Микрожидкостных Датчик: эксплуатация и использование для локализованной поверхностной обработки
4 июня 2009 г.
В этом видео мы представляем микрожидкостных зонд 1 (МФУ). Мы подробно объяснить, как собрать МФУ, смонтировать его на вершине инвертированного микроскопа, и выровнять его относительно поверхности подложки, и, наконец, показать, как использовать его для обработки поверхности подложки погружен в буферный раствор.
В данной процедуре показано, как собрать и использовать микрофлюидный зонд (MFP). Микрофлюидные компоненты MFP включают газонепроницаемые шприцы, стеклянные капиллярные трубки, герметичные соединители Upchurch и головку MFP. В этом видео будут представлены основные этапы сборки и юстировки.
После сборки MFP можно использовать с широким спектром подложек и реагентов для структурирования и обработки поверхности. Здравствуйте, меня зовут Сесиль Перо. Я постдок в лаборатории Дэвида Йейкера на кафедре биомедицинской инженерии Университета Макгилла в Монреале, Канада.
Здравствуйте, я Мохаммад Касим. Я аспирант в лаборатории Дэвида Й. на кафедре биомедицинской инженерии Университета Макгилла. Здравствуйте, я Дэвид Йокер.
Я старший преподаватель кафедры биомедицинской инженерии, и я рад приветствовать вас сегодня на нашей демонстрации микрофлюидного зонда. Сегодня мы покажем вам процедуру эксплуатации и использования микрофлюидного зонда. Мы применяем эту процедуру в нашей лаборатории для обработки и структурирования поверхности.
Итак, приступим к выполнению данного протокола. Пластиковые шприцы и иглы используются для заполнения газовых стеклянных шприцев реагентами, чтобы исключить появление пузырьков воздуха. Как правило, для инъекции мы используем шприц объемом от 1 до 10 µL, а для аспирации — шприц с объемом в 5–10 раз больше.
Затем с помощью наносоединений с малым dead volume шприцы соединяют с капиллярными трубками. После этого капилляры заполняют и проверяют на наличие пузырьков воздуха под микроскопом. Чип MFP предварительно заполняют буферным раствором, чтобы предотвратить попадание пузырьков при подключении капилляров.
Наконец, капилляры вставляются в соединительный элемент из PDMS в микроизготовленной головке зонда. После сборки MFP можно приступать к ее настройке. Подложка помещается в самодельный держатель.
Оно закреплено на предметном столике микроскопа. Зазор между MFP и подложкой имеет критическое значение для процессов формирования структур на поверхности. С помощью трехточечной опоры, образованной микрометрическими винтами, горизонтальное выравнивание регулируется с микронной точностью.
Это необходимо, так как подложка обрабатывается путем сканирования под MFP. Для начала настройки MFP зондовая головка зажимается в держателе зонда и устанавливается на зондовой станции поверх инвертированного микроскопа. Затем шприцы помещаются в высокоточные шприцевые насосы.
Затем с помощью пары гониометров выполняется юстировка стола MFP относительно подложки по кольцам Ньютона, также известным как интерференционные полосы. Они появляются при прикосновении MFP к подложке; точка контакта и частота колец служат индикаторами наклона. Когда MFP выровнен по поверхности, одно интерференционное кольцо распространяется по всей ее площади.
Эта мера также служит для калибровки зазора между MFP и подложкой. После настройки MFP можно переходить к его эксплуатации. В процессе работы MFP дозирование контролируется с помощью программного обеспечения LabVIEW.
Работа устройства контролируется визуально и с помощью CCD-камеры. Перед началом непосредственной аспирации введите небольшое количество жидкости, чтобы убедиться в правильной ориентации шприца для аспирации и отсутствии пузырьков воздуха. Затем MFP погружают в буфер.
Теперь можно начать впрыскивание жидкости, контролируя ограничение потока бусин. Соотношение впрыскивания и аспирации варьируется от 1:3 до 1:10 в зависимости от диффузионной способности реагента в окружающем буфере и требуемого геометрического профиля потока. В завершение сформированный зонд можно использовать для различных приложений.
Показанные здесь поверхностные паттерны были созданы с помощью MFP с использованием флуоресцеиново-меченого биотина на стрептавидине на стеклянных предметных стеклах с гидрогелем, покрытым ENC. Скорость подачи была равна 1 нл/с, а скорость аспирации — 10 нл/с с использованием шприцев объемом 10 мкл и 50 мкл соответственно. Зазор между поверхностью и зондом составлял 5 мкм.
MFP также может быть использован для локального окрашивания и обработки клеток и тканей. Ограничение потока препятствует диффузии реагента и позволяет проводить точное химическое окрашивание клеток. Как показано здесь, монослой фибробластов был окрашен с использованием 100 µg/mL dai.
Таким образом, мы продемонстрировали работу с микрофлюидным зондом. При выполнении данной процедуры необходимо убедиться в отсутствии пузырьков воздуха в системе, а также проследить, чтобы поверхность микрофлюидного зонда была параллельна подложке. На этом всё.
