Name: Microfabricação de Chip porte Andaimes para tridimensional de cultivo celular (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-05-12T19:12:00.000+00:00
Duration: 9 min 37 s
Description: Aprenda a microfabricação de chips porosos para cultivo celular tridimensional usando embossagem a quente e microtermoformagem. Esses métodos simplificam a produção de andaimes poliméricos para pesquisa em biologia celular.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Os autores agradecem a Dirk Herrmann, Oliver Wendt, Siegfried Horn, Hartmut Gutzeit, e Joerg Bohn por sua ajuda substancial sobre a soldagem de vapores de solvente. Além disso, gostaríamos de agradecer Michael Hartmann, Alex Gerwald, e Daniel Leisen por sua assistência técnica.

Seqüência de processo # 1: Embossing Hot, Usinagem e Soldagem de vapor de solventes O CellChip em seu design cúbico é replicado por estampagem a quente ou micro moldagem por injeção. Para isso, usamos um molde de latão microusinados com a geometria inverso do chip. Os recipientes - dispostos em uma matriz regular de até 1.156 contêineres - têm um design cúbico com um comprimento da aresta de 300 mm. Para estampagem a quente, o processo de replicação é executada em um WUM02 convencional (Jenoptik Mikrotechnik, Alemanha). A ferramenta consiste em duas placas de metal circular. Em uma primeira etapa, uma placa fina PMMA (Lucryl, G77Q11, BASF) é colocado no centro da placa inferior da ferramenta aberta. A inserção do molde microestruturada é centralmente montada na placa superior. Em seguida, a ferramenta está fechado para a evacuação do molde e aquecido a uma temperatura acima da temperatura de transição vítrea do polímero. Pressionando as placas em conjunto, o polímero viscoso é empurrado para dentro das cavidades evacuados até que estejam completamente cheios precisamente reproduzindo a geometria do molde. Após o resfriamento da ferramenta, a parte de polímero microestruturada pode ser desmoldados. O processo requer mais massa de polímero que é realmente necessário para preenchimento das cavidades do molde. O excedente forma uma camada de polímero residual que pode ser utilizado para facilitar a desmoldagem da peça. No entanto, para criar poros de diâmetro menor que 3 mm no fundo dos recipientes, a espessa camada residual tem de ser diluído para baixo, ou até mesmo completamente removido e substituído por uma membrana porosa. Para simplificar o processo de integração dos poros, a parte de trás do CellChip replicado é completamente removido por usinagem com uma fábrica de diamantes. Para isso, as peças são fixadas em uma placa de refrigeração de montagem e, adicionalmente, as estruturas frágeis são congelados em água desionizada para protegê-los contra danos. Em uma etapa do processo passado, finalmente, um comercial de íons da membrana track-gravado (policarbonato, espessura de 10 mM, pore tamanho 3 mm, 2x10 6 poros / cm ², Pieper Filter GmbH) é ligada à parte traseira do conjunto de recipientes abertos agora tanto no superior e inferior. O processo de ligação é um processo de soldagem de vapor de solventes realizado em uma câmara, estanque aos gases aquecidos [Fig. 1], que consiste em um êmbolo superior e uma placa móvel inferior com um mandril de vácuo integrado. 4 Até quatro CellChips usinadas e-track gravado membranas são expostas em paralelo com um solvente vaporizado após a câmara foi evacuada. Então, as peças moldadas e as membranas são pressionadas juntas pelo êmbolo superior. Após um curto período de exposição (&lt;15 s), a câmara é evacuada novamente, eliminando assim o solvente. Devido ao curto tempo de contato, apenas a superfície perto material é dissolvido e uma deformação da estrutura em massa devido à carga mecânica pode ser evitado. Finalmente, a câmara é aberta eo CellChips solvente soldadas podem ser removidos e preparados para cultura de células [Fig. 2]. <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_7/Giselbrecht-Fig1.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_7/Giselbrecht-Fig1.png" alt="Figura 1" width="100" /></a> Figura 1. <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_8/Giselbrecht-Fig2.