Een gepaarde kraal en magneet Array voor Molding Microwells met variabele concaaf geometrieën
January 28th, 2018
Dit manuscript introduceert een robuuste methode voor het fabriceren van holle microwells zonder de behoefte aan complexe hoge kosten voorzieningen. Met behulp van magnetische kracht, stalen kralen en een matrix via holes, werden verschillende honderd microwells gevormd in een 3 x 3 cm Polydimethylsiloxaan (PDMS) substraat.
Het algemene doel van deze methode is om concave sferische microputjes te fabriceren door gebruik te maken van magnetische kracht geassisteerde, zelf vergrendelende metalen kralen. Hoi, mijn naam is Gi Hun Lee en ik ben assistent-docent aan de Chung-Ang Universiteit. Wat we in ons lab interesseren is het fabriceren van verschillende micro-schaal apparaten en platforms om onze studies over de ontwikkeling van bio-instrumenten, hun kweek en nieuwe microstructuren te verbeteren.
Een van onze onderzoeksinteresses is het ontwikkelen van nieuwe micro-apparaten en methodologieën om dit in een driedimensionale omgeving samen te vatten. We noemen dit kweek. Kweek is erg nuttig om de driedimensionale respons te begrijpen, omdat het meer lijkt op het werkelijke weefsel, dan de conventionele tweedimensionale vlakke kweek.
Er zijn verschillende methoden voor verspreide productie geprobeerd, zoals in een kolf of buizen, in een trommelnet en microgolf. Van deze methoden is de concave micro-methode een zeer krachtig hulpmiddel om driedimensionale producten te produceren. Elke toonhoogte van de microgolf wordt afzonderlijk gemonitord en de mogelijkheid om de sferische grootte en verdeling te controleren.
Hier stellen we onze methode voor om concave microputjes te fabriceren met een kraal en een reeks kleine magneten. Met behulp van deze techniek kunnen 100 concave microputjes worden gemaakt door het mechanisme van magnetische kracht die de kralen assisteren. De verbeteringen zijn verschillend in het proces in elke concaaf en er zijn geen terugkerende schaalvoorstellen.
Om te beginnen, werden 230 door 30 door gatarray aluminium platen gemaakt door gebruik te maken van een CNC roterende graveerder. De plaats biedt een geleiderol voor de kralen, zoals zal worden getoond in de volgende secties. De plaats werd geboord met verschillende diameters boors en de plaat met het kleinere gat werd op de bodem geplaatst.
De buitenhoeken worden ook geboord om de platen uit te lijnen. De twee platen worden vervolgens uitgelijnd, gestapeld en vergrendeld door N drie bouten in de limmen gaten te steken en met moeren vast te zetten. Zoals eerder vermeld, is het belangrijk voor de fabrikant om de plaat met een kleiner gat op de bodem te plaatsen, zodat de kralen binnenin de geleidingsputjes kunnen worden gefixeerd.
De volgende stap is het voorbereiden van een 30 bij 30 array van neodymium magneten. We beginnen door de magneten handmatig te isoleren en ze in een twee bij twee array te rangschikken. Vervolgens lijnen we ze uit tot een grotere array met behulp van een pincet.
Om een goede magneetarray te maken, moet elke magneet de tegengestelde polariteit hebben ten opzichte van zijn buur. Bovendien, om breken of verspreiden van de array te voorkomen, wordt een aluminium plaat aan de onderkant van de magneetarray bevestigd met behulp van dubbelzijdig plakband. Nu zijn we klaar om elk stuk dat we hebben gemaakt in microputjesvorm te assembleren.
De magneetarray wordt zorgvuldig aan de bodemplaat bevestigd met behulp van gewoon plakband. Het is belangrijk dat de magneetarray is bevestigd met de magneten naar beneden gericht. Nadat de aluminium plaat en de magneetarray correct zijn geordend, worden stalen kralen op de plaatsamenstelling geplaatst.
De kralen die in ons artikel worden gebruikt, zijn SUJ twee stalen kralen met een diameter van 600 micron. Ons uitlijningsproces is heel eenvoudig. We gieten een voldoende aantal kralen op de samenstelling en schrapen ze eraf met behulp van een acrylplaat.
De magneet aan de onderkant vang de kralen, die in de gaten van de aluminium plaat komen en de overtollige kralen, die niet in de gaten zijn vastgezet, worden verwijderd tijdens het schraapproces. De overtollige kralen worden verwijderd met behulp van een andere magneet. Wanneer de kralen goed zijn vastgezet in de geleidingsputjes, gaan we verder met het verwijderen van de bovenplaat.
Tijdens dit proces zijn er enkele gevallen waarin de kralen eruit vallen en verplaatst worden. In dit geval, brengt u de kraal handmatig terug in het gat met behulp van een pincet. Nu is de concave microputjesvorm klaar.
Verplaats het platform naar een andere petrischaal en bereid je voor op de volgende stap. We bereiden PDMS voor door de instructies van de fabrikant te volgen door PDMS monomeer en het uithardingsmiddel te mengen met een verhouding van 10 tot 1. Om luchtbellen die in de PDMS-mengsel zijn gevangen te verwijderen, ontgassen we het mengsel door het ongeveer een uur in een droogkast te plaatsen.
Wanneer dit is gedaan, nemen we het ontgaste PDMS-mengsel en gieten het op de concave microputjesvorm en ontgassen het opnieuw. Vervolgens bakken we het PDMS-mengsel op een hotplate op 80 graden Celsius gedurende twee uur om een geïmbueerde PDMS-onderschaal te vormen. De volgende procedure moet met grote zorg worden uitgevoerd.
