De Microfluïdische Probe: Werking en gebruik voor plaatselijke Surface Processing
4 juni 2009
In deze video presenteren we de microfluïdische probe 1 (MFP). We leggen in detail hoe u de MFP assembleren, monteren bovenop een omgekeerde microscoop, en lijn deze ten opzichte van het substraat oppervlak, en tenslotte laten zien hoe het te gebruiken om een substraatoppervlak ondergedompeld in een bufferoplossing proces.
Deze procedure laat zien hoe de microfluïdische probe of MFP moet worden geassembleerd en gebruikt. De microfluïdische componenten van de MFP zijn gasdichte spuiten, glazen capillaire buisjes, micro-tight connectoren van Upchurch en de MFP-kop. Deze video presenteert de kritieke stappen van de assemblage en uitlijning.
Eenmaal geassembleerd kan de MFP worden gebruikt met een grote verscheidenheid aan substraten en reagentia voor oppervlaktepatronering en -verwerking. Hallo, ik ben Cecil Perot. Ik ben postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van David Yaker van de afdeling Biomedical Engineering aan de McGill University in Montreal, Canada.
Hallo, ik ben Mohammad Kasime. Ik ben PhD-kandidaat in het laboratorium van David Y op de afdeling biomedische technologie van McGill University. Hallo, ik ben David Yoker.
Ik ben universitair hoofddocent bij de afdeling Biomedische Techniek en ik heet u van harte welkom bij onze demonstratie over de microfluïdische probe. Vandaag laten we u de procedure zien voor de bediening en het gebruik van de microfluïdische probe. Wij passen deze procedure in ons laboratorium toe voor oppervlaktebewerking en patroonvorming.
Laten we beginnen. Om dit protocol te starten worden plastic spuiten en naalden gebruikt om glazen gastype-spuiten te vullen met reagentia, waarbij wordt gegarandeerd dat er geen luchtbellen aanwezig zijn. Normaal gesproken gebruiken we een spuit van 1 tot 10 µL voor injectie en een spuit met een vijf tot tien keer groter volume voor aspiratie.
Vervolgens worden de spuiten, gebruikmakend van nano tight-koppelingen met een laag dood volume, verbonden met capillaire buisjes. De capillairen worden daarna gevuld en onder de microscoop gecontroleerd op luchtbellen. De MFP-chip wordt vooraf gevuld met bufferoplossing om te voorkomen dat er luchtbellen ingesloten raken bij het aansluiten van de capillairen.
Ten slotte worden de capillairen in het PDMS-verbindingsstuk in de gefabriceerde MFP-kop geplaatst. Nu de MFP is geassembleerd, kunnen we beginnen met de installatie. Het substraat wordt in een zelfgemaakte houder geplaatst.
Deze is bevestigd aan de objecttafel van de microscoop. De afstand tussen de MFP en het substraat is van cruciaal belang voor oppervlaktepatroneringsprocessen. Met behulp van een driepuntssteun, gevormd door micrometerschroeven, wordt de horizontale uitlijning met micrometerprecisie aangepast.
Dit is noodzakelijk omdat het substraat wordt verwerkt door het onder de MFP te scannen. Om de MFP in te stellen, wordt de probekop in de probehouder geklemd en gemonteerd op het probestation bovenop een omgekeerde microscoop. De spuiten worden vervolgens in precisiespuitpompen geplaatst.
Vervolgens wordt, met behulp van een paar goniometers, de uitlijning van de tafel van de MFP ten opzichte van het substraat aangepast door de Newton-ringen, ook wel interferentiefranjes genoemd, waar te nemen. Deze verschijnen wanneer de MFP in contact wordt gebracht met het substraat; het contactpunt en de frequentie van de ringen dienen als indicatie voor de kanteling. Wanneer de MFP is uitgelijnd met het oppervlak, strekt één enkele interferentiering zich uit over het gehele oppervlak.