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_8/Giselbrecht-Fig2.png" alt="Figura 2" width="100" /></a> Figura 2. Seqüência de processo # 2: irradiação de íons pesados, microthermoforming e gravura track (processo SMART) O novo processo chamado SMART é uma tecnologia recentemente desenvolvida para a fabricação de micro-funcionalizados membrana como microestruturas. 5 A tecnologia é baseada em um processo de microtécnica de termoformagem, chamado &quot;microthermoforming&quot; 6,7. Nesta etapa do processo central, que foi adaptado a partir do macroscópica processo preso folha de termoformagem, uma aquecida fina película de polímero é formado em sua amolecida Estado de borracha elástica, por pressão de gás em uma cavidade do molde [Fig. 3]. Ao contrário de estampagem a quente ou de moldagem por injeção, esse processo não é uma formação primária e do polímero não é derretido. Devido ao fato de que o filme é formado ainda em estado sólido, com uma coesão material permanente, material de modificações com alta resolução lateral pode ser gerado no primeiro planar filmes de polímero e são preservados durante o processo de formação. Após a etapa de microthermoforming, essas modificações podem ser ainda mais seletiva processados, por exemplo, por tratamento químico úmido. <img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_9/Giselbrecht-Fig3.png" alt="Figura 3" width="400" height="217" /> Figura 3 O processo SMART em princípio consiste de três etapas do processo: <ol><li> criação de padrões de modificação altamente resolvidas em planar filmes finos de polímero em um processo de pré- </li><li> 3D shapção de filmes por microthermoforming sem perda de (padrão) modificações </li><li> pós-processamento (opcional) para uma funcionalização final de peças de paredes finas microestruturada </li></ol> O processo INTELIGENTE atualmente estamos aplicando para a fabricação de CellChips porosa inclui os seguintes etapas de processo [Fig. 4]. Uma fina película de polímero, por exemplo, de policarbonato (Pokalon OG461Gl, 50 mm, LOFO High Tech Film GmbH, Alemanha), é irradiado com íons pesados ​​acelerados (como Xe, Au ou íons U) nas instalações do acelerador de GSI (Darmstadt, Alemanha) com energias de aprox. 1 GeV e fluências na ordem de 106 8 Após o resfriamento da ferramenta, a parte de paredes finas podem ser desmoldados. íons / cm ². Ao penetrar através do filme, cada íon produz uma trilha quase reta de material modificado, chamado de faixa latente. Os filmes pré-tratados são, então, termoformados para uma matriz de 25x25 fina microcontainers paredes, cada uma com um diâmetro e profundidade de 300 mm. O processo é realizado atualmente em um cunho modificado hot [Fig. 5], onde o filme de polímero é fixada entre duas placas de metal. A placa superior é equipada com o molde microusinados ea inferior contém a pressão e conectores de vácuo. O filme é esticado em microcavidades previamente evacuado do molde de nitrogênio com uma pressão de até 5 MPa. Os filmes são formados perto de sua temperatura de transição de vidro, evitando faixa de recozimento. <img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_10/Giselbrecht-Fig4.png" alt="Figura 4" width="400" height="119" /> Figura 4 <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_11/Giselbrecht-Fig5.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_11/Giselbrecht-Fig5.png" alt="Figura 5" width="100" /></a> Figura 5 Em um pós-processamento, as faixas de íons são seletivamente gravado para pores por imersão a microestrutura inteiro em um meio de gravação apropriado (por exemplo, 5 Mol / L NaOH, 10% w / v MeOH). Ao controlar os tempos de gravura e gravura condições, tais como temperatura, concentração e aditivos especiais (por exemplo, os promotores etch), o tamanho ea forma dos poros resultante pode ser ajustado [fig. 6]. <a href="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_12/Giselbrecht-Fig6.png"><img style="border: 1px solid black;" src="/files/ftp_upload/old/699_2008_5_12_12/Giselbrecht-Fig6.png" alt="Figura 6" width="100" /></a> Figura 6

