Łączenie PDMS bez użycia plazmy w celu taniego wytwarzania urządzeń mikrofluidycznych
1 listopada 2007
W tym filmie demonstrujemy, jak używać mikrofluidycznego urządzenia do neuronów bez konieczności wiązania plazmowego.
Laboratoria rutynowo przeprowadzające fotolitografię i litografię miękką zazwyczaj dysponują urządzeniem zwanym czyszczarką plazmową. Czyszczarka plazmowa posiada cewkę elektryczną, która wytwarza częściowo zjonizowany gaz składający się z elektronów, jonów, atomów obojętnych i cząsteczek. Plazma tworzy reaktywne grupy na powierzchni szkła i urządzenia, które po zetknięciu ze sobą tworzą trwałe wiązanie.
Plazma sprawia również, że powierzchnia urządzenia staje się hydrofilowa, co ułatwia dodawanie cieczy. W niektórych przypadkach trwałe, nieodwracalne wiązanie nie jest jednak pożądane. Ponadto wiele laboratoriów nie ma dostępu do urządzenia do czyszczenia plazmowego.
Aby rozwiązać ten problem, dzisiaj zademonstrujemy odwracalne łączenie urządzenia neuronowego ze szkłem kryształem bez użycia plazmy; siły elektrostatyczne między PDMS a szkłem tworzą wiązanie, które jest wodoszczelne i odpowiednie do hodowli komórkowej. Chciałbym przedstawić Kianę Lee, która przeprowadzi dzisiejsze demonstracje.
Szkiełka nakrywkowe Corning nr 1 o wymiarach 24 mm na 40 mm są czyszczone w myjce ultradźwiękowej. Szkiełka umieszcza się w stojaku ze stali nierdzewnej, który następnie wkłada się do szklanego naczynia wypełnionego wodą dejonizowaną. Naczynie szklane jest następnie umieszczane w myjce ultradźwiękowej.
Następnie szkiełka przedmiotowe poddaje się sonikacji przez 30 minut. Po sonikacji wodę dejonizowaną wylewa się z szklanego pojemnika. Do pojemnika ze szkiełkami przedmiotowymi wlewa się 70% etanol, a następnie przenosi go do standardowej komory z laminarnym przepływem powietrza w celu zachowania sterylności.
Po wypłukaniu 70% etanolem, stojak ze stali nierdzewnej zostaje wyjęty ze szklanego pojemnika, a szklane preparaty pozostawia się do całkowitego wyschnięcia przez kilka godzin lub przez noc. Następnie, w komorze z laminarnym przepływem powietrza, szklane preparaty pokrywa się PLL, zanurzając je w pojemniku wypełnionym roztworem PLL. Szklane preparaty pozostawia się w roztworze PLL na minimum trzy godziny lub przez noc.
Po powleczeniu PLL, roztwór PLL zostaje usunięty z naczynia, a szkiełka przedmiotowe są dokładnie płukane wodą dejonizowaną. Po kilkukrotnym wypłukaniu szkiełek powleczonych PLL wodą, naczynie zostaje ponownie napełnione wodą, w której szkiełka przedmiotowe moczy się przez kilka godzin. Po kilkugodzinnym moczeniu w wodzie dejonizowanej, woda zostaje odessana z naczynia.
Laminatki szklane należy szybko wypłukać, a następnie wyjąć z naczynia, umieścić w stojaku ze stali nierdzewnej i pozostawić do wyschnięcia na noc. Urządzenia Neuron należy przenieść do komory z laminarnym przepływem powietrza i dokładnie wypłukać 70% etanolem w celu ich sterylizacji. Następnie należy odessać nadmiar etanolu z urządzenia. Urządzenia pozostawia się do wyschnięcia w komorze z laminarnym przepływem powietrza przez noc do następnego dnia.
To sterylne urządzenie do hodowli neuronów należy po prostu umieścić na czystym, sterylnym szkle potraktowanym PLL. PDMS tworzy zaszkleniem odwracalną wiąź, która jest szczelna dla cieczy. Urządzenie przytwierdza się do szkła za pomocą delikatnego nacisku, a następnie bezzwłocznie dodaje do niego pożywkę.
