Methodenartikel

Snelle fabricage van aangepaste Microfluïdische apparaten voor onderzoeks-en educatieve toepassingen

DOI:

10.3791/60307

20 november 2019

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier presenteren we een protocol voor het ontwerpen en fabriceren van aangepaste microfluïdische apparaten met minimale financiële en tijd investeringen. Het doel is het faciliteren van de invoering van microfluïdische technologieën in biomedische onderzoekslaboratoria en onderwijsinstellingen.

Samenvatting

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Microfluïdische apparaten maken het manipuleren van vloeistoffen, deeltjes, cellen, micro-sized organen of organismen in kanalen variërend van de nano tot submillimeter schalen mogelijk. Een snelle toename van het gebruik van deze technologie in de biologische wetenschappen heeft een behoefte aan methoden die toegankelijk zijn voor een breed scala aan onderzoeksgroepen. De huidige fabricagenormen, zoals PDMS bonding, vereisen dure en tijdrovende lithografische en bonding technieken. Een levensvatbaar alternatief is het gebruik van apparatuur en materialen die gemakkelijk betaalbaar zijn, vereisen een minimale expertise en zorgen voor de snelle iteratie van ontwerpen. In dit werk beschrijven we een protocol voor het ontwerpen en produceren van Pet-laminaten (petls), microfluïdische apparaten die goedkoop zijn, gemakkelijk te fabriceren en aanzienlijk minder tijd verbruiken om te genereren dan andere benaderingen van microfluïdica-technologie. Ze bestaan uit thermisch gebonden film vellen, waarin kanalen en andere functies worden gedefinieerd met behulp van een ambachtelijke cutter. PETLs lost veld-specifieke technische uitdagingen op en vermindert de belemmeringen voor adoptie drastisch. Deze aanpak vergemakkelijkt de toegankelijkheid van microfluïdica-apparaten in zowel onderzoeks-als educatieve instellingen, en biedt een betrouwbaar platform voor nieuwe onderzoeksmethoden.

Inleiding

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Microfluidics maakt vloeistof controle op kleine schalen mogelijk, met volumes variërend van micro liters (1 x 10-6 l) tot picoliters (1 x 10-12 l). Deze controle is deels mogelijk gemaakt door de toepassing van microfabricage technieken geleend van de microprocessor industrie1. Het gebruik van micro-sized netwerken van kanalen en kamers stelt de gebruiker in staat om te profiteren van de kenmerkende fysische verschijnselen die kenmerkend zijn voor kleine dimensies. Op de schaal van de micrometer kunnen bijvoorbeeld vloeistoffen worden gemanipuleerd met behulp van laminaire stroming, waarbij visceuze krachten de inertiële krachten domineren. Dientengevolge, diffusief transport wordt het prominente kenmerk van microfluïdica, en kan worden bestudeerd kwantitatief en experimenteel. Deze systemen kunnen goed worden begrepen met behulp van Fick's wetten, de Brownse bewegings theorie, de warmtevergelijking en/of de Navier-Stokes vergelijkingen, die belangrijke afleidingen zijn op het gebied van vloeistofmechanica en transportverschijnselen2.

Omdat veel groepen in de biologische wetenschappen complexe systemen op microscopisch niveau bestuderen, werd oorspronkelijk gedacht dat microfluïdische apparaten een onmiddellijke en significante impact zouden hebben op onderzoekstoepassingen in de biologie2,3. Dit is te wijten aan de diffusie dominant in het transport van kleine moleculen over membranen of binnen een cel, en de afmetingen van cellen en micro-organismen zijn een ideale match voor sub-millimeter systemen en apparaten. Daarom, er was aanzienlijk potentieel voor het verbeteren van de manier waarop cellulaire en moleculaire experimenten wordt uitgevoerd. Echter, brede acceptatie van microfluïdische technologieën door biologen is achtergebleven achter de verwachtingen4. Een simpele reden voor het gebrek aan technologieoverdracht kan zijn de disciplinaire grenzen scheiden ingenieurs en biologen. Aangepast apparaatontwerp en fabricage zijn net buiten de capaciteiten van de meeste biologische onderzoeksgroepen gebleven, waardoor ze afhankelijk zijn van externe expertise en faciliteiten. Gebrek aan bekendheid met mogelijke toepassingen, kosten en de tijd die nodig is voorontwerp-iteratie zijn ook belangrijke belemmeringen voor nieuwe gebruikers. Het is waarschijnlijk dat deze barrières tot gevolg hebben dat innovatie wordt verstoord en de wijdverbreide toepassing van microfluïdica wordt voorkomen om uitdagingen in de biologische wetenschappen aan te pakken.

