Bu tasarım, deneysel gereksinimlere ve son kullanıcının tercihlerine göre çeşitli modlarda kullanılabilir. Her deneyden önce, protokol için gerekli adımları ve modülleri belirlemek için Şekil 2'de sunulan karar akış şemasına bakın. Örneğin, kullanıcı bir deney boyunca Transwell tipi sistemle doğrudan karşılaştırmak için açık kuyu biçimini korumayı planlıyorsa, hücre tohumlama için desen şablonu gerekli değildir. Çekirdek modül ticari olarak temin edilebilir (Malzeme Tablosuna bakınız) ve ultra ince nanomembran, deneysel ihtiyaçlara uyacak şekilde farklı gözeneklilik ve gözenek boyutlarına sahip bir malzeme kütüphanesinden seçilebilir.
1. Desen şablonunun imalatı
NOT: Desen şablonu, hücreleri yalnızca membran çipinin gözenekli bölgesine yerleştirmeye yarar ve hücrelerin, akış modülü eklendikten sonra potansiyel olarak hasar görebilecekleri çevreleyen silikon katmana yerleşmesini önler16 (bkz. Şekil 3). Tek katmanın hasar görmesi, bariyer bütünlüğünü olumsuz etkileyebilir ve deneysel sonuçları tehlikeye atabilir. Açık, statik bir kültürde şablon gereksizdir, çünkü hasar riski yoktur.
- Ek Kodlama Dosyası 1'de (Şekil 4A) sağlanan tasarımı kullanarak bir kalıp satın alın, işleyin veya 3D yazdırın.
NOT: Şablon duvarları, yüksek en-boy oranlı düz duvarlı özelliklere kıyasla ortam kapasitesini artırmak ve kabarcık sıkışmasını en aza indirmek için koniktir.
- Soğuk bir rulo kullanarak 130 μm basınca duyarlı yapışkan (PSA) filmi 3.2 mm'lik bir akrilik levhaya yapıştırın (Malzeme Tablosuna bakın).
- Bir dizi boşluk oluşturmak için akrilik levhayı Ek Kodlama Dosyası 2'de sağlanan tasarıma göre lazerle kesin (Şekil 4B).
- Koruyucu tabakayı PSA filminden soyun ve akrilik tabakayı kalıba yapıştırın.
NOT: Kalıp özellikleri boşluk içinde ortalanacak şekilde lazerle kesilmiş tabakanın kalıpla hizalandığından emin olun (Şekil 4C). Zar üzerindeki hücre konumlandırmasının doğruluğu bu adıma bağlıdır.
- PDMS prepolimerini iyice karıştırın (10:1 baz-katalizör oranı kullanarak) ( Malzeme Tablosuna bakın) ve görünür kabarcık kalmayana kadar (5-15 dakika) bir vakum odasında gazını alın.
- PDMS'yi yavaşça kalıp boşluklarına dökün ve düz bir kenarla düzleştirin.
NOT: Kabarcık sıkışmasını önlemek için PDMS'yi her boşluğa yavaşça dökün. Döküldükten sonra kabarcıklar varsa, kalıbı vakum odasına yerleştirin ve tekrar gazdan arındırın.
- PDMS'yi bir ocak gözü üzerinde 70 °C'de 1 saat kürleyin ve ardından oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
- Düz uçlu cımbız kullanarak kalıpları kalıp boşluklarından çıkarın.
2. Akış modülünün imalatı
NOT: Akış modülü, çekirdek modülün yonca şeklindeki kuyusu ile benzer bir ayak izini paylaşır ve kalıplanmış bir mikro kanal içerir (genişlik = 1.5 mm, yükseklik = 0.2 mm, uzunluk = 5 mm). Yonca şekli, kanalın gözenekli kültür bölgesi üzerinde hizalanmasına yardımcı olur (Şekil 5).
- Ek Kodlama Dosyası 3'te (Şekil 4D) sağlanan tasarım tarafından tanımlanan özelliklere sahip bir silikon kalıp oluşturmak için standart yumuşak litografi tekniklerini 18 kullanın.
- 3,2 mm kalınlığında bir akrilik levhaya 130 μm PSA filmi yapıştırın.
- Bir dizi yonca şeklindeki boşluk oluşturmak için Ek Kodlama Dosyası 4'te verilen tasarıma dayalı olarak akrilik levhayı lazerle kesin (Şekil 4E).
