細胞生物学の勾配を生むマイクロ流体デバイス
August 30th, 2007
我々は明確に定義された微小環境における空間的および時間的勾配を生成することができる勾配を発生するマイクロ流体デバイスの微細加工のためのプロトコルについて説明します。このアプローチでは、勾配を発生するマイクロ流体デバイスは、指示細胞の遊走、胚形成、創傷治癒、癌の転移を研究するために使用することができます。
私の名前は江です。私はハーバード大学とMITのヘルス、サイエンス、テクノロジーのポスターフェローです。私の名前はアミール・マンチで、ハーバード大学MITの健康科学・技術部門の学部
生です。このスライドは、シリコン蒸気の上にSUA 50スピンコーティングを施し、シリコン蒸気の上にマスクをさらに配置し、uuv露光して現像するデバイスの作り方を示しています。私たちはついに、シリコーン蒸気の上にこれらのパッドを置くことができます。その後、PDMSをキャストし、クロールしてベーキングし、少しパンチを効かせて、酸素プラズマを使用してPDMSデバイスとストレートのグラッセとの間のボン
ディングをボンドデリバリーできます。さて、私たちは今、研究室内の微細加工室にいて、いくつかのPDMSレイヤーを作ることから始めます。PDMSとは、実際の科学用語はポリメチルサボキサンであり、有機ポリマーです。これは、最も広く使用されているシリコンベースの有機ポリマーです。
それは実際には2つの異なるものの混合物であり、シリコンエラストマーベースとシリコンエラストマー硬化剤の混合物です。したがって、比率は塩基の10と硬化剤の1です。約10グラムのベースが必要なので、それに応じて約1グラムのエラストマー硬化剤が必要になり、このベースと硬化剤を互いに着用できるように混合してみます。
ピペットを使います。そこで、混合物の準備ができたので、実際にシリコンウェーハの上に注ぎます。つまり、これらのシリコンウェーハには、その上にいくつかのパターンがあるという考え方です。
彼らは実際にこのPDMSポリマーがパターンを取得するのを助け、私たちはそれらのパターンを使用して、チャネルや溝、またはそれらのポリマーに必要な他のパターンを設定します。次のステップは、この混合物の中にはたくさんの泡があるので、ポリマー内の気泡を避けるために、真空の中に入れてみることです。真空チャンバー内のシリコンウェーハにPDMSゲルを配置します。
チャンバーを閉じて、真空を開けます。気泡がなくなった後、おそらく数分後、摂氏約70度のオーブンに一晩入れて固めます。私が注目していただきたいパターンは、これらの3つの異なる予約戦争を行い、一方の側がゼロの集中を持ち、こちら側の特定の量の集中が、それに向かって均一に移動し、もう一方の端に小さなパンチを打つように勾配を作ることです。 この場合、これが私たちの出口になります。
次のステップは、これらのパターンの1つをカットし、パターンの表面を上にして愛国者の皿に移すことです。ですから、このパターンで説明した3つの入口と1つの出口が見えることを願っています。ポリエチレンチューブを使用できるように、入口には小さなパンチを使用し、予備戦争をするために出口には大きなパンチを使用します。
では、最初の入口から始めます。私はパンチを作るつもりです、2番目のものと同じもの、そしてまた3番目のもののための別の小さなパンチ。最後のステップは、アウトレットで大きなパンチを打つことです。
それで、完了したら、一番上のレイヤーであるA-P-D-M-Sレイヤーがあり、一番下に別のガラスレイヤーを使用します。そして、これらのマイクロスライドは、マイクロフォリックデバイスの私の最下層になります。今、私たちは微細加工室にいて、1つのガラスと1つのPDMS層があり、それらを互いに取り付けたいと考えています。
これから使うのは、プラズマクリーナーという機械です。チャンバー内で何が起こるかというと、プラズマが弱い表面バランスを分解し、反応性の高い化学基に置き換えるのを助け、表面が実際に親水性であることが判明します。今何が起こるかというと、最上層で内部にいくつかのチャネルがあったPDMSの型を取り、型にほこりが付着するのを防ぐために前に置いたテープを取り出します。
チャンバーの中に入れます。次に行うことは、顕微鏡のスライドであるガラス層があり、これがデバイス内の最下層になることです。だから、これもチャンバーの中に置くつもりです。
そして、チャンバーが閉じたら、まず電源を入れてからポンプでチャンバーを完全に閉じ、それから約5分後にこのマシンに戻らなければなりません。私がすることは、マシンの電源を切りたいということです。そこで、最初にポンプをオフにし、次に電源を切って、チャンバーを開けます。
この音は、実際にはチャンバー内のプロセス中に加えられた負圧によるものです。そこで、さまざまなレイヤーを取り出して、それらを一緒に取り付けたいと思います。ガラスは一番下の層なので、左手で持って固定し、PDMSレイヤーをガラスレイヤーの上に置きます。
しかし、実際にはパターンが今上向きになっているので、PDMSレイヤーを反転させます。押し付けてからグラスの上に置きます。それらは非常に簡単に取り付けることができ、このプラズマ処理プロセスの利点の一部は、接着強度と耐久性です。
最後にはそんな感じです。繰り返しになりますが、これらは私たちのインレットであり、これは私のアウトレットにあり、次のステップに進む準備ができています。デバイス内部のファイバー調理、その後インキュベーター用に1時間、その後1時間後にインキュベーターからSIMサンプルを取り出し、魚の培養食品を入れてから溶液を作ります。
EGFソリューションを作るために、私たちはちょうど15ナノグラムあたりEGFと10マイクロモル50 Dは、チャネル全体のEGF勾配を視覚化するためにこのソリューションを実行するだけで、2つのミル培養培地をAzureとして配置します。次に、2ミルメディア、仮想メディアを取り、ここに別の2ミルメディアを配置します。これらの2つは、通常の培養、通常の、通常の培養液のみを装置に注入します。
