Tutaj prezentujemy protokół do projektowania i produkcji niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych przy minimalnym nakładzie finansowym i czasowym. Celem jest ułatwienie przyjęcia technologii mikroprzepływowych w biomedycznych laboratoriach badawczych i placówkach edukacyjnych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Szybka produkcja niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych do zastosowań badawczych i edukacyjnych
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Urządzenia mikroprzepływowe pozwalają na manipulowanie płynami, cząsteczkami, komórkami, mikroorganami lub organizmami w kanałach od skali nano do submilimetrowej. Gwałtowny wzrost wykorzystania tej technologii w naukach biologicznych spowodował zapotrzebowanie na metody, które są dostępne dla szerokiego grona grup badawczych. Obecne standardy produkcyjne, takie jak klejenie PDMS, wymagają kosztownych i czasochłonnych technik litograficznych i spajania. Realną alternatywą jest użycie sprzętu i materiałów, które są łatwo dostępne, wymagają minimalnej wiedzy specjalistycznej i pozwalają na szybką iterację projektów. W niniejszej pracy opisujemy protokół projektowania i produkcji laminatów PET (PETL), urządzeń mikroprzepływowych, które są niedrogie, łatwe do wytworzenia i zużywają znacznie mniej czasu niż inne podejścia do technologii mikroprzepływowej. Składają się z termicznie połączonych arkuszy folii, w których kanały i inne elementy są definiowane za pomocą noża rzemieślniczego. PETL rozwiązują specyficzne dla danej dziedziny wyzwania techniczne, jednocześnie znacznie zmniejszając przeszkody w ich wdrożeniu. Takie podejście ułatwia dostęp do urządzeń mikroprzepływowych zarówno w warunkach badawczych, jak i edukacyjnych, zapewniając niezawodną platformę dla nowych metod badawczych.
Wprowadzenie
Microfluidics umożliwia kontrolę płynów w małych skalach, o objętościach od mikrolitrów (1 x 10-6 L) do pikolitrów (1 x 10-12 L). Kontrola ta była możliwa częściowo dzięki zastosowaniu technik mikroprodukcji zapożyczonych z branży mikroprocesorowej1. Zastosowanie mikro sieci kanałów i komór pozwala użytkownikowi na wykorzystanie wyraźnych zjawisk fizycznych charakterystycznych dla małych wymiarów. Na przykład w skali mikrometrycznej płynami można manipulować za pomocą przepływu laminarnego, w którym siły lepkości dominują nad siłami bezwładności. W rezultacie, transport dyfuzyjny staje się główną cechą mikrofluidyki i może być badany ilościowo i eksperymentalnie. Układy te można właściwie zrozumieć za pomocą praw Ficka, teorii ruchów Browna, równania ciepła i/lub równań Naviera-Stokesa, które są ważnymi wyprowadzeniami w dziedzinie mechaniki płynów i zjawisk transportowych2.
Ponieważ wiele grup w naukach biologicznych bada złożone systemy na poziomie mikroskopowym, początkowo sądzono, że urządzenia mikroprzepływowe będą miały natychmiastowy i znaczący wpływ na zastosowania badawcze w biologii2,3. Wynika to z faktu, że dyfuzja dominuje w transporcie małych cząsteczek przez błony lub wewnątrz komórki, a wymiary komórek i mikroorganizmów są idealnie dopasowane do systemów i urządzeń submilimetrowych. W związku z tym istniał znaczny potencjał w zakresie ulepszenia sposobu prowadzenia eksperymentów komórkowych i molekularnych. Jednak szerokie zastosowanie technologii mikroprzepływowych przez biologów pozostaje w tyle za oczekiwaniami4. Prostą przyczyną braku transferu technologii mogą być granice dyscyplinarne dzielące inżynierów i biologów. Projektowanie i produkcja urządzeń na zamówienie pozostają poza możliwościami większości biologicznych grup badawczych, co czyni je zależnymi od zewnętrznej wiedzy i urządzeń. Brak znajomości potencjalnych zastosowań, koszt i czas potrzebny na iterację projektu są również istotnymi barierami dla nowych użytkowników. Jest prawdopodobne, że bariery te spowodowały zakłócenie innowacji i uniemożliwiły powszechne zastosowanie mikrofluidyki w celu sprostania wyzwaniom w naukach biologicznych.
