Niet-plasma Verlijmen van PDMS voor goedkope Fabricage van microfluïdische apparaten
1 november 2007
In deze video laten we zien hoe het neuron microfluïdische apparaat gebruiken zonder plasma-bonding.
Laboratoria die routinematig fotolithografie en soft-lithografie uitvoeren, beschikken doorgaans over een zogenaamde plasmareiniger. Een plasmareiniger bevat een elektrische spoel die een gedeeltelijk geïoniseerd gas creëert, bestaande uit elektronen, ionen, neutrale atomen en moleculen. De plasma creëert reactieve species op het oppervlak van het glas en het device, die een permanente binding vormen wanneer ze op elkaar worden geplaatst.
Het plasma maakt het oppervlak van het apparaat bovendien hydrofiel, wat het toevoegen van vloeistoffen vergemakkelijkt. In sommige gevallen is een permanente, onomkeerbare binding echter niet gewenst. Daarnaast hebben veel laboratoria geen toegang tot een plasmareiniger.
Om dit probleem aan te pakken, demonstreren we vandaag het reversibele niet-plasmabonden van het neuron-apparaat aan dekglas; elektrostatische krachten tussen de PDMS en het glas vormen een verbinding die waterdicht is en geschikt voor celkweek. Ik wil u graag voorstellen aan Kiana Lee. Zij zal vandaag de demonstraties verzorgen.
Corning nummer 1 dekglasjes van 24 millimeter bij 40 millimeter worden gereinigd met een waterbad-sonicator. De glaasjes worden in een rek van roestvrij staal geplaatst, dat vervolgens in een met gedeïoniseerd water gevulde glazen container wordt gezet. De glazen container wordt vervolgens in de waterbad-sonicator geplaatst.
De glazen objectglaasjes worden vervolgens gedurende 30 minuten gesoniceerd. Na de sonicatie wordt het gedeïoniseerde water uit de glazen houder gegoten. Er wordt 70% ethanol in de glazen houder met de objectglaasjes gegoten, waarna deze naar een standaard veiligheidskast wordt gebracht om ze steriel te houden.
Na het spoelen met 70% ethanol wordt het roestvrijstalen rek uit de glazen container gehaald en worden de glazen objectglaasjes enkele uren of een nacht volledig aan de lucht gedroogd. Vervolgens worden de glazen objectglaasjes, terwijl ze zich in de veiligheidskast bevinden, gecoat met PLL door ze te weken in een container gevuld met PLL-oplossing. De glazen objectglaasjes worden minimaal drie uur of een nacht in de PLL-oplossing geweekt.
Na de PLL-coating wordt de PLL-vloeistof uit de schaal verwijderd en worden de glazen objectglazen grondig gespoeld met gedeïoniseerd water. Nadat het met PLL gecoate glas meerdere keren met water is gespoeld, wordt de schaal gevuld met water en mogen de glazen objectglazen enkele uren in het water weken. Na het enkele uren weken in gedeïoniseerd water wordt het water uit de schaal geaspireerd.
De glazen objectglazen worden kort gespoeld, waarna ze uit de schaal worden gehaald, in een rek van roestvrij staal worden geplaatst en gedurende de nacht worden gedroogd. In een veiligheidskabinet worden de Neuron-apparaten geplaatst en grondig gespoeld met 70% ethanol om ze te steriliseren. Het overtollige ethanol wordt vervolgens van het apparaat afgezogen. De apparaten worden daarna in het veiligheidskabinet gelaten om gedurende de nacht te drogen tot de volgende dag.
Dit steriele neuronale apparaat wordt simpelweg bovenop het schone, steriele en met PLL behandelde glas geplaatst. De PDMS vormt een omkeerbare binding met het glas die vloeistofdicht is. Een apparaat wordt met lichte drukcellen aan het glas gehecht, waarna er onmiddellijk media aan het apparaat worden toegevoegd.
Wanneer er te lang wordt gewacht met het toevoegen van medium of cellen aan het device na de assemblage, kan het moeilijker worden voor de vloeistof om het device binnen te dringen. Het is belangrijk op te merken dat de vloeistof niet zo gemakkelijk en snel in niet-plasmabehandelde devices dringt als in een plasmabehandeld device. Plasmabehandelde devices zijn direct na de plasmabehandeling hydrofiel, waardoor vloeistoffen gemakkelijk in het hydrofiele device stromen, terwijl de doorstroming door niet-plasmagebondde devices veel trager is.
In sommige gevallen kan het noodzakelijk zijn om een pipet te gebruiken om vloeistof in het apparaat te persen. In deze video hebben we laten zien hoe u het neuron-apparaat zonder plasmabinding op dekglas kunt bevestigen. Dit is een efficiënte en goedkope methode om PDMS reversibel aan glasoppervlakken te binden.
We hopen dat u deze video informatief en nuttig vond. Dat was alles vanuit het John Lab. Bedankt voor het kijken.
Overzicht
Deze video demonstreert een methode voor het gebruik van een microfluïdisch apparaat voor neuronen zonder dat plasmamodificatie voor de hechting nodig is. De techniek maakt een reversibele verbinding tussen het apparaat en glas mogelijk, geschikt voor celkweek.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Microfluidica
- Celkweektechnieken
Achtergrond
- Plasmabinding wordt veelvuldig in laboratoria gebruikt voor het creëren van permanente verbindingen tussen materialen.
- Veel laboratoria hebben geen toegang tot plasmareinigers, waardoor alternatieve methoden noodzakelijk zijn.
- Omkeerbare bindingstechnieken kunnen de manipulatie van apparaten vergemakkelijken.
