Name: 조합 플러그 생산을 위한 이중층 미세유체 장치 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-12-01T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: 배우세요 PDMS 기반 이중층 미세유체 장치를 이용한 조합 플러그 생산 방법을. 압력 작동식 Quake 밸브로 유체 흐름을 제어하여 정밀 종양학 연구를 위한 정량적 형광 플러그 라이브러리를 생성합니다.

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HMDS 증착에 도움을 주신 NanoLab TuE의 Stacey Martina에게 감사드립니다. 이 연구는 TU/e의 ICMS(Institute for Complex Molecular Systems)와 네덜란드 NWO(Organization for Scientific Research)의 중력 프로그램 IMAGINE! (프로젝트 번호 24.005.009).

조합 플러그 생산을 위한 미세유체 장치 설정

F. E.는 TheraMe!의 프리랜서입니다. AG입니다. 저자는 경쟁하는 재정적 이익이 없다고 선언합니다.

이 논문에서는 플러그라고 하는 수중유 구획에서 조합 라이브러리의 자동 생성을 위한 PDMS 기반 미세유체 장치의 제조 및 작동을 위한 일련의 프로토콜이 제시되었습니다. microfluidics와 액적 기술의 조합은 많은 수의 구획에 소량의 시약을 캡슐화하는 강력한 기술을 제공하여 대규모 조합 스크리닝을 위한 길을 엽니다.
이전에는 미세유체역학을 사용하여 화학적으로 구별되는 구획을 생성하기 위해 여러 기술이 설명되었으며, 각 기술에는 장점과 한계가 있습니다. Kulesa et al.50은 마이크로타이터 플레이트를 사용하여 액적의 바코드로 세포를 캡슐화하고 전기장을 사용하여 이러한 액적을 병합하여 조합 라이브러리를 만드는 전략을 설명했습니다. 이러한 접근 방식은 많은 액적 조합을 생성할 수 있지만 워크플로우에서 수동 처리 단계가 필요하다는 한계가 있습니다. Tomasi et al.51 은 스페로이드(free floating cell aggregates) 함유 액적을 자극 액적과 병합하는 미세유체 플랫폼을 개발하여 스페로이드 미세환경을 조작할 수 있도록 했습니다. 이 방법을 사용하면 세포 간 상호 작용 및 약물의 효과와 같은 중요한 현상을 연구할 수 있지만 처리량이 상대적으로 낮습니다. Eduati et al.46 및 Utharala et al.47 은 자동화된 방식으로 고처리량 조합 라이브러리를 생성할 수 있는 미세유체 밸브 기반 플랫폼을 개발했습니다. 그러나 이러한 연구에서 밸브는 점자 장치를 사용하여 작동되며, 이는 마이크로 밸브와 미세 유체 칩 사이의 번거로운 정렬 단계를 필요로 합니다. 이 백서에서 설명하는 시스템의 주요 특징은 입력 채널의 유체 흐름을 조절하기 위해 공압 PDMS 밸브를 구현하는 것입니다. 이 밸브는 PDMS 기반이기 때문에 미세유체 칩의 제조 단계에 다소 원활하게 통합될 수 있습니다. 또한 외부 가스 소스를 통해 압력을 가하여 작동할 수 있으므로 입구 채널에서 액체의 흐름을 제어하는 비교적 간단한 옵션입니다. 마지막으로, 이러한 밸브의 가압 및 감압 기간과 순서를 프로그래밍할 수 있으며, 이를 통해 고처리량 방식으로 고유한 플러그 집단의 생산을 자동화할 수 있습니다. 또 다른 중요한 특징은 주입구를 통한 시약 주입을 위해 일정한 압력 방식을 사용하는 것인데, 이를 통해 일정한 유속 영역에서 발생하는 압력 축적을 완화하기 위해 폐기물 채널을 통합하지 않도록 선택할 수 있습니다. 이는 장치 설계를 단순화하고, 폐기물 채널의 밸브를 제어하기 위한 추가 밸브 및 하드웨어의 필요성을 줄이며, 시약 낭비를 최소화합니다.