Przykład: Od końca lat 90-tych miękka fotolitografia jest najczęściej wybieraną metodą produkcji urządzeń mikroprzepływowych. PDMS (polidimetylosiloksan, organiczny polimer na bazie silikonu) jest szeroko stosowanym materiałem ze względu na swoje właściwości fizyczne, takie jak przezroczystość, odkształcalność i biokompatybilność5. Technika ta odniosła wielki sukces, a urządzenia lab-on-a-chip i organ-on-a-chip są stale rozwijane na tej platformie6. Większość grup pracujących nad tymi technologiami znajduje się jednak w działach inżynieryjnych lub ma z nimi silne powiązania4. Litografia zwykle wymaga pomieszczeń czystych do produkcji form i specjalistycznego sprzętu do klejenia. Dla wielu grup sprawia to, że standardowe urządzenia PDMS są dalekie od ideału ze względu na ich koszty kapitałowe i czas realizacji, szczególnie gdy istnieje potrzeba dokonywania powtarzających się modyfikacji konstrukcji. Co więcej, technologia ta jest w większości niedostępna dla przeciętnego biologa i studentów bez dostępu do specjalistycznych laboratoriów inżynierskich. Zaproponowano, że aby urządzenia mikroprzepływowe mogły być powszechnie stosowane, muszą naśladować niektóre cechy materiałów powszechnie stosowanych przez biologów. Na przykład polistyren używany do hodowli komórkowych i testów biologicznych jest niedrogi, jednorazowy i podatny na masową produkcję. W przeciwieństwie do tego, przemysłowa produkcja mikrofluidyki opartej na PDMS nigdy nie została zrealizowana ze względu na jej mechaniczną miękkość, niestabilność obróbki powierzchni i przepuszczalność gazów5. Ze względu na te ograniczenia oraz mając na celu rozwiązywanie problemów technicznych przy użyciu niestandardowych urządzeń zbudowanych "wewnętrznie", opisujemy alternatywną metodę, która wykorzystuje protokoły xurography7,8,9 i laminowanie termiczne. Tę metodę można zastosować przy niewielkich nakładach kapitałowych i czasowych.
PETL są wytwarzane przy użyciu folii z politereftalanu etylenu (PET), pokrytej termoadhezyjnym octanem etylenu i winylu (EVA). Oba materiały są szeroko stosowane w produktach konsumenckich, są biokompatybilne i łatwo dostępne przy minimalnych kosztach10. Folię PET/EVA można uzyskać w postaci woreczków do laminowania lub rolek. Za pomocą sterowanego komputerowo cuttera rzemieślniczego, powszechnie spotykanego w sklepach hobbystycznych lub rzemieślniczych, kanały są wycinane z pojedynczego arkusza folii, aby zdefiniować architekturę urządzenia11. Kanały są następnie uszczelniane poprzez nałożenie dodatkowych warstw folii (lub szkła), które są łączone za pomocą (biurowego) laminatora termicznego (Rysunek 1A). Dodano perforowane, samoprzylepne odbojniki winylowe, aby ułatwić dostęp do kanałów. Czas produkcji waha się od 5 do 15 minut, co pozwala na szybką iterację projektu. Wszystkie urządzenia i materiały użyte do produkcji PETL są dostępne na rynku i przystępne cenowo (koszt początkowy <350 USD w porównaniu do tysięcy USD w przypadku litografii). W związku z tym PETL stanowią nowatorskie rozwiązanie dwóch głównych problemów związanych z konwencjonalną mikrofluidyką: przystępności cenowej i efektywności czasowej (patrz porównanie PDMS/PETL w tabelach uzupełniających 1, 2).