Een geval in punt: sinds de late 1990 de Soft-photolithografie is de methode van de keuze voor de vervaardiging van microfluïdische apparaten. PDMS (Polydimethylsiloxaan, een op siliconen gebaseerd organisch polymeer) is een veelgebruikt materiaal vanwege de fysische eigenschappen, zoals transparantie, vervormbaarheid en biocompatibiliteit5. De techniek heeft veel succes gehad, met lab-on-a-chip en Organ-on-a-chip-apparaten die voortdurend op dit platform6worden ontwikkeld. De meeste groepen die aan deze technologieën werken, zijn echter te vinden in technische afdelingen of hebben sterke banden met hen4. Lithografie vereist meestal clean-kamers voor de vervaardiging van mallen en gespecialiseerde bonding apparatuur. Voor veel groepen maakt dit standaard PDMS-apparaten minder dan ideaal vanwege hun kapitaalkosten en doorlooptijd, met name wanneer het nodig is om herhaalde ontwerpwijzigingen aan te brengen. Bovendien is de technologie meestal ontoegankelijk voor de gemiddelde bioloog en voor studenten zonder toegang tot gespecialiseerde technische laboratoria. Er is voorgesteld dat voor microfluïdische apparaten op grote schaal worden aangenomen, ze moeten nabootsen van enkele van de kwaliteiten van materialen die vaak worden gebruikt door biologen. Bijvoorbeeld, polystyreen gebruikt voor celkweek en bioassays is goedkoop, wegwerp, en vatbaar voor massaproductie. Daarentegen is de industriële productie van PDMS-gebaseerde microfluïdica nooit gerealiseerd vanwege zijn mechanische zachtheid, instabiliteit van de oppervlaktebehandeling en Gasdoorlatendheid5. Vanwege deze beperkingen, en met het doel om technische uitdagingen op te lossen met behulp van aangepaste apparaten gebouwd "in-House", beschrijven we een alternatieve methode die xurography7,8,9 protocollen en thermische laminering gebruikt. Deze methode kan worden aangenomen met weinig kapitaal en tijd investering.

PETLs zijn vervaardigd met behulp van polyethyleentereftalaat (PET) film, bekleed met het Thermo lijm ethyleen-vinyl acetaat (EVA). Beide materialen worden veel gebruikt in consumentenproducten, zijn biologisch compatibel en zijn direct beschikbaar tegen minimale kosten10. PET/EVA film kan worden verkregen in de vorm van lamineren zakjes of rollen. Met behulp van een computergestuurde ambachtelijke Cutter die vaak voorkomt in hobbyist of ambachtelijke winkels, worden kanalen uitgesneden uit een enkel film blad om de architectuur van het apparaat te definiëren11. De kanalen worden vervolgens verzegeld door het aanbrengen van extra film (of glas) lagen die zijn gebonden met behulp van een (Office) thermische laminator (Figuur 1A). Geperforeerde, zelfklevende vinyl bumpers worden toegevoegd om de toegang tot de kanalen te vergemakkelijken. De fabricage tijden variëren van 5 tot 15 minuten, waardoor een snelle ontwerp iteratie mogelijk is. Alle apparatuur en materialen die worden gebruikt om PETLs te maken zijn commercieel toegankelijk en betaalbaar (< 350 USD startkosten, in vergelijking met duizenden Usd's voor lithografie). Daarom bieden PETLs een nieuwe oplossing voor twee hoofdproblemen die worden veroorzaakt door conventionele microfluïdica: betaalbaarheid en tijd effectiviteit (Zie PDMS/PETL-vergelijking in aanvullende tabellen 1, 2).