PDMS를 이용한 소자의 제조는 비교적 복잡하지 않지만, 이러한 소자를 구현하기 위해서는 공압 솔레노이드 밸브(PDMS 밸브의 작동 제어), 압력 펌프(흡입구 및 오일 시약의 흐름 제어) 및 소프트웨어 프로그램(솔레노이드 밸브 제어)과 같은 광범위한 하드웨어 도구를 사용해야 합니다. 상당한 투자가 필요하지만 이러한 설정은 장치의 성공적인 작동을 위한 일관성과 신뢰성을 제공합니다. 또한 이 프로토콜에 설명된 하드웨어 구성 요소와 아키텍처는 모듈식 방식으로 설정됩니다. 따라서 일부 모듈에 대한 대안을 사용하여 비용을 절감하거나 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 유용성, 예산, 가용성 및 편의성(52,53,54)에 기초하여 사용될 수 있는 다양한 펌프가 존재한다. 유체 저장용기 및 온도 조절기와 같은 추가 구성 요소는 민감한 입구 시약(23)을 위해 통합될 수 있습니다. 또한 이 설계는 특정 과학적 요구 사항을 해결하기 위해 확장하거나 축소할 수 있습니다. 예를 들어, 이 논문에서는 8개의 고유한 시약을 결합하여 플러그를 생산할 수 있는 8개의 입구 프로토타입에 대해 설명합니다. 이것은 더 많은 수의 입구와 더 큰 조합을 허용하는 16-입구 장치로 확장할 수 있습니다. 결과적으로, 입구를 처리하기 위해 추가 제어 채널과 솔레노이드 밸브가 필요하지만 이러한 프로토 타입을 사용하면 더 크고 다양한 조합 라이브러리를 생성 할 수 있습니다. 마지막으로, 이 논문에서 각 플러그 모집단은 미세유체 장치의 8개 수성 입구 중 3개가 열리면서 생성됩니다. 이러한 구성의 경우 오일 시약의 경우 약 200mbar, 수성 시약의 경우 약 400mbar의 압력이 밸브 작동에 의해서만 구동되는 플러그 생산 체제에 해당하는 것으로 관찰되었습니다. 오일에 더 높은 압력이 가해지면 플러그가 파손되는 것이 관찰되고 더 낮은 압력이 가해지면 플러그가 융합됩니다. 플러그 생산을 위한 최적의 압력 체계는 플러그 형성에 기여하는 입구의 수, 유체의 특성 및 점도, 채널 크기와 같은 광범위한 요인에 따라 달라지며 필요에 따라 최적화해야 합니다.
정압 영역에서 작동하는 경우의 단점 중 하나는 점도가 다른 유체가 일정한 압력에서 다른 유속을 갖는다는 것입니다. 따라서 입구를 통해 흐르는 수성 시약의 점도가 비슷한지 확인해야 합니다. 점도가 다른 유체를 사용하면 입구 채널의 유체 흐름뿐만 아니라 T-접합에서의 플러그 형성에도 영향을 미치므로 플러그 집단의 구성이 손상됩니다. 또 다른 단점은 T-접합의 잔류 시약으로 인한 플러그 집단의 오염입니다. 장치가 서로 다른 플러그 집단의 생산 사이를 전환할 때 각 집단의 순서에 있는 첫 번째/마지막 플러그는 이전 또는 다음 집단에 의해 오염되는 경향이 있습니다. 이는 각 모집단의 추가 반복실험을 생성하고 분석 중에 오염된 플러그를 할인함으로써 극복할 수 있습니다. 마지막으로, 제조 및/또는 외부 소스(압력 변동)의 불일치로 인해 개별 장치 간에 변동이 발생할 가능성도 있습니다. 이 문제는 단일 미세유체 칩을 여러 번 재사용하고 이러한 불일치의 영향을 최소화하기 위해 단일 칩에서 조합 라이브러리의 전체 실행이 수행되도록 함으로써 완화할 수 있습니다.
이 논문에 제시된 미세유체 장치와 동반되는 작동 프로토콜 세트는 플러그의 정량적 조합 라이브러리의 생산을 입증하는 데 사용되었습니다. 따라서 이 플랫폼은 고처리량 방식으로 고유한 플러그 모집단의 조합 라이브러리를 빠르게 생성할 수 있습니다. 결과적으로, 이러한 기술은 환자 생검 샘플에 대한 조합 약물 스크리닝을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 스크리닝 목적으로 사용될 수 있으며, 이로써 생검에서 회수된 소수의 세포를 다수의 액적에 분포시키고 항암제의 대규모 조합으로 처리하여 주어진 환자 샘플에 대한 개별 치료를 최적화할 수 있으며, 따라서 개인화된 암 치료를 가속화할 수 있다46, 48,55.

