr><td> שקיפות מסכה </td><td> Fineline הדמיה בע&quot;מ </td><td></td><td></td></tr><tr><td> SU-8 photoresist </td><td> MicroChem </td><td> 2050 </td><td></td></tr><tr><td> Dektak Profilometer </td><td> Veeco </td><td></td><td></td></tr><tr><td> צלחת פטרי </td><td> BD פלקון </td><td> 351058 </td><td></td></tr><tr><td> PDMS סיליקון ערכת אלסטומר </td><td> Dow Corning קורפ </td><td> Sylgard 184, מספר חומרים (240) 4019862 </td><td></td></tr><tr><td> אבק תא ייבוש </td><td> Jencons </td><td> 250-030 </td><td></td></tr><tr><td> משאבת ואקום </td><td> אלקטל טכנולוגיה אבק </td><td> 2010 C2 </td><td></td></tr><tr><td> אבק הרגולטור </td><td> קולמן בן הזוג </td><td> EW-00910-10 </td><td></td></tr><tr><td> תנור </td><td> Thermo Scientific </td><td> לינדברג כחול M, OV800F </td><td></td></tr><tr><td> ביופסיה, 0.75 מ&quot;מ </td><td> האריס </td><td> Uni-Core 15072 </td><td></td></tr><tr><td> המעבדה קורונה Treater </td><td> אלקטרו טכני מוצרים בע&quot;מ </td><td> BD-20AC, מק&quot;ט 12051A </td><td></td></tr><tr><td> שקופיות הזכוכית </td><td> חותם זהב </td><td> 3010 </td><td></td></tr><tr><td> Aquapel </td><td> PPG Industries </td><td></td><td> אסטרטגיה אלטרנטיבית </td></tr><tr><td> פוליסטירן microspheres, 9.9 מיקרומטר </td><td> Thermo </td><td> G1000 </td><td></td></tr> &lt;tr&gt; <td> OptiPrep </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D1556 </td><td> לא הפגינו </td></tr><tr><td> Luer-Lok מזרקים </td><td> BD </td><td> 1 מ&quot;ל: 309628 3 מ&quot;ל: 309585 </td><td></td></tr><tr><td> FC-40 fluorocarbon שמן </td><td> 3M בע&quot;מ </td><td> סיגמא אולדריץ&#39;, F9755 </td><td></td></tr><tr><td> PFPE-PEG Fluorosurfactant </td><td> RainDance טכנולוגיות </td><td></td><td></td></tr><tr><td> אור שמן מינרלי </td><td> PTI כימיקלים בתהליך </td><td> 08042-47-5 </td><td> אסטרטגיה אלטרנטיבית </td></tr><tr><td> שמן מינרלי פעילי שטח </td><td> Evonik גולדשמידט Corporation </td><td> ABIL EM 90 </td><td> אסטרטגיה אלטרנטיבית </td></tr><tr><td> Tygon צינורות PVC </td><td> SmallParts </td><td> TGY-010 </td><td></td></tr><tr><td> 30 Luer-Lok מד מחט מזרק, 1/2 &quot; </td><td> SmallParts </td><td> לא זמיןE-301PL-C </td><td></td></tr><tr><td> הפוך מיקרוסקופ </td><td> Carl Zeiss הדמיה </td><td> Axio Observer.Z1 </td><td></td></tr><tr><td> במהירות גבוהה מצלמה </td><td> Vision Research </td><td> פנטום V310 </td><td></td></tr><tr><td> מזרק משאבות (2) </td><td> Chemyx בע&quot;מ </td><td> Nexus 3000 </td><td></td></tr><tr><td> שמן סיליקון </td><td> Dow Corning </td><td> 200 נוזל, 10 CST </td><td> אופציונלי עבור אחסון אמולסיה </td></tr></tbody></table>

