Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

[ميكروأرس] البوليمر لاكتشاف إنتاجية عالية من المواد الحيوية

Published: January 25, 2012 doi: 10.3791/3636
Automatic Translation
1, 2, 1, 1, 3, 3, 2, 2, 1, 1
1Laboratory of Biophysics and Surface Analysis, University of Nottingham, 2School of Molecular Medical Sciences, University of Nottingham, 3David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology

Summary

A صفا للتشكيل ل[ميكروأري] البوليمر باستخدام تقنية بلمرة ضوئية المنشأ على-رقاقة. ويرد وصف أيضا السطح إنتاجية عالية توصيف باستخدام الذرية المجهري القوة، والقياسات المياه زاوية الاتصال، X-راي الضوئية الطيفي والوقت من الثانوي رحلة أيون قياس الطيف الشامل وأ مقايسة المرفقات الخلية.

Abstract

خلط هي عملية الوحدة التي يجمع بين اثنين من أو أكثر المكونات إلى على خليط متجانسة. هذا العمل ينطوي على خلط اثنين من تيارات سائل لزج باستخدام خلاط في-خط ثابت. على خلاط هو تصميم انقسام-AND-أعد تجميع التي توظف تدفق القص والامتدادية لزيادة جهة الاتصال بينية بين المكونات. تم التي شيدت A النموذج الأولي انقسام-AND-أعد تجميع (SAR) خلاط عن طريق مواءمة سلسلة من بولي ليزر-قطع رقيقة (الميثيل ميتاكريليت) (البولى ميثيل ميثا أكريلات) لوحات الذي عقد في مكان في أنبوب PVC. خلط الموجودة في هذا الجهاز ويتضح في الصورة في الشكل. 1. تم ادراج الحمراء صبغ إلى أحد جزء من السوائل الاختبار والمستخدمة باعتبارها العنصر طفيفة يجري مختلطة في المكون (غير مصبوغ) الرئيسية. في مدخل التابعة لخالط، يتم تقسيم طبقة حقن من السوائل التتبع داخل اثنان طبقات لأنها تدفقات من خلال قسم الاختلاط. فى القسم كل خلط لاحقة، تم تكرار على عدد من الطبقات الأفقي. في نهاية المطاف، يتم فرقت بشكل موحد على تيار واحد من صبغ منتدى المجالس الرومانسيةoughout المقطع العرضي من الجهاز.

باستخدام السوائل اختبار غير-النيوتونية من Carbopol 0.2٪ وأ السوائل التتبع مخدر من تكوين مماثلة، والاختلاط في وحدة يتم تصور باستخدام المغناطيسي التصوير بالرنين (MRI). التصوير بالرنين المغناطيسي هو التحقيق الذي تجريه قوية جدا التجريبية من الكيميائية الجزيئية والبيئة المادية وكذلك هيكل العينة على جداول طول من ميكرون إلى سنتيمتر. وقد أدى هذه الحساسية في تطبيق واسع النطاق من هذه التقنيات لتحديد خصائص الفيزيائية والكيميائية و/ أو الخصائص البيولوجية من مواد تتراوح عن بني البشر لإلى الأطعمة إلى وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها 1، 2. على المعدات، وظروف المستخدمة هنا هي مناسبة للسوائل التصوير التي تحتوي على كميات كبير من H NMR 1 رافعة مثل الماء العادي والسوائل العضوية بما في ذلك الزيوت. تقليديا وقد استخدمت MRI السوبر قطع المغناطيس إجراء التي ليست مناسبة للالبيئات الصناعية وليس المحمولة في غضون أحد المختبرات (الشكل رقم 2). الأخيرة أوجه التقدم طلقد المسموح بها N المغناطيس التكنولوجيا على البناء من حدة التخزين كبيرة قطع المغناطيس متوافق صناعيا مناسبة لتدفقات عملية التصوير. هنا، MRI يوفر تركيزات مكون حل مكانيا في مواقع المحوري مختلفة أثناء عملية الاختلاط. هذا وثائق العمل في الوقت الحقيقي في خلط من السوائل عالية اللزوجة عبر مراسل التوزيعية خلط مع أحد التطبيقات لمنتجات العناية الشخصية.

Protocol

1. إعداد منخفضة للقاذورات الخلفية

  1. تزن من 2 غرام من بولي (ميثاكريلات هيدروكسي إيثيل) (pHEMA) (سيجما - زراعة الخلايا اختبار) في أنبوب الطرد المركزي 50 مل. تذوب في 50 مل من 95٪ (V / V) الايثانول في الماء. هذا عادة ما يستغرق 24 ساعة من صوتنة.
  2. مجمع دبي للاستثمار، معطف الإيبوكسي وظيفية شريحة زجاجية (Genetix) مع الحل pHEMA. سوف المجموعات الايبوكسي تشكيل الروابط التساهمية بسرعة مع طلاء pHEMA. ويتحقق تراجع طلاء من خلال عقد شريحة زجاجية مع ملاقط وغمس الشريحة إلى الحل. يتم ترك عادة غير المصقول 5 مم من الشريحة، وهو أمر مفيد للorientating الشريحة ويمكن أن تعمل أيضا كعنصر تحكم إيجابية سطح الالتزام. ثم يتم سحب الشريحة من الحل pHEMA على مدى فترة من 1 ثانية، مقلوب وتترك لتجف في وضع أفقي لمدة 10 دقيقة بالقرب قبل ان يضع في حامل الشريحة.
  3. ثم تترك الشرائح المغلفة pHEMA في الظروف الجوية لمدة 1 أسبوع للسماح للالتبخر الكامل للرانه المذيبات.