Oprócz zapewnienia badaczom możliwości projektowania i produkcji własnych urządzeń, PETL mogą być łatwo stosowane w klasie, ponieważ są proste i intuicyjne w użyciu. PETL mogą być włączone do programów nauczania w szkołach średnich i na studiach8, gdzie są używane, aby pomóc uczniom lepiej zrozumieć pojęcia fizyczne, chemiczne i biologiczne, takie jak dyfuzja, przepływ laminarny, mikromieszanie, synteza nanocząstek, tworzenie gradientów i chemotaksja.
W tej pracy ilustrujemy ogólny przepływ pracy przy produkcji modelowych chipów PETLs o różnych poziomach skomplikowania. Pierwsze urządzenie służy do ułatwienia obrazowania komórek i mikroorganów w małej komorze. Drugie, bardziej złożone urządzenie składa się z kilku warstw i materiałów i jest używane do badań w mechanobiologii9. Na koniec zbudowaliśmy urządzenie, które wyświetla kilka koncepcji dynamiki płynów (ogniskowanie hydrodynamiczne, przepływ laminarny, transport dyfuzyjny i mikromieszanie) w celach edukacyjnych. Przedstawione tutaj projekty przepływu pracy i urządzeń można łatwo dostosować do szerokiego zakresu celów, zarówno w warunkach badawczych, jak i w klasie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Projekt
- Określ zastosowanie urządzeń i wymień wymagane komponenty kanałów/komór.
UWAGA: Wszystkie urządzenia będą wymagały kanałów wlotowych i wylotowych. Urządzenia wykorzystywane do mikroskopii będą wymagały komory obrazowania. Bardziej złożone urządzenia będą wymagały kanałów i komór umieszczonych w wielu warstwach. - Zacznij od ręcznego narysowania każdej warstwy, biorąc pod uwagę, w jaki sposób funkcjonalność urządzenia jest wpływana przez nakładanie się tych warstw.
- Wykonaj finalne projekty na komputerze, korzystając z dowolnego oprogramowania umożliwiającego rysowanie linii i kształtów.
- Narysuj każdą warstwę oddzielnie, używając czarnych, ciągłych linii oraz kształtów bez cieniowania. Zalecana grubość linii wynosi 6 punktów lub więcej. Na tym etapie wymiary elementów kanału i komory są mniej istotne niż ogólne proporcje.
- Użyj funkcji kopiuj i wklej podczas tworzenia obiektów oraz nakładania warstw. Patrz Rycina 1B dla przykładów rysunków warstwowych.
- Zaimportuj każdą warstwę do oprogramowania plotera tnącego (Rycina 1C). Należy to zrobić, wykonując zrzut ekranu narysowanego projektu i korzystając z metody przeciągnij i upuść.
- Utwórz nowy dokument w oprogramowaniu wycinarki (dostępnym do bezpłatnego pobrania). Przeciągnij plik obrazu na wyświetloną matę. Oprogramowanie rozpozna większość formatów plików obrazów.
- Powiększ obraz, przeciągając go za róg, aby ułatwić przetwarzanie. Projekt może teraz zostać rozpoznany przez oprogramowanie za pomocą funkcji śledzenia (trace).
UWAGA: Użytkownicy mogą tworzyć projekty de novo bezpośrednio w tym oprogramowaniu (używając narzędzi rysunkowych w palecie projektowania).
- Aby prześledzić projekt, należy wybrać Ślad ikona (w kształcie motyla) po prawej stronie okna i całkowicie zaznaczyć zaimportowane wzory.
- Wybierz Podgląd śladu opcja oznaczona konspektDostosować (jeśli to konieczne) Próg i Skala ustawienia służące do dopasowania żółtego śladu do projektu.
- Wybierz Ślad z Śledzenie menu, gdy żółty ślad będzie zgodny z projektem. Kanały są teraz wyświetlane jako czerwony kontur. Jeśli czerwony kontur jest zgodny z projektem, można wybrać i usunąć zaimportowany obraz. Projekt został zaimportowany i jest gotowy do skalowania.
- Dostosuj rozmiar urządzenia, zaznaczając obrys projektu i korzystając z siatki dostępnej w oprogramowaniu. Przeciągaj krawędzie, aby zmienić szerokość i długość kanałów oraz komór.