そこでバブルを外して再度接続すると、こちらもまたMモバイルのバブルが降りてきてきます。そして、15ナノグラムのEGFと10マイクロモルのフィデクストラ、そしてテイクアウトから2ミルの培地を使用し、サンプルをシリンジに入れると、泡がわかります。そして、解決策の切り替え、切り替え直しだけです。
溶液はガス式シリンジに入ってきて、気泡を取り除くために数回SHを押すと、すべてのスイッチシリンジ溶液が最初にここに来て、次にバーと溶液を三方バーを介して切り替え、チューブとチューブから出てくる溶液。そして、混合物の後、溶液が出てきたら、チューブをMy Predictデバイスに挿入するだけで、3つの溶液はすべて同じになります。あなたはただ穏やかに接続し、注入チャネルのネットを接続することができます。
では、最後に2つは通常の文化メディアです。1つは、EGFを使用した文化培地であり、EGFの勾配プロファイルを確認することです。これはネットのセル、ネットのセルです。
これによりセルアウトレットになるので、3つのハブチャネルを使用してグラデーションを生成し、セル領域内にグラディッドを生成します。だから、通常、私が望むのは、ただセルの着座、細胞の懸濁液、出口の着座を行い、その後、ネットで優しく吸引することができ、その後、セルがセル領域を流れ、自動的に座って、コーティングを落ち着かせ、その後、細胞が完全に広がることを確認します。そして、作製後、細胞が完全に広がっていることを確認した後、私たちはただ注入を開始し、その後、無線発生装置を使用して細胞の移動を研究することができます。
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概要
この記事では、グラディエントを生成するマイクロ流体デバイスのマイクロ加工のためのプロトコルについて説明します。このデバイスは、明確に定義された微小環境で空間的および時間的グラディエントを作り出し、様々な生物学的プロセスの研究を促進します。
主要な研究要素
科学の分野
- マイクロ流体工学
- 細胞生物学
- バイオメディカルエンジニアリング
背景
- マイクロ流体デバイスは、制御された環境で細胞の挙動を研究するために不可欠です。
- グラディエント生成は、方向性のある細胞移動や他の生物学的現象を理解するために重要です。
- 応用には、胚発生、創傷治癒、がん転移の研究が含まれます。
- マイクロ加工技術は、これらのデバイスを開発するために重要です。
研究の目的
- グラディエントを生成できるマイクロ流体デバイスを開発すること。
- 研究者がそのようなデバイスを製作するためのプロトコルを提供すること。
- グラディエントによって影響を受ける様々な生物学的プロセスの研究を可能にすること。
使用された方法
- シリコーン蒸気上のSU-50のスピンコーティング。
- パターン形成のためのマスクを通したUV露光。
- パターン化されたデバイスの開発。
- 酸素プラズマを用いたPDMSとガラスのボンディング。
主な結果
- プロトコルは機能的なグラディエント生成デバイスを成功裏に作成します。
- 方向性のある細胞移動を研究する能力を実証しました。
- 生物学的研究の様々な分野での応用可能性。
- 複雑な生物学的プロセスのさらなる探求を促進します。
結論
- マイクロ流体デバイスは研究者にとって価値あるツールです。
- 微小環境の正確な制御を可能にします。
- 将来の研究では、この技術を応用してより高度な生物学的洞察を得ることができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Gradient-generating microfluidic devices enable precise spatial control of soluble factors, supporting high-confidence interrogation of cell migration and signaling pathways in early discovery. This platform enhances predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking by providing reproducible, quantitative environments for cellular response assessment. Integration of such devices into discovery workflows accelerates portfolio triage and risk-adjusted advancement decisions for cell behavior-modulating therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative assessment of cell migration in response to defined growth factor gradients.
- Supports mechanistic de-risking by isolating the effects of specific soluble cues on cellular behavior.
- Facilitates functional target validation through reproducible, controlled microenvironments.
- Improves predictive confidence for pathway interrogation and early-stage go/no-go decisions.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible gradient profiles for assay development and optimization.
- Enables high-throughput, quantitative analysis of cell motility and orientation under variable conditions.