Naast het bieden van onderzoekers de mogelijkheid om hun eigen apparaten te ontwerpen en te fabriceren, kan PETLs eenvoudig in de klas worden geadopteerd omdat ze eenvoudig en intuïtief te gebruiken zijn. PETLs kan worden opgenomen in de middelbare school en de onderwijsprogramma's8, waar ze worden gebruikt om studenten te helpen beter inzicht in fysische, chemische en biologische concepten, zoals diffusie, laminaire stroming, micromixing, nanodeeltjes synthese, gradiënt vorming en chemotaxis.

In dit werk illustreren we de algemene workflow voor de fabricage van model PETLs chips met verschillende niveaus van complexiteit. Het eerste apparaat wordt gebruikt om de beeldvorming van cellen en micro organen in een kleine kamer te vergemakkelijken. De tweede, meer complexe inrichting bestaat uit verschillende lagen en materialen, en wordt gebruikt voor onderzoek in Mechanobiology9. Ten slotte hebben we een apparaat gebouwd dat verschillende concepten van vloeistofdynamica (hydrodynamische scherpstelling, laminaire stroming, diffusief transport en micromixing) weergeeft voor educatieve doeleinden. De hier gepresenteerde workflow-en apparaatontwerpen kunnen eenvoudig worden aangepast voor een groot aantal doeleinden in zowel de onderzoeks-als de klassikale instellingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. ontwerp

