Snelle fabricage van aangepaste Microfluïdische apparaten voor onderzoeks-en educatieve toepassingen
20 november 2019
Hier presenteren we een protocol voor het ontwerpen en fabriceren van aangepaste microfluïdische apparaten met minimale financiële en tijd investeringen. Het doel is het faciliteren van de invoering van microfluïdische technologieën in biomedische onderzoekslaboratoria en onderwijsinstellingen.
Deze methode voor het maken van microfluïde chips is zowel goedkoop als eenvoudig te implementeren. Elk onderzoekslab kan deze microfluidics in eigen huis produceren. En de ontwerpt van het apparaat kan binnen enkele minuten worden gebruikt.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de efficiëntie. Dat wil zeggen, elk lab kan hun eigen aangepaste microfluïde apparaten snel en gemakkelijk in-house maken. Nadat u elke laag van het apparaat met de hand hebt gelaagd, tekent u de definitieve ontwerpen voor de lagen op een computer, met behulp van elk softwareprogramma waarmee lijnen en vormen kunnen worden getekend.
Verkrijg een schermopname van het getekende ontwerp en importeer elke laag in een Craft Cutter Software Program. Maak een nieuw document en laat het afbeeldingsbestand op de weergegeven mat vallen. Als u het ontwerp wilt traceren, selecteert u het traceerpictogram en selecteert u de geïmporteerde ontwerpen volledig.
Selecteer de optie omtrekcontour van het spoor en pas de drempelwaarde- en schaalinstellingen zo nodig aan totdat het gele spoor overeenkomt met het ontwerp. Selecteer tracering in het traceermenu. De kanalen worden weergegeven als een rode contour.
Als u de grootte van het apparaat wilt maken, selecteert u het getraceerde ontwerp en gebruikt u het raster dat door de software wordt geleverd om de breedte en lengte van de kanalen en kamers te wijzigen. Kleine lijnen kunnen tijdelijk worden getrokken om de afmetingen binnen het apparaat te meten. Nadat het apparaat goed is gemaaid, gebruikt u het tekengereedschap om een vierkant van dezelfde vorm en grootte over elke laag van het apparaat te tekenen.
Teken vervolgens een cirkel over de inlaat- en uitlaatpoorten van het ontwerp. Kopieer en plak vervolgens, zowel het origineel als de cirkels. En wis de kanalen van het onderliggende apparaat.
Het regelen van alle lagen te snijden op de getoonde mat. Om de lagen te snijden, het dragen van handschoenen, plaats een enkele PET-EVA film van een gewenste dikte op de lijm snijmat. Met de ondoorzichtige lijm kant naar boven gericht, en de plastic glanzende kant naar beneden.
Plat de film tegen de mat, het verwijderen van alle lucht die kan zijn gevangen. En klik op de laadmat op de frees. Open het tabblad Verzenden en selecteer een snijinstelling.
Klik vervolgens op verzenden. Om het materiaal voor het snijden uit te lijnen, plaatst u de snijmat naast een schoon oppervlak en gebruikt u een pincet of spattel om elke laag van het microfluïde apparaat van de snijmat op het schone oppervlak op orde te brengen, afhankelijk van de top-naar-bottom-positie in het apparaat. Snijd vervolgens drie bij 10 millimeter stukken van een dubbelzijdige tape en leg de lagen één voor één op elkaar, te beginnen met de onderste laag.
Vervolgens het toevoegen van een klein stukje tape aan elke hoek tussen de lagen. Wanneer alle lagen zijn geplaatst, inspecteer het apparaat. Er moet ten minste een mat EVA kant tussen elk van de lagen.
En geen EVA mag worden blootgesteld. Om het apparaat te lamineren, zet het apparaat na het inschakelen van de laminator op de gewenste dikteinstelling. En voer het apparaat door laminerende rollen.
Herstel vervolgens het gelamineerde apparaat. Om de inlaat- en uitlaatpoorten te maken, gebruikt u een roterend gereedschap en een 1/37 inch boor om een klein gaatje door het midden van een meubelbumper te snijden. Gebruik vervolgens kleine pincet om de opening van vuil te verwijderen.
En sluit de bumpers voorzichtig uit met de inlaatuitlaatpoorten op het apparaat. Gebruik de laboratoriumslang om het apparaat aan een kunststof connector te bevestigen om het volledig geassembleerde apparaat te testen. En spoel het apparaat door met een passende oplossing.
Met behulp van dit apparaat kan het celkweekmedium worden uitgewisseld tijdens de beeldvorming, waardoor ideale groeiomstandigheden kunnen worden onderhouden en chemische stimuli in realtime kunnen worden ingevoerd. Dit geldt ook voor de beeldvorming van de ex vibo micro organen. Het pedaal apparaat is ook met succes gebruikt om compressie testen van Drosophila micro-organen te voltooien.
Vanwege hun fabricagegemak kunnen pedaalapparaten ook in educatieve omgevingen worden gebruikt. Bijvoorbeeld naar visuele hydrodynamische scherpstelling en diffusie. Pedalen kunnen worden gebruikt voor klassikale demonstraties of voor experimenten die de nauwkeurige milieucontrole van het monster vereisen.
