Method Article

고처리량 미세 유체 장치를 사용하여 동적 환경 조건의 생성

DOI:

10.3791/61735

⸱

April 17th, 2021

 ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Cultivation Base for Photoelectric Technology and Functional Materials, State Key Laboratory of Photon-Technology in Western China Energy, Institute of Photonics and Photon-Technology, Northwest University

In This Article

Summary

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우리는 1500 배양 장치, 향상된 연동 펌프의 배열및 현장 믹싱 계수로 구성된 복잡한 생명 기계에 대한 높은 처리량 연구를위한 미세 유체 시스템을 제시합니다. 미세 유체 칩은 생체 내 매우 복잡하고 역동적인 미세 환경 조건을 분석할 수 있게 해줍니다.

Abstract

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생체 내 환경 조건을 모방하는 것은 복잡한 생명 기계에 대한 시험관 내 연구에 매우 중요합니다. 그러나 살아있는 세포와 장기를 대상으로 하는 현재 기술은 로봇 공학과 같이 비용이 많이 들거나 나노리터 부피와 액체 조작의 밀리초 시간 정확도가 부족합니다. 당사는 1,500개의 배양 장치, 향상된 연동 펌프 및 현장 믹싱 계수로 구성된 미세 유체 시스템의 설계 및 제조를 소개합니다. 미세 유체 장치의 용량을 입증하기 위해 신경 줄기 세포 (NSC) 구는 제안 된 시스템에서 유지됩니다. 우리는 NSC 구가 1일째에 CXCL에 노출되고 2일째EGF에 노출되면 둥근 모양의 형태가 잘 유지되는 것을 관찰했습니다. 6개의 약물의 입력 순서의 변화는 NSC 스템니스(즉, Hes5 및 Dcx)에 대한 NSC 구및 발현 수준 대표 마커에 대한 형태학적 변화를 일으킨다. 이러한 결과는 동적 및 복잡한 환경 조건이 NSC 분화 및 자체 갱신에 큰 영향을 미치는 것을 나타내며, 제안된 미세 유체 장치는 복잡한 생명 기계에 대한 높은 처리량 연구를 위한 적합한 플랫폼입니다.

Introduction

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높은 처리량 기술은 생물 의학 및 임상 연구에 매우 중요합니다. 수백만 개의 화학, 유전 적 또는 살아있는 세포 및 오르가노이드 테스트를 병렬로 수행함으로써 연구원은 생체 분자 경로를 조절하는 유전자를 신속하게 식별하고 특정 요구에 순차적인 약물 입력을 사용자 정의 할 수 있습니다. 로봇공학 1 및 마이크로 유체 칩은 장치 제어 프로그램과 결합하여 세포/조직 조작, 액체 처리, 이미징 및 데이터 처리/제어2,3을포함하는 복잡한 실험 절차를 자동화할 수 있도록 합니다. 따라서 원하는 처리량4,5에따라 수백 및 수천 개의 실험 조건을 단일 칩으로 유지할 수 있다.

이 프로토콜에서, 우리는 1500 배양 장치, 향상된 연동 펌프및 현장 믹싱 계수로 구성된 미세 유체 장치의 설계 및 제조 절차를 설명했습니다. 2 단계 세포 배양 챔버는 중간 교환 중에 불필요한 전단을 방지하여 장기적인 살아있는 세포 이미징을위한 방해받지 않는 배양 환경을 보장합니다. 연구 결과는 제안된 미세 유체 장치가 복잡한 생활 ....

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Protocol

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1. 미세 유체 칩 설계

  1. 개별 밸브와 연동 펌프에 의해 제어되는 18개의 입구로 구성된 미세 유체 멀티플렉터를 설계합니다. 펌핑 사이클당 구동되는 액체 부피를 증가시키기 위해, 연동 펌프는 의도적으로 200 μm, 10개의 연결된 유동선으로 확대된 3개의 제어 채널로 구성된다.
  2. 전단이 없는 문화실을 디자인합니다. 2단계 배양장치의 복제는 낮은 세포 배양 챔버(400 μm x 400 μm x 150 μm x 150 μm)와 더 높은 완충층(400 μm x 400 μm x 75 μm)으로 구성되어 중간 교환 시 세포에 원치 않는 전단 응을 방지한다(도1).
  3. 높은 처리량 기능을 설계합니다. 배양 장치를 복제하여 30 x 50 매트릭스 레이아웃을 형성하여 약 7cm x 5cm 크기의 영역을 차지합니다.