  1. Identificeer een applicatie voor de apparaten en vermeld de kanaal/kamer componenten die nodig zijn.
    Opmerking: voor alle apparaten zijn invoer-en uitvoerkanalen vereist. Voor apparaten die voor microscopie worden gebruikt, is een beeldvormings kamer vereist. Complexere apparaten vereisen kanalen en kamers die zich in meerdere lagen bevinden.
  2. Begin met de hand tekenen van elke laag, rekening houdend met hoe de functionaliteit van het apparaat wordt beïnvloed door de superpositie van de lagen.
  3. Teken de definitieve ontwerpen op een computer met behulp van software waarmee u lijnen en vormen tekenen.
    1. Teken elke laag afzonderlijk met zwarte, effen lijnen en vormen zonder tinten. Lijndikte van 6 of meer punten wordt aanbevolen. In dit stadium zijn de afmetingen van kanaal-en kamer functies minder belangrijk dan de totale verhoudingen.
    2. Gebruik de functie kopiëren en plakken bij het maken van functies en het opleggen van lagen. Zie afbeelding 1B voor voorbeelden van laag tekeningen.
  4. Importeer elke laag in de Craft Cutter software (Figuur 1C). Doe dit door een schermopname te maken van het getekende ontwerp en door een drag-and-drop-aanpak te gebruiken.
    1. Maak een nieuw document in de Craft Cutter software (gratis download). Laat het afbeeldingsbestand op de weergegeven mat vallen. De software zal de meeste beeldbestanden herkennen.
    2. Vergroot de afbeelding om de verwerking te vergemakkelijken door uit een hoek te trekken. Het ontwerp kan nu door de software worden herkend met behulp van de traceerfunctie.
      Opmerking: gebruikers kunnen de Novo-ontwerpen rechtstreeks op deze software produceren (gebruik tekenhulpmiddelen in het ontwerp palet).
  5. Als u het ontwerp wilt traceren, selecteert u het pictogram traceren (vorm van een vlinder) aan de rechterkant van het venster en selecteert u de geïmporteerde ontwerpen volledig.
    1. Selecteer de optie voorvertoning traceren met het label overzicht. Pas (indien nodig) de drempel -en schaal instellingen aan om de gele tracering aan te passen aan het ontwerp.
    2. Selecteer traceren in het menu traceren zodra de gele tracering overeenkomt met het ontwerp. De kanalen worden nu weergegeven als een rode contour. Als de rode contour overeenkomt met het ontwerp, kan de geïmporteerde afbeelding worden geselecteerd en verwijderd. Het ontwerp is nu geïmporteerd en klaar voor dimensionering.
  6. De grootte van het apparaat door het getraceerde ontwerp te selecteren en door gebruik te maken van het door de software geleverde rooster. Trek om de breedte en lengte van kanalen en kamers te wijzigen.
    Opmerking: de software biedt metingen en kleine lijnen kunnen tijdelijk worden getekend (gebruik het ontwerp palet aan de linkerkant van het venster) om de afmetingen binnen het apparaat te meten. Functionele kanaal-breedte afmetingen variëren van 100 μm tot 900 μm. de afmetingen moeten mogelijk aangepast worden na het testen van de eerste prototypes. Het is belangrijk dat alle lagen proportioneel worden aangepast, om te zorgen voor een goede uitlijning tijdens de montage.
    1. Nadat het ontwerp correct is aangepast, selecteert u het gereedschap vierkant in het menu vorm tekenen om een vierkant/rechthoek rond elke laag van het apparaat te tekenen. Deze vorm moet van dezelfde grootte zijn voor alle lagen. Zie Figuur 1C voor voorbeelden.
  7. Maak een afzonderlijke toplaag met toegangspoorten tot de kanalen. Eenvoudige ontwerpen zullen bestaan uit een hoofd (middelste) kanaallaag, een onderste afdichtings laag (vaak glas) en een toplaag die cirkelvormige perforaties moet bevatten om toegang te krijgen tot de kanalen (inlaten/uitgangen).
    Opmerking: voor ontwerpen met meer dan drie lagen zijn inlaat-/uitlaatperforaties in meerdere lagen nodig (Zie Figuur 1C, Figuur 5A). Deze perforaties zijn mogelijk al opgenomen in het ontwerp of kunnen op dit moment worden toegevoegd.
    1. Selecteer het tekengereedschap aan de linkerkant van het scherm. Trek cirkels over de inlaat-en uitlaat poorten van het ontwerp.
    2. Kopieer en plak zowel het oorspronkelijke ontwerp als de cirkels. Wis de kanalen van het onderliggende apparaat.
      Opmerking: Hierdoor blijven de inlaat/uitlaat poorten in de juiste positie die overeenkomt met het oorspronkelijke ontwerp. Vormen kunnen ook aan de omtrek van elke laag worden toegevoegd om te helpen bij het uitlijnen.
  8. Rangschik alle lagen die u op de weergegeven mat wilt knippen. Het apparaat is nu klaar om te snijden.

2. snijden

  1. Breng een enkele PET/EVA film (of ander materiaal) van de gewenste dikte (3 mil is standaard) op de zelfklevende snijmat. Zorg ervoor dat de lijm (matte) zijde naar boven en de plastic (glanzende) zijde naar beneden kijkt.
    Opmerking: gebruik schone handschoenen om te voorkomen dat oliën en microdeeltjes in de lagen worden ingevoerd.
  2. Afvlakken van de film tegen de mat (Figuur 1D), het verwijderen van alle lucht die kan zijn gevangen. Dit kan gedaan worden met handschoenen of een roller.
  3. Lijn de rand van de snijmat uit op de lijn die op de frees wordt aangegeven. Laad de mat door op de laadmat op de frees te drukken. Houd de instelling op het snijblad tussen 3 en 5, afhankelijk van de laagdikte.
  4. Sluit de USB-kabel van de Cutter aan op de computer.
    1. Selecteer het tabblad verzenden en selecteer een snij instelling.
      Opmerking: een veelheid aan instellingen is beschikbaar in het trapsgewijze menu. Het-sticker papier, Clear-is een instelling die goed werkt met PET/EVA film met een dikte van 3 – 5 Mil (75 – 125 μm). Wijzig instellingen voor verschillende materialen en Sla aangepaste instellingen op voor toekomstig gebruik.
  5. Klik op verzenden. Het snijden zal beginnen (Figuur 1E). Zorg ervoor dat er voldoende ruimte in de achterkant van de frees is om de mat onbelemmerd te laten bewegen. Wanneer de frees klaar is, ontlaadt u de mat door lossen op de frees te selecteren. Trek de mat niet vóór het lossen.