<ol><li>Knedlitschek, G., Schneider, F., Gottwald, E., Schaller, T., Eschbach, E., Weibezahn, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tissue-like+culture+system+using+microstructures%3A+influence+of+extracellular+matrix+material+on+cell+adhesion+and+aggregation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">A tissue-like culture system using microstructures: influence of extracellular matrix material on cell adhesion and aggregation.</a> J Biomech Eng. 121, 35-39 (1999).</li>
<li>Gottwald, E., Giselbrecht, S., Augspurger, C., Lahni, B., Dambrowsky, N., Truckenmüller, R., Piotter, V., Gietzelt, T., Wendt, O., Pfleging, W., Welle, A., Rolletschek, A., Wobus, A. M., Weibezahn, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chip-based+platform+for+the+in+vitro+generation+of+tissues+in+three-dimensional+organization%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A chip-based platform for the in vitro generation of tissues in three-dimensional organization.</a> Lab Chip. 7, 777-785 (2007).</li>
<li>Heckele, M., Schomburg, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+micro+molding+of+thermoplastic+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+And+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Review on micro molding of thermoplastic polymers.</a> Journal of Micromechanics And Microengineering. 14, (2004).</li>
<li>Giselbrecht, S., Gietzelt, T., Guber, A. E., Gottwald, E., Trautmann, C., Truckenmüller, R., Weibezahn, K. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microthermoforming+as+a+novel+technique+for+manufacturing+scaffolds+in+tissue+engineering+%28CellChips%5BTitle%5D)+AND+%22IEE+Proc.-Nanobiotechnol%22%5BJournal%5D)">Microthermoforming as a novel technique for manufacturing scaffolds in tissue engineering (CellChips.</a> IEE Proc.-Nanobiotechnol. 151, 151-157 (2004).</li>
<li>Giselbrecht, S., Gietzelt, T., Gottwald, E., Trautmann, C., Truckenmüller, R., Weibezahn, K. -F., Welle, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+tissue+culture+substrates+produced+by+microthermoforming+of+pre-processed+polymer+films%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Microdevices%22%5BJournal%5D)">3D tissue culture substrates produced by microthermoforming of pre-processed polymer films.</a> Biomed Microdevices. 8, 191-199 Forthcoming.</li>
<li>Truckenmüller, R., Rummler, Z., Schaller, T., Schomburg, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+thermoforming+of+micro+fluidic+analysis+chips%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Low-cost thermoforming of micro fluidic analysis chips.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 12, 375-379 (2002).</li>
<li>Truckenmüller, R., Giselbrecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microthermoforming+of+flexible%2C+not+buried+hollow+microstructures+for+chip-based+life+sciences+applications%5BTitle%5D)+AND+%22IEE+Proc.-Nanobiotechnol%22%5BJournal%5D)">Microthermoforming of flexible, not buried hollow microstructures for chip-based life sciences applications.</a> IEE Proc.-Nanobiotechnol. 151, 163-166 (2004).</li>
<li>Fleischer, R. L., Price, P. B., Walker, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+tracks+in+solids%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Nuclear tracks in solids.</a> , University of California Press. Berkeley. Forthcoming.</li>
</ol>

Embora os métodos estabelecidos de polímero microrreplicação, como micro moldagem por injeção ou estampagem a quente, são adequados para a produção de microestruturas, eles não são realmente eficazes na produção de microestruturas com uma porosidade integrada e altamente controlada, como é necessário para o CellChip. Estruturas volumosas por exemplo, requerem usinagem caros para reduzir a espessura da parede de uma perfuração a laser subseqüente ou paredes têm de ser completamente substituídos por faixas gravadas membranas. A SMART é uma te...