2. إعداد الحل مونومر

  1. تزن 120 ملغ من photoinitiator 2،2-dimethoxy-2-فينيل الأسيتوفينون وإضافة إلى 3 مل من ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) لجعل حل photoinitiator 4٪ (W / V). من الأفضل القيام بهذا الطازجة قبل كل النسخ المطبوعة، لذلك يمكن أن تختلف كتلة وحجم من الحل لتلائم كم مطلوب حل photoinitiator. الحل هو مستقر تصل الى شهر.
  2. مصنوعة حلول مونومر بإضافة 1 جزء من الحل photoinitiator إلى 3 أجزاء من مونومر أنيق. ويتحقق ذلك عن طريق pipetting 5 ميكرولتر من محلول photoinitiator و 15 ميكرولتر من مونومر في لوحة 384 مصدر مطلع. A حجم ما مجموعه 20 ميكرولتر مثالية لتشكيل الفور. زيادة حجم تحتاج الى مزيد من النشاف قبل يمكن أن تنتج البقع موحدة. قد يؤدي إلى تراجع حجم التحميل غير كاملة من دبوس.
  3. ويقتصر حاليا هذا الأسلوب لاستخدام اكريليت / ميتاكريليت مونومرات القابلة للذوبان في DMF من السادسrtue هذه هي مجموعات فقط التي تم استكشافها؛ acrylamides والمذيبات الأخرى من المرجح أن تكون قابلة لعملية الطباعة. لتحقيق تركيز مونومر اقترح (75٪ وزن / وزن) وهناك حاجة أيضا مونومرات السائل، على الرغم من ويمكن استخدام تركيزات أقل مونومر لمونومرات الصلبة (مونومر تركيز انخفاض لا يبدو أن تغيير سلبا على كيمياء البوليمر سطح الناتجة ومع ذلك فإنه من المرجح أن يتم تبديل الانتقال الوزن الجزيئي والزجاج درجة الحرارة). مونومرات شديدة التقلب ومن الصعب أيضا استخدام بسبب التبخر السريع للمونومر قبل الخطوة علاج الأشعة فوق البنفسجية عند polymerising. واعتمادا على عدد من الحلول مونومر تشغيل يمكن أن يستغرق ما دام 6 ساعات وقرب نهاية مونومرات على المدى المتقلبة قد تبخرت من لوحة المصدر. ويمكن تحقيق استخدام مونومرات المتقلبة عن طريق التبريد مرحلة الطباعة والطباعة باستخدام قصيرة يعمل فقط.
  4. باستثناء عدد قليل من مونومرات ماء عاليةمثل بولي (إيثيلين جليكول) اكريليت، حل البقع الناتجة البوليمر في مخازن مائية لم يتم ملاحظتها، وبالتالي، ليس مطلوبا استخدام يشابك مونومر، على الرغم من عدم استبعاد.

3. البوليمر ميكروأري تشكيل

وصفت الإجراء النموذجي لتشكيل البوليمر ميكروأري تخطيطي في الشكل 1.

  1. ويتحقق ميكروأري تشكيل باستخدام الروبوت الاتصال (Biodot) باستخدام مرحلة XYZ (الشكل 2). وتستخدم الدبابيس الموجودة في فترة زمنية محددة من القطر ميكرومتر 220 (Arrayit 96B). يجب تنظيف جميع دبابيس من صوتنة في ثنائي كلورو ميثان لمدة 10 دقيقة قبل النسخ المطبوعة وكذلك يجب تنظيفها أيضا أن صاحب دبوس.
  2. يتم تحميل دبابيس في ماسك، النشاف ويتم تحميل الشرائح مجموعة ثم يتم تعبئة كل الدائرة مع الأرجون لتخفيض مستوى الاوكسجين الى أقل من 2000 جزء في المليون، وهي نسبة منخفضة بما فيه الكفاية لتجنب التبريد من الجذور البلمرة بواسطة الأكسجين. الرطوبة maintaineد ما بين 30-40٪. بما في ذلك الرطوبة يسمح للpHEMA إلى تضخم السماح للبوليمر شكلت لتتداخل طبقة pHEMA وتصبح شرك جسديا إلى السطح 2.
  3. وبدأت على المدى الطباعة. كل تشغيل يتكون من:
    • تحميل عينة من لوحة المصدر. وخفضت دبابيس في الحلول بسرعة 25 ملم / ثانية، عقد في حل ل2.5 S ثم سحب بسرعة 25 ملم / ثانية (الشكل 2).
    • يجب دبابيس نشف قبل الطباعة لإزالة مونومر الحل من الخارج من دبوس. بعد ذلك تسليم مونومر يحدث من الجزء quilled من دبوس لتحقيق متسقة تشكيل الفور. تسلسل النشاف المستخدمة تتكون من 33 اتصالات مع شريحة زجاجية نظيفة. للمناصب الأربعة الأولى عدد الاتصالات التي هي 10، 5 و 4 و 3 على التوالي. مصنوعة الأربع المقبلة المواقع 2 الاتصالات والمواقف في آخر 3 يرصد 1 الاتصال. مجموع وقت الاتصال لكل جهة اتصال هو 10 مللي والنهج وسرعة الانسحاب هو 175مم / ثانية. من هذه النقطة يجب أن البقع تشكل لها شكل ثابت والهندسة. فشل في هذه المرحلة يشير إلى غير نظيفة أو ملوثة الدبابيس الموجودة في الغبار في حلول مونومر.
    • ثم يتم طباعة الحلول مونومر على الشرائح الزجاج المطلي pHEMA (الشكل 2). يرصد جهة اتصال واحدة في بقعة في حركة دبوس من 175 ملم / ثانية ووقت الاتصال 10 مللي ثانية، والذي يتوقف على اللزوجة والطاقة السطح من الحل الأحادي يعطي متوسط ​​قطرها بقعة من 400 ميكرون. تطبع عادة 3 صفائف تكرار على كل شريحة زجاجية ويتم طباعة ما مجموعه 10 الشرائح على تشغيل واحد. وهذا يعادل 30 نقاط لكل دورة.
    • تغسل الدبابيس الموجودة في DMF. يتم توفير 2.5 لتر من DMF جديدة على المدى غسيل كامل. تغسل الدبابيس الموجودة في حمام تدفق مع الانفعالات.
    • المتزامنة مع الغسيل، والمشع الشرائح المطبوعة حديثا مع الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة (365 نانومتر) مصدر في مناطق ذات كثافة بالسيارات من 30 / سم 2 لمدة فترة غسل الذي يستمر 30 ثانية.
  4. Aيتم طباعة كل الحلول fter مونومر والمشع مع صفائف UV (365 نانومتر) ل10 دقيقة إضافية.
  5. يتم الاحتفاظ صفائف المطبوعة حديثا في الضغط المنخفض (<50 mTorr) لمدة 1 أسبوع لإزالة مونومر unpolymerized والمذيبات.