UWAGA: Oprogramowanie umożliwia dokonywanie pomiarów, a krótkie linie można rysować tymczasowo (użyć paleta projektowa (po lewej stronie okna) w celu pomiaru wymiarów wewnątrz urządzenia. Funkcjonalne wymiary szerokości kanału mieszczą się w zakresie od 100 µm do 900 µmWymiary mogą wymagać korekty po przetestowaniu wstępnych prototypów. Ważne jest, aby wszystkie warstwy miały proporcjonalne rozmiary, co zapewni właściwe dopasowanie podczas montażu.- Po odpowiednim dopasowaniu rozmiaru projektu, wybierz narzędzie kwadratu w menu rysowania kształtów, aby narysować kwadrat/prostokąt wokół każdej warstwy urządzenia. Kształt ten powinien mieć taki sam rozmiar dla wszystkich warstw. Patrz Rysunek 1C na przykład.
- Utwórz oddzielną warstwę górną zawierającą porty dostępu do kanałów. Proste konstrukcje będą składać się z głównej (środkowej) warstwy kanałów, dolnej warstwy uszczelniającej (często szklanej) oraz warstwy górnej, która powinna zawierać okrągłe perforacje umożliwiające dostęp do kanałów (wloty/wyloty).
UWAGA: Projektowanie konstrukcji zawierających więcej niż trzy warstwy będzie wymagało wykonania perforacji wlotowych/wylotowych w wielu warstwach (Patrz Rycina 1C, Rysunek 5A). Perforacje te mogą być już uwzględnione w projekcie lub mogą zostać dodane na tym etapie.- Wybierz narzędzie do rysowania po lewej stronie ekranu. Narysuj okręgi na wlotach i wylotach konstrukcji.
- Skopiuj i wklej zarówno oryginalny projekt, jak i okręgi. Usuń kanały z urządzenia znajdującego się pod spodem.
UWAGA: Dzięki temu porty wlotowe/wylotowe pozostają w właściwym położeniu, zgodnie z pierwotnym projektem. Na obwodzie każdej warstwy można również dodać kształty ułatwiające wyrównanie.
- Rozmieść wszystkie warstwy do wycięcia na wyświetlonej macie. Urządzenie jest teraz gotowe do cięcia.
2. Wycinanie
- Nałóż jedną warstwę folii PET/EVA (lub innego materiału) o preferowanej grubości (standardowo 3 mil) na klejącą matę do cięcia. Upewnij się, że strona klejąca (matowa) jest skierowana do góry, a plastikowa (błyszcząca) do dołu.
UWAGA: Używaj czystych rękawiczek, aby uniknąć przeniesienia olejów i mikrocząsteczek na warstwy. - Wygładź folię na macie (Rysunek 1D), usuwając całe uwięzione powietrze. Można to zrobić dłońmi w rękawiczkach lub za pomocą wałka.
- Wyrównaj krawędź maty do cięcia do linii wskazanej na ploterze. Załaduj matę, naciskając Load Mat na ploterze. Ustawienie ostrza tnącego powinno wynosić od 3 do 5, w zależności od grubości folii.
- Podłącz kabel USB plotera do komputera.
- Wybierz zakładkę SEND i wybierz ustawienie cięcia.
UWAGA: W menu kaskadowym dostępnych jest wiele ustawień. Opcja -Sticker Paper, Clear- dobrze sprawdza się przy folii PET/EVA o grubości 3–5 mil (75–125 μm). Zmieniaj ustawienia dla różnych materiałów i zapisuj własne ustawienia do późniejszego wykorzystania.
- Wybierz zakładkę SEND i wybierz ustawienie cięcia.
- Kliknij Send. Rozpocznie się proces cięcia (Rysunek 1E). Upewnij się, że z tyłu plotera jest wystarczająco dużo miejsca, aby mata mogła poruszać się bez przeszkód. Po zakończeniu pracy plotera wyładuj matę, wybierając Unload na urządzeniu. Nie wyciągaj maty przed wykonaniem operacji wyładowania.
