Een gepaarde kraal en magneet Array voor Molding Microwells met variabele concaaf geometrieën
28 januari 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
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit manuscript introduceert een robuuste methode voor het vervaardigen van concave microwells met behulp van magnetische kracht en stalen kraaltjes. Deze techniek maakt de vorming mogelijk van enkele honderden microwells in een polydimethylsiloxaan (PDMS) substraat van 3 cm x 3 cm.
Belangrijkste 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 door gebruik te maken van gemakkelijk beschikbare materialen.
- Technieken met behulp van magnetische kracht kunnen de efficiëntie van de fabricage van microapparaten verbeteren.
Doel van de studie
- Om een kosteneffectieve methode te ontwikkelen voor het creëren van concave microwells.
- Om het begrip van driedimensionale celculturomgevingen te verbeteren.
- Om onderzoek naar de ontwikkeling van bio-instrumentatie en de fabricage van microstructuren te faciliteren.
Gebruikte methoden
- Gebruik van magnetische kracht om stalen kralen te manipuleren.
- Creatie van een doorlopend gatraster in PDMS-substraten.
- Vorming van enkele honderden microwells in een compact gebied.
- Beoordeling van de effectiviteit van de gefabriceerde microwells voor celkweek.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle vervaardiging van concave microwells zonder complexe apparatuur.
- Demonstratie van de schaalbaarheid en efficiëntie van de methode.
- Potentiële toepassingen voor het verbeteren van driedimensionale celkulturstudies.
- Validatie van de methode door middel van experimentele resultaten.
Conclusies
- De methode biedt een praktische oplossing voor onderzoekers in de microfabricage.
- Het opent nieuwe wegen voor het bestuderen van cellulaire responsen in driedimensionale omgevingen.
- Deze benadering kan de kosten die gepaard gaan met de fabricage van microapparaten aanzienlijk verlagen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Uniforme sferoïde-generatie in concave microwells maakt voorspellende modellering van cellulair gedrag mogelijk bij geneesmiddelenontwikkeling en onderzoek naar regeneratieve geneeskunde. Deze schaalbare, kostenefficiënte fabricagemethode ondersteunt reproduceerbare 3D-kweekplatforms met een hoge doorvoer, die essentieel zijn voor screening in een vroeg stadium en mechanistische risicoreductie. De aanpak vergroot het vertrouwen in de portfolio door de micro-omgevingscondities voor functionele assays te standaardiseren.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt gecontroleerde 3D-micro-omgevingen mogelijk voor het onderzoeken van cel-celinteracties en pathway-responsen.
- Ondersteunt de functionele validatie van targets in fysiologisch relevante sferoïde-modellen.
- Faciliteert mechanistische risicoreductie door variabiliteit in sferoïdegrootte en -distributie te minimaliseren.
- Verbetert het voorspellend vertrouwen voor downstream biologische triage.
Screening & assayontwikkeling
- Biedt gestandaardiseerde microwell-arrays voor reproduceerbare assays op basis van sferoïden.
- Maakt kwantitatieve beoordeling van effecten van verbindingen op uniforme sferoïden mogelijk.
- Ondersteunt schaalbaarheid voor high-content screening en hergebruik van het platform.
- Vermindert assay-variabiliteit door een consistente vorming van sferoïden te waarborgen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt in vitro sferoïdemodellen uit met ziekterelevante weefselarchitectuur.
- Faciliteert continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door gebruik van consistente 3D-systemen.
- Ondersteunt translationele biomarkerstudies door het mogelijk maken van gecontroleerde micro-omgevingen.
- Vermindert risico's bij beslissingen over verdere ontwikkeling door het leveren van robuuste, reproduceerbare gegevens.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode voor de vervaardiging van microwells integreert processen van vroege ontdekking tot lead-identificatie en preklinisch onderzoek, ter ondersteuning van hypothesetoetsing en assay-ontwikkeling in 3D-cultuursystemen.
- Discovery Biology: Standaardiseert 3D-kweekcondities voor hypothesegestuurde targetvalidatie.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve sferoïde-assays voor de evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Maakt nauwkeurige meting van sferoïdegrootte en aggregatie mogelijk voor vergelijkende analyse.
- Translationeel Onderzoek: Slaat een brug tussen in vitro bevindingen en preklinische modellen door weefselachtige omgevingen na te bootsen.
- Enterprise Reuse: Biedt een herbruikbaar, schaalbaar platform dat aanpasbaar is voor verschillende celtypen en onderzoeksprogramma's.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in 3D celgebaseerde assays.
- Operationele waarde: Stroomlijnt de fabricage, verbetert de reproduceerbaarheid en ondersteunt high-throughput workflows.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go beslissingen en de kapitaalefficiëntie door biologische risico's in een vroeg stadium te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering en verdere ontwikkeling mogelijk van kandidaten met robuuste 3D-gegevens.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in microfabricage en 3D-celkweektechnieken.
- Toegang tot basis laboratoriuminstrumentatie en analytische imaging-instrumenten is noodzakelijk.
- Standaardisatie tussen teams is vereist voor reproduceerbare sferoïdevorming en -analyse.
- Aanpasbaar aan verschillende celtypen, maar optimalisatie voor specifieke toepassingen kan nodig zijn.
- Beperkt door handmatige assemblage-stappen en de mogelijkheid van kraalverschuiving tijdens de fabricage.