Microfluidics는 마이크로 채널1에서 소량의 유체를 조작 할 수 있습니다. 일반적인 미세유체 장치의 작동 규모는 수십 내지 수백 마이크로미터에 이르며, 이는 화학적 및 생물학적 반응을 소형화할 수 있게 해주어 상대적으로 적은 양의 시약으로 이러한 반응을 수행할 수 있게 한다. 처음에 미세 유체 장치는 실리콘2 및 유리3과 같은 재료로 제작되었습니다. 비록 그것들이여전히 사용되고 있지만4, 용매 호환성, 높은 제조 비용, 유체 흐름 5,6에 대한 제어 장치 통합의 어려움과 같은 특정 문제를 제기한다. 소프트 리소그래피(soft-lithography)라고 불리는 PDMS 기반 제조 방법론은 소자7의 신속한 프로토타이핑을 위한 저렴한 대안이자 복잡한 다층 소자8를 제조할 수 있는 방법을 제공한다. PDMS 장치에 밸브 및 펌프를 추가하면 장치(9,10)에서 유체의 라우팅 및 속도를 제어할 수 있습니다. 가역적 또는 비가역적 방식으로 마이크로밸브를 설계하고 작동시키는 여러 가지 방법이 개발되었다 - 예를 들어, 열적으로 작동되는 실리콘과 알루미늄으로 만들어진 바이메탈 밸브(11) 또는 전기화학적 반응에서 생성된 가스를 사용하여 실리콘 질화물막(12)을 편향시킨다. Gu et al.은 점자 디스플레이의 기계적 핀을 사용하여 마이크로채널에 압력을 가하여 흐름을 조절하는 방법을 보여줍니다13. 인기를 얻은 마이크로 밸브 중 하나는 Stephen Quake14 그룹이 개척한 공압 PDMS 기반 밸브입니다. 일반적으로 이러한 밸브는 두 개의 직교 마이크로 채널, 즉 흐름 채널과 제어 채널로 구성됩니다. 제어 채널이 가압되면 얇은 PDMS 멤브레인이 흐름 채널에서 편향되어 채널을 차단하여 유체 흐름을 차단합니다. 감압되면 멤브레인이 이완되어 유동 채널이 열리고 유체 흐름이 재개될 수 있습니다. 따라서 PDMS 밸브는 제어 채널이 여러 번 가압 및 감압될 수 있기 때문에 견고하고 가역적인 방식으로 유량 조절을 허용합니다15. 또한, 이러한 밸브는 압력의 인가에 의해 작동될 수 있기 때문에, 디지털 제어 및 자동화를 위한 길을 열어준다16. 더욱이, 이들은 동일한 재료로 되어 있기 때문에, 소프트 리소그래피 기법(soft-lithography techniques) 8,17,18을 사용하여 PDMS 기반 소자의 제조에 완벽하게 통합될 수 있다. 이러한 특징 덕분에 PDMS 밸브는 미세유체 장치의 유량 조절을 위한 매력적인 선택입니다. Thorsen et al.은 이러한 밸브의 원리를 사용하여 유체 멀티플렉서(공압 밸브의 조합 어레이)를 설계하여 20개의 제어 채널(19)이 있는 거의 천 개의 입력 흐름 채널을 처리했습니다. 이 원리는 유체를 인칩 미세유체 화학작용제로 선택적으로 라우팅하도록 확장되어 각 반응기(20,21,22,23)에서 독특한 반응이 동시에 수행될 수 있다. 그러나 이러한 마이크로 반응기는 제한된 시약의 사용을 최적화하는 데 유용하지만 여러 반응을 병렬화할 수 없으며 고처리량 연구에는 충분하지 않습니다.
