Een microfluïdische apparaat met Groove patronen voor het bestuderen van Cellular Gedrag
August 30th, 2007
Beschrijven we een protocol voor de fabricage van microfluïdische apparaten die cel te vangen en cultuur kunnen inschakelen. In deze benadering patroon microstructuren, zoals groeven in microfluïdische kanalen worden gebruikt om lage shear stress regio's waarbinnen de cel kan dock te creëren.
Mijn naam is Jiang, ik ben een poster fellow van Harvard en MIT, gezondheid, wetenschap en technologie. Dus mijn expertise in dit lab, ik kan gewoon mijn voorspellende apparaat genereren om cellulair gedrag te bestuderen. Ik kan zeer nieuwe gradiëntapparaat genereren, net als ik kan integreren in mijn voorspellende apparaat.
TC-apparaten kunnen de cel-cel-interactie en celinteractie, evenals de celzonnefactorcontact precies manipuleren. Dus door het TC-systeem te gebruiken, kan ik bestuderen om de basiscelbiologie te begrijpen, evenals sommige ontwikkelingsbiologie en sommige bio bio stamcelbio-engineering. Mijn naam is Amir Manchi en ik ben een undergraduate student professor Haan lab in Harvard, MIT Division of Health Sciences and Technology.
En ik heb gewerkt aan microfillische apparaten en we hebben geprobeerd als een bewijs van principe te tonen dat microfluïdische apparaten geweldige potentiële apparaten zijn voor het kweken van cellen en het doen van verschillende studies, zoals toxiciteitsstudies en we hebben ook geprobeerd om de vloeistofkwalificatie binnen deze apparaten te bestuderen en te optimaliseren als een functie van stromingssnelheden, geometrie en andere verschillende soorten parameters. Op dit moment beginnen we vanuit de microfabricageruimte en wat we gaan doen is dat we proberen om een aantal microfluïdische apparaten te maken om de microfolische apparaten te laten gebeuren, we hebben wat siliciumwaferpatronen nodig en we hebben wat PDMS-vormen bovenop ze nodig. Dit PDMS-polymeer is eigenlijk een mengsel van twee verschillende dingen.
Het is een mengsel van siliconenelastomeerbasis en ook siliconenelastomeerhardingsmiddel. De manier waarop we deze twee mengen is dat we ze mengen tot een 10 tot één verhouding, dus 10 basis en een van het hardingsmiddel. Nu wil ik ongeveer 20 gram van mijn basis hier.
Ik heb ook twee gram van het hardingsmiddel nodig en het hardingsmiddel is veel minder dicht. Het komt veel sneller en ik moet een beetje voorzichtig zijn. Dus het is nu ongeveer 22 en ik wil de basis en het hardingsmiddel samen mengen.
Dus ik zal een pijp gebruiken om dat te doen. Ik zal proberen het zo goed mogelijk te mengen. Ik wil deze PDMS-polymeer op de siliconenwafers gieten die eigenlijk een patroon op zich hebben en de siliconenwafer helpt om patroon te geven aan de PDMS-vormen.
Je kunt eigenlijk merken dat ik hier twee siliconenwafers heb en de reden is dat een van ze voor de bovenste laag van ons microfillisch apparaat is en de andere voor de onderste laag. We hebben twee lagen nodig in microfillische apparaten omdat we een kanaal proberen te hebben en het hele verhaal achter de microfluïdische apparaten is dat we stroming willen hebben binnen die kanalen. Dus ik moet dit mengsel op zowel de siliconenwafers gieten omdat ik veel bubbels in dit mengsel heb.
Ik wil deze bubbels eruit halen en wat we doen is dat we vacuüm gebruiken om die bubbels eruit te halen. We zijn terug in het hoofdlaboratoriumgebied en zoals ik je eerder vertelde, omdat er veel bubbels in het PDMS-mengsel zijn en we willen het verwijderen en ik ga de mengsels bovenop de siliconenwafers in de vacuümkamer plaatsen. Ik ga de kamer sluiten en ik ga de vacuüm openen nadat dit klaar is, gaan we de PDMS-vormen 's nachts in een oven doen om ze meer solide te maken.
Goed, we zijn nu in het laboratorium en we willen deze microfolische apparaten assembleren. Wat we gaan doen is dat we de PDMS-vormen nemen, die 's nachts in de incubator hebben gestaan en ze hebben de patronen gevormd die op de siliconenwafers zijn geweest en ik ga twee verschillende patronen gebruiken. Aan de linkerkant zie je het microkanaal, dat de bovenste laag gaat zijn en aan de rechterkant zie je enkele groene lijnpatronen die de onderste laag gaan zijn.
En dit is, dit zal de groeven in het microapparaat vormen. Ik begin met het snijden van deze gels om de bovenste laag te kunnen hebben, zodat er gemakkelijk loskomt van de siliconenwafer. En wat ik ga doen is dat ik het overbreek in deze Petra-schaal met de gezichtskant omhoog, zodat de patronen omhoog kijken.
En ik ga hetzelfde proberen voor de groeven, die de groene lijnpatronen waren. Dus deze gaan de onderste laag vormen. Dus zodra de gel is gesneden, ga ik het overbreken naar de Petra-schaal en om stof op de patronen te voorkomen, ga ik ze plakken.
De volgende stap is het doorprikken van de uiteinden van de kanalen om cel en media in en uit te laten stromen. Wat ik ga doen is dat omdat ik hier een brede oppervlakte heb en ik kan de patronen zelf niet zien, ga ik dit gebruiken om de kanalen te kunnen zien en ik ga de beide uiteinden doorprikken. Dus ik ga hier een grote priem gebruiken, zodat het een reserve-orde moet kunnen hebben en aan de andere kant ga ik een klein gat priemen om poly ethanol-buisjes aan de andere kant te kunnen gebruiken.