3. Dopasowanie
- Umieść matę do cięcia obok czystej powierzchni. Używając rękawiczek i pęsety, zdejmij każdą warstwę urządzenia mikrofluidycznego z maty do cięcia (Rysunek 1F). Należy zachować szczególną ostrożność w miejscach zakrętów i zgięć kanału; są one szczególnie delikatne i podatne na rozdarcia oraz odkształcenia.
- Umieść warstwy urządzenia mikrofluidycznego na czystej powierzchni. Ułóż je w kolejności odpowiadającej ich pozycji w urządzeniu, od góry do dołu (Rysunek 1G, Rysunek 2A, Rycina 5A i Rycina 7A).
- Wytnij małe kawałki (~3 mm x 10 mm) dwustronnej taśmy klejącej, które posłużą do tymczasowego połączenia warstw.
- Nakładaj warstwy jedna po drugiej, zaczynając od warstwy dolnej. Przyklej niewielki kawałek dwustronnej taśmy w narożniku między warstwami, z dala od kanałów oraz wlotów/wylotów (Rysunek 1G, strzałka). Taśma, choć nie jest wymagana, unieruchamia warstwy i gwarantuje, że nie przesuną się one podczas laminowania. W przypadku urządzeń składających się z więcej niż 4 warstw należy użyć uchwytu drutowego, aby ułatwić wyrównanie warstw (Rycina uzupełniająca 3).
- Należy upewnić się, że strona klejąca (matte-EVA) folii jest zawsze skierowana do wewnątrz (do części pomiędzy warstwami) urządzenia.
UWAGA: odsłonięty klej stopi się i przywrze do wewnętrznych części laminatora, co doprowadzi nie tylko do uszkodzenia urządzenia, ale także wpłynie na jego przyszłą wydajność. - Po nałożeniu wszystkich warstw należy sprawdzić urządzenie. Pomiędzy wszystkimi warstwami powinna znajdować się co najmniej jedna strona z EVA, a żadna warstwa EVA nie może pozostać odsłonięta. W przypadku wprowadzania materiałów niepowlekanych EVA (np. folii z polichlorku winylu (PVC), szkła) może być konieczne zastosowanie folii powlekanej EVA z obu stron, szczególnie w przypadku bardziej złożonych urządzeń (Rysunek 5).
4. Laminowanie
- Włącz laminator i ustaw go na pożądaną grubość folii. Niektóre laminatory oferują ustawienia 3 i 5 mil, inne nie. W przypadku każdego urządzenia składającego się z 4 lub więcej warstw należy użyć ustawienia 5 mil.
- Gdy laminator będzie gotowy, przepuść urządzenie przez wałki laminujące (Rysunek 1H–I). Aby uzyskać najlepsze wyniki, włóż urządzenie końcem, do którego dodano taśmę dwustronną.
UWAGA: Podczas wytwarzania urządzeń o pięciu lub więcej warstwach można je przepuścić przez laminator więcej niż raz. - Wyjmij zalaminowane urządzenie.
UWAGA: Zaleca się, aby urządzenia były wystarczająco duże, co ułatwi ich wyjęcie z laminatora. Kwestia ta nie wpływa na rozmiar kanałów ani architekturę układu; wymaga jedynie zastosowania „ramki”, która może łatwo przejść przez laminator bez pozostania w jego wnętrzu.
5. Porty wlotowe/wylotowe
- Używając narzędzia rotacyjnego i wiertła o średnicy 1/32 in., wykonaj mały otwór w centrum podkładki meblowej. Alternatywnie można użyć treściaka do biopsji o średnicy 1 mm do perforacji podkładek.
UWAGA: Zaleca się użycie wiertarki stołowej. Choć dostępne są różne rozmiary, zalecane są podkładki o średnicy 2 mm x 6 mm. Należy unikać zwykłego „nakłuwania” podkładki. Jeśli materiał nie zostanie usunięty, podkładka ponownie się uszczelni (Supplementary Figure 1). Powyższe perforacje są przeznaczone do połączenia z rurkami z polieteroeteroketonu (PEEK), pipetą z końcówką lub tępą igłą (16–18 G). Większe perforacje można uzyskać za pomocą obrotowych kleszczy dziurkujących (Supplementary Figure 1). Są one przydatne, gdy podkładka służy jako „rezerwuar” dla cieczy lub innych substancji biologicznych. - Upewnij się, że otwór jest całkowicie drożny, usuwając wszelkie zanieczyszczenia (powstałe podczas wiercenia lub dziurkowania) za pomocą małej pęsety.