4. عالية الإنتاجية توصيف سطح (HTSC)

ويرد المخطط العام للتقنيات HTSC في الشكل 3. المركزية إلى الآلي، والنهج إنتاجية عالية هو المواءمة بين ميكروأري البوليمر مع الأجهزة التوصيف. في جميع الحالات يتم تحقيق ذلك باستخدام الكاميرا التي تعطي العرض من أعلى من الصفيف. في البداية، الصفيف هو استدارة لتتماشى مع حركة XY المرحلة. ثم يقع بقعة ركن من أركان مجموعة وعينت إحداثيات محددة. ويمكن بعد ذلك موقف كل بقعة البوليمر يمكن التنبؤ باستخدام أبعاد الصفيف.

  1. المياه الاتصال زاوية (WCA) القياسات
    1. يتم أخذ القياسات باستخدام طريقة WCA انخفاض اطئة علىKrüss الآلي DSA 100 الصك. والاستغناء عن قطرة ماء واحدة ذات حجم ~ 400 رر باستخدام رأس الطباعة بيزو يحركها إلى كل بقعة البوليمر. قطر بقعة البوليمر هو عادة 300 ميكرومتر وقطر القاعدة من قطرات الماء على الفور البوليمر هو عادة 100 ميكرون، وبالتالي، يمكن الحصول على قياس واحد فقط في بقعة البوليمر.
    2. مرحلة XY يسمح لتحديد المواقع الآلي من كل بقعة البوليمر تحت الطباعة 7 الرأس. ويتحقق ذلك باستخدام كاميرا تقع فوق النموذج الذي يقدم وجهة نظر العلوي من الصفيف. في البداية، لا بد من ضبط موضع الكاميرا لمحاذاة التركيب من قطرات الماء إلى مركز العرض الكاميرا ومن ثم يمكن محاذاة الصفيف إلى رأس الطباعة.
    3. كاميرا عالية السرعة يسجل الجانبي من القطيرات على ضرب لتبخير المياه السطحية وبعد ذلك. يتم استخدام الإطار الذي يجسد الأثر الأولي للانخفاض لقياس زاوية للإتصال به. تم تجهيز دائرة إلى انخفاض بروفيجنيه وتحديد زاوية الاتصال في وقت لاحق.
  2. الوقت من خلال الطيران الثانوية ايون الطيف الكتلي (TOF-SIMS)
    1. يتم تحميل العينة على خشبة المسرح. وهذا ينطوي على بطانة أولا مرحلة احباط مع آل نظيفة، مما يساعد على تعويض مقابل، ومن ثم عقد الشريحة في المكان عن طريق استخدام علامات التبويب المسمار المعدني.
    2. يتم وضع العينة في المرحلة غرفة نقل TOF-SIMS وسمح بضخ أسفل حتى 1.6 × 10 -6 ميليبار. ثم يتم نقل العينة إلى غرفة التحليل الرئيسية، والتي عادة ما لديها ضغط الفراغ من 1.0 × 10 -8 ميليبار.
    3. وتجرى TOF-SIMS القياسات باستخدام أداة IV-ION TOF تعمل باستخدام monoisotopic بي 3 + مصدر الأولية أيون تعمل عند 25 كيلو فولت في "وضع تتزاحم". وrastered A نابض 1 باسكال شعاع أيون الأولية على المنطقة التحليل، مع أيونات الثانوية على حد سواء الإيجابية والسلبية التي تم جمعها من 100 × 100 من منطقة ميكرومتر كل بقعة البوليمر في ميكروأري لثانية-10OND اكتساب الوقت. تم تحديد الجماهير أيون عالية الدقة باستخدام وقت من الطيران محلل السماح دقيقة الاحالة الشامل. وكان القرار الجماعي نموذجي (في م / ض 41) ما يزيد قليلا على 6000. واستخدمت الإلكترونات طاقة منخفضة (20 فولت) للتعويض عن سطح الشحن الناجمة عن شعاع أيون موجب الشحنة الأولية على الأسطح العازلة 8.
  3. مجهر القوة الذرية (AFM)
