Summary
هنا نقدم بروتوكول لتصميم وتصنيع الاجهزه المخصصة ميكروفلويديك مع الحد الأدنى من الاستثمار المالي والوقت. والهدف من ذلك هو تيسير اعتماد تكنولوجيات ميكروفلوريك في مختبرات البحوث الطبية الحيوية والبيئات التعليمية.
Abstract
تسمح الاجهزه المجهرية بالتلاعب بالسوائل والجزيئات والخلايا والاجهزه الصغيرة الحجم أو الكائنات الحية في القناات التي تتراوح من النانو إلى المقاييس تحت الملليمتر. وقد أدت الزيادة السريعة في استخدام هذه التكنولوجيا في العلوم البيولوجية إلى الحاجة إلى أساليب يمكن لمجموعه واسعه من المجموعات البحثية الوصول اليها. تتطلب معايير التصنيع الحالية ، مثل الترابط PDMS ، تقنيات الطباعة الحجرية والترابط المكلفة والمستهلكة للوقت. ومن البدائل القابلة للاستمرار استخدام المعدات والمواد الميسورة التكلفة بسهوله ، والتي تتطلب قدرا ادني من الخبرة وتسمح بالتكرار السريع للتصاميم. في هذا العمل ونحن وصف بروتوكول لتصميم وإنتاج PET-شرائح (petls) ، والاجهزه ميكروفلويديك التي هي غير مكلفه ، وسهله لافتعال ، وتستهلك وقتا اقل بكثير لتوليد من النهج الأخرى لتكنولوجيا ميكروفلويديكس. وهي تتالف من صفائح الأفلام المستعبدين حراريا ، والتي يتم تعريف القناات والميزات الأخرى باستخدام قطع الحرفية. ويحل المشروع التحديات التقنية الخاصة بالميدان مع الحد بشكل كبير من العقبات التي تعترض التبني. ويسهل هذا النهج امكانيه الوصول إلى أجهزه ميكروفلويديكس في كل من البيئات البحثية والتعليمية ، مما يوفر منصة موثوقه لأساليب التحري الجديدة.
Introduction
تمكن ميكروفلويديكس من التحكم في السوائل علي نطاقات صغيره ، مع احجام تتراوح من ميكروليتر (1 × 10-6 لتر) إلى بيدولتر (1 × 10-12 لتر). وقد أصبحت هذه السيطرة ممكنة جزئيا بسبب تطبيق تقنيات التصنيع المجهري المقترضة من صناعه المعالجات الدقيقة1. ويتيح استخدام الشبكات الصغيرة الحجم من القناات والغرف للمستعمل الاستفادة من الظواهر الفيزيائية المميزة التي تتميز بها الابعاد الصغيرة. علي سبيل المثال ، عند مقياس الميكرومتر ، يمكن التلاعب بالسوائل باستخدام التدفق الصفي ، حيث تهيمن القوي اللزجة علي القوي القصوره. ونتيجة لذلك ، يصبح النقل غير المدروس السمة البارزة للميكروفلويديكس ، ويمكن دراسته كميا وتجريبيا. ويمكن فهم هذه الانظمه بشكل صحيح باستخدام قوانين Fick ، ونظرية الحركة البراونية ، ومعادله الحرارة ، و/أو معادلات Navier-ستوكس ، التي هي اشتقاقات هامه في مجالات ميكانيكا السوائل وظواهر النقل2.
لان العديد من المجموعات في العلوم البيولوجية دراسة نظم معقده علي المستوي المجهري ، كان يعتقد أصلا ان الاجهزه ميكروفلويديك سيكون لها تاثير فوري وكبير علي تطبيقات البحوث في علم الاحياء2،3. ويرجع ذلك إلى انتشار يجري المهيمنة في نقل جزيئات صغيره عبر الاغشيه أو داخل الخلية ، وابعاد الخلايا والكائنات الدقيقة هي مباراة مثاليه للانظمه والاجهزه الفرعية ملليمتر. ولذلك ، كانت هناك إمكانات كبيره لتعزيز الطريقة التي تجري بها التجارب الخلوية والجزيئية. ومع ذلك ، فان الاعتماد الواسع للتكنولوجيات الصغريه من قبل علماء البيولوجيا قد تخلفت وراء التوقعات4. قد يكون السبب البسيط لعدم نقل التكنولوجيا هو الحدود التاديبيه التي تفصل بين المهندسين وعلماء الاحياء. وظل تصميم الاجهزه المخصصة وتصنيعها خارج نطاق قدرات معظم مجموعات البحوث البيولوجية ، مما يجعلها تعتمد علي الخبرات والمرافق الخارجية. كما ان عدم إلمام بالتطبيقات المحتملة والتكلفة والوقت اللازم لتكرار التصميم يشكلان أيضا عائقين كبيرين امام المتبنيين الجدد. ومن المرجح ان تكون هذه الحواجز قد أثرت في تعطيل الابتكار ومنع التطبيق الواسع النطاق للميكروفلوات لمواجهه التحديات في العلوم البيولوجية.
والمثال علي ذلك: منذ أواخر عام 1990 كانت الصور الفوتوغرافية اللينة الطريقة المفضلة لتصنيع الاجهزه ميكروفلويدريك. PDMS (بوليميثيلسيلاوكسين ، بوليمر عضوي قائم علي السيليكون) هو ماده تستخدم علي نطاق واسع بسبب خصائصه الفيزيائية ، مثل الشفافية ، الخلايا ، والتوافق البيولوجي5. وقد تمتعت هذه التقنية نجاحا كبيرا ، مع مختبر علي رقاقه والجهاز علي رقاقه الاجهزه التي يتم تطويرها باستمرار علي هذا النظام الأساسي6. غير ان معظم المجموعات التي تعمل علي هذه التكنولوجيات موجودة في الإدارات الهندسية أو لها روابط قويه بها4. وعاده ما تتطلب الطباعة الحجرية غرفا نظيفه لتصنيع القوالب ومعدات الربط المتخصصة. للعديد من المجموعات ، وهذا يجعل الاجهزه PDMS القياسية اقل من المثالي بسبب تكاليفها الراسماليه والرصاص الوقت ، وخاصه عندما يكون هناك حاجه لاجراء تعديلات التصميم المتكررة. وعلاوة علي ذلك ، لا يمكن الوصول إلى التكنولوجيا في الغالب لمتوسط الاحياء وللطلبة المحرومين من المختبرات الهندسية المتخصصة. وقد اقترح انه لكي يتم اعتماد الاجهزه المجهرية علي نطاق واسع ، يجب ان تحاكي بعض صفات المواد التي يشيع استخدامها من قبل علماء البيولوجيا. علي سبيل المثال ، البوليسترين المستخدمة للثقافة الخلية والاختبارات الحيوية غير مكلفه ، يمكن التخلص منها ، وقابله للإنتاج الضخم. وعلي النقيض من ذلك ، فان التصنيع الصناعي للميكروفلويديكس القائم علي PDMS لم يتحقق أبدا بسبب نعومه الميكانيكية ، وعدم استقرار المعالجة السطحية ، ونفاذيه الغاز5. بسبب هذه القيود ، ومع الهدف من حل التحديات التقنية باستخدام أجهزه مخصصه بنيت "في المنزل" ، ونحن وصف طريقه بديله التي تستخدم xurography7،8،9 بروتوكولات والتصفيح الحراري. ويمكن اعتماد هذه الطريقة مع القليل من راس المال والاستثمار في الوقت.