- Po skutecznym udrożnieniu portów wlotowych/wylotowych, ostrożnie dopasuj podkładki do portów wlotowych/wylotowych w laminowanym urządzeniu (Figure 1J–K). Krok ten jest niezbędny dla zapewnienia prawidłowego przepływu cieczy do urządzenia i z niego. Przytrzymaj podkładkę za urządzeniem, skieruj stronę klejącą w stronę otwartego wlotu/wylotu urządzenia, a następnie dopasuj i przyklej. Montaż urządzenia jest teraz zakończony.
6. Testowanie
- Dostęp do architektury kanałów/komór uzyskuje się poprzez perforowane amortyzatory (porty). Istnieje kilka sposobów wprowadzania płynów i materiałów biologicznych do urządzeń.
- Należy użyć drenu laboratoryjnego lub medycznego/chirurgicznego, mocując go do plastikowego łącznika (np. adapterów Luer) lub tępej igły. Można również zastosować standardową pipetę z końcówką lub dren PEEK bez adapterów (Rysunek uzupełniający 2).
- Należy przeprowadzić infuzję lub pobieranie płynów za pomocą strzykawek i drenów, wykorzystując strzykawki lub pompy perystaltyczne.
UWAGA: Na rynku dostępnych jest wiele opcji, których cena w momencie pisania tego tekstu zaczyna się od około 300 USD. - Ustaw różne wartości prędkości przepływu w zależności od urządzenia i eksperymentu.
UWAGA: Standardowo stosujemy ustawienia szybkości przepływu w zakresie 0,01–100 µL/minmożna jednak zastosować inne wartości.
Rysunek 1: Wytwarzanie. (A) Biurowa laminarka i ploter tnący to jedyne dwa urządzenia wymagane do wytwarzania. Oba są dostępne online lub w sklepach z artykułami plastycznymi/biurowymi. Inne wymagane narzędzia to nożyczki i pęseta. (B) Architektura kanałów i komór może być opracowana cyfrowo za pomocą dowolnego programu komputerowego zawierającego narzędzia do rysowania (niektórzy użytkownicy mogą preferować grafikę wektorową, ale nie jest ona wymagana). Linie i kształty są rysowane na czarno na białym tle. Plik lub zrzut ekranu projektu można zaimportować do oprogramowania plotera poprzez przeciąganie i upuszczanie. (C) Oprogramowanie do plotera jest dostępne do bezpłatnego pobrania i jest wymagane do sterowania urządzeniem. Program przyjmuje projekt i umożliwia wprowadzanie modyfikacji, takich jak zmiana rozmiaru. Zapewnia również narzędzia do rysowania. (D) Mata do wycinania podtrzymuje folię przeznaczoną do cięcia. Jest ona lekko klejąca, co pozwala na unieruchomienie wycinanych materiałów. Na rysunku przedstawiono cztery różne materiały gotowe do załadowania: folię PET/EVA o grubości 3 mil (góra), folię PET/EVA o grubości 5 mil (środek), folię EVA/PET/EVA o grubości 6 mil (dół po lewej) oraz folię PVC (dół po prawej). (E) Ploter jest otwarty, aby ukazać jednostkę ostrza (na czarno) i załadowaną matę. (F) Po wycięciu poszczególne warstwy są podnoszone za pomocą pęsety. Wycięcia kanałów i komór pozostają przytwierdzone do maty, a następnie są usuwane i utylizowane. (G) Poszczególne warstwy są wyrównywane i nakładane na siebie w celu laminowania. Często stosuje się małe kawałki dwustronnej taśmy klejącej (strzałka), aby ułatwić wyrównanie i zapobiec przesunięciu warstw podczas laminowania. (H, I) Urządzenie wprowadza się od góry laminarki i odbiera przez szczelinę wyjściową. Laminowanie zapewnia szczelne zamknięcie, pozostawiając drożne ścieżki kanałów. (J, K) Aby uzyskać dostęp do kanałów, konieczne jest dodanie perforowanych, samoprzylepnych odbojników winylowych. Obraz w (J) przedstawia podejście „odwrócone” do wyrównywania, w którym odbojnik jest nakładany od tyłu, co umożliwia wizualne dopasowanie wlotu/wylotu do perforacji odbojnika. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Oprócz niskich kosztów i możliwości szybkiej iteracji, technologia PETL może być łatwo dostosowana do rozwiązywania konkretnych problemów. Najpierw opisujemy proste urządzenie składające się z szklanego krawącika, warstwy komory, warstwy kanału oraz warstwy wlotowej/wylotowej (Rycina 2). Urządzenie to zostało zaprojektowane w celu ułatwienia obrazowania komórek i mikroorganów w warunkach stałego przepływu. Pożywka hodowlana jest uzupełniana przy niskich prędkościach przepływu, aby wspomóc wy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Chociaż mikrofluidyka jest coraz częściej obecna w laboratoriach na całym świecie, tempo jej wdrażania jest rozczarowujące, biorąc pod uwagę potencjał jej pozytywnego wpływu16. Niski koszt i wysoka wydajność wytwarzania urządzeń mikroprzepływowych są niezbędne do przyspieszenia przyjęcia tej technologii w przeciętnym laboratorium badawczym. Opisana tutaj metoda wykorzystuje wiele warstw folii do tworzenia dwu- i trójwymiarowych urządzeń za ułamek czasu i kosztów wymaganych metodami litograficznymi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Fernando Ontiveros jest w trakcie uruchamiania PETL FLUIDICS (LLC), firmy, która będzie komercjalizować i świadczyć usługi konsultingowe w zakresie tej technologii. Współautorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Praca nad tym rękopisem była częściowo wspierana przez National Science Foundation (NSF) (Grant No. CBET-1553826) (i powiązany suplement ROA) oraz National Institutes of Health (NIH) (grant nr R35GM124935) dla J.Z. oraz fundusz Visiting Faculty Notre Dame Melchor dla F.O. Chcielibyśmy podziękować Jennie Sjoerdsmie i Basar Bilgiçer za dostarczenie komórek ssaków i protokołów hodowlanych oraz Fabio Sacco za pomoc w przygotowaniu dodatkowych danych liczbowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Dziurkacz do biopsji (1 mm) | Miltex | 33-31AA | Opcjonalnie, zastępuje zestaw narzędzi obrotowych |
| igły | Janel, Inc. | JEN JG18-0.5X-90 | Usuń plastik i przymocuj do rurki Tygon |
| Szkiełka nakrywkowe | Preferowane są dowolne | 24 x 60 mm | |
| Mata do cięcia i ostrza | Silhouette America lub Nicapa | www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-mats | Ponowne użycie/Jednorazówki |
| Taśma dwustronna | Scotch/3M | 667 | Małe ilości, dowolna szerokość lub marka |
| Rurki PEEK | IDEX/dowolne | 1581L | Dostępne różne konfiguracje. Rozważ użycie rurki Tygon, jeśli jeszcze nie używasz |
| termicznej folii laminowanej PEEK PET/EVA Scotch | /3M & Transcendia | TP3854-200, TP5854-100 i transcendia.com/products/trans-kote-pet | 3 - 6 mil (mil = 1/1000 cala) woreczki lub rolki do laminowania. |
| Folia PVC - Folia spożywcza | Glad / Dowolna | Pakowanie żywności | |
| Wiertarka rotacyjna | Dremel/Dowolne | wiertła 200-121 lub inne | Wiertła 1/32 i 3/64" firmy Dremel zalecane |
| Wałek gumowy | Speedball | 4126 | Aby ułatwić przyczepność, sprawdzi się każda marka |
| Nożyczki i pęsety | Dowolne | Fiskars-Cal-Titanium-Softgrip-Nożyczki |Cole-Parmer –# UX-07387-12 | Polecane są marki wysokiej jakości |
| Silhouette CAMEO Craft cutter | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4T | Preferowany nóż rzemieślniczy |
| Oprogramowanie Silhouette Studio | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/software | Kontroluje nóż rzemieślniczy i zapewnia narzędzia do rysowania (do pobrania za darmo MAC i PC) |
| Pompa | strzykawkowaAparatura Harvarda lub pompy New Era | 70-4504 lub NE-300 | są idealne, można używać pipet lub biuret. |
| Strzykawki | Dowolna | 1-3mL | |
| Laminator termiczny | Scotch/3M | TL906 | Standardowy model domowy/biurowy |
| Rurki Tygon (E-3603) | Cole-Parmer | EW-06407-70 | Używaj z końcówkami igieł |
| Odbojniki meblowe winylowe | DerBlue/3M/ Everbilt | Przezroczyste, samoprzylepne (6 x 2 mm i 8 x 3 mm) | Zalecane są okrągłe zderzaki |
Bibliografia
- Xia, Y., Whitesides, G. M. SOFT LITHOGRAPHY. Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).
- Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and Applications of Microfluidics in Biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).
- Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. Soft Lithography in Biology and Biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering. 3 (1), 335-373 (2001).
- Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
- Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia. Lab on a Chip. 12 (7), 1224(2012).
- Zhang, B., Korolj, A., Lai, B. F. L., Radisic, M. Advances in organ-on-a-chip engineering. Nature Reviews Materials. 3 (8), 257-278 (2018).
- Bartholomeusz, D. A., Boutte, R. W., Andrade, J. D. Xurography: rapid prototyping of microstructures using a cutting plotter. Journal of Microelectromechanical Systems. 14 (6), 1364-1374 (2005).
- Martínez-Hernández, K. J., Rovira-Figueroa, N. D., Ontiveros, F. Implementation and Assessment of Student-Made Microfluidic Devices in the General Chemistry Laboratory. , (2016).
- Levis, M., et al. Microfluidics on the fly: Inexpensive rapid fabrication of thermally laminated microfluidic devices for live imaging and multimodal perturbations of multicellular systems. Biomicrofluidics. 13 (2), 024111(2019).
- Subramaniam, A., Sethuraman, S. Chapter 18 - Biomedical Applications of Nondegradable Polymers. Natural and Synthetic Biomedical Polymers. , 301-308 (2014).
- Yuen, P. K., Goral, V. N. Low-cost rapid prototyping of flexible microfluidic devices using a desktop digital craft cutter. Lab Chip. 10 (3), 384-387 (2010).
- Oya, K., et al. Surface Characteristics of Polyethylene Terephthalate (PET) Film Exposed to Active Oxygen Species Generated via Ultraviolet (UV) Lights Irradiation in High and Low Humidity Conditions. Journal of Photopolymer Science and Technology. 27 (3), 409-414 (2014).
- Narciso, C. E., Contento, N. M., Storey, T. J., Hoelzle, D. J., Zartman, J. J. Release of Applied Mechanical Loading Stimulates Intercellular Calcium Waves in Drosophila Wing Discs. Biophysical Journal. 113 (2), 491-501 (2017).
- Suh, Y. K., Kang, S. A Review on Mixing in Microfluidics. Micromachines. 1 (3), 82-111 (2010).
- Jahn, A., Vreeland, W. N., Gaitan, M., Locascio, L. E. Controlled Vesicle Self-Assembly in Microfluidic Channels with Hydrodynamic Focusing. Journal of the American Chemical Society. 126 (9), 2674-2675 (2004).
- Weibel, D., Whitesides, G. Applications of microfluidics in chemical biology. Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6), 584-591 (2006).
- Chen, X., Li, T., Shen, J. CO2 Laser Ablation of Microchannel on PMMA Substrate for Effective Fabrication of Microfluidic Chips. International Polymer Processing. 31 (2), 233-238 (2016).
- Chen, X., Shen, J., Zhou, M. Rapid fabrication of a four-layer PMMA-based microfluidic chip using CO2-laser micromachining and thermal bonding. Journal of Micromechanics and Microengineering. 26 (10), 107001(2016).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