액적 미세유체학(Droplet microfluidics)은 미세유체역학(microfluidic)의 하위 범주로, 미세유체 장치(24)에서 혼합되지 않는 다상 액체 흐름의 조작을 통해 액적의 생성을 포함한다. 액적 형성은 비혼화성 유체의 도입에 의한 연속적인 유체의 분해를 포함하며, 그 결과 계면 에너지의 불안정성과 에멀젼(25)의 형성으로 인한 핀치 오프(pinch-off)가 발생한다. 계면활성제는 계면 에너지를 안정화시킴으로써 에멀젼이 마이크로채널을 떠날 때 둥근 액적의 형성을 돕는다(26). 플러그(plug)라고 불리는 더 큰 액적은 덜 안정적이며, 하나 이상의 비혼화성 액체(27)에 의해 양쪽에 이격된 수성 격실의 배열로서 (예컨대, 튜빙의 길이와) 보관 격실에 수집될 수 있다. 소형화 및 구획화 외에도 액적 미세유체역학은 많은 수의 단분산 액적을 생성할 수 있으므로 생물학적 반응의 처리량을 증가시킵니다(각각 나노 반응기(28) 역할을 합니다). 물방울은, 일단 생성되면, 또한 분할(29,30), 융합(31,32), 분류(33,34) 및 고차원 구조(35,36)로의 조립과 같은 추가적인 조작을 받을 수 있다. 액적 미세유체역학은 PCR37에서 단세포 전사체학(38), 약물 발견(39,40)에서 바이러스학(41), 차세대 염기서열 분석(42)에서 화학 합성(43)에 이르기까지 여러 과학 분야와 기술에 혁명을 일으켰습니다.
PDMS 기반 소프트 리소그래피 및 마이크로 밸브와 액적 기술의 통합은 마이크로 채널의 유체 흐름을 조절하고 액적 함량을 지속적으로 제어할 수 있는 강력한 조합입니다. 채널의 개폐에 따라 각각 특정 구성을 가진 뚜렷한 액적 집단을 생성할 수 있습니다. 이러한 플랫폼은 생화학 반응을 소형화, 구획화 및 병렬화할 수 있으므로 조합 스크리닝(44)에 유용한 기술이 될 수 있다. 조합 스크리닝은 선택된 시약의 수만 가지 조합을 생성하여 알려진 조성의 개별 모집단으로 구성된 라이브러리를 생성하는 고처리량 방법입니다. 조합 스크리닝은 세균 성장 억제에 대한 약물과 항생제 간의 시너지 효과를 발견하는 데 사용되어 왔다45. 암 치료 분야에서는 조합 스크리닝을 사용하여 특정 환자에 대한 항암 약물 조합을 테스트하여 개인 맞춤형 치료를 발전시켜왔습니다 46,47. Mathur et al.은 고처리량 약물 스크리닝에서 전사체 변화를 평가하기 위해 조합 DNA 바코드 접근 방식을 통합함으로써 이 기술을 구축했습니다48. 따라서, 조합 스크리닝은 강력하면서도 초기 단계의 기술이며, 이러한 스크리닝 절차를 실행하고 용이하게 하기 위해 다양한 미세유체 기술을 개발할 필요가 있습니다.
이 원고의 목표는 수분 내 오일 플러그의 조합 라이브러리를 생성할 수 있는 이중층 미세유체 장치의 제조를 위한 완전한 프로토콜 세트를 제시하고 이러한 장치의 작동에 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 설명하는 것입니다. 유체 흐름은 압력 제어되는 PDMS 기반 공압 밸브를 사용하여 조절되며, 이 밸브는 다시 맞춤형 LabVIEW 프로그램에 의해 제어됩니다. 장치의 시약 흐름은 시중에서 판매되는 압력 펌프를 사용하여 이루어집니다. 8 개의 입구 프로토 타입이 제시되며, 여기서 플러그는 각각 수성 시약을 포함하는 3 개의 입구의 내용물로 형성됩니다. 수성 상은 연속 오일 상을 만나고 플러그는 0.33Hz의 주파수를 가진 T 접합에서 생산됩니다. 이 시스템의 기능은 세 가지 별개의 형광 플러그 모집단을 포함하는 정량적 라이브러리를 생성함으로써 입증됩니다. 이 기술과 프로토콜 세트는 고처리량 스크리닝 목적을 위한 조합 라이브러리의 생산을 촉진하는 데 도움이 될 것입니다.

