マイクロ流体プローブ：局在表面処理のための操作と使用方法
June 4th, 2009
このビデオでは、マイクロ流体プローブを提示 1（MFP）。我々は、MFPをアセンブルする方法を詳細に説明、倒立顕微鏡上にそれをマウントして、基板の表面に対して相対的位置を合わせ、最後に緩衝溶液に浸漬基板の表面を処理するためにそれを使用する方法を示します。
この手順では、マイクロ流体プローブまたはMFPを組み立てて使用する方法を示します。MFPのマイクロ流体コンポーネントは、気密シリンジ、ガラスキャピラリーチューブ、Upchurchのマイクロタイトコネクタ、およびMFPヘッドです。このビデオでは、組み立てと位置合わせの重要な手順を紹介します。
組み立てが完了すると、MFPは表面のパターニングと処理のために多種多様な基板や試薬とともに使用できます。こんにちは、セシル・ペローです。私は、カナダのモントリオールにあるマギル大学の生物医学工学科のDavid Yaker研究室の博士研究員です。
こんにちは、モハマド・カシメです。私は、マギル大学の生物医学工学部にあるDavid Yの研究室の博士課程の候補者です。こんにちは、デビッド・ヨーカーです。
私は医用生体工学科の助教ですが、本日はマイクロ流体プローブのデモンストレーションにご参加いただきたいと思います。今日は、マイクロ流体プローブの操作と使用の手順をお見せします。当研究室では、この手法を用いて表面処理やパターニングを行っています。
それでは、このプロトコルを開始するために始めましょう。ガスタイプのガラス製シリンジに試薬を充填するためには、プラスチック製のシリンジとニードルを使用し、気泡が存在しないようにします。通常、注射には1〜10マイクロリットルの注射器を使用し、吸引には5〜10倍の容量の注射器を使用します。
次に、デッドボリュームの少ないナノタイトフィッティングを使用して、シリンジをキャピラリーチューブに接続します。次に、毛細血管を充填し、顕微鏡下で気泡がないかチェックします。MFPチップには、キャピラリー接続時の気泡の捕捉を防ぐために、緩衝液があらかじめ充填されています。
最後に、キャピラリーは、微細加工されたプロペラヘッドのPDMS接続ピースに差し込まれます。MFPが組み立てられたので、セットアップを開始する準備が整いました。基板は自家製のホルダーに挿入されます。
顕微鏡のステージに貼られています。複合機と基板の間のギャップは、表面パターニングプロセスにとって重要です。マイクロメータのネジで形成された3点支持体を使用して、水平方向のアライメントをマイクロメータの精度で調整します。
これは、基板が複合機の下をスキャンされて処理されるために必要です。MFPのセットアップを開始するには、プローブヘッドをプローブホルダーに固定し、倒立顕微鏡の上のプローブステーションに取り付けます。その後、シリンジは高精度のシリンジポンプに入れられます。
次に、一対のゴニオメーターを使用して、複合機のメザと基板の位置合わせを、干渉縞とも呼ばれるニュートンリングを観察することによって調整します。これらは、複合機が基板に接触したときに表示され、接触点とリングの周波数が傾きの指標として機能します。複合機が表面に位置合わせされると、1つの干渉リングが表面全体に広がります。
この測定は、複合機と基板の間の分離を較正するのにも役立ちます。MFPのセットアップが完了したので、MFPの運用に移る準備が整いました。MFPの操作中、ディスペンスはラボビューソフトウェアによって制御されます。
デバイスの操作は、目視とCCDカメラで視覚化されます。適切な吸引を開始する前に、液体を注入して、吸引シリンジの向きが適切で、気泡がないことを確認してください。その後、複合機をバッファーに浸します。
これで、ビーズの飛行閉じ込めを監視しながら液体の注入を開始できます。注入吸引比は、試薬と周囲のバッファーとの拡散率、および所望の幾何学的流動パターンに応じて、1 から 3 から 10 まで変化します。最後に、プローブはさまざまなアプリケーションに使用できるようになりました。
ここに示す表面パターンは、フルオレセイン標識ビオチンを連鎖球菌分包、ENCコーティングされたハイドロゲルガラススライド上にMFPで実現しました。注入流量は1秒あたり1ナノリットル、吸引流量は10マイクロリットル/秒で10マイクロリットル/秒、50マイクロリットルのシリンジを使用しました。表面とプローブの間のギャップは5マイクロメートルでした。
MFPは、細胞や組織の局所染色や処理にも使用できます。フローコンファウンドにより、試薬の拡散が防止され、細胞の正確な化学染色が可能になります。ここに示すように、線維芽細胞の単層をdai1ミリリットルあたり100マイクログラムで染色しました。
そこで、マイクロ流体プローブの操作方法を紹介しました。この手順を実行するときは、システム上の気泡を避け、マイクロ流体プロペラの表面が基板と平行であることを確認する必要があります。というわけで、これだけです。
ご覧いただきありがとうございます、そしてあなたの実験に頑張ってください。
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概要
このビデオはマイクロ流体プローブ（MFP）の組み立てと使用を実演しています。バッファー溶液に浸した基板表面を処理する際、MFPを反転顕微鏡とアライメントする重要なステップをカバーしています。
主要な研究要素
科学分野
- マイクロ流体工学
- 生体医工学
- 表面処理
背景
- MFPは気密シリンジ、ガラス毛細管、マイクロ気密コネクタで構成されています。
- 様々な基板や試薬に対応するように設計されています。
- 適切な組み立てとアライメントは効果的な使用に不可欠です。
- MFPは表面パターニングや処理を可能にします。
研究目的
- MFPの組み立てに関する詳細なガイドを提供すること。
- MFPと顕微鏡のアライメントを実演すること。
- 基板処理におけるMFPの応用を紹介すること。
使用した方法
- MFP部品の組み立て。
- 反転顕微鏡へのMFPの取り付け。
- 基板表面に対するMFPのアライメント。
- バッファー溶液中の基板表面処理。
主な結果
- MFPを効果的に組み立て、アライメントすることができます。
- 様々な基板の多様な処理が可能です。
- 表面パターニングの成功技術を実証しました。
- 最適な結果を得るための正確なアライメントの重要性を強調しました。
結論
- MFPは生体医工学の研究者にとって貴重なツールです。
- 適切な組み立てとアライメントが機能のために不可欠です。
- このビデオはMFPの使用に関する包括的なガイドとして機能します。
よくある質問
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.