هي ملفقه petls باستخدام البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) الفيلم ، والمغلفة مع الإيثيلين اللاصق الحراري-الفينيل خلات (ايفا). كلا المادتين تستخدم علي نطاق واسع في المنتجات الاستهلاكية ، وهي متوافقة بيولوجيا ومتاحه بسهوله بأقل تكلفه10. PET/EVA يمكن الحصول علي الفيلم في شكل الترقق الحقائب أو لفات. باستخدام قاطع الحرفية التي تسيطر عليها الكمبيوتر وجدت عاده في الهاوي أو الحرف مخازن ، يتم قطع القناات من ورقه فيلم واحد لتحديد الهندسة المعمارية الجهاز11. ثم يتم إغلاق القناات عن طريق تطبيق طبقات اضافيه من الأفلام (أو الزجاج) التي يتم المستعبدين باستخدام (مكتب) تغليف الحرارية (الشكل 1ا). يتم أضافه مصدات الفينيل المثقبة ذاتية اللصق لتسهيل الوصول إلى القناات. تتراوح أوقات التصنيع من 5 إلى 15 دقيقه ، مما يسمح بالتكرار السريع للتصميم. جميع المعدات والمواد المستخدمة لجعل PETLs يمكن الوصول اليها تجاريا وباسعار معقولة (< 350 دولار أمريكي تكلفه بدء التشغيل ، مقارنه بآلاف USDs للطباعة الحجرية). ولذلك ، توفر PETLs حلا جديدا لمشكلتين رئيسيتين تطرحهما ميكروفلويديكس التقليدية: القدرة علي تحمل التكاليف وفعالية الوقت (انظر مقارنه PDMS/PETLS في الجدولين التكميليين 1 و 2).
بالاضافه إلى تزويد الباحثين بالفرصة لتصميم وتصنيع أجهزتهم الخاصة ، يمكن اعتماد PETLs بسهوله في الفصول الدراسية لأنها بسيطه وبديهية للاستخدام. يمكن ادراج PETLs في المناهج الدراسية الثانوية والجامعية8، حيث يتم استخدامها لمساعده الطلاب علي فهم المفاهيم الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية بشكل أفضل ، مثل الانتشار ، والتدفق الرقائقي ، والميكرومتر ، وتوليف جسيمات متناهي ، وتشكيل التدرج ، والمحور الكيميائي.
في هذا العمل ونحن نوضح سير العمل الشامل لتصنيع رقائق نموذج PETLs مع مستويات مختلفه من التعقيد. ويستخدم الجهاز الأول لتسهيل تصوير الخلايا والاجهزه الدقيقة في غرفه صغيره. الثاني ، والجهاز أكثر تعقيدا يتكون من عده طبقات ومواد ، ويستخدم للبحوث في البيولوجيا الميكانيكية9. وأخيرا ، قمنا ببناء جهاز يعرض العديد من المفاهيم الديناميكية السائلة (التركيز الهيدروديناميكي ، والتدفق الرقائقي ، والنقل المتعدد الطرق ، والميكرومتر) للأغراض التعليمية. يمكن تصميم سير العمل وتصاميم الاجهزه المعروضة هنا بسهوله لمجموعه كبيره من الأغراض في كل من إعدادات البحث والفصول الدراسية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-التصميم
- تحديد تطبيق للاجهزه وسرد مكونات القناة/الغرفة التي ستكون مطلوبه.
ملاحظه: ستتطلب كافة الاجهزه قنوات الإدخال والإخراج. وسوف تتطلب الاجهزه المستخدمة لمجهر غرفه التصوير. ستتطلب الاجهزه الأكثر تعقيدا قنوات وغرفا تقع في طبقات متعددة. - أبدا بالرسم اليدوي لكل طبقه ، مع الأخذ في الاعتبار كيفيه تاثر وظيفة الجهاز بالموضع الفائق للطبقات.
- ارسم التصاميم النهائية علي الكمبيوتر باستخدام اي برنامج يسمح برسم الخطوط والاشكال.
- ارسم كل طبقه بشكل منفصل باستخدام الخطوط السوداء والصلبة والاشكال الخالية من الظلال. يوصي بسماكة الخط التي تبلغ 6 نقاط أو أكثر. في هذه المرحلة ، فان ابعاد ميزات القناة والغرفة اقل اهميه من النسب الاجماليه.
- استخدم وظيفة النسخ واللصق عند إنشاء المعالم والطبقات الفائقة. انظر الشكل 1ب للاطلاع علي أمثله للرسومات الطبقية.
- استيراد كل طبقه في البرمجيات الحرفية القاطع (الشكل 1ج). القيام بذلك عن طريق جعل التقاط الشاشة من تصميم رسمها واستخدام نهج السحب والإفلات.
- إنشاء وثيقة جديده في البرمجيات كتر الحرفية (تحميل مجاني). إسقاط ملف الصورة علي حصيره المعروضة. سيتعرف البرنامج علي معظم ملفات الصور.
- تكبير الصورة لتسهيل المعالجة عن طريق السحب من الزاوية. يمكن الآن التعرف علي التصميم من قبل البرنامج باستخدام وظيفة التتبع.
ملاحظه: المستخدمين قد تنتج دي نوفو التصاميم مباشره علي هذا البرنامج (استخدام أدوات الرسم في لوحه التصميم).
- لتتبع التصميم ، حدد أيقونه التتبع (شكل فراشه) علي الجانب الأيمن من النافذة وحدد التصاميم المستوردة بالبالكامل.
- حدد خيار معاينه التتبع المسمي المخطط التفصيلي. اضبط إعدادات العتبة والمقياس (إذا لزم الأمر) لضبط التتبع الأصفر لمطابقه التصميم.
