Name: 전기 생리학에 Microfluidics 적용 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 41 s
Description: 배우세요 뇌 조각의 공간적 시간적 자극을 위한 마이크로유체 장치를 이용한 전기생리학 방법을. 이 기술은 신경전달물질 적용의 정밀도를 향상시켜 신경과학 연구를 발전시킵니다.

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전기 생리학에 microfluidics 적용

Applying Microfluidics to Electrophysiology

Microfluidics은 새로운 실험 modalities 수 있도록 표준 전기 생리학 기술과 통합될 수 있습니다. 특히, microfluidic 두뇌 슬라이스 장치에 대한 동기가를 포함하여 논의하는 방법 표준 재관류의 챔버 및 수동 두뇌 슬라이스에 neuromodulators의 boluses를 제​​공하기 위해 사용되는 펌프의 기술로 장치 부두. 장치 설계를 간소화하여, 우리는 뇌 슬라이스의 여러 지역에 걸쳐 여러 neuromodulators를 적용의 현재 충족 전기 생리학의 필요에 대한 실용적인 해결책을 달성하실 수 있습니다. 이것은 coverglass 기판에 접착 얇은​​ microfluidic 장치와 재관류 챔버의 표준 coverglass 기판을 대체하여 얻을 수 있습니다. 이것은 다음 재관류 챔버에 연결된 작은 구멍 microfluidic 기판 내에 묻힌 microfluidic 채널 재관류 챔버의 오픈 잘 연결되었습니다. 이러한 microfluidic 채널 자극에 액세스하고 전달하기 위해 재관류 챔버의 가장자리에 곤란 포트 인터페이스입니다. 이 프로젝트는 microfluidics 분야가 충족 실험 및 임상 요구에 개념 장치 시연 - 증명에서 실용적인 솔루션으로 떨어져 전환하는 방법 나타냅니다.