קצב העברת נתונים גבוה תא יחיד ו מרובה תאים מיקרו אנקפסולציה

High Throughput Single-cell and Multiple-cell Micro-encapsulation

שיטות כמיסו (microfluidic) של כלילה (encapsulation) שימשו בעבר ללכידת תאים בטיפות מימיות מונו-דיספרסיות בקנה מידה של פיקולטר, ובכך סיפקו בידוד מסביבת נוזל רב-מולקולרית עם יישומים בסינון בסביבה בעלת תפוקה גבוהה, ציטומטריה ומספקטרומטריית מסות. אנו מתארים שיטה לא רק לכלילה של תאים בודדים, אלא ללכידה חוזרת של מספר קבוע של תאים (כאן אנו מדגימים כלילה של תא אחד ושני תאים) כדי לחקור הן בידוד והן אינטראקציות בין תאים בקבוצות בגדלים מבוקרים. באמצעות שילוב של טכניקות ליצירת טיפות עם סידור של תאים וחלקיקים, אנו מדגימים כלילה מבוקרת של חלקיקים בגודל של תאים עבור כלילה רציפה ויעילה. באמצעות ת сусפנזיה מימית של חלקיקים ושמן פלואורופחמני שאינו ניתן למסס, אנו מייצרים טיפות מימיות בשמן באמצעות נחיר למיקוד זרימה (flow focusing nozzle). קצב הזרימה המימית גבוה מספיק כדי ליצור סידור של חלקיקים המגיעים לנחיר בתדרים שהם כפולות של מספר שלם של תדר יצירת הטיפות, ובכך נכליל מספר מבוקר של תאים בכל טיפה. לקבלת תוצאות מייצגות, נעשה שימוש בחלקיקי פוליסטירן בגודל 9.9 μm כחליפין לתאים. מחקר זה מראה יעילות כלילה של חלקיק בודד Pk=1 של 83.7% ויעילות כלילה של שני חלקיקים Pk=2 של 79.5%, בהשוואה ליעילויות פואסון (Poisson) המתאימות להם של 39.3% ו-33.3%, בהתאמה. ההשפעה של ריכוז תאים וחלקיקים עקבי הוכחה כבעלת חשיבות מרכזית לכלילה יעילה, וכן נדנו מעברים משיטת טיפות (dripping) לשיטת סילון (jetting).
מבוא
סספנסיות תאים מימיות במצע רציף חולקות סביבה נוזלית משותפת המאפשרת לתאים לקיים אינטראקציה במקביל וגם הומוגניזציה של השפעות תאים ספציפיים במדידות מהמצע. כליאה בנפח גבוה (High-throughput encapsulation) של תאים לתוך טיפות בסדר גודל של פיקוליטר מבודדת את הדגימות כדי להגן על הטיפות מפני זיהום צולב, מאפשרת מדידה של גיוון תאי בתוך הדגימות, מונעת דילול של ריאגנטים וביומרקרים מובעים, ומגבירה אותות מתוצרי ביו-ריאקטור. טיפות מספקות גם את היכולת למזג מחדש טיפות לדגימות מימיות גדולות יותר או עם טיפות אחרות לצורך מחקרי איתות בין-תאי.1,2 ההפחתה בדילול מרמזת על אותות גילוי חזקים יותר למדידות בדיוק גבוה יותר, כמו גם על היכולת להפחית נפחים פוטנציאליים ויקרים של דגימות וריאגנטים.3 כליאת תאים בטיפות נוצלה לשיפור הגילוי של ביטוי חלבונים,4 נוגדנים,5,6 אנזימים,7 ופעילות מטבולית8 לצורך סינון בנפח גבוה, ויכולה לשמש לשיפור ציטומטריה בנפח גבוה.9 מחקרים נוספים מציגים יישומים בביו-אלקטרוספריי (bio-electrospraying) של טיפות המכילות תאים עבור ספקטרומטריית מסות10 וציפויים תאיים ממוקדים של פני שטח.11 עם זאת, חלק מהיישומים הוגבלו בשל חוסר היכולת לשלוט במספר התאים הכלואים בטיפות. כאן אנו מציגים שיטה של כליאה מסודרת12 המגבירה את יעילות הכליאה שהודגמה עבור תא אחד ושני תאים, וניתן להשריג אותה עבור כליאה של מספר גדול יותר של תאים.
כדי להשיג ייצור טיפות מונו-דספרסיות, שיטת "מיקוד זרימה" (flow focusing) מיקרופלואידית מאפשרת יצירת טיפות בגודל נשלט של נוזל אחד (תערובת תאים מימית) בתוך נוזל אחר (פאזה שומנית רציפה), וזאת באמצעות נחיר שבו נפגשים הזרמים.13 עבור גיאומטריה נתונה של הנחיר, ניתן לשנות את תדירות ייצור הטיפות f ואת גודל הטיפה על ידי כיוונון קצבי הזרימה של השמן והמימי Qoil ו-Qaq. ככל שקצבי הזרימה עולים, הזרימות עשויות לעבור מייצור טיפות להספירה (jetting) לא יציבה של הנוזל המימי מהנחיר.14 