2. 칩 제작 및 작동

  1. UV 리소그래피를 사용하여 복제 성형 제작
    참고: 표준 광석 촬영 프로토콜8에따라 실리콘 웨이퍼에서 복제 성형이 제작되었습니다.
    1. 채널 구조 제작
      1. 스피닝 포토레지스트: 30s용 10s, 3000rpm의 실리콘 웨이퍼에 S....

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Results

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종래의 온칩 연동 펌프는 2000년 스티븐 퀘이크(Stephen Quake)에 의해 처음 설명되었으며, 이 펌프는 패턴 101, 100, 010, 011, 011, 001 8,10에의해 연동이 작동되었다. 숫자 0과 1은 3개의 수평 제어선의 "열기" 및 "닫기"를 나타냅니다. 3개 이상의 밸브(예: 5개)를 사용한 연구도11개보고되었다. 3개의 제어라인과 3개의 유동선으로 구성된 연동 펌프가 나노리터 정확도를 제공하지만, 수송 속도가 너무 느려서 1,500개의 배양챔버를 공급합니다. 문제를 해결하기 위해 펌핑 사이클당 구동되는 액체 부피를 증가시키는 더 많은 흐름선(즉, 10개의 연결된 채널)을 포함합니다(예: 101, 100, 110, 010, 011, 011, 001). 따라서, 영양소와 약물은 지정된 챔버에 효과적으로 전달될 수 있다. 연동 펌프 수송 액체 부피는 펌핑 사이클.......

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Discussion

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다양한 미세유체 장치는 멀티플렉스 및 복합 실험을 수행하기 위해 개발되었다17,18,19,20. 예를 들어, 위상 오목의 배열로 만들어진 마이크로웰은 외부의 힘을 사용하지 않고 개별 세포를 트랩할 수 있으며, 작은 샘플 크기, 병렬화, 낮은 재료 비용, 빠른 반응, 고감도21,22,23,24를포함한 유리한 문자를 보여 줍니다. 방울과 표면 장력 제한 액적 물방울은 마이크로 펌프와 같은 보조 하드웨어의 필요성을 제거하여 방울의 운송을 보다 저렴한 비용과 친환경

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Disclosures

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgements

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저자는 찬센 악기 (중국) LTD의 Zhifeng Cheng의 기술 지원을 인정합니다. 이 작품은 보조금에 의해 지원되었다 (중국의 국립 자연 과학 재단,51927804).

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2713 Loker Avenue WestTorrey 소나무 과학
AZ-50XAZ 전자 재료, 룩셈부르크
클로로트리메틸실란(TMCS) 92360-25mL시그마
CO2 인큐베이터 HP151용 Heal Force
데스크탑 홀 펀처 WH-CF-14Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
DMEM (L-글루타민, 고 포도당, 헤놀 레드)Invitrogen
전자 저울 UTP-313 최대 : 600g, e : 0.1g, d : 0.01g상하이 Hochoice 장치 제조 업체 유한 공사.
FBS시그마
섬유로 넥션 0.25 mg / mLMillipore, 오스트리아
Glutamax 100xGibco
가열 인큐베이터 BGG-9240A상하이 bluepard 기기 유한
니콘 모델 이클립스 Ti2-E니콘
펜/스트렙 10개/mL 페니실린 10ug/mL 스트렙토마이신인비트로겐
플라즈마 클리너 PDC-002해릭 플라즈마
폴리디메틸실록산(PDMS)Momentive
폴리리신 0.01%시그마
스핀 코터 ARE-310아와토리 렌타로
스핀 코터 TDZ5-WS센스
스핀 코터 WH-SC-01쑤저우 Wenhao 미세유체 기술 Co., Ltd.
SU-8 3025MicroChem, Westborough, MA,
SU-8 3075MicroChem, Westborough, MA, USA
PDMS 칩 회사USA

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Michael, S., et al. A robotic platform for quantitative high-throughput screening. Assay and Drug Development Technologies. 6 (5), 637-657 (2008).
  2. Kim, S. J., Lai, D., Park, J. Y., Yokokawa, R., Takayama, S. Microfluidic ....

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