2007년 8월 22일
이 비디오에서 우리는 culturing의 뉴런에 microfluidic 장치를 farbricate을 사용 polydimethyl 실록산 (PDMS)과 소프트 리소그래피의 기술을 보여줍니다.
Dr.Newly John의 실험실에 오신 것을 환영합니다. John Lab은 생물학적 응용 분야를 위한 미세유체 플랫폼 엔지니어링을 전문으로 합니다. 이 비디오에서는 1차 뉴런의 구획화 및 배양을 위해 설계된 미세유체 장치의 생산 및 활용을 시연합니다.
뉴런 장치는 2005년 8월 Nature Methods에 처음 발표되었습니다. 도입 이후 뉴런 장치는 전 세계의 공동 작업자들에 의해 널리 사용되었습니다. 뉴런 소자는 소자의 SUA 패턴을 포함하는 실리콘 웨이퍼에 주조된 PDMS 조각으로 구성되며, 이는 이전에 포토리소그래피에 의해 생성되었습니다.
이 장치에는 3 가지 주요 기능, 4 개의 저장소, 직경 8mm, 각각 1.5mm 너비, 7mm 길이, 100 미크론 높이의 2 개의 주요 채널 및 10 마이크로 미터 너비와 3 마이크로 미터의 마이크로 홈이 있습니다. 마이크로 홈의 길이는 150미크론에서 900미크론까지 다양할 수 있지만 선택하는 표준 길이는 450미크론입니다. 메인 채널과 마이크로 홈이 수직이 되도록 장치를 관찰하면 홈 왼쪽의 저장소가 오른쪽의 저장소와 마찬가지로 주 채널을 통해 연결되어 있음을 알 수 있습니다.
이 기능을 사용하면 액체가 주 채널을 통해 흐를 수 있으며, 이는 중요한 기능이므로 셀을 로드하고 매체를 변경할 수 있습니다. 뉴런 장치는 기존 조직 배양 플랫폼에 비해 세 가지 주요 이점이 있습니다. 하나, 세포체 또는 소마와 축삭의 com compartmentalization을 허용하며, 뉴런 장치를 사용하면 순수한 축삭 분획을 얻을 수 있습니다.
마이크로 홈의 크기와 길이는 축삭돌기가 다른 주 채널을 통과할 수 있도록 하면서 톱 몸체가 교차하는 것을 방지합니다. 둘째, 장치의 설계와 정수압을 활용하기 때문에 장치의 한쪽에서 다른 쪽에 비해 더 높은 부피와 저장소를 유지함으로써 장치의 세포 측과 축삭 측을 별도의 처리로 적용 할 수 있습니다. 셋째, 장치의 순수한 축삭 분획은 진공 흡입으로 절단할 수 있어 연구원이 축삭 재생을 연구하고 관찰할 수 있습니다.
연구원 Hina Lee는 이제 미세유체 뉴런 장치를 준비하는 방법을 시연할 것입니다. 포토리소그래피에 의해 SU 8로 만든 패턴을 가진 3개의 Ang 실리콘 웨이퍼는 폴리 디메틸 Sloane PDMS 미세유체 주형을 주조하는 데 사용됩니다. SUA 패턴 실리콘 웨이퍼를 마스터 몰드 또는 간단히 마스터라고 합니다.
PDMS는 10 대 1의 중량 비율로 경화제와 혼합됩니다. 즉, 경화제 1.5g당 15g의 PDMS가 있습니다. 그런 다음 PDMS를 잘 혼합하여 실리콘 웨이퍼 상에 붓습니다.
실리콘 웨이퍼는 10cm 폴리스티렌 페트리 접시 안에 들어 있습니다. 약 4mm 두께의 MA를 덮기 위해 약 12g에서 15g의 PDMS가 필요합니다. 그런 다음 PDMS가 있는 마스터를 페트리 접시의 뚜껑을 분리한 진공 건조분에 넣고 진공을 적용합니다.