<table><tbody><tr><td>1,1,3,3 테트라메틸디실록산</td><td>Merck Life Science NV</td><td>MFCD00008256</td><td></td></tr><tr><td>4채널 디지털 입력/출력 모듈</td><td>WAGO Kontakttechnik GmbH</td><td>750-504</td><td></td></tr><tr><td>아세톤</td><td>붐 연구소</td><td>BOOMSKEUZW3</td><td></td></tr><tr><td>분석 소프트웨어</td><td>아인트호벤 공과 대학</td><td>https://github.com/SysBioOncology/BilayerMicrofluidicsAnalysis_JoVE</td><td></td></tr><tr><td>AZ 40XT 11D</td><td>머크 생명 과학 NV&nbsp;</td><td>212299</td><td>&nbsp; 포지티브 포토레지스트&nbsp;</td></tr><tr><td>AZ 726 MIF 개발자</td><td>Merck Life Science NV</td><td>10055824960</td><td>양성 감광저항</td></tr><tr><td>Biopsy Punch 개발자, Rapid Core</td><td>World Precision Instruments Germany, GMBH</td><td>504529</td><td>0.75 mm ID, W/Plunge</td></tr><tr><td>Blue 식품 염료</td><td>PME</td><td>FC1036</td><td></td></tr><tr><td>컨트롤러 엔드 모듈&nbsp;</td><td>WAGO Kontakttechnik GmbH&nbsp;</td><td>750-600</td><td></td></tr><tr><td>이더넷 컨트롤러&nbsp;</td><td>WAGO Kontakttechnik GmbH&nbsp;</td><td>750-881</td><td></td></tr><tr><td>FC-40</td><td>Merck Millipore</td><td>F9755-100ML</td><td></td></tr><tr><td>플루이젠트 플로우 유닛</td><td>플루이젠</td>트 <td>FLU-S-D</td><td></td></tr><tr><td>플루이젠트 압력 시스템&nbsp;</td><td>유창한&nbsp;</td><td>MFCS-EZ&nbsp;</td><td>0 - 2 바</td></tr><tr><td>Fluorescein</td><td>Merck Life Science NV</td><td>MFCD00005050</td><td></td></tr><tr><td>핫 플레이트&nbsp;</td><td>토리 파인스 사이언티픽&nbsp;</td><td>HP61</td><td></td></tr><tr><td>도립 현미경&nbsp;</td><td>니콘 인스트루먼트&nbsp;</td><td></td> LabVIEW (소프트웨어 버전 20)BOOMSKEUZE3 Eclipse Ti-E <td></td></tr><tr><td>이소프로판올</td><td>붐 연구소</td><td></td> Eindhoven University of Technology https://github.com/SysBioOncology/BilayerMicrofluidicsAnalysis_JoVE/tree/main/LabVIEW_8_inlet_device_ <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td> VERSION_1</td><td>LabVIEW 버전 20의 모든 파일이 저장되었습니다. 이 버전 이상을 사용하여 파일을 여는 것이 좋습니다.</td></tr><tr><td>루어 스텁&nbsp;</td><td>인스텍 연구소, Inc.&nbsp;</td><td>LS23</td><td>23 ga, 0.5"</td></tr><tr><td>남성 루어에서 바브 커넥터&nbsp;</td><td>콜 파머&nbsp;</td><td>45505-32&nbsp;</td><td>3/32" 아이디</td></tr><tr><td>MasterFlex PTFE 튜빙</td><td>Avator/VWR</td><td>48634</td><td></td></tr><tr><td>현미경 슬라이드</td><td>VWR</td><td>470150-480</td><td></td></tr><tr><td>현미경 슬라이드,&nbsp; 플레인</td><td>코닝</td><td>2947-75X50</td><td></td></tr><tr><td>미네랄 오일</td><td>머크 밀리포어</td><td>330760-1L</td><td></td></tr><tr><td>mr DEV 600</td><td>마이크로 레지스트 기술</td><td></td><td>R815100 네거티브 포토레지</td></tr>스트 <tr><td>오븐</td> 개발자 <td>Thermo Scientific</td><td>&nbsp; Heraeus T6P 50045757</td><td></td></tr><tr><td>산소 플라즈마 애셔</td><td>Quorum Technologies</td><td>K1050X</td><td></td></tr><tr><td>포토마스크</td><td>CAD/아트 서비스, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>포토마스크 디자인</td><td>아인트호벤 공과대학교 (Merten Lab, EPFL에서 적용)</td><td>https://github.com/SysBioOncology/BilayerMicrofluidicsAnalysis_JoVE/blob/main/8_inlet_JoVE_device_design.dwg</td><td></td></tr><tr><td>공압 밸브 어레이</td><td>FESTO</td><td></td><td>1x 8 밸브 어레이, 평상시 폐쇄 밸브</td></tr><tr><td>실리콘 웨이퍼</td><td>실리콘 재료</td><td></td><td>< 1-0-0>, 100mm 직경, 525 & m 두께</td></tr><tr><td>의 단일 가장자리 블레이드&nbsp;</td><td>GEM Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>소프트 튜빙</td><td>플루이젠</td><td></td>트 <td>1 mm ID, 3 mm OD</td></tr><tr><td>스핀 코터&nbsp;</td><td>로렐 테크놀로지스 코퍼레이션&nbsp;</td><td>WS-650MZ-23NPPB</td><td></td></tr><tr><td>실체 현미경&nbsp;</td><td>올림푸스 코퍼레이션&nbsp;</td><td>SZ61</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 3050</td><td>Kayakli 고급 재료</td><td>Y311075 1000L1GL</td><td>네거티브 포토레지</td></tr>스트 <tr><td>Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 키트 (PDMS)</td><td>Dow</td><td>1317318</td><td></td></tr><tr><td>주사기</td><td>B Braun Injekt - F 미세 용량 주사기</td><td>10303002</td><td></td></tr><tr><td>UV-LED 노출 시스템</td><td>Idonus</td><td>UV-EXP150S-SYS</td><td></td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>&nbsp; 진공 브랜드 GmbH&nbsp;</td><td>MD1C</td><td></td></tr><tr><td>저울&nbsp;</td><td>싸토리우스&nbsp;</td><td>M-증명</td><td></td></tr></tbody></table>