- حدد التتبع من قائمه التتبع بمجرد تطابق التتبع الأصفر مع التصميم. تظهر القناات الآن كمحيط احمر. إذا كان الكفاف الأحمر يطابق التصميم ، يمكن تحديد الصورة المستوردة وحذفها. يتم الآن استيراد التصميم وجاهزه لتغيير الحجم.
- حجم الجهاز عن طريق تحديد تصميم تتبع وباستخدام الشبكة التي يوفرها البرنامج. اسحب لتغيير عرض وطول القناات والغرف.
ملاحظه: البرنامج يوفر القياسات ، ويمكن رسم خطوط صغيره مؤقتا (استخدام لوحه التصميم علي الجانب الأيسر من النافذة) لقياس الابعاد داخل الجهاز. ابعاد القناة الوظيفية العرض تتراوح بين 100 μm إلى 900 μm. قد يلزم تعديل الابعاد بعد اختبار النماذج الاوليه. من المهم ان يتم حجم جميع الطبقات بشكل تناسبي ، لضمان المحاذاة الصحيحة اثناء التجميع.- بعد التصميم بشكل صحيح ، حدد أداه مربع علي شكل رسم القائمة لرسم مربع/مستطيل حول كل طبقه من الجهاز. يجب ان يكون هذا الشكل من نفس الحجم لكافة الطبقات. انظر الشكل 1(ج ) للحصول علي أمثله.
- إنشاء طبقه علويه منفصلة تحتوي علي منافذ الوصول إلى القناات. وسوف تتكون تصاميم بسيطه من طبقه رئيسيه (الأوسط) قناه ، طبقه الختم السفلي (غالبا الزجاج) والطبقة العليا التي ينبغي ان تحتوي علي ثقوب دائريه للوصول إلى القناات (مداخل/منافذ).
ملاحظه: ستتطلب التصاميم التي تحتوي علي أكثر من ثلاث طبقات ثقوب مدخل/مخرج في طبقات متعددة (انظر الشكل 1ج، الشكل 5ا). قد تكون هذه الثقوب مضمنه بالفعل في التصميم ، أو يمكن اضافتها في هذا الوقت.- حدد أداه الرسم علي الجانب الأيسر من الشاشة. رسم الدوائر علي منافذ مدخل ومنفذ للتصميم.
- انسخ وألصق كلا من التصميم الأصلي والدوائر. امسح القناات من الجهاز الأساسي.
ملاحظه: هذا يترك منافذ مدخل/منفذ في الموضع المناسب المطابق للتصميم الأصلي. ويمكن أيضا أضافه الاشكال إلى محيط كل طبقه للمساعدة في المحاذاة.
- ترتيب جميع الطبقات لقطع علي حصيره المعروضة. الجهاز جاهز الآن للقطع.
2-القطع
- تطبيق واحد PET/EVA فيلم (أو غيرها من المواد) من سمك المفضل (3 مل هو المعيار) علي حصيره قطع لاصقه. تاكد من ان الجانب اللاصق (غير اللامع) يواجه الجانب الجانبي البلاستيكي (اللامع).
ملاحظه: استخدام قفازات نظيفه لتجنب إدخال الزيوت والجزيئات الدقيقة إلى الطبقات. - تسطيح الفيلم ضد حصيره (الشكل 1د) ، وأزاله جميع الهواء الذي قد تم المحاصرين. ويمكن القيام بذلك باستخدام اليدين قفاز أو بكره.
- محاذاة حافه حصيره القطع إلى الخط المشار اليه علي القاطع. تحميل حصيره عن طريق الضغط علي حصيره تحميل علي القاطع. الحفاظ علي الاعداد علي شفره القطع بين 3 و 5 ، اعتمادا علي سماكه الفيلم.
- قم بتوصيل كبل USB القاطع بالكمبيوتر.
- حدد علامة التبويب إرسال وحدد اعداد القطع.
ملاحظه: يتوفر العديد من الإعدادات في القائمة تتالي. ورقه لاصقه ، واضح-هو الاعداد الذي يعمل بشكل جيد مع PET/EVA الفيلم الذي يحتوي علي سماكه من 3-5 مل (75-125 μm). تعديل الإعدادات لمواد مختلفه وحفظ الإعدادات المخصصة للاستخدام في المستقبل.
- حدد علامة التبويب إرسال وحدد اعداد القطع.
- انقر فوق إرسال. وسوف تبدا القطع (الشكل 1ه). تاكد من وجود مساحة كافيه في الخلف من القاطع لحصيره للتحرك دون عوائق. عند الانتهاء من القاطع ، تفريغ حصيره عن طريق تحديد تفريغ علي القاطع. لا تسحب الحصيرة قبل التفريغ.
3-المحاذاة
- ضع حصيره القطع بجوار سطح نظيف. مع اليدين قفاز ، استخدم زوج من ملاقط لرفع كل طبقه من الجهاز موائع قباله حصيره قطع (الشكل 1و). كن حذرا بشكل خاص حول المنعطفات والانحناءات في القناة. هذه هي حساسة خاصه وعرضه لتمزيق وتزييفها.
- ضع طبقات الجهاز الميكروفلويديكس علي سطح نظيف. ترتيبها وفقا لموقفهم من اعلي إلى أسفل في الجهاز (الشكل 1ز، الشكل 2ا، الشكل 5ا والشكل 7ا).
- قطع صغيره (~ 3 مم × 10 ملم) قطعه من الشريط علي الوجهين التي سيتم استخدامها لإرفاق مؤقتا الطبقات معا.
- Superimpose الطبقات واحدا تلو الآخر ، بدءا من الطبقة السفلي. أضافه قطعه صغيره من الشريط علي الوجهين إلى زاوية بين الطبقات ، بعيدا عن اي قنوات أو مداخل/منافذ (الشكل 1G، السهم). الشريط ، علي الرغم من عدم المطلوبة ، والتعبئة الطبقات ويؤكد انها لن تحول اثناء التصفيح. استخدام رقصه الأسلاك لتسهيل محاذاة الطبقات في الاجهزه مع أكثر من 4 طبقات (الشكل التكميلي 3).
- تاكد من ان اللاصق (ماتي-ايفا) الجانب من الفيلم يواجه دائما داخل (داخل طبقات جزء) من الجهاز.
تنبيه: سوف تذوب لاصقه المكشوفة ضد الأجزاء الداخلية من تغليف والتمسك بها ، مما ادي ليس فقط في فقدان الجهاز ولكن أيضا التي تؤثر علي الأداء في المستقبل من تغليف. - بمجرد ان يتم فرض جميع الطبقات ، افحص الجهاز. يجب ان يكون هناك جانب واحد علي الأقل ايفا في ما بين جميع الطبقات ، وينبغي ان يتعرض اي ايفا. عند إدخال المواد غير ايفا المغلفة (علي سبيل المثال ، البولي فينيل كلوريد (PVC) فيلم ، والزجاج) ، قد تكون هناك حاجه إلى فيلم المغلفة مع ايفا علي كلا الجانبين ، وخاصه في حاله الاجهزه الأكثر تعقيدا (الشكل 5).