이는 경화제를 교반하는 동안 유입된 PDMS에서 기포를 제거하는 데 도움이 되도록 수행됩니다. 기포를 제거하는 데 약 15분이 걸립니다. PDMS가 있는 마스터는 진공 건조제에서 15분 후에 건조제에서 제거됩니다.
PDMS 마스터에 아직 몇 가지 거품이 남아 있습니다. 0.45미크론 필터가 있는 에어건을 사용하여 남아 있는 기포를 제거합니다. 그런 다음 마스터를 80도 핫 플레이트에 1시간 동안 올려 놓고 경화합니다.
진공 건조제를 사용할 수 없는 경우 마스터를 몇 시간 동안 실온에 둘 수 있습니다. 기포는 결국 저절로 소멸됩니다. 핫 플레이트를 사용할 수 없는 경우 PDMS는 24시간 후에 실온에서 경화됩니다.
경화 과정에서 마스터가 수평인지 확인하는 것이 중요합니다. PDMS가 마스터에서 경화되면 수술용 칼날을 사용하여 깨끗한 후드로 가져갑니다. 장치 둘레를 둘러싼 원이 만들어집니다.
블레이드를 PDMS에 삽입할 때 실리콘 웨이퍼와 접촉하도록 하되 웨이퍼에 너무 많은 압력을 가하지 않도록 하는 것이 중요하며, 그렇지 않으면 마스터가 장치 주위를 완전히 원으로 절단하여 균열을 일으키지 않습니다. 각 3인치 실리콘 마스터당 4개의 장치가 있습니다. PDMS는 마스터에서 조심스럽게 들어 올려집니다.
이것은 이전 절단부에 삽입되는 수술용 칼날을 부드럽게 비틀어 시작할 수 있습니다. 금형에 PDMS 장치가 있으면 정말 얇습니다. 앞면이 위로 향하게 한 저장소는 8mm 조직 생검 펀치를 사용하여 장치에 펀칭됩니다.
펀처에 남아있는 파편은 막대로 밀어 냅니다. 그런 다음 장치를 4등분하고 여분의 PDMS를 잘라내어 장치가 Corning 덮개에 깔끔하게 맞도록 합니다. 유리 번호 1 크기 24mm x 40mm 질소 공기는 과도한 파편을 날려 버리는 데 사용됩니다.
잘 지워지지 않는 파편은 3M 스카치 브랜드 4 7 1 비닐 테이프를 사용하여 제거할 수도 있습니다. 이제 세척 장치는 플라즈마 본딩을 할 준비가 되었습니다. 헤릭 플라즈마 클리너는 뉴런 장치를 덮개 슬립에 잠시 접착하는 데 사용됩니다.
장치와 커버 슬립을 트레이에 놓고 트레이를 플라즈마 클리너와 챔버에서 공기를 배출하는 데 사용되는 진공 펌프에 넣습니다. PDMS 장치는 앞면이 위로 향하게 배치된다는 점에 유의해야 합니다. 즉, 플라즈마 가스에 노출되도록 디자인이 앞면이 위로 향하게 합니다.
진공 압력이 300에 도달한 후 millitorr 전원을 전기 코일로 켜고 높음으로 설정합니다. 모든 것이 문을 깨뜨려 챔버 안으로 약간의 공기가 유입되도록 하여 플라즈마를 생성하는 데 도움이 됩니다. 장치와 커버 유리는 2분 동안 플라즈마 처리됩니다.
챔버의 보라색을 주목하십시오. 이것이 실제 플라즈마입니다. 전기 코일은 전자, 이온 및 중성 atos 또는 분자로 구성된 부분적으로 이온화된 가스인 플라즈마를 생성합니다.
플라즈마는 유리와 장치의 표면에 반응성 종을 생성하며, 함께 배치하면 영구적인 결합을 형성합니다. 플라즈마는 또한 표면의 친수성을 변화시켜 액체의 첨가를 용이하게 합니다. 플라즈마 클리너는 또한 장치를 살균합니다.