- Supports preparation of validated biological systems for downstream compound screening workflows.
- Enhances assay scalability and platform reuse across multiple cell types and targets.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro migration assays with disease-relevant processes such as wound healing and metastasis.
- Supports translational biomarker identification by enabling quantitative tracking of cell responses.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation for cell migration-modulating candidates.
- Reduces biological risk by enabling mechanistic insights prior to in vivo studies.
Pipeline & Workflow Integration
This microfluidic gradient platform fits within the early discovery to lead identification continuum, supporting both hypothesis-driven target validation and assay development for cell migration studies.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing and pathway clarification by isolating growth factor effects on cell migration.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts for assay standardization and compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative cell tracking data to compare migration under defined gradient conditions.
- Translational Research: Bridges in vitro mechanistic studies with disease-relevant migration models.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform adaptable to diverse cell types and soluble factors.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cell migration studies.
- Operational Value: Standardizes gradient generation and assay reproducibility across experiments.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of cell migration-modulating therapeutic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication and microfluidic device operation.
- Needs access to PDMS casting, plasma bonding, and fluorescence imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of gradient profiles and cell tracking analytics.
- Adaptable to various cell types and soluble factors with protocol optimization.
- Gradient stability and device throughput may limit scalability for some applications.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
7:13
Application of reagents
3:20
Cutting layers of microfluidic device
6:55
Experiment: effect of EGF gradient on cell migration
3:33
Creating channel inlet and outlet
0:21
Microfabrication of microfluidic device
3:19
Assembly of microfluidic device
1:49
Patterning PDMS molds
2:20
Removing bubbles by vacuum
3:59
Bonding the microfluidic device layers
9:49
Experiment: cell migration
0:05
Introduction
0:56
Preparation of PDMS mixture