Zoals het testen van een medicijn, of het introduceren van een behandeling terwijl het beperken. Met behulp van als pedaalapparaat om de mechanische eigenschappen van een zich ontwikkelende vleugel-imaginale schijf in fruitvliegjes te onderzoeken, ontdekten we dat de weefselstijfheid afneemt in de onderzochte ontwikkelingsperiodes.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het ontwerpen en vervaardigen van op maat gemaakte microfluidische apparaten die kosteneffectief en eenvoudig te implementeren zijn. De methode stelt onderzoekslaboratoria in staat om microfluidica efficiënt in eigen beheer te produceren.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Microfluidica
- Biomedische technologie
- Laboratoriumtechnieken
Achtergrond
- Microfluïdische apparaten zijn essentiële instrumenten in biomedisch onderzoek.
- Traditionele fabricatiemethoden kunnen kostbaar en tijdrovend zijn.
- Er is behoefte aan toegankelijke methoden om de adoptie in verschillende omgevingen te bevorderen.
- Dit protocol is erop gericht deze uitdagingen aan te pakken.
Doel van de studie
- Om een eenvoudige en goedkope methode te bieden voor het creëren van microfluïdische apparaten.
- Om laboratoria in staat te stellen snel op maat gemaakte apparaten te produceren.
- Om de integratie van microfluïdica in onderzoek en onderwijs te faciliteren.
Gebruikte methoden
- Handmatige gelaagdheid van apparaatcomponenten.
- Gebruik van computersoftware voor ontwerp.
- Snelle iteratie van apparaatontwerpen.
- In-house productie van microfluïdische chips.
Belangrijkste resultaten
- De methode is efficiënt en kosteneffectief.
- Aangepaste ontwerpen kunnen binnen enkele minuten worden gemaakt en gewijzigd.
- Onderzoekslaboratoria kunnen onafhankelijk hun eigen apparaten produceren.
- Deze aanpak bevordert het gebruik van microfluidica in diverse toepassingen.
Conclusies
- Het protocol vereenvoudigt de fabricage van microfluïdische apparaten.
- Het stimuleert een bredere adoptie van microfluïdische technologieën.
- In-house productie kan de onderzoeksmogelijkheden verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Snelle, interne fabricage van op maat gemaakte microfluïdische apparaten stelt biopharma-teams in staat om het experimenteel ontwerp te versnellen, knelpunten bij prototyping te verminderen en de toegang tot geavanceerde fluïdische platforms te democratiseren. Deze aanpak ondersteunt iteratieve hypothesetests en stroomlijnt de overgang van concept naar functionele assay-systemen. Door technische en kostenbarrières te verlagen, wordt de wendbaarheid van de portfolio vergroot en worden workflows voor vroege discovery-fasen ondersteund.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt snelle prototyping van micro-omgevingen mogelijk voor celgebaseerde assays of organoïd-assays.
- Faciliteert functionele toetsing van biologische hypothesen in gecontroleerde vloeistofsystemen.
- Ondersteunt iteratief ontwerp voor het onderzoeken van signaalpaden en het verminderen van mechanische risico's.
Screening & assay-ontwikkeling
- Biedt aanpasbare platforms voor kwantitatieve screening van verbindingen en omgevingscontrole.
- Verbetert de reproduceerbaarheid van assays door gestandaardiseerde fabricage van apparaten.
- Versnelt ontwikkelingscycli van assays door snelle ontwerpwijzigingen mogelijk te maken.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Maakt modellering mogelijk van responsen op weefsel- of orgaanniveau in ziekterelevante systemen.
- Ondersteunt real-time manipulatie en monitoring van biologische monsters voor translationele studies.
- Faciliteert continuïteit van discovery-assays naar preklinische validatieplatforms.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze fabricagemethode integreert de interface tussen vroege ontdekking, assayontwikkeling en translationeel onderzoek, waardoor een naadloze overgang mogelijk is van hypothesevorming naar evaluatie in preklinische modellen.
- Discovery Biology: Ondersteunt snelle hypothesetoetsing en biologische risicoreductie door het mogelijk maken van de creatie van op maat gemaakte apparaten voor specifieke experimentele behoeften.
- Screening: Levert reproduceerbare, schaalbare assay-platforms voor de evaluatie van verbindingen en omgevingsmanipulatie.
- Analytics: Biedt kwantitatieve outputs voor het vergelijken van experimentele condities en het optimaliseren van protocollen.
- Translationeel onderzoek: Slaat de brug tussen discovery en preklinische workflows door ondersteuning te bieden aan ziektespecifieke en mechanistische studies.
- Enterprise hergebruik: Biedt een herbruikbare, aanpasbare fabricagecapaciteit voor diverse R&D-teams en projectbehoeften.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in onderzoek in vroege stadia.
- Operationele waarde: Standaardiseert de productie van apparatuur, verbetert de reproduceerbaarheid en maakt snelle schaalvergroting mogelijk.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go-beslissingen en de kapitaalefficiëntie door vertragingen bij het prototypen te verminderen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risicogecorrigeerde prioritering en versnelt de vooruitgang van gevalideerde targets en assays.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist basisvaardigheid met ontwerpsoftware en toegang tot een hobbysnijmachine en lamineermachine.
- Minimale instrumentatiebehoeften in vergelijking met traditionele lithografiegebaseerde fabricage.
- Standaardisatie van ontwerpbestanden en fabricageprotocollen tussen teams verbetert de reproduceerbaarheid.
- Aanpasbaar aan een verscheidenheid aan biologische modellen en experimentele formaten.
- De complexiteit van het apparaat kan worden beperkt door handmatige layering en snijprecisie.