    1. مطلوب كبير AFM المرحلة مع مرحلة الآلي لتحليل المصفوفات على شريحة زجاجية. A المجهر البعد أو ICON مثالية لهذا الغرض.
    2. يتم وضع العينة على مرحلة وموقف المخزن المرحلة الزاوية اليمنى العليا من الصفيف.
    3. تم العثور على موقف أسفل الزاوية اليسرى من الصفيف، والذي يسمح موقف جميع البقع الأخرى محرف.
    4. يتم إنشاء قائمة موقف وإدخالها في ميزة لصناعة السيارات في أخذ العينات من البرنامج.
    5. يتم أخذ القياسات باستخدام أداة AFM Nanoscope 3000A في التنصت وزارة الدفاعه. وتستخدم السيليكون مع نصائح تردد الرنين من حوالي 300 كيلو هرتز وبقوة ثابتة من 40 نيوتن / متر (Tap300Al، مجسات الميزانية). يتم قياس 5X5 المناطق ميكرون من البوليمر 9.
    6. جذر يعني يقاس مربع (RMS) خشونة عبر هذه المنطقة لكل صورة باستخدام برامج معالجة SPIP دفعة واحدة. وسويت بالارض في البداية كل صورة قبل القياسات خشونة.
    7. كل الصور تتطلب عرض دليل لتحديد القطع الأثرية التصوير التي قد تحتاج إلى إزالة خشونة من القياسات. قد خلال هذه الخطوة أيضا أن تصنف الصور بناء على السمات السطحية المشتركة 9.
  4. الأشعة السينية الضوئية الطيفي (XPS)
    1. تم تثبيت شريحة ميكروأري إلى شريط العينة باستخدام الشريط مزدوجة من جانب وتحميلها لاحقا إلى غرفة عينة من أداة المحور كراتوس XPS الترا.
    2. الدخول في حجرة العينة وانتظر حتى يصل ضغط أدناه عربة -8 10.
    3. العملية المناسبةالمعلمات، مثل مصدر الأشعة السينية monochromated (القاعدة، 1486،6 إلكترون فولت)، الأنود الحاليين والمحتملين (10KV و15mA)، وحجم الفتحة (110μm)، والطاقة تمر (80 فولت لمسح واسعة وإلكترون فولت (20) لمسح عالية الدقة) هي المحدد. وتركز مصدر الأشعة السينية باستخدام اثنين من زوايا الآخر من ميكروأري وتحسين الإشارة الأكسجين من العينة. ثم يتم تحديد المواقف x و y من البقع الفردية وتسجيل كقائمة الموقف.
    4. هو مكتوب هو نوع من التخطيط ثم قم بتشغيل البرنامج لاقتناء البيانات، بما في ذلك المسح الضوئي والمسح الضوئي واسعة عالية الدقة لعناصر محددة.
  5. رامان الطيفي
    1. أطياف رامان تؤخذ عن كل بقعة البوليمر باستخدام المجهر رامان LabRAM HR (HORIBA Jobin إيفون). في البداية، يتم معايرة إشارة رامان باستخدام رقاقة السيليكون والتحول من رامان سي في الطول 520.7 -1.
    2. ثم يتم وضع العينة على المسرح ويتم ضبط تركيز الليزر (الطول الموجي = 523 نانومتر) لتحقيق أقصى قدر من التحول CH رامانفي 2950 سم -1.
    3. ثم يتم تعيين موضع وسط بقعة أعلى اليسار على ميكروأري كما المنشأ وخريطة للميكروأري هو الإعداد باستخدام دالة صفيف على برنامج HR labRAM.
    4. يتم الحصول على 10 الأطياف مجتمعة لكل عينة مع الوقت التشعيع من 0.5 ثانية.

5. البكتيرية مقايسة

يمكن أن يتعرض الصفيف إلى العديد من المقايسات البيولوجية المختلفة بما في ذلك المرفقات وانتشار الخلايا الجذعية وغيرها من أنواع الخلايا والبكتيريا 3،10،4. نحن هنا وصف الفحص التصاق البكتيريا، والذي يظهر تخطيطي في الشكل 4.