3. uitlijning

  1. Plaats de snijmat naast een schoon oppervlak. Gebruik met handschoenen een pincet om elke laag van het microfluïdica-apparaat van de cut-mat te tillen (Figuur 1F). Wees vooral voorzichtig rond bochten en bochten in het kanaal; Deze zijn vooral delicaat en vatbaar voor scheuren en kromtrekken.
  2. Plaats de lagen van het microfluïdica-apparaat op een schoon oppervlak. Bestel ze volgens hun positie van boven naar beneden in het apparaat (Figuur 1G, Figuur 2a, Figuur 5a en Figuur 7a).
  3. Snijd kleine (~ 3 mm x 10 mm) stukjes dubbelzijdige tape die worden gebruikt om de lagen tijdelijk aan elkaar te bevestigen.
  4. De lagen één voor één superimpose, te beginnen met de onderste laag. Voeg een klein stukje dubbelzijdige tape toe aan een hoek tussen de lagen, weg van alle kanalen of inlaten/uitgangen (Figuur 1G, pijl). De tape, hoewel niet vereist, immobiliseert de lagen en verzekert dat ze niet verschuiven tijdens lamineren. Gebruik een draadmal om de uitlijning van lagen in apparaten met meer dan 4 lagen te vergemakkelijken (aanvullend figuur 3).
  5. Zorg ervoor dat de lijm (mat-EVA) zijde van de film altijd wordt geconfronteerd met de binnenkant (binnen-lagen gedeelte) van het apparaat.
    Let op: blootgestelde lijm zal smelten tegen de inwendige delen van de laminator en zich aan hen houden, resulterend niet alleen in het verlies van het apparaat, maar ook van invloed op de toekomstige prestaties van de laminator.
  6. Inspecteer het apparaat zodra alle lagen zijn opgedrongen. Er moet ten minste één EVA-zijde tussen alle lagen, en geen EVA moet worden blootgesteld. Bij de introductie van niet-EVA gecoate materialen (bijv. polyvinylchloride (PVC) film, glas), kan een film met EVA aan beide zijden nodig zijn, met name in het geval van complexere apparaten (Figuur 5).

4. lamineren

  1. Schakel de laminator in en stel deze in op de gewenste dikte instelling. Sommige lamineermachines bieden 3 en 5 mil-instellingen, terwijl sommige niet. Gebruik voor elk apparaat met 4 of meer lagen de instelling 5-mil.
  2. Zodra de laminator klaar is, voert u het apparaat door de lamineren rollen (Figuur 1H – I). Plaats het uiteinde waaraan dubbelzijdige tape is toegevoegd voor de beste resultaten.
    Opmerking: bij het vervaardigen van apparaten van vijf of meer lagen, kunnen ze meerdere keren door de laminator worden uitgevoerd.
  3. Herstel het gelamineerd apparaat.
    Opmerking: het is raadzaam dat apparaten groot genoeg zijn om hun herstel van de laminator gemakkelijk te maken. Deze overweging heeft geen invloed op de grootte van de kanalen of chip-architectuur, het vraagt gewoon om een "frame" dat gemakkelijk kan gaan door de laminator zonder binnen te blijven.