Deze meting dient tevens om de afstand tussen de MFP en het substraat te kalibreren. Nu de MFP is opgezet, kunnen we overgaan naar de bediening van de MFP. Tijdens de bediening van de MFP wordt het dispenseren aangestuurd door LabVIEW-software.
De bediening van het apparaat wordt visueel gecontroleerd en met een CCD-camera gevolgd. Voordat de eigenlijke aspiratie begint, dient er wat vloeistof te worden geïnjecteerd om er zeker van te zijn dat de aspiratiespuit correct is georiënteerd en dat er geen luchtbellen aanwezig zijn. De MFP wordt vervolgens in de buffer ondergedompeld.
We kunnen nu beginnen met de injectie van vloeistof terwijl de stroominsluiting van de kraaltjes wordt gemonitord. De injectie-aspiratieverhouding varieert van 1:3 tot 1:10, afhankelijk van de diffusiviteit van het reagens in een omringende buffer en het gewenste geometrische stroompatroon. Ten slotte kan de probe nu worden gebruikt voor diverse toepassingen.
De hier getoonde oppervlaktepatronen zijn gerealiseerd met de MFP met fluoresceïne-gelabeld biotine op strep divide, ENC-gecoate hydrogelglazen dia's. De injectiesnelheid was 1 nanoliter per seconde en de aspiratiesnelheid was 10 nanoliters per second, waarbij respectievelijk spuiten van 10 microliter en 50 microliter werden gebruikt. De afstand tussen het oppervlak en de probe was vijf micrometer.
Het MFP kan ook worden gebruikt voor lokale kleuring en verwerking van cellen en weefsels. De stroominsluiting voorkomt diffusie van het reagens en maakt nauwkeurige chemische kleuring van cellen mogelijk. Zoals hier wordt getoond, werd een monolaag fibroblastcellen gekleurd met 100 µg/mL dai.
We hebben u nu laten zien hoe u de microfluïdische probe bedient. Bij het uitvoeren van deze procedure moet u ervoor zorgen dat er geen luchtbellen in het systeem voorkomen en dat het oppervlak van de microfluïdische probe parallel aan het substraat staat. Dat is alles.
Bedankt voor het kijken en veel succes met uw experimenten.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze video demonstreert de assemblage en het gebruik van de microfluïdische probe (MFP). Er wordt ingegaan op de cruciale stappen voor het uitlijnen van de MFP met een omgekeerde microscoop en het bewerken van substraatoppervlakken die zijn ondergedompeld in een bufferoplossing.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Microfluidica
- Biomedische Technologie
- Oppervlaktebewerking
Achtergrond
- De MFP bestaat uit gasdichte spuiten, glazen capillaire buisjes en micro-tight connectoren.
- Het is ontworpen voor diverse substraten en reagentia.
- Een juiste montage en uitlijning zijn cruciaal voor een effectief gebruik.
- De MFP kan oppervlaktepatronering en -verwerking faciliteren.
Doel van de studie
- Om een gedetailleerde handleiding te bieden voor het assembleren van de MFP.
- Om de uitlijning van de MFP met een microscoop te demonstreren.
- Om de toepassing van de MFP bij substraatbewerking te tonen.
Gebruikte methoden
- Assemblage van de MFP-componenten.
- Montage van de MFP op een geïnverteerde microscoop.
- Uitlijnen van de MFP ten opzichte van het substraatoppervlak.
- Behandelen van substraatoppervlakken in een bufferoplossing.
Belangrijkste resultaten
- De MFP kan effectief worden geassembleerd en uitgelijnd.
- Het maakt veelzijdige verwerking van diverse substraten mogelijk.
- Succesvolle technieken voor oppervlaktestructurering zijn aangetoond.
- Het belang van nauwkeurige uitlijning voor optimale resultaten is benadrukt.
Conclusies
- De MFP is een waardevol instrument voor onderzoekers in de biomedische technologie.