2분 동안 플라즈마 처리 후 진공 상태의 전원이 꺼지고 공기가 챔버로 유입됩니다. 유리와 미세유체 장치의 플라즈마 처리 서비스는 깨끗한 벤치에서 서로 접촉하여 조립됩니다. 그런 다음 장치를 멸균 60mm 접시에 넣습니다.
유리와 장치의 플라즈마 처리 된 표면은 단단하고 돌이킬 수없는 결합을 형성합니다. 플라즈마 결합 후 10분 이내에, 장치는 유리 폴리올 라이신에 장치에 추가됩니다. 10분이 지나면 장치의 친수성이 감소합니다.
PLL이 장치에 들어가기 어렵게 만듭니다. PLL을 추가한 후 장치에 기포가 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 존재하는 기포를 제거하는 쉬운 방법은 100마이크로리터의 액체로 채워진 P 200 피펫을 사용하는 것입니다.
이 경우 PLL은 팁을 메인 채널의 개구부에 직접 놓고 P 200을 세게 누릅니다. 이 작업을 여러 번 반복해야 할 수도 있지만 결국 피펫의 힘으로 기포가 제거됩니다. PLL을 포함하는 장치는 하룻밤 동안 배양할 수 있으며 표준 조직 배양 인큐베이터는 5%CO2로 37도에서 배양할 수 있습니다.
PLL로 24시간 배양 후 장치를 오토클레이브 탈이온수로 빠르게 두 번 헹굽니다. 이 과정에서 액체는 주 채널에서 완전히 제거되지 않고 저장소에서만 제거됩니다. 주요 채널에서 액체를 제거하면 기포가 생깁니다.
두 번의 빠른 헹굼 후 장치에 다시 한 번 오토클레이브 탈이온수를 채우고 최소 3시간 또는 밤새 인큐베이터에 다시 넣습니다. 다음 날, 하룻밤 동안 또는 최소 3시간 동안 장치를 물로 배양한 후 다시 생물 안전 캐비닛에 넣고 탈이온수로 두 번 헹굽니다. 그런 다음 1차 쥐 뉴런을 배양하는 데 필요한 보충제인 B 27 및 글루타메이트를 포함하는 신경 기저 배지를 장치에 추가합니다.
그런 다음 나중에 사용할 수 있도록 장치를 인큐베이터에 다시 넣습니다. 이제 장치는 뉴런을 앉힐 준비가 되었습니다. 이 비디오에서는 뉴런 장치를 제조하는 데 사용하는 소프트 리소그래피 기술을 시연했습니다.
이러한 장치는 뉴런 및 기타 관심 세포 유형을 배양하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 장치의 주요 장점은 장치의 한쪽 면에 있는 뉴런 세포체의 배양을 장치의 다른 쪽에 있는 순수한 축삭 분획과 분리하고 구획화할 수 있다는 것입니다. 다음 비디오에서는 E 18 태아 랙 피질 뉴런을 준비하는 방법과 세포를 장치에 로드하는 방법을 보여 드리겠습니다.
존 랩에서 발췌한 내용입니다. 시청해 주셔서 감사합니다.
이 비디오는 뉴런 배양을 위한 미세 유체 장치를 제조하는 데 사용되는 폴리디메틸실록산(PDMS)의 소프트 리소그래피 기술을 보여줍니다. 이 장치는 신경 세포체와 축삭의 구획화를 가능하게 하여 신경 생물학의 고급 연구를 용이하게 합니다.
Compartmentalized microfluidic platforms enable precise spatial control of neuronal subpopulations, supporting target validation in neurodegenerative disease models. By isolating soma and axon compartments, these systems facilitate mechanistic de-risking of therapeutic candidates through compartment-specific treatment and readout. This approach enhances predictive confidence in early discovery by reducing biological noise and improving assay specificity for axonal regeneration and neuroprotection studies.
The microfluidic neuron device integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, enabling compartment-specific analysis at each stage.