כאשר התמיסה המימית מכילה חלקיקים תלויים, החלקיקים הופכים למעטופים ומבודדים זה מזה בפתח הנחיר. עבור יצירת טיפות באמצעות תרחיף תאים מימי המפוזר באופן אקראי, השבר הממוצע של טיפות Dk המכילות k תאים נקבע על פי סטטיסטיקת פואסון (Poisson statistics), שבה Dk = λk exp(-λ)/(k!) ו-λ הוא מספר התאים הממוצע לטיפה. השבר של תאים שמגיעים לטיפות המעטופות "נכונה" מחושב באמצעות Pk = (k x Dk)/Σ(k' x Dk'). ההבדל הדק בין שני המדדים הוא ש- Dk מתייחס לנצילות של הנוזל המימי ולכמות המיון של הטיפות שיש לבצע לאחר העטיפה, ו- Pk מתייחס לנצילות של דגימת התאים. לדוגמה, ניתן להשתמש בתרחיף תאים דליל (λ נמוך) כדי לעטוף טיפות שבהן רוב הטיפות המכילות תאים יכילו תא אחד בלבד. בעוד שמדד היעילות Pk יהיה גבוה, רוב הטיפות יהיו ריקות (Dk נמוך), מה שיחייב מנגנון מיון להסרת טיפות ריקות, ובכך יפחית גם את התפוקה.15
שילוב של יצירת טיפות עם מיון אינרציאלי מעניק את היכולת להכניס טיפות לתצלומיות (encapsulate) עם מספר תאים לטיפה צפוי יותר וקצבי תפוקה גבוהים יותר מאשר תצלומיות אקראיות. מיקוד אינרציאלי התגלה לראשונה על ידי Segre ו-Silberberg16 ומתייחס לנטייה של חלקיקים בעלי גודל סופי לנדוד לעמדות שיווי משקל צדדיות בזרימה בתעלה. מיון אינרציאלי מתייחס לנטייה של החלקיקים והתאים להתארגן באופן פסיבי לשורות במרווחים שווים, במבנה מדורג ובמהירות קבועה. הן המיקוד והן המיון דורשים קצבי זרימה גבוהים מספיק (מספר ריינולדס גבוה) וגדלי חלקיקים גדולים מספיק (מספר ריינולדס של חלקיקים גבוה).17,18 כאן, מספר ריינולדס Re =uDh/ν ומספר ריינולדס של חלקיקים Rep =Re(a/Dh)2, כאשר u היא מהירות זרימה אופיינית, Dh [=2wh/(w+h)] הוא הקוטר ההידראולי, ν היא הצמיגות קינמטית, a הוא קוטר החלקיק, w הוא רוחב התעלה ו-h הוא גובה התעלה. באופן אמפירי, האורך הנדרש להשגת שורות ממוינות באופן מלא פוחת ככל ש-Re ו-Rep עולים. יש לשים לב כי הדרישות ל-Re ו-Rep גבוהים (במחקר זה בסדר גודל של 5 ו-0.5, בהתאמה) עשויות להתנגש עם הצורך לשמור על קצבי זרימה מימיים נמוכים כדי למנוע התזת סילון (jetting) בנחיר יצירת הטיפות. בנוסף, קצבי זרימה גבוהים מובילים למאמצי גזירה גבוהים יותר על התאים, נושא שאינו נדון בפרוטוקול זה. מחקר קודם על תצלומיות ממוינות הדגים כי למעלה מ-90% מתאי HL60 שנכנסו לתצלומיות בודדות בתנאי זרימה דומים לאלו שבמחקר זה שמרו על שלמות ממברנת התא.12 עם זאת, יהיה צורך לשקול בזהירות את ההשפעה של סדר הגודל ולוחות הזמנים של מאמצי הגזירה בעת ביצוע אקסטרפולציה לסוגי תאים ופרמטרי זרימה שונים. החפיפה בין המגבלות של קצב הזרימה המימי עבור מיון התאים, יצירת הטיפות וחיוניות התאים מספקת משטר תפעולי אידיאלי לתצלומיות מבוקרת של תאים בודדים ומספר תאים.
מכיוון שמעט מאוד מחקרים עוסקים במרווחים בין רכבות של חלקיקים,19,20 קביעת המרווח מתבצעת בצורה הפשוטה ביותר באופן אמפירי והיא תלויה בגיאומטריית התעלה, בקצב הזרימה, בגודל החלקיקים ובריכוז החלקיקים. עם זאת, מרווח לטראלי שווה בין הרכבות מעיד על כך שהתאים מגיעים במרווחי זמן עקביים וצפויים. כאשר יצירת הטיפות מתרחשת באותו קצב שבו מגיעים תאים מסודרים לדיזה, התאים נכרזים בתוך הטיפה באופן מבוקר. טכניקה זו שימשה לכריזה של תאים בודדים בקצבי עיבוד בסדר גודל של 15 kHz,12 שיפור משמעותי לעומת מחקרים קודמים שדיווחו על קצבי כריזה בסדר גודל של 60-160 Hz.4,15 בעבודת הכריזה המבוקרת, מעל 80% מהטיפות הכילו תא אחד בלבד, שיפור משמעותי ביעילות לעומת סטטיסטיקת פואסון (אקראית), המנבאת יעילות ממוצעת של פחות מ-40%.12
בעבודה קודמת על כליאה מבוקרת,12 כוונן מספר החלקיקים הממוצע לטיפה λ כדי לספק כליאה של תא בודד. אנו משערים כי באמצעות כוונון קצבי הזרימה, ניתן לכלוא ביעילות כל מספר של תאים לטיפה כאשר λ שווה למספר התאים הרצוי לטיפה או קרוב אליו. בעוד שכליאה של תא בודד היא בעלת ערך לקביעת תגובות של תאים 개 개בודדיים לגירויים, כליאה של מספר תאים מספקת מידע הנוגע לאינטראקציה בין מספרים וסוגים מבוקרים של תאים. כאן אנו מציגים פרוטוקול, תוצאות מייצגות באמצעות מיקרוספירות פוליסטרין, ודיון עבור כליאה מבוקרת של תאים מרובים באמצעות תעלת סדר אינרציאלית פסיבית ופיה ליצירת טיפות.