We zijn nu in de microfabricageruimte en de volgende stap is om de twee verschillende oppervlakken die we hebben, aan elkaar te bevestigen. Om dat te doen gebruik je deze machine die plasma-reiniger wordt genoemd en het proces wordt plasmabehandeling genoemd. Wat er in deze kamer gebeurt is dat we een plasma-omgeving gaan hebben en bij de interactie van het plasmaoppervlak wat er gaat gebeuren is dat het plasma eigenlijk het zwakke oppervlakteevenwicht gaat breken en het gaat het vervangen door sterk reactieve chemische groepen.
Dus wat er nu gaat gebeuren is dat ik de tapes ga verwijderen die hier zijn geplaatst om het stof te voorkomen en ik ga deze vormen in de kamer plaatsen. Ik ga deze deur helemaal sluiten, eerst de stroom en dan de pomp en dan zijn we klaar om te gaan. We zullen het over vijf tot tien minuten ophalen.
Nu wil ik het uitzetten, dus ik zet de pomp en de stroom uit en ik ga de kamer openen. Eigenlijk is er een negatieve druk hier, dus je hoort misschien het geluid. Dat is wat, vanwege de negatieve druk, dus ik neem langzaam
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor de fabricage van microfluïdische apparaten die zijn ontworpen voor celopvang en -cultuur. De methode maakt gebruik van gepatternde microstructuren om gebieden met lage afschuifspanning te creëren, wat celdocking vergemakkelijkt.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Microfluïdica
- Celbiologie
- Bio-engineering
Achtergrond
- Microfluïdische apparaten zijn essentieel voor het bestuderen van cellulair gedrag.
- Omgevingen met lage afschuifspanning zijn cruciaal voor celdocking.
- Begrip van celinteracties kan de ontwikkelingsbiologie vooruit helpen.
- Innovatieve apparaatontwerpen kunnen de onderzoeksmogelijkheden verbeteren.
Doel van de studie
- Om een methode te ontwikkelen voor het maken van microfluïdische apparaten.
- Om effectieve celopvang en -cultuur mogelijk te maken.
- Om de studie van celinteracties en -gedrag te vergemakkelijken.
Gebruikte methoden
- Fabricage van microfluïdische apparaten met gepatternde microstructuren.
- Creatie van gebieden met lage afschuifspanning binnen microfluïdische kanalen.
- Integratie van verschillende apparaatfunctionaliteiten voor verbeterde celstudie.
- Toepassing van de apparaten in onderzoek naar cellulair gedrag.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle fabricage van microfluïdische apparaten voor celcultuur.
- Bewezen mogelijkheid om omgevingen met lage afschuifspanning te creëren.
- Effectieve docking van cellen binnen de apparaten mogelijk gemaakt.
- Inzichten verschaft in celinteracties en -gedrag.
Conclusies
- De ontwikkelde microfluïdische apparaten zijn effectief voor celopvang.
- Gebieden met lage afschuifspanning zijn gunstig voor cellulaire studies.
- Deze aanpak kan onderzoek in celbiologie en bio-engineering vooruit helpen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Microfluidic devices with microgrooved patterns enable precise control of cellular microenvironments, supporting high-content analysis of cell behavior under defined conditions. This platform enhances predictive confidence in early discovery by allowing real-time observation of apoptosis and cellular responses to stressors. Integration of such devices into R&D pipelines supports robust target validation and scalable assay development for portfolio advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables controlled interrogation of cellular responses to defined chemical stimuli.
- Supports mechanistic de-risking by isolating variables in apoptosis induction and detection.
- Facilitates functional target validation through real-time monitoring of cell fate decisions.
Screening & Assay Development
- Provides standardized microenvironments for reproducible cell patterning and immobilization.
- Enables quantitative, high-throughput screening of compound-induced apoptosis using validated markers.
- Supports assay scalability and platform reuse across multiple cell types and channel geometries.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro cellular responses with disease-relevant stressors for translational biomarker exploration.
- Maintains continuity from discovery through preclinical validation by enabling real-time, quantitative readouts.
- Reduces biological risk by providing predictive data on cellular susceptibility to candidate compounds.
Pipeline & Workflow Integration
This microfluidic platform fits from early discovery through lead identification, supporting both hypothesis-driven studies and scalable screening workflows.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on cell stress responses and apoptosis mechanisms.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for compound evaluation and toxicity profiling.
- Analytics: Enables real-time measurement of apoptotic markers and cell viability under controlled flow conditions.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical models by mimicking physiological stressors.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, adaptable platform for diverse cell-based assays across R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cell-based assays.
- Operational Value: Standardizes workflows for reproducibility and scalability in high-throughput settings.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital allocation by providing robust early data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of validated targets and compounds.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication and cell culture techniques.
- Needs access to microfluidic fabrication infrastructure and analytical microscopy.
- Demands cross-team standardization for assay protocols and data analysis.
- Adaptable to various cell types and channel geometries with protocol optimization.
- Throughput and complexity may be limited by device fabrication and handling constraints.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
4:21
Assembly of microfluidic device
4:55
Cutting layers of microfluidic device
0:00
Creating channel inlet and outlet
1:27
Microfabrication of microfluidic device
6:10
Bonding the microfluidic device layers
9:09
Cell seeding
1:45
Preparation of PDMS mixture
2:42
Patterning PDMS molds
0:06
Introduction
3:36
Removing bubbles by vacuum
13:32
Time lapse of apoptosis
11:31
Application of reagents
9:08
Experiment: monitoring apoptosis
8:19
Coating channels with fibronectin