5. inlaat-/uitlaatpoorten

  1. Gebruik een roterende tool en een 1/32 in. boor om een klein gaatje door het midden van een meubel bumper te snijden. U ook een 1 mm biopsie Punch gebruiken om de bumpers te perforeren.
    Opmerking: een boor pers wordt aanbevolen. Hoewel de maten variëren, worden 2 mm x 6 mm-diameter bumpers aanbevolen. Vermijd simpelweg het "steken" van de bumper. Tenzij het materiaal wordt verwijderd, zal de bumper opnieuw verzegelen (aanvullend figuur 1). De hierboven aangegeven perforaties zijn bedoeld voor de koppeling met polyetheretherketon (Peek) buizen, pipet en tip, of een botte naald (16 – 18 G). Grotere perforaties kunnen worden bereikt met draaiende Pons tangen (aanvullend figuur 1). Deze zijn nuttig wanneer de bumper wordt gebruikt als een "reservoir" voor vloeistoffen of andere Biologicals.
  2. Zorg ervoor dat de opening volledig helder is door het verwijderen van vuil (veroorzaakt doorboren of ponsen) met een paar kleine pincet.
  3. Nadat de inlaat-/uitlaatpoorten met succes zijn gewist, lijnt u de bumpers voorzichtig uit met de inlaat-/uitlaatpoorten op het gelamineerde apparaat (Figuur 1J – K). Deze stap is essentieel voor een goede stroom van vloeistoffen in en uit het apparaat. Houd de bumper achter het apparaat, plaats het klevende gezicht tegenover de open inlaat/uitlaat op het apparaat en lijn het uit en houd het vast. Apparaatassembly is nu voltooid.

6. testen

  1. Toegang tot de kanaal/kamer architecturen via de geperforeerde bumpers (poorten). Er zijn verschillende opties met betrekking tot het introduceren van vloeistoffen en Biologicals in de apparaten.
  2. Gebruik laboratorium-of medische/chirurgische slangen door deze aan een plastic connector (bijv. Luer adapters) of op een botte naald te bevestigen. Een standaard pipet en tip of PEEK-slang zonder adapters kunnen ook worden gebruikt (aanvullende figuur 2).
  3. Voer infusie of tekening van vloeistoffen met spuiten en slangen met behulp van spuiten of peristaltische pompen.
    Opmerking: er zijn veel opties in de markt, beginnend bij ~ 300 USD op het moment van schrijven.
  4. Stel verschillende instellingen voor de stroomsnelheid in op basis van het apparaat en het experiment.
    Opmerking: we gebruiken routinematig debiet instellingen in het bereik van 0,01 – 100 μL/min, maar andere tarieven kunnen worden gebruikt.