Om het verwijderingsproces te vergemakkelijken, wordt methanol op de onderschaal gegoten en wordt de rand-PDMS-onderschaal achtereenvolgens verwijderd. Er moet worden opgemerkt dat de fabrikant ervoor moet zorgen dat de methanol goed in de openingen is doorgedrongen om een schone verwijdering te garanderen. De PDMS-onderschaal wordt vervolgens losgemaakt van de aluminium plaat, het is gemakkelijker om de randen te snijden voordat de onderschaal wordt afgepeld.
Ten slotte verwijderen we de kralen uit de PDMS-onderschaal. Voor verwijdering rekken en vliegen we de onderschaal een tijdje om de bindingen tussen de kralen en de PDMS-onderschaal los te maken. Het daadwerkelijke verwijderen van de kralen is heel eenvoudig en kan worden gedaan met behulp van een grote magneet.
De fabricage van concave microputjes is voltooid en de microputjes zijn klaar voor celkweek. Om te testen of onze PDMS-platform geschikt is voor het kweken van cellen, hebben we de volgende procedures uitgevoerd. Eerst gebruikten we een biopsiepons van 14 millimeter diameter om het concave microputjespatroon PDMS-onderschaal te snijden.
Nadat de PDMS-onderschaal is gesteriliseerd, plaatsen we deze in een 24-wells plaat. We bedekken vervolgens de hele PDMS-onderschaal met een oplossing van vier procent pluronic F-127 over
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit manuscript introduceert een robuuste methode voor het fabriceren van concave microwells met behulp van magnetische kracht en stalen kralen. Deze techniek maakt het mogelijk om enkele honderden microwells te vormen in een polydimethylsiloxaan (PDMS) substraat van 3 cm x 3 cm.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Microfabricage
- Biotechnologie
Achtergrond
- Concave microwells zijn essentieel voor het bestuderen van driedimensionale celculturen.
- Traditionele fabricagemethoden kunnen complex en kostbaar zijn.
- Deze studie heeft tot doel het proces te vereenvoudigen met behulp van gemakkelijk verkrijgbare materialen.
- Magnetische kracht-ondersteunde technieken kunnen de efficiëntie van microdevice fabricage verbeteren.
Doel van het onderzoek
- Om een kosteneffectieve methode te ontwikkelen voor het maken van concave microwells.
- Om het begrip van driedimensionale celcultuur omgevingen te verbeteren.
- Om onderzoek naar bioinstrument ontwikkeling en microstructuur fabricage te vergemakkelijken.
Gebruikte methoden
- Gebruik van magnetische kracht om stalen kralen te manipuleren.
- Creatie van een doorlopende gat-array in PDMS substraten.
- Vorming van enkele honderden microwells in een compact gebied.
- Beoordeling van de effectiviteit van de gefabriceerde microwells voor celcultuur.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle fabricage van concave microwells zonder complexe apparatuur.
- Demonstratie van de schaalbaarheid en efficiëntie van de methode.
- Mogelijke toepassingen in het verbeteren van driedimensionale celcultuur studies.
- Validatie van de methode door experimentele resultaten.
Conclusies
- De methode biedt een praktische oplossing voor onderzoekers in microfabricage.
- Het opent nieuwe wegen voor het bestuderen van cellulaire reacties in driedimensionale omgevingen.
- Deze aanpak kan de kosten geassocieerd met microdevice fabricage aanzienlijk verminderen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Uniform spheroid generation in concave microwells enables predictive modeling of cellular behavior in drug discovery and regenerative medicine research. This scalable, cost-efficient fabrication method supports high-throughput, reproducible 3D culture platforms critical for early-stage screening and mechanistic de-risking. The approach enhances portfolio confidence by standardizing microenvironmental conditions for functional assays.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables controlled 3D microenvironments for interrogating cell-cell interactions and pathway responses.
- Supports functional validation of targets in physiologically relevant spheroid models.
- Facilitates mechanistic de-risking by minimizing variability in spheroid size and distribution.
- Improves predictive confidence for downstream biological triage.
Screening & Assay Development
- Provides standardized microwell arrays for reproducible spheroid-based assays.
- Enables quantitative assessment of compound effects on uniform spheroids.
- Supports scalability for high-content screening and platform reuse.
- Reduces assay variability by ensuring consistent spheroid formation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro spheroid models with disease-relevant tissue architecture.
- Facilitates continuity from discovery through preclinical validation using consistent 3D systems.
- Supports translational biomarker studies by enabling controlled microenvironments.
- De-risks advancement decisions by providing robust, reproducible data.
Pipeline & Workflow Integration
This microwell fabrication method integrates from early discovery through lead identification and preclinical research, supporting hypothesis testing and assay development in 3D culture systems.
- Discovery Biology: Standardizes 3D culture conditions for hypothesis-driven target validation.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative spheroid assays for compound evaluation.
- Analytics: Enables precise measurement of spheroid size and aggregation for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical models by mimicking tissue-like environments.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, scalable platform adaptable across cell types and research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in 3D cell-based assays.
- Operational Value: Streamlines fabrication, enhances reproducibility, and supports high-throughput workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by reducing biological risk early.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of candidates with robust 3D data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication and 3D cell culture techniques.
- Needs access to basic laboratory instrumentation and analytical imaging tools.
- Demands cross-team standardization for reproducible spheroid formation and analysis.
- Adaptable to various cell types but may require optimization for specific applications.
- Limited by manual assembly steps and potential for bead displacement during fabrication.