  1. وأعرب السلالة البكتيرية تتحول مع GFP البلازميد ومثقف بين عشية وضحاها في 37 درجة مئوية في 10 مل من وسائل الإعلام LB في أنبوب 50 مل الصقر مع اهتزاز عند 200 دورة في الدقيقة.
  2. يتم قياس OD 600 من ثقافة البكتيرية ويتم تلقيح الثقافة بين عشية وضحاها إلى 15 كافية وسائل الإعلام RPMI-1640 مل يعرف أن يؤديفي OD النهائي 600 من 0.01.
  3. وprewashed صفائف في الماء المقطر المعقم لمدة 10 دقيقة لإزالة أي مكونات من ذوبان صفائف (مونومر unpolymerised، oligomers والمذيبات)
  4. توضع الشرائح مجموعة غسلها في طبق بتري نظيفة ومعقمة UV لمدة 10 دقيقة.
  5. يضاف يتم وضع الشريحة مع مجموعة في طبق بتري و 15 مل من وسائل الإعلام تلقيح-1640 RMPI. في نفس الوقت يتم وضع شريحة أخرى في طبق بتري وحضنت مع المنظمات غير innoculatd RPMI-1640 كمجموعة تحكم.
  6. يتم تحضين الشرائح في C ° 37 لمدة 72 ساعة مع اهتزاز في 60 دورة في الدقيقة.
  7. تغسل الشرائح مرتين مع 15 مل من برنامج تلفزيوني العقيمة.
  8. تغسل الشرائح مرتين مع 15 مل من الماء المقطر المعقم.
  9. الشرائح هي الهواء المجفف.
  10. والتقط الشرائح باستخدام ماسح ضوئي GenePix 4200AL الملقم الآلي (الأجهزة الجزيئية، الولايات المتحدة) مع الإثارة ليزر 488 نانومتر ومستوى الانبعاثات الزرقاء تصفية (510-560nm). صورة ممثل البوليمر هو تألق ذاتيهو مبين في الشكل 2. وينبغي أن يتم هذا في أسرع وقت ممكن لتجنب تسوس من GFP. إذا لم يكن ذلك ممكنا يجب أن تخضع الخلايا التثبيت. وعلاوة على ذلك، فإن إدراج الضوابط الإيجابية المناسبة مع رد البكتيرية المعروفة لا بد أن يكون قادرا على تطبيع نتائج التجارب التي أجريت، والسماح في أيام مختلفة لتكون قابلة للمقارنة من الناحية الكمية. ويكتسب كثافة مضان من مجموع البقع باستخدام البوليمر GenePix برو 6 برامج (الأجهزة الجزيئية، الولايات المتحدة). يتم ذلك لكل من الشرائح المحتضنة مع البكتيريا وسائل الإعلام فقط. العثور على مضان بسبب نمو البكتيريا يتم طرح مضان في وحدة التحكم وسائل الإعلام من مضان قياس على الشريحة حضنت مع البكتيريا.
  11. ويمكن أيضا أن الشرائح ملطخة بنسبة 20 ميكرومتر SYTO17 صبغ الحمض النووي (إينفيتروجن، المملكة المتحدة) في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة وباستخدام تصوير كارل زايس مجهر ليزر 700 LSM المسح الضوئي مع برنامج ZEN التصوير 2009 (كارل زايس، ألمانيا). تغطية من البكتيرياعلى سطح يتم تحديد استخدام المصدر المفتوح صورة J 1،44 برنامج (المعهد الوطني للصحة في الولايات المتحدة).

6. ممثل النتائج

وقد تم تحسين ظروف الطباعة لطباعة عالية الجودة البوليمر ميكروأرس. يجب أن تبقى الرطوبة ما بين 30-40٪. والتبطين من البقع البوليمر في البيئات المائية لوحظ في كثير من الأحيان للصفائف المطبوعة في الرطوبة أقل من 30٪، مما يشير إلى أن هذه الرطوبة غير كافية لتنتفخ طبقة pHEMA والسماح للانحباس البدنية من البوليمر إلى الركيزة. يمكن زيادة الرطوبة أخرى لتغيير الإطارات من البقع البوليمر، ولكن هذا يعتمد على الكيمياء مونومر. على سبيل المثال، حيث تم طبع كميات متساوية من محلول البلمرة وكما تمت زيادة الرطوبة من 40 إلى 80٪ من قطر البقعة انخفض من 430 ميكرون إلى 370 ميكرون لمونومر يحتوي على جلايكول الإثيلين شاردة متساوية بينما حجم ماء لموnomer تحتوي على الكربون الأليفاتية مسعور هيكل حلقة القطر بقعة من 290 ميكرومتر زيادة إلى 350 ميكرومتر (الشكل 5).

يمكن رصد درجة البلمرة باستخدام رامان الطيفي لقياس التحول C C = رامان التي تم الكشف عنها في 1640 سم -1، التي يجب تطبيع مع التحول O = C رامان في 1720 سم -1. وقد تم قياس أطياف رامان للبقع البوليمر بلمرة للتعرض للأشعة فوق البنفسجية متنوعة (الشكل 6). وC = C: C = O نسبة التعرض للأشعة فوق البنفسجية كما انخفضت زيادة 0 حتي 50 ثانية، عندها لا مزيد من الانخفاض في C = C: C = O لوحظ نسبة الأشعة فوق البنفسجية مع مزيد من (الشكل 6). كما تم قياس أطياف رامان للبقع البوليمر في بلمرة المتنوعة مستوى 2 O = C والشكل 7A لوحظ تحول C رامان كما انخفض مستوى 2 O إلى 2000 جزء في المليون، ولكن لم يلاحظ أي تخفيض آخر لمستوى 2 O أقل من هذا ( ). رامان الطيفي أثبتت أيضا قدرة ليالي استخراج فراغTEP لإزالة مونومر unpolymerized. قبل استخراج الفراغ C C = التحول رامان كان أكبر لبلمرة البوليمر في 3300 جزء في المليون مقارنة بعام 2000 جزء في المليون (7A الشكل)، ولكن بعد استخراج فراغ ذروة التحول لا يمكن تمييزه رامان (الشكل 7B)، مما يشير إلى جميع مونومر unpolymerized تمت إزالة أثناء الفراغ خطوة الاستخراج. لتلخيص، وظروف البلمرة تشمل الرطوبة من 30-40٪، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية أكثر من 50 ق على مستوى 2 O أقل من 2000 جزء في المليون مع فراغ خطوة استخراج بعد الطباعة لمدة 7 أيام.