figure-protocol-1
Figuur 1: fabricage. A) een kantoor laminator en een ambachtelijke frees zijn de enige twee uitrustingsstukken die nodig zijn voor de fabricage. Beide zijn beschikbaar online of bij ambachten/kantoorbenodigdheden winkels. Andere vereiste gereedschappen zijn schaar en pincet. (B) kanaal-en kamer architecturen kunnen digitaal worden samengesteld met elk softwareprogramma dat tekenhulpmiddelen bevat (vectorafbeeldingen kunnen de voorkeur krijgen van sommige gebruikers, maar zijn niet verplicht). Lijnen en vormen worden in het zwart getekend met een witte achtergrond. Het bestand of een schermopname van het ontwerp kan worden geïmporteerd in de ambachtelijke Cutter software door te slepen en neer te zetten. (C) Craft Cutter software is gratis te downloaden en is vereist om de frees te besturen. De software verwerft het ontwerp en zorgt voor wijzigingen, zoals dimensionering. Het biedt ook tekenhulpmiddelen. D) de snijmat draagt de folie om te snijden. Het is een beetje lijm, waardoor immobilisatie van de materialen te snijden. De figuur toont vier verschillende materialen klaar voor het laden: 3 mil-dik huisdier/EVA film (top), 5 mil-dik huisdier/EVA film (midden), 6 mil-dikke EVA/PET/EVA (linksonder) en PVC film (rechtsonder). (E) frees is open voor weergave Blade (in zwart) eenheid en geladen mat. (F) na het knippen worden de afzonderlijke lagen met een pincet opgeheven. Uitsparingen van kanalen en kamers blijven op de mat bevestigd en worden later verwijderd en weggegooid. G) de afzonderlijke lagen worden uitgelijnd en bovenop de laminering aangebracht. Kleine stukjes dubbelzijdige tape (Arrow) worden vaak gebruikt om te helpen bij het uitlijnen en voorkomen van laag verschuiving tijdens lamineren. (H, I) Het apparaat wordt gevoed aan de bovenkant van de laminator en hersteld door de sleuf. Lamineren zorgt voor een robuuste afdichting, waardoor kanaal paden open gaan. (J, K) Om toegang te krijgen tot de kanalen, is het noodzakelijk om geperforeerde, zelfklevende vinyl bumpers toe te voegen. Afbeelding in (J) toont de "omgekeerde" benadering voor uitlijning, waarbij de bumper van achteren wordt geplaatst, waardoor de inlaat/uitlaat met de bumper perforatie visueel kan worden uitgelijnd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Naast lage kosten en snelle iteratie, kan PETL-technologie eenvoudig worden aangepast om specifieke uitdagingen op te lossen. Eerst beschrijven we een eenvoudig apparaat bestaande uit een glazen afdekplaat, een kamerlaag, een kanaallaag en een inlaat-/uitlaatlaag (Figuur 2). Dit apparaat is ontworpen om de beeldvorming van cellen en micro organen onder constante stroming te vergemakkelijken. Cultuurmedium wordt aangevuld met lage stroomsnelheden om voedings-en gasuitwisseling aan te moedigen...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Terwijl microfluïdica steeds meer aanwezig zijn in de gereedschapskist van laboratoria over de hele wereld, is het tempo van adoptie teleurstellend, gezien het potentieel voor zijn positieve effect16. Lage kosten en hoge efficiëntie van microfluïdische apparaatfabricage zijn essentieel om de acceptatie van deze technologie in het gemiddelde onderzoek laboratorium te versnellen. De hier beschreven methode maakt gebruik van meerdere film lagen om twee en driedimensionale apparaten te maken tegen een...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fernando Ontiveros is in het proces van de lancering van PETL FLUIDICS (LLC), een bedrijf dat zal commercialiseren en bieden adviesdiensten voor deze technologie. De co-auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het werk in dit manuscript werd deels gesteund door de National Science Foundation (subsidie nr. CBET-1553826) (en bijbehorende ROA supplement) en de National Institutes of Health (NIH) (Grant No. R35GM124935) naar J.Z., en de Notre Dame Melchor een bezoek aan het faculteits Fonds F.O. We willen Jenna Sjoerdsma en basar Bilgiçer bedanken voor het verstrekken van zoogdiercellen en cultuur protocollen en Fabio Sacco voor hulp bij aanvullende cijfers.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Biopsy punch (1mm)Miltex33-31AAOptioneel, vervangt roterende gereedschapsopstelling
Blunt needlesJanel, Inc.JEN JG18-0.5X-90Verwijder plastic en bevestig aan Tygon-slang
CoverslipsElk24 x 60 mm zijn bij voorkeur
Snijmat en -messenSilhouette America of Nicapawww.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-matsHerbruikbaar/wegwerp
Dubbelzijdig plakbandScotch/3M667Kleine hoeveelheden, elke breedte of merk
PEEK-slangIDEX/elke1581LVerschillende configuraties beschikbaar. Overweeg om in plaats daarvan Tygon-slang te gebruiken, indien nog geen PEEK wordt gebruikt
PET/EVA thermisch laminaatfilmScotch/3M & TranscendiaTP3854-200, TP5854-100 & transcendia.com/products/trans-kote-pet3 - 6 mil (mil = 1/1000 inch) lamineerzakjes of -rollen.
PVC-folie - Cling WrapGlad / ElkVoedselwikkel
Roterende gereedschapsboorDremel/elke200-121 of andere1/32 en 3/64" boorbits van Dremel aanbevolen
Rubberen rollerSpeedball4126Om hechting te vergemakkelijken, elk merk werkt
Schaar & pincetElkFiskars-Inch-Titanium-Softgrip-Scissors |Cole-Parmer –# UX-07387-12Kwaliteitsmerken worden aanbevolen
Silhouette CAMEO Craft snijderSilhouette Americawww.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4TVoorkeurs craft snijder
Silhouette Studio softwareSilhouette Americawww.silhouetteamerica.com/softwareBestuurt de craft snijder en biedt tekentools (gratis download MAC en PC)
SpuitpompHarvard Apparatus of New Era70-4504 of NE-300Pompen zijn ideaal, pipetten of buretten kunnen worden gebruikt.
SpuitenElk1-3mL
Thermische lamineerderScotch/3MTL906Standaard thuis/kantoor model
Tygon-slang (E-3603)Cole-ParmerEW-06407-70Gebruik met stompe naalduiteinden
Vinyl meubelbumpersDerBlue/3M/ EverbiltDoorzichtig, zelfklevend (6 x 2 mm en 8 x 3 mm)Ronde bumpers worden aanbevolen