microfabricação de chip porte andaimes para tridimensional de cultivo celular

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Uso de tecnologias de microfabricação é um pré-requisito para criar andaimes da geometria reprodutíveis e de qualidade constante para tridimensional de cultivo celular. Essas tecnologias oferecem um amplo espectro de vantagens não só para a fabricação, mas também para diferentes aplicações. O tamanho ea forma dos ninhos de células formado pode ser influenciado pela arquitetura exata e reprodutível do andaime microfabricated e, portanto, o comprimento do caminho de difusão de nutrientes e gases podem ser controlled.1 Este é sem dúvida uma ferramenta útil para prevenir a apoptose e necrose de células devido a uma insuficiente de nutrientes e fornecimento de gás ou remoção de metabólitos celulares. Nosso chip de polímero, chamado CellChip, tem as dimensões exteriores de 2 x 2 cm, com uma área central microestruturada. Esta área é subdividida em uma matriz de até 1156 microcontainers com uma dimensão típica de 300 m comprimento da aresta para o projeto cúbicos (cp ou cf-chip) ou de 300 m de diâmetro e profundidade para o projeto round (r-chip). 2 Até agora, estampagem a quente ou micro moldagem por injeção (em combinação com usinagem trabalhoso subseqüentes das partes) foi usado para a fabricação dos chips microestruturada. Basicamente, micro moldagem por injeção é uma das únicas técnicas de replicação de polímero baseado em que, até agora, é capaz de produção em massa de polímero microstructures.3 No entanto, ambas as técnicas têm certas limitações indesejadas devido ao processamento de um polímero viscoso derreter com a geração de paredes muito finas ou integrados através de furos. No caso do CellChip, camadas inferiores finos são necessários para perfurar o polímero e fornecem pequenos poros de tamanho definido para abastecer as células com meio de cultura por exemplo, por perfusão microfluídicos dos recipientes. Para superar essas limitações e reduzir os custos de fabricação, desenvolvemos uma nova abordagem microtécnicos com base em um processo de baixo escala termoformagem. Para a fabricação de altamente porosa e fina fichas murada polímero, usamos uma combinação de irradiação de íons pesados, microthermoforming e gravura pista. Neste processo chamado &quot;SMART&quot; (Modificação substrato e replicação por Termoformagem) filmes finos de polímeros são irradiados com energia projéteis pesados ​​de várias centenas de MeV introdução dos chamados &quot;faixas latente&quot; Posteriormente, o filme em um estado elástico de borracha é formado em três partes dimensional sem modificar ou recozimento as faixas. Após o processo de formação, ataque químico seletivo, finalmente, converte as faixas nos poros cilíndricos de diâmetro ajustável.

Nós apresentamos dois processos para a microfabricação dos chips porosa de polímero para tridimensional cultivo celular. O primeiro é de estampagem a quente combinado com um processo de soldagem solvente vapor. A segunda usa um processo desenvolvido recentemente microthermoforming combinado com tecnologia de iões pista levando a uma significativa simplificação de fabricação.

Microfabricação de Chip porte Andaimes para tridimensional de cultivo celular

O uso de tecnologias de microfabricação é um pré-requisito para criar scaffolds de geometria reprodutível e qualidade constante para células tridimensionais...

Olá, meu nome é Stefan Re. Trabalho no Instituto de Interfaces Biológicas e, no artigo a seguir, você verá o processo de fabricação de uma estrutura microestruturada chamada ship, utilizando dois métodos diferentes para produzir esses chips. Atualmente, um processo de prensagem a quente combinado com certos processos subsequentes e um processo de conformação microtérmica, recentemente desenvolvido aqui no centro de pesquisa chamado Squi. Agora estamos em uma tenda de sala limpa e o que você pode ver aqui no lado direito é uma máquina típica de prensagem a vácuo e aquecimento, que utilizamos na fabricação do chip celular microestruturado. Primeiramente, estamos introduzindo um molde microestruturado.Isso é montado aqui em uma placa como esta, e você pode ver aqui duas moldes. Esta molde é fabricada por microusinagem e é feita de aço. Agora estou montando a molde de microestrutura na máquina.Para o processo de hotboxing, estamos utilizando placas poliméricas como esta aqui, e normalmente utilizamos policarbonato ou PMA para a produção do chip celular. Agora estamos inserindo a placa polimérica na máquina, no centro da placa, e fechando o molde. Após o fechamento da máquina, a câmara

microfabrication-chip-sized-scaffolds-for-three-dimensional-cell

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Descrevemos uma plataforma baseada em chip para o cultivo tridimensional de células em micro-biorreatores. Um chip pode abrigar até 10 milhões. células que podem ser cultivadas sob condições estritamente definidas em relação ao fluxo de fluidos, etc tensão de oxigênio em um circuito de circulação estéril, fechado.