يمكن بعد استخراج الطباعة والفراغ يمكن تقييم نجاح البلمرة من البوليمر من البقع المجهر الضوئي بسيطة لتحديد والأشكال التضاريسية بقعة الشاذة. بشكل عام، يجب بقع دائرية تظهر وموحدة، كما هو موضح في الشكل 8 على اليمين. السبب المحتمل لإحداث تغيير في الهندسة هو دبوس التالفة أو غير نظيفة. لعدد صغير من مجموعات مونومر لاحظنا بقع ممسوخ، لهxample نقطة مركزية مع الأقمار الصناعية من بقع صغيرة، كما هو موضح في الشكل 8 على اليمين، أو شكل البيض المقلي حيث هناك بقعة مركزية على رأس كبير، تملق الفور. قد يكون سبب ذلك عن طريق فصل المرحلة قبل الطباعة المتعلقة بالاختلافات في التوتر اللزوجة، hydrophilicity، وتقلب أو سطح مونومرات ويقترح أن الجمع مونومر غير متوافق مع هذا التنسيق. رسم الخرائط إضافية الكيميائي للبوليمر البقع بواسطة تقنيات مثل TOF-SIMS هو أيضا مراقبة الجودة مهمة وضرورية في بعض الأحيان لتحديد الخطوة توزيع كيمياء المواد "عبر مجموعة من البقع و. يمكن تحديد هذه التقنية المفرطة انتشار بعض المواد غير مرئية من قبل المجهر الضوئي وتحديد المواقع داخل الفصل المرحلة البوليمر الفردية.

الشكل 1
الشكل 1. التخطيطي تصور الخطوات المختلفة المشاركة في تشكيل بوlymer بقعة.

الشكل 2
الشكل 2. تخطيطي للمنهجية من الطباعة دبوس التي تنطوي على التحميل في البداية رقم التعريف الشخصي PIN مع مونومر في طبق من ذهب المصدر وثم إيداع مبالغ مونومر في الصعود إلى الركازة من خلال جعل للإتصال به. يتم التحكم في دبوس من قبل وهي ذراع XYZ الروبوتية. على أقحم ويبين صورة نموذجية من تألق ذاتي من صفيف بعد الإنتاج.

الشكل 3
الشكل 3. تخطيطي تسليط الضوء على تقنيات المرتبطة مع HTSC وأيضا اختبارات بيولوجية تطبيقه على دراسة من [ميكروأرس] البوليمر.

الشكل 4
الشكل 4. تخطيطي من مقايسة المرفقات البكتيرية.

الشكل 5
الشكل 5. Polymer قطرها بقعة طباعتها في الرطوبة متنوعة لمدة سنتين مونومرات مختلفة: 4-ثالثي-butylcyclohexyl اكريليت ودي الأثير إيثيل ميتاكريليت (الاثيلين غليكول).

الشكل 6
الشكل 6. وتبلغ نسبة من من كثافة رامان من أجل C = C SHIFT رامان في 1640 الطول -1 و على = C SHIFT رامان O في 1720 سم -1 من البقع البوليمر من اكريليت 4-ثالثي-butylcyclohexyl مع التعرض UV متنوعة. على أشرطة الخطأ على قدم المساواة احدة في قيمة الانحراف القياسية (ن = 3).

الشكل 7
الشكل 7. وأشارت الأطياف رامان تقاس لبقع البوليمر من اكريليت 4-ثالثي-butylcyclohexyl طباعتها في متنوعة مستويات 2 O، إلى اليسار من كل الطيف، وذلك قبل (A) و(B) بعد استخراج فراغ. نسبة من من كثافة رامان من أجل -1 C C SHIFT رامان في 1640 الطول -1 و على = C SHIFT رامان O في 1720 سم =

الرقم 8
الشكل 8. A الصورة المجهري ضوء من البقع البوليمر اثنين. على بقعة على اليسار يظهر بقعة شكلت بشكل جيد، الوقت الذي تقود فيه بقعة على الحق هو مثال من بقعة التي تحتوي على أ توزيع بشكل غير متساو جدا من مونومر. شريط نطاق وهو 500 ميكرومتر.

Discussion

وقد تم [ميكروأرس] البوليمر استخدمت بنجاح لاكتشاف من المواد الجديدة من قبل مئات الفرز من البوليمر الرواية في أ مقايسة البيولوجية وتحديد 'ضرب' المواد التي يمكن أن في وقت لاحق يمكن تحجيمها ما يصل الى الأجهزة مفيدة. في هذا الحالة، قد يتم يعملون في توصيف سطح صفها وقت لاحق لمقايسة البيولوجية وعلى وجه الحصر على المواد 'ضرب' لدراسة تلك المواد في أكثر من التفصيل. قد هذه الاستراتيجية تكون ذات فائدة إذا HTSC هو لا المتاحة للexperimentalist توظيف هذا النهج. ومع ذلك، على الاستفادة بالكامل [ميكروأرس] البوليمر لدراسة البيولوجية-المواد درجة التفاعلات الصفيف بأكمله من مئات من مواد وينبغي تحليل قبل إلى المقايسات البيولوجية باستخدام منهجيات HTSC، والتي يمكن في وقت لاحق أن تستخدم لمراقبة عامة هيكل-وظيفة الاتجاهات.

