マイクロ流体ネットワークを用いた脳スライスの刺激と標準灌流チャンバー

Summary

我々は、さまざまな神経伝達物質によく制御された方法で脳のスライスのマイクロスケールの表面を露出させる標準的な電気生理学的セットアップと統合可能なシンプルなマイクロ流体デバイスの作製を実証する。

Abstract

我々は、簡単に既存の電気生理学のセットアップに統合することができる2つのレベルのマイクロ流体デバイスの作製を実証している。 2レベルのマイクロ流体デバイスは、2段階の標準的なリソグラフィプロセス^1をネガ型レジストを用いて製造されています。最初のレベルは、それぞれの終了時に入口と出口ポートを持つマイクロチャネルが含まれています。番目のレベルは、チャネル長の中間に位置し、チャネルの幅と一緒に中央にマイクロスケールの円形の穴が含まれています。受動的な揚水方法は、入口ポートから出口ポート²に流体をポンプするために使用されます。マイクロ流体デバイスは、既製の灌流チャンバーと統合され、電気生理学のセットアップとのシームレスな統合を可能にしています。流体は出口ポートに向かってマイクロチャネルを介して吸気ポートの流量で導入されており、また血流の浴中にマイクロチャネルの上部にある円形の開口部を通って脱出。このように灌流チャンバーのバスで、マイクロ流体デバイス上に置かれた脳のスライスの底面は、別の神経伝達物質で公開することができます。マイクロ流体デバイスのマイクロスケール厚さと材料の透過的な性質[ガラスカバースリップとPDMS（ポリジメチルシロキサン）]マイクロ流体デバイスは、脳スライスの顕微鏡を可能にするために使用。マイクロ流体デバイスは、脳スライスの微小環境に導入された化学的刺激の変調を（空間的および時間的の両方）が可能です。

Protocol

SU - 8金型製作

マスターの準備

1. シリコンウエハ基板上にSU - 8のマスターは、2段階の標準的なネガ型レジストリソグラフィプロセスを用いて調製される。
2. シリコンウエハ上のアライメントマークは、（ウェーハの外周に沿って位置する）これらの構造体の高さとカミソリの刃を使って削除している実際のデバイス構造以上のものです。
3. シリコンウエハは、イソプロピルアルコールで洗浄し、N ₂の流れで乾燥させる。最も高いデバイスの構造よりも小さい厚さでテープで作られた支柱は、ウェハの四辺上のアライメントマークを交換してください。
   
   注：支柱の高さが最も高いデバイス構造を超えている場合は、スルーホールPDMSモールドに形成されていません。
   
   
4. マスターのシリコンウエハは、室温でホットプレート上に置かれる。

PDMSの溶液の調製

1. ポリジメチルシロキサン（PDMS）ソリューションの4グラムは十分に硬化剤1部とシリコーンエラストマーの10部を混合することによって調製される。
   
   注意 ：2つの溶液をPDMSモールド全体に類似した物性を得るために均一に混合されていることを確認します。
   

Discussion

既存のマクロスケールやマイクロスケールの脳スライスの灌流チャンバーは、それらが神経伝達物質で脳のスライスを公開するために提供する空間分解能の点で制限されています。ここに示したマイクロ流体デバイス技術は、簡単なバイオMEMS技術を使ってこの制限を克服しています。それは、マイクロ流体デバイスの製作と、既存の電気生理学的セットアップと統合の容易さのシンプルさが実証デバイス技術の広範な応用を可能にすることが予想されます。以前は不可能だった興味深い実験は、現在のマイクロ流体デバイスで実行することができます。脳スライスの異なる微小環境は、異なる時間スケールで異なる神経伝達物質に暴露することができる。現在のプロトタイプのデバイスは、互いに隣に位置する4つだけ並列チャネルと円形の開口部で構成されています。しかし、このデバイスのレイアウトを簡単にさまざまな形状や大きさの開口部を持っているという別のデザインを実装することによって変更することができます、またはマイクロチャネルは、脳スライスの異なる微小環境における開口部の配置につながる形で蛇行することができます。

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Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
RC-26GPL	ツール	ワーナーインスツルメンツ	W2-64-0236	ロープロファイルラージバス RC-26GLP 録音チャンバー
SHD-26GH/10	ツール	ワーナーインスツルメンツ	W2-64-0253	RC-26G用ステンレススチールスライスホールドダウン、ねじ間隔 1.0 mm
PDMS (ポリジメチルシロキサン)	試薬	ダウ コーニング	シルガード 184	シリコーンエラストマーキット
プラズマPreen-II 862	Tool	Plasmatic Systems, Inc. (英語)		マイクロ波プラズマシステム
Model P-1	Tool	Warner Instruments	W2-64-0277	Series 20 Plain Platform, Model P-1
SA-NIK	Tool	Warner Instruments	W2-64-0291	Adapter for Nikon Diaphot/TE200/TE2000, SA-NIK
Oxygenated, heated ACSF (Artificial cerebro-spinal fluid)	試薬			正確な組成はアプリケーションによって異なります