- Een juiste assemblage en uitlijning zijn essentieel voor de functionaliteit ervan.
- Deze video dient als een uitgebreide handleiding voor het gebruik van de MFP.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
De microfluïdische probe maakt een nauwkeurige, lokale toediening van reagentia voor oppervlaktebewerking mogelijk zonder dat gesloten microfluïdische kanalen vereist zijn, wat schaalbare en reproduceerbare assayontwikkeling ondersteunt. Deze mogelijkheid verbetert de targetvalidatie en fenotypische screening door gecontroleerde micro-omgevingen voor cellulaire en moleculaire interacties mogelijk te maken. Het biedt een herbruikbaar platform voor oppervlaktepatronering met een hoge resolutie, waardoor het verbruik van reagentia wordt verminderd en de experimentele doorvoer in vroege discovery-workflows wordt verhoogd.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door middel van gelokaliseerde depositie van reagentia op substraten.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door microjets te beperken tot specifieke oppervlaktegebieden voor nauwkeurige moleculaire patroonvorming.
- Voorspellende waarde: Faciliteert functionele targetvalidatie door gecontroleerde toediening van liganden of inhibitoren aan gedefinieerde regio's mogelijk te maken.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream screening via gelokaliseerde oppervlaktemodificatie.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en reproduceerbaarheid van assays door nauwkeurige flowbeperking en scanmogelijkheden.
- Schaalbaarheid: Maakt screening gereedheid mogelijk over grote substraatoppervlakken door de probe te scannen, wat hergebruik van het platform ondersteunt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele continuïteit: Ondersteunt ziekterelevante systemen door gelokaliseerde kleuring en verwerking van cellen en weefsels mogelijk te maken.
- Mechanistische risicoreductie: Maakt nauwkeurige chemische kleuring van cellen mogelijk, zoals fibroblast-monolagen, om target-interactie te beoordelen.
- Predictief vertrouwen: Biedt kwantitatieve controle over de toediening van reagentia, waardoor de betrouwbaarheid van preklinische meetwaarden wordt verbeterd.
Integratie van Pipeline & Workflow
De microfluïdische probe integreert in het ontdekkingscontinuüm, van vroege doelwitvalidatie via assayontwikkeling tot preklinische screening, ter ondersteuning van iteratieve ontwerp- en testcycli.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen en pathway-verduidelijking via gelokaliseerde toediening van reagentia op substraten.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk door reproduceerbare microjet-beperking en scanning over oppervlakken.
- Analytics: Levert kwantitatieve resultaten, zoals controle over de stroomsnelheid en ruimtelijke patroonvorming voor comparatieve conditionele analyse.
- Translational Research: Verbindt met preklinische continuïteit door gelokaliseerde verwerking van cellen en weefsels onder gebufferde omstandigheden.
- Enterprise Reuse: Functioneert als een herbruikbaar platform voor meerdere substraten en reagentia, waardoor de behoefte aan microfluidische chips voor eenmalig gebruik wordt verminderd.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid, validatie van targets en vermindering van mechanistische ambiguïteit in oppervlakte-gebaseerde assays.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van gelokaliseerde oppervlakteverwerking.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een laat stadium door vroege risicoreductie.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van nauwkeurige ruimtelijke moleculaire afgifte.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in microfluïdische assemblage, microscopische uitlijning en het bedienen van spuitpompen.
- Is afhankelijk van gasdichte spuiten, glazen capillairen, micro-tight connectoren en een omgekeerde microscoop met CCD-visualisatie.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de uitlijning van probes, controle van de stroomsnelheid en bubbelvrije vloeistofbehandeling.
- Omvat overwegingen voor adaptatie over verschillende substraattypen, waaronder hydrogel-glashuidsjes en celgecoate oppervlakken.
- Beperkt door de noodzaak van precieze spleetcontrole (bijv. 5 micrometers) en uitlijning via Newton-ringen om stroombeperking te waarborgen.