- Het microfluidische neuron-apparaat is ontworpen voor celkweektoepassingen.
Doel van de studie
- Om een methode aan te tonen voor de reversibele hechting van neurale apparaten aan glas zonder plasmabehandeling.
- Om een kosteneffectieve oplossing te bieden voor laboratoria zonder apparatuur voor plasmabonding.
- Om te garanderen dat de verbinding waterdicht is en geschikt voor celkweek.
Gebruikte methoden
- Het reinigen van glazen objectglaasjes met behulp van een sonicate bad.
- Het coaten van glazen objectglaasjes met poly-L-lysine (PLL) voor een verbeterde binding.
- Het gebruik van elektrostatische krachten om een reversibele binding tussen PDMS en glas te creëren.
- Het demonstreren van het assemblageproces in een biosafety cabinet om de steriliteit te waarborgen.
Belangrijkste resultaten
- Het neuron-apparaat dat niet met plasma is verbonden, vormt een waterdichte afsluiting met het glas.
- De vloeistofinstroom in het apparaat is trager in vergelijking met plasma-behandelde apparaten.
- Voor optimale resultaten kunnen cellen of media direct na de assemblage worden toegevoegd.
- Deze methode is efficiënt en vereist geen dure apparatuur.
Conclusies
- De gedemonstreerde methode biedt een effectief alternatief voor plasmalassen.
- Omkeerbare binding kan worden bereikt met eenvoudige technieken die in de meeste laboratoria beschikbaar zijn.
- Deze aanpak is gunstig voor onderzoekers die werken met microfluïdische apparaten in celculturen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Deze methode biedt een kosteneffectieve, reversibele verbindingsbenadering voor microfluïdische apparaten in neurowetenschappelijk onderzoek, waardoor celkweektoepassingen mogelijk zijn zonder afhankelijkheid van plasma-reinigingsapparatuur. Het ondersteunt targetvalidatie in een vroeg stadium en de ontwikkeling van assays door een waterdichte afdichting te bieden die geschikt is voor neuronale kweek, terwijl het barrières op het gebied van toegankelijkheid in laboratoria met beperkte middelen wegneemt. De techniek verbetert de translationele continuïteit door het mogelijk te maken het apparaat na de kweek te verwijderen voor downstream-analyses, zoals immunokleuring of microscopie.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar neuronale groei en padynamiek in microfluïdische omgevingen mogelijk zonder permanente fixatie van het apparaat.
- Operationele waarde: Ondersteunt reversibele binding voor iteratieve experimenten en hergebruik van apparaten in workflows voor targetvalidatie.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Biedt een vloeistofdichte microfluïdische omgeving die geschikt is voor blootstelling aan verbindingen en live-cell imaging in neuronale assays.
- Operationele waarde: Faciliteert assay-standaardisatie door middel van omkeerbare bevestiging van het device aan gecoate glazen substraten.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Handhaaft ziekterelevante neuronale kweekcondities, terwijl het mogelijk is om het apparaat na de analyse terug te winnen voor biomarkeranalyse of immunokleuring.
- Operationele waarde: Garandeert steriliteit door spoelen met ethanol en behandeling in een biosafety cabinet, wat reproduceerbare preklinische workflows ondersteunt.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in vroege discovery-workflows door steriele, omkeerbare assemblage van microfluïdische apparaten voor neuronale culturen mogelijk te maken, wat de overgang van targetvalidatie naar functionele screening ondersteunt.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van axonale geleiding en synaptische connectiviteit in beperkte micro-omgevingen.
- Screening: Maakt reproduceerbare toediening van verbindingen en mediumuitwisseling mogelijk in assays op basis van neuronen, ondanks de tragere capillaire stroom.
- Analytics: Levert kwantitatieve resultaten op over neuronale groei en reagensrespons onder gecontroleerde vloeistofcondities.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt neuronale culturen uit de ontdekkingsfase met downstream validatie via verwijdering van het device voor immunokleuring of beeldvorming.
- Herbruikbaarheid binnen de organisatie: Vestigt een protocol voor reversibele hechting dat toepasbaar is op meerdere microfluidische ontwerpen met PDMS- en glasinterfaces.
Operationele en organisatorische impact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanische ambiguïteit in neuronale culturen door gecontroleerde fluidische omgevingen te bieden zonder plasma-geïnduceerde oppervlakteveranderingen.
- Operationele waarde: Elimineert de afhankelijkheid van plasmareinigers, waardoor de apparatuurkosten dalen en de toegankelijkheid op verschillende laboratoriumlocaties toeneemt.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door omkeerbaar gebruik van apparaten mogelijk te maken en verbruiksafval in microfluidische workflows te verminderen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde vooruitgang door reproduceerbare neuronale culturedata te genereren voor go/no-go-beslissingen bij target-validatie.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist aseptische techniek en toegang tot een veiligheidskast voor sterilisatie en hantering.
- Is afhankelijk van correcte sonicatie en PLL-coating van glazen objectglaasjes om de effectiviteit van de reversibele binding te garanderen.
- Maakt voorafgaande sterilisatie van PDMS-apparaten via een ethanolspoeling noodzakelijk, aangezien binding zonder plasma geen sterilisatie biedt.
- Vereist rekening houden met een tragere vloeistofinstroom vanwege hydrofobe oppervlakken, wat mogelijk het introduceren van media met behulp van een pipet noodzakelijk maakt.
- Beperkt tot toepassingen waarbij een waterdichte maar reversibele afdichting voldoende is; niet geschikt voor behoeften waarbij binding onder hoge druk of langdurige ondoordringbaarheid vereist is.