조합 플러그 생산을 위한 이중층 미세유체 장치

Bilayer Microfluidic Device for Combinatorial Plug Production

액적 미세유체역학은 화학적으로 구별되는 나노리터 구획에서 많은 수의 반응을 실행할 수 있는 다목적 도구입니다. 이러한 시스템은 단일 세포의 배양에서 PCR 반응의 구현, 유전체학에서 화학 합성에 이르기까지 다양한 생화학 반응을 캡슐화하는 데 사용되었습니다. 미세유체 채널을 조절 밸브와 결합하면 개폐를 제어할 수 있으므로 고유한 조성을 가진 액적 집단으로 구성된 대규모 조합 라이브러리를 신속하게 생산할 수 있습니다. 이 논문에서는 플러그라고 하는 유중수(water-in-oil) 에멀젼의 조합 라이브러리를 생성하는 데 사용할 수 있는 압력 구동식 PDMS 기반 이중층 미세유체 장치의 제조 및 작동을 위한 프로토콜을 제시합니다. 소프트웨어 프로그램과 미세유체 하드웨어를 통합함으로써 장치에서 원하는 유체의 흐름을 제어 및 조작하여 조합 플러그 라이브러리를 생성하고 구성 플러그 집단의 구성 및 수량을 제어할 수 있습니다. 이러한 프로토콜은 특히 암 환자 생검에서 세포의 약물 반응을 연구하기 위해 조합 스크리닝을 생성하는 프로세스를 가속화할 것입니다.