전기 생리학에 Microfluidics 적용

미세유체 기술은 표준 전기생리학 기법과 통합되어 새로운 실험 양식을 가능하게 할 수 있습니다. 구체적으로, ...에 대한 동기는

제 이름은 Dave Edington입니다. 저는 일리노이 대학교 시카고 캠퍼스의 바이오공학과 조교수입니다. 저희가 주로 연구하는 분야는 마이크로 기술을 생의학적 응용 분야에 적용하는 것이며, 특히 미세유체 장치를 활용하고 있습니다.오늘은 저희의 프로젝트 중 하나를 소개해 드리겠습니다. 이 프로젝트는 표준 뇌 절편 관류 챔버에 적합한 미세유체 장치를 사용하여 뇌 절편에 시공간적 자극을 제공하는 기술을 다룹니다. 현재 전기생리학적 절편 표본 제작에서 신경전달물질을 절편에 처리하는 주요 방식은 뇌 절편 전체에 걸쳐 전역적으로 처리하여 한 번에 전체 절편을 자극하거나, 마이크로 피펫을 사용하여 서로 다른 시점에 신경전달물질을 분사하는 방식입니다.뇌 절편은 매우 복잡한 구조이며, 신경전달물질을 전체적으로 처리하거나 마이크로 피펫을 사용할 때는 생체 내(in vivo) 자극 패턴을 재현할 수 없습니다. 반면, 저희 플랫폼을 사용하면 뇌 절편 전반의 매우 특정 영역에 자극을 제어하여 더욱 생체 내와 유사한 자극을 구현할 수 있습니다. 여기 표준 커버 글라스 슬라이드와 결합되는 현재의 관류 시스템이 표시되어 있습니다.이를 통해 배지가 슬라이스 전체에 관류될 수 있습니다. 하지만 자극 장치를 통해 신경전달물질의 분해능을 공간적으로 제어할 수는 없습니다. 따라서 저희는 이러한 표준 관류 챔버에 결합할 수 있는 마이크로 flic 장치를 개발했습니다.따라서 모든 표준 전기생리학적 분석법을 사용할 수 있습니다. 유일하게 다른 특징은 유리 커버 글라스 바닥 대신, 여러 개의 관통 구멍이 있는 APDMS 장치로 구성되어 있다는 점입니다. 이 구멍들은 상단 관류 챔버의 개구부와 연결되는 미세 유체 채널로 이어지며, 우리는 이 구멍과 채널, 비아(via)를 통해 신경전달물질을 뇌 절편으로 자극할 수 있습니다. 그리고 유체를 전달하기 위해 수동 펌핑(passive pumping)이라는 기술을 사용합니다.전기생리학은 이미 매우 복잡한 과정이므로, 이 장치에서 복잡한 튜브가 외부로 연결될 필요가 없습니다. 장치 설계를 단순화하고 수동 펌핑 방식을 사용함으로써, 이 미세유체 장치를 적용하는 실험 프로토콜을 간소화할 수 있습니다. 장치의 구조는 2층 구조의 미세유체 네트워크로 이루어져 있습니다.첫 번째 층은 배출구 포트로 연결되는 라우팅 채널이며, 두 번째 층은 이러한 채널을 웰(well)과 연결하는 관통 홀(through hole)로 구성됩니다. 따라서 본 제작은 표준 2층 U 마이크로제작 공정을 통해 수행되었으며, 정렬 마크를 사용하여 이러한 비아(via)들이 4개 채널의 정중앙에 위치하도록 했습니다. 본 장치는 표준 프로퓨전(profusion) 챔버와 결합하도록 설계되었으므로, 모든 동일한 전기생리학적 분석법을 사용할 수 있습니다.따라서 이를 전기생리학 장치에 장착하고, 대물렌즈를 배치하며, 마이크로유체 채널을 통해 국소 자극을 제공함으로써 실험 설정을 필요 이상으로 복잡하게 만들지 않을 수 있습니다. 이처럼 장치 설계를 최대한 단순하게 유지함으로써 이 플랫폼을 훨씬 더 쉽게 보급할 수 있습니다. 현재 구조에는 마이크로유체 채널 중앙에 4개의 V자형 구조가 있지만, 이는 연구하는 뇌 영역에 따라 각 실험실의 필요에 맞게 조정될 수 있습니다.따라서 한 영역에서는 해마를 연구하고 다른 영역에서는 외피질을 연구할 수 있습니다. 그리고 이 미세유체 장치를 어떻게 설계하느냐에 따라 해당 영역들을 자극할 수 있습니다. 또한 이 장치는 작동하는 데 외부 구성 요소가 필요하지 않으므로, 수동 펌핑 기술을 사용하여 이러한 개구부에 피펫팅할 수 있는 마이크로 피펫만 있으면 됩니다.이 하단 기판 외에 표준 전기생리학 실험실에서 이 장치를 사용하는 데 추가로 구비해야 할 장비는 없습니다. 따라서 프로젝트의 현재 단계까지는 미세유체 채널을 표준 퍼퓨전 챔버에 결합하는 데 집중해 왔습니다. 이제 프로젝트의 다음 단계는 이러한 슬라이스 표본을 사용하여 실제 가설 기반 연구에 이 장치를 테스트하는 것입니다.이렇게 형광 염료를 사용하여 채널에 형광 유사체를 주입함으로써 서로 다른 영역을 공간적으로 자극할 수 있음을 입증하였습니다. 다음 단계는 실제 생물학적 실험을 수행하는 것입니다. 따라서 미세유체 기술 분야는 이제 전환점에 도달해 있습니다.우리는 단순한 개념 증명 단계를 넘어, 이전에는 불가능했던 새롭고 흥미로운 사실들을 발견하기 위해 이러한 장치들을 실제로 활용하고 있습니다. 따라서 이 분야는 빠른 확산, 층류, 큰 표면적 대 부피 비율 및 공정 통합과 같이 마이크로 스케일에서 가능한 원리들을 이용하는 기술 단계에서 벗어나, 이제는 이러한 원리들을 적용하여 실험실과 임상 현장의 미충족 수요를 해결하는 방향으로 나아가고 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

우리는 서로 다른 신경 전달 물질로 잘 제어 방식으로 뇌 슬라이스의 microscale 표면 노출 표준 전기 생리학의 설정과 통합되는 간단한 microfluidic 장치의 제조를 보여줍니다.

Microfluidic 네트워크 및 표준 재관류 회의소를 사용하여 뇌 슬라이스 자극

Microiontophoresis은 micropipette의 내부와 외부 사이의 전기 잠재력의 차이에 대한 응답으로 micropipette에서 이온의 움직임을 알아볼 수 있습니다. 생물 학적 활성 분자는이를 통해 전류에 비례하여 전달됩니다. 우리는 엑기스에서 내피 의존 vasodilation 공부를 미세 조작과 함께 아세틸콜린의 microiontophoresis을 설명합니다.

엑기스의 Intravital 형광 이미징을위한 Microiontophoresis 및 미세 조작

출처: Vanegas, M. I., et al. 약물 주입 및 전기생리학을 결합하기 위한 Microinjectrode 시스템. J. Vis. 경험. (2019년)이 비디오는 정확한 부피 추적을 위해 유성 마커 용액을 사용하고 신경 기록 및 약물 주입을 동시에 가능하게 하는 모세관을 통해 약물 용액을 전달하는 미세 전극 기반 미세유체 장치를 보여줍니다.