שילוב הדור monodisperse טיפה עם סידור אינרציה של תאים וחלקיקים, אנו מתארים שיטה כדי לתמצת המספר הרצוי של תאים או חלקיקים בטיפה אחת בשיעורים kHz. אנחנו מדגימים את יעילות פעמיים העולה על אלו של אנקפסולציה לא מסודרת עבור טיפות יחיד ו פעמיים החלקיקים.

שיטות כלילה מיקרופלואידיות שימשו בעבר ללכידת תאים בטיפות מימיות מונו-דיספרסיות בסדר גודל של פיקוליטר, ובכך סיפקו כלילה...

יישומים המשתמשים בתאים העטופים בטיפות קטנות בגודל פיקוליטר היו מוגבלים לעיתים קרובות בשל חוסר היכולת לשלוט במספר התאים בכל טיפה. פרוטוקול זה מדגים שיטה לשליטה על כליאת תאים על ידי שילוב של שתי תופעות מיקרופלואידיות מובחנות: סידור תאים דינמי-נוזלי ויצירת טיפות בנחיר מיקרופלוואידי במיקוד זרימה (flow focusing micro nozzle). בתעלה שמעלה, מסופקת קצב זרימה גבוה מספיק של תמיסה מימית עם תאים או חלקיקים תלויים, כדי לגרום להיווצרות של שרשראות עם מרווחים שווים בכיוון הזרימה במורד הזרם.דיזת יצירת טיפות במיקוד זרימה משמשת ליצירת טיפות מימיות בקצבי קילו-הרץ בתוך נוזל נשא של שמן מותר המיוצב על ידי סורפקטנט. רכבות של חלקיקים בתאים מסודרים משולבות לאחר מכן עם יצירת טיפות על ידי כוונון קצבי הזרימה של המים והשמן, כדי לספק קצבי יצירת טיפות המסונכרנים עם הגעתם של תאים או חלקיקים מסודרים לאורכם אל דיזת יצירת הטיפות, כאשר נעשה שימוש בחלקיקים כתחליפים לתאים. כדי להדגים פרוטוקול זה, קצבי הזרימה חייבים להיות קטנים מספיק כדי להגביל את הנוזל.מאמצי גזירה על תאים ביולוגיים, החפיפה בין יצירת טיפות סדירת התאים לבין חיוניות התאים. מגבלות קצב הזרימה של התמיסה המימית מספקות משטר תפעולי אידיאלי לכליאה מבוקרת של תאים בודדים ומספר תאים. ניתוח של נתוני מיקרוסקופיה וידאו מראה כי יעילויות כליאה של תא בודד או שני תאים, או

high-throughput-single-cell-and-multiple-cell-micro-encapsulation

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנחנו פיתחו תרבות תא אוטומטית וחקירת פלטפורמה לניסויי גירוי תא מיקרו בקנה מידה. הפלטפורמה מציעה שליטה פשוטה, תכליתית, ומדויקת בטיפוח ועידוד אוכלוסיות קטנות של תאים, ומחל lysates לניתוחים מולקולריים. הפלטפורמה מתאימה גם למחקרים המשתמשים בתאים ו / או חומרים כימיים יקרים.