4. التصفيح
- قم بتشغيل وتعيين تغليف لاعداد سمك المطلوب. بعض التجليد تقدم 3 و 5 إعدادات mil ، في حين ان بعض لا. بالنسبة لأي جهاز به 4 طبقات أو أكثر ، استخدم اعداد 5 مل.
- بمجرد تغليف جاهزه ، تشغيل الجهاز من خلال بكرات الترقق (الشكل 1H-I). ضع النهاية التي تم أضافه شريط مزدوج من جانب للحصول علي أفضل النتائج.
ملاحظه: عند افتعال الاجهزه من خمس طبقات أو أكثر ، قد يتم تشغيلها من خلال تغليف أكثر من مره. - استرداد الجهاز مغلفه.
ملاحظه: فمن المستحسن للاجهزه ان تكون كبيره بما يكفي لجعل من السهل الانتعاش من تغليف. هذا الاعتبار لا يؤثر علي حجم القناات أو العمارة رقاقه ، فانه يدعو ببساطه ل "الإطار" التي يمكن ان تذهب بسهوله من خلال تغليف دون البقاء في الداخل.
5. مدخل/منافذ منفذ
- استخدام أداه دواره و 1/32 بت في مثقاب لقطع ثقب صغير من خلال مركز المصد الأثاث. بدلا من ذلك ، استخدم 1 ملليمتر خزعة لكمه لتثقيب المصدات.
ملاحظه: ينصح الصحافة الحفر. علي الرغم من ان الاحجام تختلف ، ينصح 2 مم × 6 مم-قطرات المصدات. تجنب ببساطه "طعن" المصد. وما لم تتم أزاله المواد ، فان المصد سيغلق مره أخرى (الشكل التكميلي 1). الثقوب كما هو مبين أعلاه تهدف إلى التفاعل مع بولييثيريثيركيتوني (نظره خاطفه) الأنابيب ، ماصه وطرف ، أو ابره حاده (16-18 ز). ويمكن تحقيق ثقوب أكبر باستخدام كماشة لكمه دواره (الشكل التكميلي 1). هذه هي مفيده عندما يتم استخدام المصد ك "خزان" للسوائل أو البيولوجية الأخرى. - تاكد من ان فوهه واضحة تماما عن طريق أزاله اي الحطام (الناجمة عن الحفر أو اللكم) مع زوج من ملاقط صغيره.
- بعد ان يتم مسح منافذ المداخل/المخارج بنجاح ، يمكنك محاذاة المصدات بعناية مع منافذ المداخل/المخارج علي الجهاز المغلف (الشكل 1J – K). هذه الخطوة ضرورية لوجود تدفق السليم من السوائل داخل وخارج الجهاز. امسك المصد خلف الجهاز ، ضع الوجه اللاصق المواجه للمدخل/المخرج المفتوح علي الجهاز ، ثم قم بمحاذاته والتزام به. اكتمل الآنتجميع الاجهزه.
6-الاختبار
- الوصول إلى ابنيه القناة/الغرفة من خلال المصدات المثقبة (المنافذ). هناك العديد من الخيارات فيما يتعلق بكيفية إدخال السوائل والبيولوجية في الاجهزه.
- استخدام المختبر أو الطبية/الجراحية الأنابيب عن طريق إرفاقه إلى موصل من البلاستيك (علي سبيل المثال ، محولات Luer) أو إلى ابره حاده. ويمكن أيضا استخدام ماصه قياسيه وطرف أو الأنابيب نظره خاطفه دون محولات (الشكل التكميلي 2).
- اجراء ضخ أو رسم السوائل مع المحاقن والأنابيب باستخدام المحاقن أو المضخات التمعجيه.
ملاحظه: هناك العديد من الخيارات في السوق ، بدءا من ~ 300 USD في وقت كتابه هذا الكتاب. - اضبط إعدادات معدل التدفق المختلفة وفقا للجهاز والتجربة.
ملاحظه: نستخدم إعدادات معدل التدفق بشكل روتيني في نطاق 0.01 – 100 μL/min ، ولكن يمكن استخدام معدلات أخرى.
الشكل 1: التلفيق. (ا) تغليف المكاتب وقطع المركبات هما القطعتان الوحيدتين من المعدات اللازمة للتصنيع. وكلاهما متاح علي الإنترنت أو في مخازن الحرف/اللوازم المكتبية. وتشمل الاداات الأخرى المطلوبة مقص وملاقط. (ب) يمكن ان تتكون ابنيه القناات والغرف رقميا باستخدام اي برنامج برمجي يتضمن أدوات الرسم (قد يفضل بعض المستخدمين الرسومات المتجهة ، ولكنها غير مطلوبه). يتم رسم الخطوط والاشكال باللون الأسود بخلفيه بيضاء. يمكن استيراد الملف أو التقاط الشاشة للتصميم في البرمجيات الحرفية القاطع عن طريق سحب وإسقاط. (ج) الحرفية القاطع البرمجيات متاحه مجانا للتحميل ومطلوب للسيطرة علي القاطع. البرنامج يكتسب التصميم ويسمح للتعديلات ، مثل التحجيم. كما يوفر أدوات الرسم. (د) حصيره قطع يحمل الفيلم لقطع. وهو لاصق قليلا ، مما يسمح لتجميد المواد التي يجب قطعها. ويبين الشكل أربعه مواد مختلفه جاهزه للتحميل: 3 مل-سميكه PET/EVA فيلم (اعلي) ، 5 مل-سميكه PET/EVA الفيلم (الأوسط) ، 6 مل-سميكه EVA/PET/EVA (أسفل اليسار) وفيلم PVC (أسفل اليمين). (ه) القاطع هو مفتوح لعرض شفره (باللون الأسود) وحده وتحميل حصيره. (و) بعد القطع ، يتم رفع الطبقات الفردية باستخدام ملاقط. قطع المخارج من القناات والغرف لا تزال تعلق علي حصيره وأزالها في وقت لاحق والتخلص منها. (ز) يتم محاذاة الطبقات الفردية وفرضها علي التصفيح. وكثيرا ما تستخدم قطع صغيره من الشريط علي الوجهين (السهم) للمساعدة في محاذاة ومنع تحول طبقه اثناء التصفيح. (ح ، طاء) يتم تغذيه الجهاز في الأعلى من تغليف واستردادها من خلال الفتحة. التصفيح يوفر ختم قويه ، وترك مسارات قناه مفتوحة. (ياء، كاف) من أجل الوصول إلى القناات ، فمن الضروري أضافه مثقبه ، الذاتي لاصق الفينيل مصدات. تعرض الصورة في (J) النهج "العكسي" للمواءمة ، حيث يتم وضع المصد من الخلف ، مما يسمح بالمحاذاة المرئية للمدخل/المخرج مع انثقاب المصد. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
بالاضافه إلى انخفاض التكلفة والتكرار السريع ، يمكن تخصيص تكنولوجيا PETL بسهوله لحل التحديات المحددة. أولا ، ونحن وصف جهاز بسيط يتكون من الزجاج coverslip ، طبقه الغرفة ، طبقه القناة ، ومدخل/مخرج طبقه (الشكل 2). تم تصميم هذا الجهاز لتسهيل تصوير الخلايا والاجهزه الدقيقة تحت التدفق المستمر. يتم تجديد الوسط الثقافي بمعدلات تدفق منخفضه لتشجيع تبادل المواد الغذائية والغاز. غرفه مستديرة ملامح القاع الزجاج ، والذي يسمح للتصوير باستخدام المجهر المقلوب. هناك علي الأقل سببين لاستخدام الزجاج في هذا الجهاز. أول واحد هو البصريات. PET و EVA هي اللدائن الحرارية المستخدمة لشفافيتها البصرية والمرونة ، ويمكن استخدامها كواجهة للتصوير (ولا سيما في التكبير المنخفضة9. تتراوح نفاذيه الضوء من PET في الطيف المرئي من 87 إلى 90%12. الزجاج ، ومع ذلك ، لديه خصائص بصريه أفضل وهو المعيار المستخدم في التصوير البيولوجي. والسبب الثاني لاستخدام الزجاج هو ان الخلايا التي اختبرت حتى الآن (خطوط خلايا الثدييات) ، تميل إلى نعلق بسهوله أكبر من ان (غير المعالجة) PET/EVA.