약물 주입 및 전기생리학 결합을 위한 미세유체 기반 미세 주입 시스템

많은 미세유체 장치가 전기택시 연구에 사용하기 위해 개발되었습니다. 그러나 이러한 칩 중 어느 것도 세포에 대한 동시 화학 및 전기장(EF) 효과를 효율적으로 연구할 수 없습니다. 우리는 전기택시 연구에 사용하기 위해 더 잘 제어되고 공존하는 EF 및 화학적 자극을 제공하는 폴리메틸메타크릴레이트 기반 장치를 개발했습니다.

멀티 채널 듀얼 전기장 미세 유체 칩을 이용하여 폐암 세포의 Electrotaxis 연구

유체 구성 요소와 통합된 미세 가공 장치는 생체 내 미세 환경을 모방한 세포 연구를 위한 체외 플랫폼을 제공합니다. 우리는 단일 또는 공존하는 화학적/전기적/전단 응력 자극 하에서 세포 반응을 연구하기 위해 폴리메틸메타크릴레이트 기반 미세유체 칩을 개발했습니다.

단일 또는 공존 화학 / 전기 / 전단 응력 자극에서 세포 응답 유학을위한 미세 유체 장치 설계

이 원고는 양성자 교통 시스템의 활동을 측정 하 양성자-선택적 전극 및 패치 방법 클램핑의 응용 프로그램을 설명 합니다. 이러한 메서드는 일반적으로 양성자 수송 활동, 적당 한 감도, 시간 해상도 및 부족 한 세포내 환경 제어 등을 연구 하는 데 사용 하는 기술의 몇 가지 제한 사항이 극복.

전기 중립 전송기의 활동을 연구 전기 생리학 측정의 응용

이 프로토콜 신경 문화에 활동 전위 전송 공부에 대 한 미세 장치 microelectrode 배열 시험관에서 결합 하는 방법을 설명 하는 것을 목표로. 데이터 분석, 즉 탐지 및 전파 하는 활동 전위의 특성은 수행을 사용 하 여 새로운 고급, 아직 사용자 친화적이 고 자유롭게 사용할 수, 계산 도구.

Microelectrode 배열 마이크로 신경 통신 및 Axonal 신호 전파 공부에 대 한 인터페이스

당사는 전기 생리학을 위해 설계된 마이크로인로드 시스템을 제시하고 선택적 약물 주입과 함께 실험 프로브(즉, 나노센서, 마이크로전극)의 보조 전달을 지원합니다. 널리 이용 가능한 미세유체 성분은 프로브를 함유하는 캐뉼라에 결합된다. 마이크로 인젝트 로드 건설을위한 단계별 프로토콜이 포함되어 있으며, 마카크 피질에서 muscimol 주입 중 결과가 있습니다.

결합 된 약물 주입 및 전기 생리학을위한 마이크로 인젝트 로드 시스템

미세유동 칩 상에서 마우스 배아 조직의 배양 및 조작을 위한 프로토콜이 제공된다. 경로 조절제의 펄스를 적용함으로써, 이 시스템은 마우스 소미토제네시스의 기능적 조사를 위해 신호전달 진동을 외부적으로 제어하는데 사용될 수 있다.

Somitogenesis를 지배하는 신호 진동의 기능적 조사를위한 미세 유체 학적 접근법

이 프로토콜의 목표는 심장 조직 공학, 약물 스크리닝 및 질병 모델링을 위해 심장 섬유아세포(CFs)와 공동 배양된 줄기 세포 유래 심근세포(CFs)로 구성된 고도로 정렬된 인간 심장 조직의 3차원(3D) 미세유체 모델의 개발을 설명하고 시연하는 것이다.

미세 유체 플랫폼 내에서 3D 조직 된 인간 심장 조직 개발

여기에서는 상피 조직 항상성의 전기기계적 조절을 연구하기 위해 고유한 2층 미세유체 장치를 제작하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 장치는 조직 평면에 수직인 정적 생리학적 전류를 적용하여 세포 간 접착, 증식 및 압출에 영향을 미칩니다. 살아있는 세포 이미징 및 기계적 응력 측정은 이러한 과정의 메커니즘을 보여줍니다.

2층 미세유체 장치를 이용한 조직 항상성의 전기기계적 제어 공개

배우세요 뇌 조각의 공간적 시간적 자극을 위한 마이크로유체 장치를 이용한 전기생리학 방법을. 이 기술은 신경전달물질 적용의 정밀도를 향상시켜 신경과학 연구를 발전시킵니다.

전기 생리학에 Microfluidics 적용

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