Благодарим за просмотр и желаем удачи в ваших экспериментах.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном видео демонстрируются сборка и использование микрофлюидного зонда (MFP). В нем представлены критические этапы совмещения MFP с инвертированным микроскопом и обработки поверхностей подложки, погруженных в буферный раствор.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Микрофлюидика
- Биомедицинская инженерия
- Обработка поверхностей
Обзор
- МФУ состоит из газонепроницаемых шприцев, стеклянных капиллярных трубок и герметичных микроконнекторов.
- Оно предназначено для использования с различными субстратами и реагентами.
- Правильная сборка и центровка имеют решающее значение для эффективного использования.
- МФУ может быть использовано для создания структур на поверхности и ее обработки.
Цель исследования
- Предоставить подробное руководство по сборке MFP.
- Продемонстрировать совмещение MFP с микроскопом.
- Показать применение MFP в обработке подложек.
Используемые методы
- Сборка компонентов MFP.
- Установка MFP на инвертированный микроскоп.
- Юстировка MFP относительно поверхности подложки.
- Обработка поверхностей подложки в буферном растворе.
Основные результаты
- MFP может быть эффективно собран и выровнен.
- Система позволяет осуществлять универсальную обработку различных подложек.
- Продемонстрированы успешные методы структурирования поверхности.
- Подчеркнута важность точного совмещения для достижения оптимальных результатов.
Выводы
- МФП является ценным инструментом для исследователей в области биомедицинской инженерии.
- Правильная сборка и юстировка имеют решающее значение для его функционирования.
- Данное видео служит исчерпывающим руководством по использованию МФП.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Микрофлюидный зонд обеспечивает точную локализованную подачу реагентов для обработки поверхности без необходимости использования закрытых микрофлюидных каналов, что способствует созданию масштабируемых и воспроизводимых анализов. Эта возможность расширяет возможности валидации мишеней и фенотипического скрининга, позволяя создавать контролируемые микросреды для клеточных и молекулярных взаимодействий. Он представляет собой многоразовую платформу для формирования поверхностных структур с высоким разрешением, что снижает расход реагентов и повышает производительность экспериментов в рабочих процессах раннего поиска.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет проверять терапевтические гипотезы посредством локального нанесения реагентов на подложки.
- Практическая ценность: Способствует снижению биологических рисков за счет ограничения микроструй определенными участками поверхности для точного молекулярного структурирования.
- Прогностическая ценность: Облегчает функциональную валидацию мишеней, обеспечивая контролируемую доставку лигандов или ингибиторов в заданные области.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Подготовка валидированных биологических систем для последующего скрининга посредством локальной модификации поверхности.
- Практическая ценность: Повышение стандартизации и воспроизводимости анализа за счет точного ограничения потока и возможности сканирования.
- Масштабируемость: Обеспечение готовности к скринингу на больших площадях подложки путем сканирования зондом, что позволяет повторно использовать платформу.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная непрерывность: Поддерживает изучение систем, релевантных для заболевания, обеспечивая возможность локального окрашивания и обработки клеток и тканей.
- Механистическое снижение рисков: Позволяет проводить точное химическое окрашивание клеток, например, монослоев фибробластов, для оценки взаимодействия с мишенью.
- Прогностическая достоверность: Обеспечивает количественный контроль доставки реагентов, повышая надежность доклинических показателей.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Микрофлюидный зонд интегрируется в весь цикл разработки — от ранней валидации мишеней и разработки анализа до доклинического скрининга, обеспечивая итерационные циклы проектирования и тестирования.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей за счет локальной доставки реагентов на подложки.
- Скрининг: позволяет подготовить анализы к проведению благодаря воспроизводимому ограничению микроструи и сканированию поверхностей.
- Аналитика: предоставляет количественные данные, такие как контроль скорости потока и пространственное структурирование, для сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: обеспечивает преемственность с доклиническим этапом за счет локальной обработки клеток и тканей в буферных условиях.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как многоразовая платформа для различных подложек и реагентов, снижая потребность в одноразовых микрофлюидных чипах.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Прогностическая достоверность, валидация мишени, снижение механистической неопределенности в анализах на основе поверхности.
- Операционная ценность: Стандартизация, воспроизводимость и масштабируемость локализованной обработки поверхности.
- Стратегическая ценность: Более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), эффективность использования капитала и снижение биологических рисков на поздних стадиях за счет раннего снижения рисков.
- Влияние на портфель: Приоритизация с поправкой на риск и принятие решений о продвижении на основе точной пространственной доставки молекул.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области микрофлюидной сборки, юстировки микроскопа и работы со шприцевыми насосами.
- Зависит от наличия газоплотных шприцев, стеклянных капилляров, герметичных микроконнекторов и инвертированного микроскопа с ПЗС-визуализацией.
- Необходима межкомандная стандартизация процедур юстировки зондов, контроля скорости потока и обеспечения подачи жидкости без пузырьков воздуха.
- Требуется учет особенностей адаптации под различные типы подложек, включая стеклянные предметные стекла с гидрогелем и поверхности, покрытые клетками.
- Ограничено необходимостью точного контроля зазора (например, 5 micrometers) и юстировки по кольцам Ньютона для обеспечения локализации потока.