여기에서는 수중수(water-in-oil) 에멀젼(플러그)의 조합 라이브러리를 생산하기 위한 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반 이중층 장치의 제조를 소개합니다. 플러그 생산을 자동화하는 데 필요한 하드웨어 및 소프트웨어는 프로토콜에 자세히 설명되어 있으며 형광 플러그의 정량적 라이브러리 생산도 시연됩니다.

Droplet microfluidics is a versatile tool that allows the execution of a large number of reactions in chemically distinct nanoliter compartments. Such ...

종양학 시스템 생물학 그룹(Systems Biology for Oncology Group)은 종양 미세환경을 형성하는 복잡한 메커니즘을 밝히기 위해 결합된 계산 및 실험 접근 방식을 사용합니다. 우리는 임상 데이터 및 암 생물학을 기반으로 한 수학적 모델을 사용하여 정밀 종양학을 개선하는 궁극적인 목표로 치료에 대한 개별 반응에 영향을 미치는 요인을 식별합니다. 치료에 대한 종양 반응의 이질적이고 역동적인 특성을 감안할 때, 섭동 생물학은 게놈 바이오마커의 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 보여주었습니다.우리의 접근 방식은 보다 효과적인 항암 치료를 결정하기 위해 수용성 종양 세포에 광범위한 항암 약물 스크리닝을 실시하여 종양의 표현형 특성을 식별하는 것입니다. Microfluidics는 종양 생검과 같은 소량의 표본의 분석에서 작은 물방울 마개와 같은 개인적인 격실로 배부해서 원조하는 귀중한 기술입니다. 또한 각 플러그의 구성을 제어할 수 있으므로 화학적으로 구별되는 플러그의 여러 모집단을 생성할 수 있습니다.여기에서는 압력 작동식 퀘이크 밸브에 의해 유체 흐름이 조절되는 완전한 PDMS 기반 장치를 제시하며, 이를 통해 고유한 플러그 모집단의 빠르고 제어되며 프로그래밍 가능한 생산이 가능합니다. 또한 퀘이크 밸브는 PDMS 기반이기 때문에 장치 제조에 원활하게 통합될 수 있습니다. 암세포의 안구 처리량 조합 스크리닝에서 얻은 데이터를 수학적 모델과 결합하면 종양 미세환경 행동을 조절하는 신호 경로를 연구할 수 있습니다.이 연구는 정밀 종양학을 위한 새로운 전략의 길을 열고, 개별 환자에게 맞춤형 치료를 제공할 수 있는 근거를 제공할 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

우리는 탄성 polydimethylsiloxane (PDMS) 기반 photolithographically 정의 정확한 볼륨을 닫고 기능을 더 추가 에너지를 필요가 없다 microvalve 배열을 제조 및 자동화 프로토콜을 보여줍니다. 병렬 subnanoliter 볼륨 믹서와 통합 microfluidic 재관류 시스템을 소개하는 부분이있다.

Microfluidic 칩은 탄성 Microvalve의 배열을 제어

이 문서에서는, 우리는 유체 흐름에 따라 입자의 구속을위한 microfluidic 기반의 방법을 제시한다. 우리는이를 통합 microdevice에 임의의 입자의 감금 및 미세 조작을 가능하게, 피드백 제어 메커니즘을 사용하여 유체의 정체 지점에 안정적인 입자 트래핑을 보여줍니다.

단일 입자 Microfluidic 기반 유체 트랩

우리는 단백질 배열의 표현을위한 마이크로 유체 접근 방식을 제시한다. 이 장치는 마이크로 기계 밸브에 의해 제어 반응 챔버의 수천으로 구성되어 있습니다. 마이크로 유체 장치는 microarray 인쇄 유전자 도서관에 결합되어 있습니다. 이러한 유전자 그런 다음 베꼈 및 실험 사용할 준비가 단백질 배열의 결과로, 칩에 번역되어 있습니다.