פלטפורמה אוטומטית צדדי לניסויים בגירוי תא מיקרו בקנה מידה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבידוד ותרבות תאים בודדים עם פלטפורמה מיקרופלואידית, המשתמשת בתפיסת עיצוב מיקרו-באר חדשה כדי לאפשר בידוד תא בודד ביעילות גבוהה ותרבית משובטת לטווח ארוך.

פלטפורמת Microfluidic עבור בידוד תפוקה גבוהה מתא בודד ותרבות

תא בודד רצף חושף הטרוגניות genotypic במערכות ביולוגיות, אך טכנולוגיות הנוכחי חוסר התפוקה הכרחי עבור פרופיל עמוק של הקהילה הרכב ותפקוד. כאן, אנו מתארים זרימת עבודה microfluidic עבור רצף &gt; הגנום בתא יחיד 50,000 מ מגוונות תא אוכלוסיות.

פלטפורמת Microfluidic על קוליים בתפוקה של רצף הגנום בתא יחיד

מאמר זה מציג עבור זריעה נדיר אוכלוסיית תאים באמצעות פיפטה-טיפים droplet microfluidic התקנים על מנת לספק יעילות גבוהה יותר כימוס של תאים בטיפות פרוטוקול.

טיפ פיפטה המבוסס על שיטה עבור תאים זריעה על פלטפורמות Microfluidic רביב

מוצג כאן הוא פרוטוקול לשימוש קילוף פלסטיצידיות כמו פולימר במיקרועטיפת של תאים מונצח למסירה לטווח ארוך של מוצרים ביולוגיים לעיניים מכרסמים.

טכנולוגיית תאים באנקפסולציה להעברת מוצרים ביולוגיים לעין העכבר

דוח זה מתאר שיטה מבוססת שבב מיקרופלואידיג כדי להגדיר ניסוי של תרבות תא בודדת שבה ניתן להשיג שיוך ביעילות גבוהה וניתוח מיקרוסקופי של תאים בודדים מרובים.

הקמת תרבויות בודדות מבוססות-משותפות באופן דטרמיניסטי עם שבב מיקרופלואידיסי

מאמר זה מתאר אנקפסולציה של תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (hPSCs) באמצעות התקן מיקוד זרימה צירית משותפת. אנו מראים שטכנולוגיית אנקפסולציה מיקרופלואידית זו מאפשרת היווצרות יעילה של כדוריות hPSC.

ייצור מיקרופלואידי של מיקרו-מעטפת ליבה הנושאים כדוריות תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים

אנו מציגים שיטה לבידוד תאי אנדותל וגרעינים מלומן של עורקי הצוואר של עכברים החשופים לתנאי זרימה יציבים או מופרעים כדי לבצע ניסויים באומיקה חד-תאית.

בידוד תאי אנדותל מהלומן של עורקי הצוואר של עכברים לניסויים רב-תאיים חד-תאיים

הפרוטוקול מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית מתקדמת למדידה כמותית של דינמיקת הפרשת ציטוקינים של תאי דם חד-גרעיניים היקפיים אנושיים בודדים. הפלטפורמה מודדת עד שלושה ציטוקינים במקביל (IL-6, TNFα ו-IL-1β) עבור כל תא בודד המגורה באמצעות ליפופוליסכריד כדוגמה.

גישה מיקרופלואידית לפתרון הפרשת ציטוקינים סימולטנית ורציפה של תאים רב-תפקודיים בודדים 

תאי גידול במחזור (CTC) הם קריטיים לחקר התקדמות הסרטן והגרורות. מאמר זה מציג פרוטוקול משולב בעל תפוקה גבוהה להעשרת CTC וריצוף CTC יחיד, המשפר את יעילות הלכידה וטוהר ה-CTC תוך הפחתת עלויות הזיהום והריצוף, ובכך מקדם מחקר אונקולוגי מדויק ויישומים קליניים.

טכנולוגיית מיון תאי גידול במחזור וריצוף תאים בודדים מבוססת מיקרופלואידיקה

למדו שיטת מיקרו-אנקפסולציה לתאים בודדים ומרובי תאים באמצעות סדר דינמי של זרימת נוזלים ויצירת טיפות בתדירות קילוהרץ. השיטה מאפשרת שליטה מדויקת במספר התאים לטיפה ומייעלת אנקפסולציה מבוקרת ליישומים ביולוגיים ורפואיים.

קצב העברת נתונים גבוה תא יחיד ו מרובה תאים מיקרו אנקפסולציה

גלה סרטונים נוספים