Zbyt długie oczekiwanie z dodaniem pożywki lub komórek do urządzenia po jego montażu może utrudnić wprowadzanie cieczy do wnętrza. Należy zauważyć, że ciecz nie wnika do urządzeń niepoddanych obróbce plazmowej tak szybko, jak do urządzeń traktowanych plazmą. Urządzenia poddane działaniu plazmy są początkowo hydrofilowe bezpośrednio po zabiegu, co sprawia, że ciecze swobodnie wpływają do ich wnętrza, podczas gdy przepływ przez urządzenia niespojone plazmowo jest znacznie wolniejszy.
W niektórych przypadkach konieczne może być użycie pipety w celu wtłoczenia cieczy do urządzenia. W tym filmie pokazaliśmy, jak połączyć urządzenie neuronowe ze szkłem kryształem bez użycia plazmy. Jest to wydajna i niedroga metoda odwracalnego łączenia BLO, PDMS z powierzchniami szklanymi.
Mamy nadzieję, że ten materiał wideo okazał się informatywny i pomocny. To wszystko z laboratorium Johna. Dziękujemy za oglądanie.
Przegląd
W niniejszym filmie zaprezentowano metodę wykorzystania mikroprzepływowego urządzenia neuronowego bez konieczności stosowania wiązania plazmowego. Technika ta umożliwia odwracalne połączenie urządzenia ze szkłem, odpowiednie do hodowli komórkowej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- neuronauka
- mikroprzepływy
- techniki hodowli komórkowych
Wstęp
- Wiązanie plazmowe jest powszechnie stosowane w laboratoriach do tworzenia trwałych połączeń między materiałami.
- Wiele laboratoriów nie ma dostępu do czyszczarek plazmowych, co sprawia, że konieczne jest stosowanie metod alternatywnych.
- Techniki wiązania odwracalnego mogą ułatwić manipulację urządzeniami.
- Mikrofluidyczne urządzenie neuronowe zostało zaprojektowane do zastosowań w hodowlach komórkowych.
Cel badania
- Zaprezentowanie metody odwracalnego łączenia urządzeń neuronowych ze szkłem bez zastosowania obróbki plazmą.
- Zapewnienie kosztowo efektywnego rozwiązania dla laboratoriów nieposiadających sprzętu do wiązania plazmowego.
- Zagwarantowanie, że połączenie jest wodoszczelne i odpowiednie do hodowli komórkowych.
Zastosowane metody
- Czyszczenie szkiełek przedmiotowych przy użyciu sonikatora z kąpielą wodną.
- Powlekanie szkiełek przedmiotowych poli-L-lizyną (PLL) w celu zwiększenia adhezji.
- Wykorzystanie sił elektrostatycznych do wytworzenia odwracalnego wiązania między PDMS a szkłem.
- Prezentacja procesu montażu w komorze z laminarnym przepływem powietrza w celu zachowania sterylności.
Główne wyniki
- Urządzenie neuronowe wiązane bez użycia plazmy tworzy wodoszczelne uszczelnienie ze szkłem.
- Wniknięcie cieczy do urządzenia jest wolniejsze w porównaniu z urządzeniami traktowanymi plazmą.
- W celu uzyskania optymalnych wyników komórki lub pożywki można dodać bezpośrednio po montażu.
- Metoda ta jest wydajna i nie wymaga drogiego sprzętu.
Wnioski
- Przedstawiona metoda stanowi skuteczną alternatywę dla wiązania plazmowego.
- Odwracalne wiązanie można uzyskać przy użyciu prostych technik dostępnych w większości laboratoriów.
- Podejście to jest korzystne dla badaczy pracujących z urządzeniami mikroprzepływowymi w hodowlach komórkowych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejsza metoda zapewnia kosztowo efektywne, odwracalne podejście do łączenia urządzeń mikrofluidycznych w badaniach z zakresu neuronauki, umożliwiając zastosowania w hodowli komórkowej bez konieczności korzystania z urządzeń do czyszczenia plazmowego. Wspiera ona wczesną walidację celów oraz opracowywanie testów dzięki zapewnieniu szczelnego uszczelnienia odpowiedniego do hodowli neuronów, rozwiązując jednocześnie bariery związane z dostępnością sprzętu w laboratoriach o ograniczonych zasobach. Technika ta zwiększa ciągłość translacyjną, umożliwiając usunięcie urządzenia po zakończeniu hodowli w celu przeprowadzenia dalszych analiz, takich jak barwienie immunocytochemiczne czy mikroskopia.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie wzrostu neuronów i dynamiki szlaków w środowiskach mikrofluidycznych bez konieczności trwałej fiksacji urządzenia.