Chip baseado em Cultura de Células tridimensional em perfundidos Micro-biorreatores

No passado, muitos em sistemas de cultura in vitro - culturas, principalmente monocamada - muitas vezes sofreu com a desvantagem de que células diferenciadas primário teve um relativamente curto período de vida e de diferenciadas durante a cultura. Como conseqüência, a maioria de seus órgãos específicos funções foram perdidos rapidamente. Assim, a fim de reproduzir melhores condições para essas células in vitro, as modificações e adaptações foram feitas para as culturas convencionais monocamada.

Entrevista: biorreatores e apareceu-Modified 3D-andaimes para Investigação em Células Estaminais

Neste protocolo, demonstramos a fabricação de uma matriz microactuator de posts verticalmente deslocadas em que a tecnologia é baseada, e como essa tecnologia base pode ser modificado para conduzir alto rendimento de cultura de células mecanicamente dinâmica em ambos cultura bidimensional e tridimensional paradigmas.

Plataformas microfabricated para cultura de células mecanicamente dinâmico

Biocompatíveis pH responsivos nanosensors sol-gel pode ser incorporado em poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) andaimes electrospun. Os andaimes de auto-relato produzidos podem ser utilizados para a monitorização in situ de condições micro-ambientais, enquanto a cultura de células sobre o andaime. Isto é benéfico porque a construção celular 3D pode ser monitorado em tempo real, sem perturbar o experimento.

Andaimes auto-relato para cultura de células 3-Dimensional

Os avanços nas tecnologias de biomateriais permitem o desenvolvimento de construções tridimensionais do tipo multicelular. Desenvolvemos protocolos de eletrofiação para produzir três andaimes individuais para cultivar as principais células estruturais das vias aéreas para fornecer um modelo 3D in vitro da parede bronquíola das vias aéreas.

Adaptação do Processo Electrospinning para fornecer três ambientes únicos para um Tri-camadas<em&gt; In Vitro</em&gt; Modelo da parede das vias aéreas

Vamos demonstrar um método novo para a construção de um assembly para single-cell-based 3-dimensional (3D) sem um andaime artificial.

Manipulando células vivas para construir estável montagem celular 3D sem andaime Artificial

Aqui, apresentamos um protocolo que descreve a fabricação do stretchable, dual channel, dispositivos de cultura de célula órgão microplaqueta microfluidic para recapitulando a funcionalidade de nível de órgão em vitro.

Fabricação escalável de Stretchable, Dual Channel, órgão Microfluidic Chips

Nós descrevemos um método para construir dispositivos para a cultura 3D e a experimentação com pilhas e os organoids multicelular. Este dispositivo permite a análise de respostas celulares a sinais solúveis em microambientes 3D com gradientes quimioatrativos definidos. Os organóides são melhores do que as células únicas na detecção de entradas barulhentas fracas.

Análise 3D de respostas multicelulares a gradientes Quimioatrativos

Hastes de microgel com grupos reativos complementares são produzidas via microfluídica com a capacidade de se interligar em solução aquosa. Os microgéis anisométricos encravam e se interligam em construções estáveis com poros maiores em comparação com sistemas baseados em esféricos. Microgéis modificados com GRGDS-PC formam construções 3D macroporosas que podem ser usadas para cultura celular.

Andaimes 3D macroporosos interligados de hastes de microgel

Este trabalho apresenta um protocolo de fabricação para um novo tipo de substrato de cultura com centenas de microrecipientes por mm2, no qual organoides podem ser cultivados e observados por microscopia de alta resolução. Os protocolos de semeadura celular e imunocoloração também são detalhados.

Uma plataforma de alto rendimento para cultura e imagem 3D de organoides

Aprenda a microfabricação de chips porosos para cultivo celular tridimensional usando embossagem a quente e microtermoformagem. Esses métodos simplificam a produção de andaimes poliméricos para pesquisa em biologia celular.

Microfabricação de Chip porte Andaimes para tridimensional de cultivo celular

Explorar mais vídeos