NOT: Boşluğun yüksekliği, uygun sızdırmazlığı sağlamak için çekirdek modülün yüksekliğinden biraz daha uzun (0-0.1 mm) olması gereken akış modülünün yüksekliğini belirler.
- Koruyucu tabakayı PSA filminden çıkarın ve ardından silikon kalıp üzerindeki üçgen hizalama işaretlerini lazer kesim tabakadakilerle hizalayarak lazer kesim tabakayı silikon kalıba yapıştırın.
NOT: Adım 1.4'e benzer şekilde, lazerle kesilmiş akrilik levhanın, kalıp özellikleri her boşlukta ortalanacak şekilde silikon kalıpla hizalandığından emin olun (Şekil 4F). Bu adım, mikrokanalın ayak izine göre konumunu belirler.
- Gazdan arındırılmış PDMS'yi kalıp boşluklarına yavaşça dökün ve düz bir kenarla düzleştirin.
NOT: Döküldükten sonra kabarcıklar varsa, kabarcıklar çıkana kadar kalıbın gazını alın.
- Kalıbı bir ocak gözüne yerleştirin ve PDMS'yi 70 °C'de 1 saat pişirin, ardından kalıbın oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.
- Düz uçlu cımbız kullanarak akış modüllerini kalıp boşluklarından dikkatlice çıkarın.
- Akış modülünü mikro kanal özellikleri yukarı bakacak şekilde yönlendirin ve bir biyopsi zımbası kullanarak çekirdek giriş ve çıkış portlarını kanalın sonuna yerleştirin (bkz.
3. Alt ve üst akrilik muhafazaların imalatı
NOT: Çekirdek modül alt muhafazaya sığar. Muhafazalardaki gömülü mıknatıslar arasındaki çekim, akış modülünü çekirdek modüle sıkıştırır ve sızdırmaz hale getirir (Şekil 6).
- Mıknatıs yerleştirme delikleri olan üst muhafazayı oluşturmak için Ek Kodlama Dosyası 5'te sağlanan tasarımı kullanarak 2 mm'lik bir akrilik levhayı lazerle kesin.
- 3,5 mm'lik bir akrilik levhaya 130 μm'lik bir PSA filmi yapıştırın.
- Mıknatıs yerleştirme delikleri olan alt muhafazayı oluşturmak için Ek Kodlama Dosyası 6'da verilen tasarıma göre akrilik levhayı lazerle kesin.
NOT: Alt muhafazanın kalınlığı kritik bir parametredir ve akış sırasında sızıntıyı önlemek için çekirdek modülün toplam kalınlığına uygun olmalıdır.
- PSA koruyucu tabakayı çıkarın ve alt muhafazayı bir cam lamel üzerine takın.
- 4,75 mm nikel kaplı neodimyum mıknatısları ( Malzeme Tablosuna bakın) muhafazaların lazerle kesilmiş deliklerine bastırın.
NOT: Manyetik çekimi sağlamak için alt ve üst muhafazalardaki mıknatısların zıt kutuplarla yerleştirildiğinden emin olun (Şekil 6).
4. Akış devresinin imalatı
NOT: Kapalı döngü akış devresi, rezervuar olarak iki numune toplama şişesi içerir (Şekil 7). Giriş rezervuarı, hücre ortamının inkübatördeki CO2 konsantrasyonu ile dengelenmesini sağlamak için bir poliviniliden diflorür (PVDF) filtresine sahiptir.
- Bir numune toplama şişesinin kapağında iki delik oluşturmak için 1 mm'lik bir biyopsi zımbası kullanın.
- Ayrı bir numune toplama şişesinin kapağında iki delik (1 mm ve 4 mm) oluşturmak için biyopsi zımbaları kullanın ve bu şişenin alt kısmında 1 mm'lik bir delik oluşturun.
- 20 mm'lik deliklerin her birine 1 G dağıtım ucu yerleştirin ve bunları sıcak tutkalla kapatın.
- 4 mm'lik deliğe 0,22 μm'lik bir PVDF filtresi ( Malzeme Tablosuna bakın) yerleştirin ve sıcak tutkalla kapatın.
- Bir numune tutma aşaması oluşturmak için Ek Kodlama Dosyası 7'de sağlanan tasarımı kullanarak 1,5 mm'lik bir akrilik levhayı lazerle kesin.
- Rezervuarları akrilik tabla üzerine yerleştirin.
- Mikro akış tüpleri kullanarak dağıtım uçlarını bağlayın (Malzeme Tablosuna bakın).
- 21 G dağıtım uçlarını kullanarak tüpleri akış modülünün giriş ve çıkışına bağlayın.