الطباعة الاتصال يعتمد على مسمار معدني انزلاق صعودا وهبوطا بحرية داخل حامل دبوس. دبوس ورقم التعريف الشخصي نظافة الغرفة حامل هو الهدف الأسمى هو ضمان Printing يحدث بنجاح ووينبغي الاضطلاع بصرامة. يمكن أن قبل تبدأ أ الطباعة تشغيل حركة المناسبة من رقم التعريف الشخصي PIN داخل حامل دبوس يتم اختبارها عن طريق أداء أ المدى الجاف للملابس، مع عدم وجود مونومرات الحاضر. وينبغي أن الخطوة التنظيف تستمر حتى ويتم تحقيق حركة دبوس بتكاثر.

وينبغي أن الفكر كبيرة تذهب في تصميم من الخليط مونومر. في أجل إنتاج بسهولة على مكتبة اندماجي من البوليمرات، يتم تشكيل مئات من البوليمرات الاسهامية عن طريق خلط أ مونومرات قليلة في نسب مختلفة. عادة ما ونحن ننتج المكتبات الأعضاء 576 حيث أن هذا يشكل على مدار 24 × 24 الصفيف، الذي هو مناسبة لعلى علم الهندسة من شريحة زجاجية. في أجل إنتاج على مكتبة اندماجي أن يستكشف الفضاء معظم اندماجي أسهل الأسلوب هو لخلط 24 مونومرات بايرويسي في نسبة 2:1. بدلا من ذلك، إدراج من التدرجات التركيبية في غضون الصفيف هي مفيدة لتمكين هذه الملاحظات للاتجاهات، والذي يسمح التراكيب مونومر الأمثل لتكون دالعزم. يمكن أن كما أن تستخدم مثال عن هذا مونومرات 22 باعتباره المكون الأول في خليط شارك في مونومر التي يتم المخفف بشكل تسلسلي مع 1 من 6 مكونات الثانية. إذا يتم استخدام 5 التخفيفات، على سبيل المثال خلط مكونات الأولى والثانية في نسب من 90:10، 75:25، 25:75، 50:50 و10:90، هذا من شأنه أن يؤدي في 488 حلول كوبوليمر فريدة من نوعها. إلى يصبح العدد الإجمالي للما يصل الى 576، وإنشاء نسخ متماثلة من مجموعة السلفات من مونومرات المستخدمة ويمكن إدخال، والذي هو في كثير من الأحيان عينة مرجعية هامة. وينبغي أن يمكن الاستغناء حلول مونومر 576 حيز 2 384 لوحات بشكل جيد. لبرمجة للروبوت أنه من الأسهل أن يكون اثنين من لوحات متطابقة من حيث للموقف من مونومرات وينبغي أن، وبالتالي، يمكن تقسيم الحلول مونومر بشكل متساو بين لوحات اثنين.

يمكن أن يتم حفظ A قدرا كبيرا من الوقت في إعداد من لوحات مصدر عن طريق استخدام من ماصات متعددة القنوات، وينبغي أن تحدد في تصميم من لوحات مصدر في أجل استغلال استخدام من ماصات متعددة القنوات. </ P>

يجب أن لتحقيق HTSC الآلية لإدارة صفائف سيكون موقف بقعة نجح في توفيق مع الأجهزة التوصيف. عادة ما أرض الملعب من صفيف اكريليت هو 500-1000 ميكرومتر والقطر بقعة البوليمر هو 300 ميكرومتر. مراحل معظم XY يكون لها القرار إلى أقل من 10 ميكرومتر، وبالتالي هناك هو التسامح كاف للمحافظة على سطح جهاز توصيف إلى بشكل موثوق وصول إلى مناصب الصفيف مرة واحدة للأبعاد الصحيح لقد كان الإدخال إلى العينة البرمجيات تحديد المواقع. على على سبيل الحصر، على تحديد المواقع الآلي هو في الواقع الطباعة دقيقة من الصفيف. لضمان الطباعة دقيقة أنه من المهم لمنع الحركة من الركيزة على المسرح الطباعة إما باستخدام شفط فراغ أو المشابك الربيع جنبا إلى جنب مع أبعاد الشريحة المناسبة (لاحظ أن على حد سواء أ الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي حجم الشريحة القياسية موجودة).