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이 작품에서 우리는 ~ 8 μs 두 솔루션을 혼합 수 microfluidic 믹서의 제조 및 사용을 설명합니다. 또한 자외선 형광 및 형광 공명 에너지 전달을 (무서워)를 사용 spectroscopic 감지 이러한 믹서의 사용을 보여줍니다.

단백질 접기 유학을위한 Microfluidic 믹서

이 기사에서는 미세 유체 래피드 프로토 타이핑 플랫폼을위한 다양한 기술에 대해 설명합니다. 제안된 기술은 자외선(UV) 민감성 및 온도 경화 에폭시, 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반 튜브, 와이어 본딩 및 이방성 접착 필름을 기반으로 합니다. 제시된 조립 절차는 일회용 장치와 재사용 가능한 미세유체 시스템 모두를 위해 개발되었습니다.

높은 처리량 마이크로 유체 신속하고 저렴한 비용으로 프로토 타입 포장 방법

미세유체 이중 에멀젼 생성에는 일반적으로 패턴이 있는 습윤성 또는 맞춤형으로 제작된 유리 구성 요소가 있는 장치가 포함됩니다. 여기에서는 표면 처리나 복잡한 제조 공정이 필요하지 않고 14μm까지 이중 에멀젼을 생산할 수 있는 모든 폴리디메틸실록산(PDMS) 이중 에멀젼 발생기의 제조 및 테스트에 대해 설명합니다.

폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 공동 축류 초점 장치를 사용하여 이중 에멀젼 생성

다층 미세유체 장치는 종종 기능을 위해 복잡한 형상을 가진 마스터 금형의 제작을 포함합니다. 이 기사에서는 모든 응용 분야에 맞게 조정할 수 있는 밸브 및 가변 높이 기능을 갖춘 다단계 포토리소그래피를 위한 완벽한 프로토콜을 제시합니다. 시연으로, 우리는 하이드로겔 비드를 생산할 수 있는 미세유체 액적 발생기를 제작합니다.

판막 다층 미세 유체 장치에 대한 여러 단계의 변수 높이 포토 리소그래피

표시 하 고 적외선 빛 영상에 대 한 투명 한 뷰-포트 플라스틱 미세 소자의 제조에 대 한 프로토콜을 설명 합니다.

뷰-포트 표시 하 고 적외선 빛에 투명 한 플라스틱 미세 소자를 제작 하기 위한 소프트 리소 절차

측 벽 변형 된 미세 채널 흐름 제어, 입자 처리, 채널 차원 사용자 지정 및 사용 하는 동안에 다른 재구성을 제공 합니다. 우리는 그들의 모양을 변경할 수 있는 핀의 배열을 측 벽으로 미세 채널을 조작 하는 방법을 설명 합니다.

재구성 가능한 미세 채널 핀 분할 측 벽

획기적인 곡선(BtC)은 다공성 미디어에서 박테리아의 운반을 연구하는 효율적인 도구입니다. 여기에서는 현미경 검사법과 유동 세포계 계수와 함께 유체 장치를 기반으로 한 도구를 소개하여 BtC를 획득합니다.

유체 장치를 현미경 검사법과 유동 세포측정과 결합하여 공간 저울을 가로지르는 다공성 미디어에서 미생물 수송을 연구합니다.

본 프로토콜은 생체적합성 리포솜을 생성하기 위한 미세유체 기술인 옥탄올 보조 리포솜 어셈블리(OLA)를 설명합니다. OLA는 효율적인 캡슐화를 통해 단분산 미크론 크기의 리포솜을 생산하여 즉각적인 온칩 실험이 가능합니다. 이 프로토콜은 합성 생물학 및 합성 세포 연구에 특히 적합할 것으로 예상됩니다.

생명공학을 위한 온칩 옥탄올 보조 리포솜 어셈블리

배우세요 PDMS 기반 이중층 미세유체 장치를 이용한 조합 플러그 생산 방법을. 압력 작동식 Quake 밸브로 유체 흐름을 제어하여 정밀 종양학 연구를 위한 정량적 형광 플러그 라이브러리를 생성합니다.

조합 플러그 생산을 위한 이중층 미세유체 장치

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