الشكل 2: غرفه بسيطه لمجهر مقلوب. (ا) يتكون الجهاز من طبقه زجاجيه واحده وثلاث طبقات PET/EVA (3 مل سميكه). الزجاج المشبك (24 مم × 60 مم) هو الطبقة السفلية. الطبقة التالية ملامح الجزء السفلي من غرفه التصوير. الطبقة التالية ميزات النصف العلوي من الغرفة ويربطها بقناة في/مخرج. التالي ، فان ارتفاع القناة هو فقط 75 μm ، في حين ان ارتفاع الغرفة هو 150 μm. يتم تحديد عرض القناة من قبل المستخدم (يتم عرض 500 μm هنا). الطبقة العليا الأختام مسار الغرفة/القناة ويوفر الوصول إلى مدخل/منافذ. يتم عرض الطبقات المتراكبه إلى اليمين. (ب) يظهر الجهاز النهائي مشبعا بصبغه حمراء للتصوير المرئي. ويمكن تحقيق التحميل باستخدام الماصات المجهرية والأطراف ، أو المختبرات أو الأنابيب الطبية/الجراحية المجهزة بابره حاده ، أو أنابيب النظرة الخاطفة ، كما هو مبين. (ج) يمكن تكرار تصميم القناة/الغرفة في جهاز واحد (علي سبيل المثال ، لتسهيل مراقبه عده عينات فرديه). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
ابعاد القناات والغرفة في هذا الجهاز تستحق الوصف. الارتفاع في PETLs هو دائما وظيفة من الفيلم أو طبقه سمك. متاح تجاريا PET/EVA لديه سماكه تقاس في آلاف جزء بوصه (1 مل ≈ 25 μm). ولذلك ، فان ارتفاعات القناة والغرفة عاده ما تكون مضاعفات من 25 ميكرومتر. يتم بناؤها PETLs القياسية باستخدام 3 أو 5 مل PET/EVA الفيلم ، والذي يؤدي إلى ميزات وجود ارتفاع 75 أو 125 μm. الجهاز المبين في الشكل 2 لديه قنوات مع ارتفاع 75 μm ، وغرفه محدده من طبقتين ، مع ارتفاع إجمالي 150 μm. وتجدر الاشاره ، مع ذلك ، ان الطبقات يمكن ان تتالف من مواد مختلفه (مثل الزجاج ، إحباط ، PVC ، ورقه) ويمكن ان تقدم سماكه متفاوتة ، وعاده ما تتراوح بين 25 إلى 250 μm.
الشكل 3: التصوير الخلوي. (ا) يمكن استخدام الغرفة البسيطة petl للثقافة قصيرة الأجل للخلايا الملتصقة. تلتصق الخلايا بالزجاج المكشوف في الغرفة ويمكن ملاحظتها باستخدام المجهر المقلوب. (ب) كانت ملطخه بالجرذان الفئران مع الاصباغ الفلورية (الأزرق) وغشاء البلازما (احمر) الفلورسنت لتصور علي المجهر البؤري المقلوب. (ج) صوره الحقل الساطع للخلايا في جهاز بسيط للغرفة. (د) صوره تباين المراحل. شريط مقياس الأبيض هو 200 μm. الرجاء النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
طبيعة تلفيق PETL يسمح لتعقيد كبير في تصميم مسار السوائل. جهاز غرفه بسيط يتكون من أربع طبقات تحتوي علي ميزات في مستويين من المحور z (قناه واعلي من الغرفة في مستوي واحد ، أسفل الغرفة في المستوي الثاني). الميزة التي توفرها PETLs هي السهولة التي يمكن بها بناء هندسه القناة/الغرفة ثلاثية الابعاد. أضافه ميزات مثل قنوات التبريد أو التدفئة ، واغشيه غسيل الكلي ، والدوائر الكهربائية أو خطوط الضغط (انظر الشكل 5) يتحقق من خلال ربط طبقات متعددة في ثلاثه ابعاد. التحذير الذي تمت مواجهته حتى الآن هو الحد الأقصى لعدد الطبقات التي يمكن ان تكون مغلفه. تم العثور علي نقل الحرارة اللازمة لل EVA التجعيد غير كافيه في الاجهزه مع سمك الإجمالي فوق 800 μm. يمكن معالجه هذا التحديد في بعض الاجهزه. في كثير من الحالات ، فمن الممكن ان صفح في كل مره يتم أضافه طبقه جديده. هذا غير ممكن عندما طبقه جديده تتطلب الحرارة (ايفا) لمواجهه خارج الجهاز.