Referenties

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Xia, Y., Whitesides, G. M. SOFT LITHOGRAPHY. Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).
  2. Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and Applications of Microfluidics in Biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).
  3. Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft Lithography in Biology and Biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering. 3 (1), 335-373 (2001).
  4. Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
  5. Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia. Lab on a Chip. 12 (7), 1224(2012).
  6. Zhang, B., Korolj, A., Lai, B. F. L., Radisic, M. Advances in organ-on-a-chip engineering. Nature Reviews Materials. 3 (8), 257-278 (2018).
  7. Bartholomeusz, D. A., Boutte, R. W., Andrade, J. D. Xurography: rapid prototyping of microstructures using a cutting plotter. Journal of Microelectromechanical Systems. 14 (6), 1364-1374 (2005).
  8. Martínez-Hernández, K. J., Rovira-Figueroa, N. D., Ontiveros, F. Implementation and Assessment of Student-Made Microfluidic Devices in the General Chemistry Laboratory. , (2016).
  9. Levis, M., et al. Microfluidics on the fly: Inexpensive rapid fabrication of thermally laminated microfluidic devices for live imaging and multimodal perturbations of multicellular systems. Biomicrofluidics. 13 (2), 024111(2019).
  10. Subramaniam, A., Sethuraman, S. Chapter 18 - Biomedical Applications of Nondegradable Polymers. Natural and Synthetic Biomedical Polymers. , 301-308 (2014).
  11. Yuen, P. K., Goral, V. N. Low-cost rapid prototyping of flexible microfluidic devices using a desktop digital craft cutter. Lab Chip. 10 (3), 384-387 (2010).
  12. Oya, K., et al. Surface Characteristics of Polyethylene Terephthalate (PET) Film Exposed to Active Oxygen Species Generated via Ultraviolet (UV) Lights Irradiation in High and Low Humidity Conditions. Journal of Photopolymer Science and Technology. 27 (3), 409-414 (2014).
  13. Narciso, C. E., Contento, N. M., Storey, T. J., Hoelzle, D. J., Zartman, J. J. Release of Applied Mechanical Loading Stimulates Intercellular Calcium Waves in Drosophila Wing Discs. Biophysical Journal. 113 (2), 491-501 (2017).
  14. Suh, Y. K., Kang, S. A Review on Mixing in Microfluidics. Micromachines. 1 (3), 82-111 (2010).
  15. Jahn, A., Vreeland, W. N., Gaitan, M., Locascio, L. E. Controlled Vesicle Self-Assembly in Microfluidic Channels with Hydrodynamic Focusing. Journal of the American Chemical Society. 126 (9), 2674-2675 (2004).
  16. Weibel, D., Whitesides, G. Applications of microfluidics in chemical biology. Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6), 584-591 (2006).
  17. Chen, X., Li, T., Shen, J. CO2 Laser Ablation of Microchannel on PMMA Substrate for Effective Fabrication of Microfluidic Chips. International Polymer Processing. 31 (2), 233-238 (2016).
  18. Chen, X., Shen, J., Zhou, M. Rapid fabrication of a four-layer PMMA-based microfluidic chip using CO2-laser micromachining and thermal bonding. Journal of Micromechanics and Microengineering. 26 (10), 107001(2016).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

PET laminaatencraft cutterfabricage van apparatenkanaalontwerplaminatieprocesin en uitlaatpoortencelkulturabeeldingDrosophila organen

Gerelateerde artikelen