TOF-SIMS هو أسلوب سطح للغاية الحساسة التي من شأنها أن مراعاة وجود أي تلوث على عينات. بالتالي يجب أن، أن تؤخذ الرعاية يفناتلتجنب الاتصال مع السطح. وينبغي أن فقط عينات يتم التعامل معها، ولكن السطح من الفائدة لا اتصلت مع، مع قفازات نظيفة (البولي اثيلين يفضل أن يكون ذلك) ومع ملاقط تنظيفها طازجة. ونحن يغسل عادة مع الكلوروفورم والهكسين. ويتم ذلك أفضل التخزين عينة قبل إلى قياسات في حامل عينة التي يحمل الشرائح وبصرف النظر، على سبيل المثال على .. 5 حامل الشرائح أو 20 حامل الشرائح

فقد تم تصميم صفائف على وجه التحديد لتكون متوافقة مع العديد من تنسيقات مقايسة البيولوجية وقراءات، وهذا هو، الركيزة المستخدمة هي شريحة المجهر مناسبة بشكل مثالي لالماسحات الضوئية مضان والمجاهر الخفيفة. هذا يعني هي مناسبة تماما التنسيق إلى استكشاف العديد من المواد-البيولوجية التفاعلات. وعلاوة على ذلك، تنسيق يسمح ليتم عرضه مئات من مواد بشكل متواز. وهذا يسمح ليتم عرضه العديد من المواد أكثر من الأساليب التقليدية يتم بمقتضاه فرزهم كل الكيمياء مواد جديدة بشكل فردي. في نطاق زادت لالبيولوجية-المواد التفاعلات تسمحليالي لعلى استجلاء هذه آليات من التفاعلات سطح البيولوجية، فضلا عن العثور على المواد الأمثل لتطبيق معين.

Disclosures

ليس لدينا شيء في الكشف عنها.

Acknowledgments

ومن المسلم به التكرم على تمويل من الاستئماني ويلكوم (منحة 085245/Z/08/Z عدد). ومن المسلم به التكرم نوتنغهام تقنية النانو و سانتر علم النانو لإعطاء الوصول إلى نظام رامان ومن أجل التنمية الشرق وكالة منطقة ميدلاند لتمويل هذه المعدات.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Epoxy slides Genetix K2652
Contact printer Biodot XYZ3060 Platform
Metal pin ArrayIt 946MP6B
ToF-SIMS instrument ION-TOF
XPS instrument Kratos Analytical
WCA apparatus Krüss DSA 100
AFM Bruker Corporation Dimension Icon
RPMI-1640 cell culture media Sigma-Aldrich R0883
SYTO17 Invitrogen S-7579

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hook, A. L., Anderson, D. G., Langer, R., Williams, P., Davies, M. C., Alexander, M. R. High throughput methods applied in biomaterial development and discovery. Biomaterials. 31, 187-198 (2010).
  2. Anderson, D. G., Levenberg, S., Langer, R. Nanoliter-scale synthesis of arrayed biomaterials and application to human embryonic stem cells. Nature Biotechnology. 22, 863-866 (2004).
  3. Mei, Y., Saha, K., Bogatyrev, S. R., Yang, J., Hook, A. L., Kalcioglu, Z. I., Cho, S. W., Mitalipova, M., Pyzocha, N., Rojas, F., Van Vliet, K. J., Davies, M. C., Alexander, M. R., Langer, R., Jaenisch, R., Anderson, D. G. Combinatorial development of biomaterials for clonal growth of human pluripotent stem cells. Nature Materials. 9, 768-778 (2010).
  4. Pernagallo, S., Wu, M., Gallagher, M. P., Bradley, M. Colonising new frontiers-microarrays reveal biofilm modulating polymers. Journal of Materials Chemistry. 21, 96-101 (2011).
  5. Yang, J., Mei, Y., Hook, A. L., Taylor, M., Urquhart, A. J., Bogatyrev, S. R., Langer, R., Anderson, D. G., Davies, M. C., Alexander, M. R. Polymer surface functionalities that control human embryoid body cell adhesion revealed by high throughput surface characterization of combinatorial material microarrays. Biomaterials. 31, 8827-8838 (2010).
  6. Urquhart, A. J., Anderson, D. G., Taylor, M., Alexander, M. R., Langer, R., Davies, M. C. High throughput surface characterisation of a combinatorial material library. Advanced Materials. 19, 2486-2491 (2007).
  7. Taylor, M., Urquhart, A. J., Zelzer, M., Davies, M. C., Alexander, M. R. Picoliter water contact angle measurement on polymers. Langmuir. 23, 6875-6878 (2007).
  8. Urquhart, A. J., Taylor, M., Anderson, D. G., Langer, R., Davies, M. C., Alexander, M. R. TOF-SIMS analysis of a 576 micropatterned copolymer array to reveal surface moieties that control wettability. Analytical Chemistry. 80, 135-142 (2008).
  9. Hook, A. L., Yang, J., Chen, X., Roberts, C. J., Mei, Y., Anderson, D. G., Langer, R., Alexander, M. R., Davies, M. C. Acrylate polymers with hydro-responsive topography. Soft Matter. 7, Forthcoming 7194-9197 (2011).
  10. Pernagallo, S., Unciti-Broceta, A., Diaz-Mochon, J. J., Bradley, M. Deciphering cellular morphology and biocompatibility using polymer microarrays. Biomedical Materials. 3, (2008).

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 59، مواد اكتشاف، وتوصيف بالمتر المربع، ومكتبة بوليمر، إنتاجية عالية أو ذلك الحجز الخليوي
[ميكروأرس] البوليمر لاكتشاف إنتاجية عالية من المواد الحيوية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hook, A. L., Chang, C. Y., Yang, J., … More

Hook, A. L., Chang, C. Y., Yang, J., Scurr, D. J., Langer, R., Anderson, D. G., Atkinson, S., Williams, P., Davies, M. C., Alexander, M. R. Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials. J. Vis. Exp. (59), e3636, doi:10.3791/3636 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter