Modelowanie mikroorganizmów i mikrocząstek poprzez sekwencyjny montaż wspomagany kapilarnością

Summary

Prezentujemy technologię, która wykorzystuje wspomagany kapilarność montaż w platformie mikroprzepływowej do modelowania mikroobiektów zawieszonych w cieczy, takich jak bakterie i koloidy, w określone tablice na podłożu z polidimetylosiloksanu.

Abstract

Kontrolowane tworzenie wzorów mikroorganizmów w określonych układach przestrzennych oferuje unikalne możliwości dla szerokiego zakresu zastosowań biologicznych, w tym badań nad fizjologią i interakcjami mikroorganizmów. Na najprostszym poziomie, dokładne wzorce przestrzenne mikroorganizmów umożliwiłyby wiarygodne, długoterminowe obrazowanie dużej liczby pojedynczych komórek i zwiększyłyby możliwości ilościowego badania zależnych od odległości interakcji między mikroorganizmami. Co bardziej wyjątkowe, sprzężenie dokładnych wzorców przestrzennych i pełnej kontroli nad warunkami środowiskowymi, jakie oferuje technologia mikroprzepływowa, zapewniłoby potężną i wszechstronną platformę do badań pojedynczych komórek w ekologii drobnoustrojów.

Ten artykuł przedstawia platformę mikroprzepływową do tworzenia wszechstronnych i zdefiniowanych przez użytkownika wzorów mikroorganizmów w kanale mikroprzepływowym, umożliwiając pełny dostęp optyczny dla długoterminowego, wysokoprzepustowego monitorowania. Ta nowa technologia mikroprzepływowa opiera się na kapilarnym składaniu cząstek i wykorzystuje siły kapilarne powstające w wyniku kontrolowanego ruchu parującej zawiesiny wewnątrz kanału mikroprzepływowego do osadzania pojedynczych mikroobiektów w szeregu pułapek mikrowytwarzanych na podłożu z polidimetylosiloksanu (PDMS). Osadzanie sekwencyjne generuje pożądany układ przestrzenny jednego lub wielu typów obiektów o rozmiarach mikro, podyktowany wyłącznie geometrią pułapek i kolejnością napełniania.

Platforma została skalibrowana przy użyciu cząstek koloidalnych o różnych wymiarach i materiałach: okazała się potężnym narzędziem do generowania różnorodnych wzorów koloidalnych i funkcjonalizacji powierzchni uwięzionych cząstek. Ponadto platforma została przetestowana na komórkach mikrobiologicznych, wykorzystując komórki Escherichia coli jako bakterię modelową. Tysiące pojedynczych komórek zostało wymodelowanych na powierzchni, a ich wzrost był monitorowany w czasie. W tej platformie sprzężenie osadzania pojedynczych komórek i technologii mikroprzepływowej umożliwia zarówno geometryczne wzorce mikroorganizmów, jak i precyzyjną kontrolę warunków środowiskowych. Otwiera to tym samym okno na fizjologię pojedynczych drobnoustrojów i ekologię interakcji mikroorganizm-mikroorganizm, jak wykazały wstępne eksperymenty.

Introduction

Przestrzenne wzorcowanie pojedynczych mikroorganizmów, szczególnie w obszarach eksperymentalnych, które umożliwiają pełną kontrolę nad warunkami środowiskowymi, takich jak urządzenia mikroprzepływowe, jest wysoce pożądane w szerokim zakresie kontekstów. Na przykład, układanie mikroorganizmów w regularne tablice pozwoliłoby na dokładne obrazowanie dużej liczby pojedynczych komórek i badanie ich wzrostu, fizjologii, ekspresji genów w odpowiedzi na bodźce środowiskowe, i podatność na leki. Pozwoliłoby to również na badanie interakcji komórka-komórka, które są szczególnie interesujące w badaniach nad komunikacją komórkową (np. quorum sensing), karmieniem krzyżowym (np. s....

Protocol

1. Przygotowanie wzorca krzemowego

UWAGA: Szablony PDMS zawierające mikrofabrykowane pułapki, które tworzą szablon do koloidalnego i mikrobiologicznego wzorcowania, zostały wykonane zgodnie z metodą wprowadzoną przez Geisslera i wsp.¹⁷. Krzemowy wzorzec został przygotowany za pomocą konwencjonalnej litografii w pomieszczeniu czystym. Zapoznaj się z poniższymi krokami, aby zapoznać się z procedurą i tabelą materiałów dla sprzętu.

1. Projektuj funkcje za pomocą oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD).
2. Przygotuj maskę ze szkła ....

Results

Opracowano platformę mikroprzepływową, która wykorzystuje montaż wspomagany kapilarnością do modelowania cząstek koloidalnych i bakterii w pułapkach mikrofabrykowanych na szablonie PDMS. Dwie różne geometrie kanałów zostały zaprojektowane w celu optymalizacji wzoru koloidów i bakterii poprzez montaż wspomagany kapilarnie. Geometria pierwszego kanału (Rysunek 1B) składa się z trzech równoległych odcinków o długości 23 mm, między którymi nie ma fizycznej bariery. Dwie sekcje po bokach mają 5 mm szerokoś.......

Discussion

Opisana tutaj platforma mikroprzepływowa umożliwia modelowanie obiektów o rozmiarach mikro, takich jak koloidy i bakterie, w określone układy przestrzenne na podłożu PDMS. Pełna kontrola nad warunkami środowiskowymi oferowana przez mikrofluidykę oraz możliwość modelowania komórek z mikrometryczną precyzją zapewnianą przez technologię sCAPA sprawia, że jest to bardzo obiecująca platforma dla przyszłych badań z zakresu fizjologii i ekologii.

W eksperymentach przedstawionych w tej pracy master kr.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcatel AMS 200SE I-Speeder	Alcatel Micro Machining System		głębokiej reaktywnej wymiany jonowej
Detergent	Alconox
AZ400K developer	MicroChemicals	AZ400K
BD 10 mL Strzykawka (Luer-Lock)	BD	300912	służy do spłukiwania świeżego bulionu lizogenicznego do kanału mikroprzepływowego
Życie inkubatora pudełkowego	Usługi obrazowania	stosowane w celu zapewnienia jednolitej i stałej temperatury w kanale
m (red)	microParticles GmbH	PS-FluoRed-Fi267
Fluorescencyjne cząstki PS o średnicy 1,08 i mikro; m (green)	microParticles GmbH	PS-FluoGreen-Fi182
Fluorescencyjne cząstki PS o średnicy 2,07 i mikro; m (green)	microParticles GmbH	PS-FluoGreen-Fi183
Fluorescencyjne cząstki PS o średnicy 2,08 i mikro; m (red)	microParticles GmbH	PS-FluoRed-Fi180
Gigabatch 310 M	PVA TePla		służy do obróbki plazmowej 10 cm płytki krzemowej
H401-T-CONTROLLER	Sterownik Okolab		podgrzewanej płyty szklanej
H601-NIKON-TS2R-GLASS	Podgrzewana płyta szklana	Okolab
Heidelberg DWL 2000	Heidelberg Instruments		Bezpośredni laser UV writer
Strzykawki insulinowe, U 100, ze	Codan Medical ApS	CODA621640	1 ml służącą do pobierania płynnej zawiesiny podczas procesu tworzenia wzoru
Klayout	Opensource		używany do projektowania funkcji na krzemowym masterze
LB Broth, Miller (Luria-Bertani)	Fisher Scientific	244610	Rosół lizogeniczny spłukiwany do kanału mikroprzepływowego
Masterflex rurka transferowa	Masterflex	HV-06419-05	0,020 '' ID, 0,06 '' OD
MOPS (10x)	Teknova	M2101	rozcieńczona dziesięciokrotnie wodą miliQ i używana do wymiany podłoża na noc
Nikon Eclipse Ti2	Mikroskop Nikon Instruments
openSCAD	Opensource		używany do projektowania formy
Grupa bankomatów	OPTIspin SB20	51-0002-01-00	wywoływacz wirowy
Komora plazmowa Zepto	Diener Electronic	ZEPTO-1	służy do plazmowej obróbki matrycy i mikrokanału w celu ich połączenia
Dodatni fotorezystu AZ1505	MicroChemicals	AZ1505
Fosforan potasu dwuzasadowy	Sigma Aldrich	P3786	dodany do MOPS 1x
Prusa utwardzanie i pralka CW1S	Prusa		służy do zapewnienia, że cały polimer jest utwardzony, a nieutwardzony polimer jest usuwany z formy
Prusa Resin - Tough	Prusa Research a.s.		Światłoczuła płynna żywica UV 405nm do druku 3D
Drukarka 3d Prusa SL1	Prusa		używana do drukowania formy
Waga	VWR-CH	611-2605	służy do ważenia mieszaniny PDMS
Wafel krzemowy (10 cm)	Silicon Materials Inc.		N/Phos < 100> 1-10 Ω cm
Sü Nakładka maski ss MA6	SUSS MicroTec Group		służy do wyrównania maski ze szkła chromowanego i podłoża oraz odsłonięcia podłoża
Zestaw elastomerów silikonowych	Sylgard 184	Dow Corning
Techni Etch Cr01	Technic		wytrawiacz chromu
Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooktyl) silan	Sigma Aldrich	448931	używany do silianizacji formy wydrukowanej w 3D
TWEEN 20	Sigma Aldrich	P1379	służy do zapewnienia optymalnego kąta zwilżania podczas procesu modelowania
Veeco Dektak 6 M	Profilometr	Veeco
VTC-100 Vacuum Spin Coater	MTI corporation		Próżniowa powlekarka wirowa