- Akış sirkülasyonu için peristaltik bir pompa ( Malzeme Tablosuna bakın) kullanın.
NOT: İstenirse akışı sağlamak için şırınga veya pnömatik pompalar da kullanılabilir. Akış hızı deneysel ihtiyaçlara göre belirlenmelidir. Deneysel olarak doğrulanmış bir COMSOL modelinden türetilen kapsamlı bir tablo, kullanıcıların hücre tek tabakası16'da istenen kesme gerilimini elde etmek için gerekli akış hızını seçmelerine yardımcı olmak için Ek Tablo 1'de verilmiştir.
5. Hücre tohumlama
NOT: Geleneksel membran eklerine benzer şekilde, nanomembran üzerinde farklı hücre tipleri kültürlenebilir. İkincil bir hücre tipi, alt kanal15'teki zarın diğer tarafında da birlikte kültürlenebilir.
- Hücre yapışmasını iyileştirmek için membranı 5 μg /cm2 fibronektin ile kaplayın (Malzeme Tablosuna bakınız) oda sıcaklığında 1 saat.
NOT: Seçilen hücre tipi, gerekli kaplamayı ve hücre yoğunluğunu etkileyebilir. Burada açıklanan prosedür, İnsan umbilikal ven endotel hücreleri içindir (HUVEC'ler, bkz.
- Kaplama solüsyonunu bir P200 pipeti kullanarak aspire edin ve çekirdek modül kuyucuğuna bir desen şablonu yerleştirin.
- Cihazın kuyusuna ve alt kanalına hücre ortamı ekleyin.
- 40.000 hücre/cm2 yoğunlukta HUVEC'leri kuyuya tohumlayın.
NOT: Bu yoğunluktaki HUVEC'ler tipik olarak 24 saatlik inkübasyondansonra birleşik bir tek tabaka oluşturur 16,19.
- Cihazı bir Petri kabına yerleştirin. Yerel nemi korumak için Petri kabına DI su içeren 15 mL'lik bir konik tüp kapağı ekleyin.
- Petri kabını inkübatöre aktarın.
NOT: Cihazın üst kuyu ve alt kanalındaki hücre ortamı her 24 saatte bir değiştirilmelidir. Alt kanaldaki medyayı değiştirmek için, eski medyayı diğer porttan çıkarmak için portlardan birine yavaşça yeni medya enjekte edin.
6. Mikroakışkan moduna yeniden yapılandırma
- Üst muhafazayı, alt muhafazayı, akış modülünü, rezervuarları, tüpleri ve dağıtım uçlarını montajdan önce 30 dakika boyunca bir UV sterilizasyon odasına yerleştirerek sterilize edin. Akış devresinde% 70 etanol ve ardından steril PBS dolaştırın.
- Rezervuarları ve tüpleri Endotel Hücre Büyüme ortamı ile doldurun (Malzeme Tablosuna bakınız).
- Alt muhafazayı s'ye yerleştirinamptage. Açık kuyu çekirdek modülünü alt muhafazaya yerleştirin.
- Modülün kuyusundan hücre ortamını aspire edin. Akış modülünü kuyuya yerleştirin.
- Akış modülünü çekirdek modül kuyusuna sızdırmaz hale getirmek için üst muhafazayı yerleştirin. Giriş ve çıkış dağıtım uçlarını akış modülü bağlantı noktalarına bağlayın.
- Sisteme sıvı akışı sağlamak için peristaltik pompayı çalıştırın.
7. Akış girişinden sonra açık kuyu formatında aşağı akış analizinin yapılması
NOT: Buradaki kültür süresi deneysel hedeflere bağlıdır. Kullanıcılar, tercihlerine göre açık kuyu veya mikroakışkan formatlarda aşağı akış analizi (örneğin, İmmünositokimya, RNA ekstraksiyonu) yapabilirler. Örneğin, bir açık kuyu formatı tercih edilirse, sistem standart protokollere16,19 dayalı tahliller yapacak şekilde yeniden yapılandırılmalıdır.
- Kesme akışına maruz kalma için istenen süreye ulaşıldığında pompayı durdurun. Giriş ve çıkış dağıtım uçlarını çıkarın.
- Üst muhafazayı çıkarın. Akış modülünü cımbız kullanarak kuyudan yavaşça çıkarın.
- Kuyuya 100 μL hücre ortamı ekleyin. Standart protokollere dayalı olarak istenen tahlilleri gerçekleştirin.