- Wartość operacyjna: Wspiera odwracalne łączenie elementów, co pozwala na iteracyjne przeprowadzanie eksperymentów i ponowne wykorzystanie urządzenia w procesach walidacji celów terapeutycznych.
Przesiewy i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Zapewnia szczelne środowisko mikrofluidyczne odpowiednie do ekspozycji na związki oraz obrazowania żywych komórek w testach neuronalnych.
- Wartość operacyjna: Ułatwia standaryzację testów dzięki możliwości odwracalnego mocowania urządzenia do pokrytych szkła podłoży.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Pozwala na utrzymanie warunków hodowli neuronów istotnych dla przebiegu choroby, umożliwiając jednocześnie odzyskanie urządzenia po analizie w celu przeprowadzenia badań nad biomarkerami lub immunobarwienia.
- Wartość operacyjna: Zapewnia sterylność dzięki płukaniu etanolem i pracy w komorze z laminarnym przepływem powietrza, co wspiera powtarzalne procesy przedkliniczne.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z wczesnymi etapami procesów odkrywania leków, umożliwiając sterylny i odwracalny montaż urządzeń mikroprzepływowych do hodowli neuronów, co wspiera przejście od walidacji celu do przesiewania funkcjonalnego.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących prowadzenia aksonów i łączności synaptycznej w ograniczonych mikrośrodowiskach.
- Przesiewanie: Umożliwia powtarzalne dostarczanie związków i wymianę pożywki w testach opartych na neuronach, pomimo wolniejszego przepływu kapilarnego.
- Analityka: Pozwala na uzyskanie ilościowych wyników dotyczących wzrostu neuronów i odpowiedzi na odczynniki w kontrolowanych warunkach fluidycznych.
- Badania translacyjne: Łączy hodowlę neuronów w fazie odkrycia z późniejszą walidacją poprzez usunięcie urządzenia w celu przeprowadzenia immunobarwienia lub obrazowania.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanawia protokół odwracalnego wiązania, który można zastosować w wielu projektach mikrofluidycznych wykorzystujących interfejsy PDMS i szkło.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w hodowlach neuronalnych poprzez zapewnienie kontrolowanych środowisk płynowych bez powierzchniowych zmian wywołanych działaniem plazmy.
- Wartość operacyjna: Eliminuje zależność od czyszczarek plazmowych, co obniża koszty sprzętowe i zwiększa dostępność w różnych placówkach laboratoryjnych.
- Wartość strategiczna: Poprawia efektywność kapitałową poprzez umożliwienie odwracalnego użytkowania urządzeń i redukcję ilości odpadów z materiałów eksploatacyjnych w przepływach mikrofluidycznych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera optymalizację ryzyka w rozwoju badań poprzez generowanie powtarzalnych danych z hodowli neuronalnych dla decyzji typu go/no-go w procesie walidacji celu.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga zastosowania technik aseptycznych oraz dostępu do komory z laminarnym przepływem powietrza w celu sterylizacji i manipulacji próbkami.
- Zależność od prawidłowego sonikowania i pokrycia szkiełek przedmiotowych PLL w celu zapewnienia skuteczności odwracalnego wiązania.
- Wymaga wstępnej sterylizacji urządzeń PDMS poprzez płukanie etanolem, ponieważ wiązanie bez użycia plazmy nie zapewnia sterylizacji.
- Konieczność uwzględnienia wolniejszego wnikania cieczy ze względu na hydrofobowe powierzchnie, co może wymagać wprowadzania mediów za pomocą pipety.
- Ograniczone do zastosowań, w których wystarczająca jest szczelna, ale odwracalna blokada; nieodpowiednie w przypadku zapotrzebowania na wiązania odporne na wysokie ciśnienie lub długotrwale nieprzepuszczalne.