الشكل 4: تصوير الأعضاء الصغرى. (ا) تستخدم الغرفة البسيطة petl لتصوير قرص جناح من جنين الخلايا الصباغية (2x التكبير). ابعاد القرص الجناح هي تقريبا 90 μm x 250 μm x 500 μm. يمكن ان تكون واحده أو عده أجهزه التي من خلال نافذه كوفيرسليب. وتظهر زيادة تكبير القرص الجناح الآخر في (ب) 20x/0.75-الهواء ، (ج) 40x/1.30-النفط ، و (د) 100x/1.49-الأهداف النفط باستخدام قرص الغزل المجهر البؤري. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
وتستفيد دراسة الخلايا في الثقافة من الاداات التي توفر ظروف الدولة الديناميكية مثل التدفق المستمر أو المحفزات الميكانيكية. ويقدم الشكل 3 مثالا لاستزراع الخلايا الثديية ووضعها في جهاز بسيط للغرفة. ويمكن تبادل المتوسطة باستمرار اثناء التصوير ، مما يسمح ليس فقط للحفاظ علي ظروف النمو المثالي ، ولكن أيضا لإدخال المحفزات الكيميائية التي تسيطر عليها في حين التصوير في الوقت الحقيقي. وينطبق هذا أيضا علي تصوير الاجهزه المجهرية السابقة ، كما هو مبين في الشكل 4. ويمكن تصميم هياكل القناات والغرف بابعاد محدده لتناسب العينات البيولوجية المختلفة ، من الأعضاء أو الانسجه إلى الكائنات الحية الكاملة (مثل أجنه دروفيا وأقراص التصوير أو الأنواع الأخرى ).
الشكل 5: الميكانيكية-البيت. يتم تعديل غرفه بسيطه PETL عن طريق أضافه غرفه ضغط. (ا) يتكون الجهاز من سبع طبقات تضم أربعه مواد مختلفه: طبقه سفليه زجاجيه (coverslip ، لا تظهر) ، أربع طبقات PET/EVA 3 mil (طبقات القناة/الغرفة ، طبقه الفاصل وطبقه المدخل/المخرج) ، وطبقه EVA/PET/eva 6 mil (قناه/غرفه الختم والتصاق pvc). (ب، ج) يتم تصور مسار قناه/غرفه عينه باستخدام صبغه حمراء. مسار قناه/غرفه ضغط يحتوي علي الهواء فقط. (د) ضغط الهواء يدويا (أو ميكانيكيا) تطبيقها علي مسار الضغط ، مما ادي إلى توسيع الفيلم PVC في الأعلى من الغرفة. التوسع يضع الصبغة في الغرفة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الاضطرابات الميكانيكية من العينات البيولوجية يحسن فهمنا لفسيولوجيا الخلوية ويسلط الضوء علي عمليات مثل النمو الجنيني والتمايز. يصف الشكل 5 جهاز petl يتكون من صفيف قناه/غرفه بسيطه وغرفه ضغط. وهو يتالف (في ابسط اشكاله) من ست طبقات ، واحده منها هو فيلم PVC. الفيلم PVC ينحرف عند تطبيق ضغط الهواء ، مما تسبب في ضغط العينات داخل الغرفة. هذا الجهاز هو مثال علي استخدام المواد الأخرى غير PET/EVA ، وقد استخدمت بنجاح9 في استبدال pdms/الاجهزه الزجاجية المستخدمة لدراسة الحمل الميكانيكي علي دروفيا الاجهزه الدقيقة13 (كما هو مبين في الشكل 6). أجهزه PETL قابله لأعاده الاستخدام. ومع ذلك ، بسبب انخفاض تكلفه التصنيع ، وانخفاض البصمة ، وامكانيه الفصل بعد التلاعب المستمر أو الغسيل ، نوصي باستخدام أجهزه جديده في بداية كل اجراء.
الشكل 6: تصوير البيولوجيا الميكانيكية. (ا) إلغاء الانضمام:: تم التعبير عن القرص المضغوط الخاص بالجناح الخاص بذبابه الصبار داخل اليه-petl باستخدام المجهر المحوري للقرص الدوار عند تكبير 20x. (ب) يمكن تطبيق الضغط من خلال الغشاء فوق الغرفة عن طريق تفعيل حقنه مملوءة بالهواء يدويا أو باستخدام مضخة الحقنه. ويستخدم قانون الغاز المثالي لتقدير كميه القوه المطبقة علي الغشاء9. القرص الحقيبة المنطقة (خط ابيض منقط) زيادة بنسبه 30 ٪ تقريبا (خط احمر منقط) مع تطبيق ~ 4 psi. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
بسبب سهوله تصنيع أجهزه PETL ، قمنا باستكشاف استخدامها في البيئات التعليمية مثل الكيمياء والاحياء والفصول الدراسية الهندسية والمختبرات التعليمية. ويرد مثال علي PETL التعليمية في الشكل 7. تم تصميم الجهاز لعرض بعض الميزات الاساسيه لتدفق السوائل علي نطاق صغير (علي سبيل المثال ، تدفق الصفيحة). وهو يتالف من أربع طبقات من 5 مل PET/EVA الفيلم (الشكل 7ا) والهندسة المعمارية القناة التي تشمل ثلاث قنوات المدخلات المتقاربة وهيكل اعوج. وقد أضيفت الخطوات "المنخفضة" أو "المنخفضة" الدائرية إلى المسار المؤدي إلى تعزيز الميكرومتر14. باستخدام مضخة المحاقن ، يتم غرس محلول الفينول الأحمر من خلال المنافذ الخارجية بينما يتم غرس محلول pH 9 من خلال المنفذ المركزي. يتم تصور التركيز الهيدروديناميكي15 مع تدفق السائل الخارجي مما يجبر التدفق الداخلي إلى تيار أصغر (الشكل 7ج). التدفق الرقائقي في الجهاز يمنع خلط الحمل ، ويظهر الخلط التدريجي علي طول القناة (الأسهم). ويمكن استخدام الاجهزه مثل تلك التي تظهر لتعليم المفاهيم (علي سبيل المثال ، الانتشار ، التدفق الرقائقي) في ديناميات السوائل والنقل الإحيائي. وبدلا من ذلك ، يمكن دعوه الطلاب لتصميم وتصنيع أجهزتهم الخاصة ، وهو مشروع يمكن القيام به في جلسة مختبريه عادية تدوم ساعتين إلى ثلاث ساعات8.
الشكل 7: البيت في الفصل الدراسي. (ا) ملفقه الجهاز باستخدام أربع طبقات من 5 مل PET/EVA الفيلم. وتتميز الطبقة الثانية (من اليمين إلى اليسار) بغرف دائريه ستوضع تحت مسار القناة. (B) تم تحميل الجهاز النهائي مع مؤشر الحموضة الفينول الأحمر (2 مم ، اصفر) ومحلول الأس الهيدروجيني الشفاف 9 (قناه المركز). يتحول الفينول الأحمر إلى اللون الأرجواني عند ملامسه الحلول الاساسيه. وتشير الخانات إلى المناطق المبينة في (ج) إلى (و). (ج) التركيز الهيدروديناميكي. (د، ه) التدفق الرقائقي والانتشار. (ه، و) ميكرويكينج. شريط المقياس الأبيض هو 2 مم في جميع اللوحات. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل التكميلي 1: انثقاب المصد/الميناء. (ا) الحفر الصحافة الاعداد عقد أداه دواره يسهل انثقاب الوفير. يتم استخدام لقم الحفر من الاحجام 1/32 "و 3/64". (ب) تتسم العملية بالكفاءة ، ويمكن معالجه اعداد كبيره من المصدات في فتره زمنيه قصيرة. (ج) خزعة لكمه ثقب هو بديل للحفر. (د) يتم استخدام الطي لكمه الدوارة لثقوب أكبر. ويمكن استخدام هذه الثقوب لتحميل عينات كبيره (عن طريق سحب السائل بدلا من التسريب) أو كخزانات وسائل الاعلام. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 2: الأنابيب. (ا) المختبرات أو الأنابيب الطبية/الجراحية (1/32 "ID ، 3/32" OD) هو الخيار الأبسط. فمن مرنه وسهله لقطع. وهو يتطلب استخدام (18 غ) ابر حاده. (B) يتم إرفاق واحد من الابر إلى حقنه باستخدام (الوردي) luer محول ، الذي يتم ازالته من ابره ثانيه بحيث يمكن تركيبها علي الأنابيب. (ج) الباحثون بالفعل علي دراية الأنابيب نظره خاطفه (0.010 "ID ، 1/32" OD) قد استخدامه مع petls. (د) التجهيزات نظره خاطفه. (ه) مضخة حقنه اعداد هو نفسه بالنسبة لكلا النوعين من الأنابيب. (و) المختبر أو الطبية/الجراحية الأنابيب التي أنشئت سوف تتطلب ثقوب مع 3/64 الحفر "بت ، في حين ان الأنابيب نظره خاطفه سوف تحتاج 1/32" ثقوب. يمكن ان تستوعب الثقوب المصنوعة من ثقب الخزعة 1 مم كلا المجموعتين من الأنابيب. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 3: المحاذاة باستخدام رقصه السلك. يمكن ان يتضمن تصميم الجهاز الثقوب التي قد تكون بمثابه أدله لمحاذاة عده طبقات. الرقص الأسلاك متاحه تجاريا لحوالي 20 USD. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الشكل التكميلي 4: قيود الحجم. علي الرغم من ان قواطع الحرفية قادره علي قطع القناات المستقيمة التي هي ~ 100 μm في العرض (A) ، فان دقه أنماط قطع تقلص إلى حد كبير لميزات قياس 150 μm أو اقل (B). تشير الابعاد المجاورة للاشكال إلى عرض القناة. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الرقم.
الجدول التكميلي 1: الوقت والتكلفة لتصنيع رقاقه ميكروفلويدريك في PDMS. * تصنيع الوقت عندما رقاقه/العفن هو متاح بسهوله و PDMS يمكن الشفاء باستخدام الفرن. اي تعديل التصميم يمثل تاخيرا لعده أيام. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 2: الوقت والتكلفة لتصنيع رقاقه بيلتر ميكروفلويدريك. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وفي حين ان الموائع الصغيرة موجودة بشكل متزايد في مجموعه أدوات المختبرات في جميع انحاء العالم ، فان وتيره الاعتماد كانت مخيبه للآمال ، نظرا لاحتمال تاثيرها الإيجابي16. التكلفة المنخفضة والكفاءة العالية لتصنيع الاجهزه ميكروفلويديك ضرورية لتسريع اعتماد هذه التكنولوجيا في مختبر البحوث المتوسط. تستخدم الطريقة الموصوفة هنا طبقات أفلام متعددة لإنشاء أجهزه ثنائيه وثلاثية الابعاد في جزء صغير من الوقت والتكلفة المطلوبين بواسطة الطرق الحجرية. الطباعة الحجرية القياسية تكلف آلاف الدولارات (USD) لبدء التشغيل ، وتتطلب أيام لافتعال ، PETL تكلفه بدء التصنيع هو اقل من 350 دولار أمريكي والاجهزه يمكن ان تكون ملفقه في دقائق. وهذا يسهل اعتمادها ليس فقط في مختبر البحوث ولكن أيضا في الإعدادات حيث التكرار السريع هو مفيد (علي سبيل المثال ، النماذج النموذجية للاجهزه PDMS القياسية) ، أو حيث الإنتاج الصناعي من غير مكلفه ، والاجهزه القابل للتصرف مطلوبه. علي سبيل المثال ، يمكن ان تكون ملفقه PETLs باستخدام المواد القابلة للتحلل ، ويمكن تكييفها لاستخدامها في مجال الرعاية الصحية ، مما يجعلها مثاليه كاداات التشخيص. ويمكن استخدامها في الفصول الدراسية ، اما كمواد تعليمية ملفقه أو كتحدي إبداعي ، حيث يصمم الطلاب ويصنعون ويختبرون أجهزتهم الخاصة.
تصنيع PETL من المفترض ان تكون غير معقده. غير انه من المفيد تحديد الخطوات الحاسمة والقيود الحالية لهذه التقنية. وسوف يجد بعض المستخدمين ان يتم تخفيض تبادل الغاز في أجهزه PETL بالمقارنة مع أجهزه PDMS ، والذي يعوض عن طريق وجود تدفق مستمر من وسائل الاعلام اثناء التجريب. هناك قيد آخر هو التحجيم. القناات وغيرها من الميزات أصغر من 150 μm هي اقل من الحد القرار للقطع (الشكل التكميلي 4). نوصي بالعمل مع القناات بعرض يتراوح بين 200 – 900 ميكرومتر. وهذه الحدود مرنه ، وتميل إلى الاختلاف بوجه خاص عند العتبة العليا. علي سبيل المثال ، ستنهار القناات ذات ارتفاع 75 ميكرومتر عندما يكون عرض القناة 950 μm أو أكثر ، ولكن يبقي مفتوحا إذا زاد الارتفاع. علي الرغم من ان الهندسة المعمارية للجهاز سوف تختلف وفقا للتطبيق ، ونحن بشكل روتيني استخدام القناات مع ارتفاع 75 أو 125 μm ، وعرض من 400-600 μm.
الاهتمام بالتفاصيل عند محاذاة الطبقات والمصدات مهم. معظم المضاعفات القليلة الناجمة عن تصنيع PETL هي نتيجة لقضايا المحاذاة. يتعرض ايفا في ذلك الوقت من الترقق يمكن التمسك بكرات الداخلية وجعلها غير صالحه للاستعمال. قد يتم حظر ضخ السوائل من قبل المصد سيئه الوضع. لحسن الحظ ، PETLs ليست رخيصه فقط ولكن أيضا بنيت بسرعة ، التالي يمكن استبدال الاجهزه المعيبة بسهوله أو تعديلها.
Petls يمكن ان تصمد امام معدلات تدفق ضخ مماثله لتلك المستخدمة في الاجهزه ميكروفلويديك الأخرى. علي الرغم من ان 0.01 إلى 100 μL/min هو النطاق المستخدم من قبل مجموعتنا ، يمكن استخدام معدلات التدفق تصل إلى 500 μL/min (وربما اعلي عند استخدام الماصات الدقيقة اليدوية). لقد وجدنا ان PETLs يمكن ان تصمد امام الضغوط في مجموعه من 30 إلى 57 psi8. ينصح مضخات المحاقن لمعظم الإعدادات التجريبية ، علي الرغم من انها ليست مطلبا مطلقا. في الفصول الدراسية ، واستخدمت burettes لاختبار الاجهزه الطلابية15. المضخات التمعجيه مفيده في إعدادات معينه مثل ثقافة الخلية ، خاصه وان تبادل الغاز محدود في PETLs. وقد تكون هذه المجموعة أكثر فائده في هذا الصدد ، علي الرغم من ان الرشح قد يكون مصدر قلق5. لقد حاولنا إنتاج الهجين PET/EVA-PDMS ، ولكن ايفا لن تلتزم مباشره إلى PDMS ؛ فمن الممكن ان تعديل سطح هذا الأخير (علي سبيل المثال ، علاج البلازما أو علاجات السطحي) قد يحل هذه المسالة. نهج آخر يمكن مقارنتها مع petls هو القطع الصغيرة من القناات باستخدام CO2 الليزر الاجتثاث17،18 من pmma. لقد وجدنا ان القطع بالليزر غير متوافق مع PET/EVA الفيلم ، منذ الحرارة المنتجة يميل إلى علاج ايفا وإنتاج حواف قناه متفاوتة. وقد يؤدي استخدام معدات الليزر المناسبة أيضا إلى زيادة كبيره في تكاليف التصنيع.
وباختصار ، فان PETLs تقدم مزايا متعددة علي التكنولوجيات الحالية: ' 1 ' تكون التكاليف اقل بكثير من الأساليب التقليدية بسبب استخدام المواد والمعدات المستخدمة في الصف الاستهلاكي ، مما يسهل وصول الباحثين والطلاب اليها. ' 2 ' يمكن تصميم الاجهزه وقطعها وتجميعها في غضون دقائق ، مما يسمح بالتكرار السريع للنموذج الاولي ويسهل التجريب الفعال زمنيا. ' 3 ' يمكن ان تكون الاجهزه المتعددة ملفقه في وقت واحد ، مما يسمح بإنتاج عالي الانتاجيه. ' 4 ' يمكن ادراج مجموعه متنوعة من المواد ، أضافه إلى تعدد الاستعمالات والسماح بتخصيص واسع النطاق. التطوير الحالي والمستقبلي للوظائف الجديدة باستخدام هذه التكنولوجيا يكمن في الإبداع ومتطلبات المستخدمين الجدد. ومن المرجح ان يؤدي الاعتماد الواسع النطاق للاجهزه المجهرية لل PETL إلى ادراج مواد وتشكيلات جديده ، حيث يطور المستخدمون تصاميم ونهجا مبتكره لتلبيه احتياجاتهم الخاصة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
فرناندو Ontiveros هو في عمليه إطلاق PETL FLUIDICS (LLC) ، وهي الشركة التي سوف تسويق وتقديم الخدمات الاستشارية لهذه التكنولوجيا. والمؤلفون المشاركون ليس لديهم ما يفصحون عنه.
Acknowledgments
تم دعم العمل في هذه المخطوطة جزئيا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (المنحة رقم CBET-1553826) (وملحق ROA المرتبط) والمعاهد الوطنية للصحة (منح رقم R35GM124935) إلى J.Z. ، والصندوق الزائر لكليه نوتر دام ميلشور إلى F.O. ونود ان نشكر جينا سواردسما وبابار بيلجيكر علي توفير الخلايا الثديية والبروتوكولات الثقافية فابيو ساكو للحصول علي المساعدة مع الأرقام التكميلية.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Biopsy punch (1mm) | Miltex | 33-31AA | Optional, replaces rotary tool set up |
| Blunt needles | Janel, Inc. | JEN JG18-0.5X-90 | Remove plastic and attach to Tygon tubing |
| Coverslips | Any | 24 x 60 mm are preferred | |
| Cutting Mat and blades | Silhouette America or Nicapa | www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-mats | Re-use/Disposables |
| Double-sided tape | Scotch/3M | 667 | Small amounts, any width or brand |
| PEEK tubing | IDEX/any | 1581L | Different configurations available. Consider using Tygon tubing intead, if not already using PEEK |
| PET/EVA thermal laminate film | Scotch/3M & Transcendia | TP3854-200,TP5854-100 & transcendia.com/products/trans-kote-pet | 3 - 6 mil (mil = 1/1000 inch) laminating pouches or rolls. |
| PVC film - Cling Wrap | Glad / Any | Food wrapping | |
| Rotary tool-drill | Dremel/Any | 200-121 or other | 1/32 and 3/64" drill bits from Dremel recommended |
| Rubber Roller | Speedball | 4126 | To facilitate adhesion, any brand will work |
| Scissors & tweezers | Any | Fiskars-Inch-Titanium-Softgrip-Scissors |Cole-Parmer –# UX-07387-12 | Quality brands are recommended |
| Silhouette CAMEO Craft cutter | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4T | Preferred craft cutter |
| Silhouette Studio software | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/software | Controls the craft cutter and provides drawing tools (free download MAC and PC) |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus or New Era | 70-4504 or NE-300 | Pumps are ideal, pipettes or burettes can be used. |
| Syringes | Any | 1-3mL | |
| Thermal laminator | Scotch/3M | TL906 | Standard home/office model |
| Tygon tubing (E-3603) | Cole-Parmer | EW-06407-70 | Use with blunt needle tips |
| Vinyl furniture bumpers | DerBlue/3M/ Everbilt | Clear, self-adhesive (6 x 2 mm and 8 x 3 mm) | Round bumpers are recommended |
References
- Xia, Y., Whitesides, G. M.
- 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.
- 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.
- 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).
