Fabricación de un dispositivo de microfluidos para la compartimentación de las neuronas y los axones Soma

Biology
 

Summary

En este video se demuestra la técnica de la litografía blanda, con polidimetilsiloxano (PDMS) que utilizamos para farbricate un dispositivo de microfluidos para el cultivo de neuronas.

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Harris, J., Lee, H., Vahidi, B., Tu, C., Cribbs, D., Jeon, N. L., Cotman, C. Fabrication of a Microfluidic Device for the Compartmentalization of Neuron Soma and Axons. J. Vis. Exp. (7), e261, doi:10.3791/261 (2007).

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Abstract

En este vídeo, se demuestra la técnica de la litografía blanda, con polidimetilsiloxano (PDMS), que se utiliza para la fabricación de un dispositivo de microfluidos para el cultivo de neuronas. Anteriormente, una oblea de silicio fue modelado con el diseño del dispositivo de microfluidos con las neuronas SU-8 y la fotolitografía para crear un molde maestro, o lo que nos referimos simplemente como un "maestro". A continuación, se vierte el polímero de silicio PDMS en la parte superior de la maestra, que se cura por calentamiento de la PDMS a 80 ° C durante 1 hora. El PDMS forma un molde negativo del dispositivo. El PDMS es cuidadosamente cortado y levantado del maestro. Los agujeros son perforados en los yacimientos y será el exceso de PDMS recortada desde el dispositivo. El nitrógeno es utilizado para vencer a los residuos restantes del dispositivo. En este punto, los dispositivos están listos para su uso y puede unido a Corning cubierta de vidrio N º 1 con un esterilizador de plasma / limpiador o puede ser unida reversiblemente a la cubierta de cristal con sólo colocar el dispositivo en la parte superior de la cubierta de vidrio. La unión reversible del dispositivo de vidrio está cubierto en un video por separado y requiere en primer lugar que el dispositivo se esterilizan con el 70% de etanol o en autoclave. Plasma esteriliza el tratamiento de los dispositivos por lo que no se requiere tratamiento adicional. Es, sin embargo, importante, cuando se plasma el tratamiento de los dispositivos, para añadir líquidos a los dispositivos a los 10 minutos del tratamiento de plasma, mientras que las superficies están todavía hidrofílico. Esperando más de 10 minutos para añadir líquidos en el dispositivo hace que sea difícil que el líquido entre en el dispositivo. Los dispositivos de las neuronas suelen plasma con destino a la cubierta de vidrio y 0,5 mg / ml de poli-L-lisina (PLL) en tampón borato pH 8,5 se añade inmediatamente el dispositivo. Después de un mínimo de 3 horas de incubación con PLL, los dispositivos se lavan con agua dH2O un mínimo de 3 veces con al menos 15 minutos entre cada lavado. A continuación, se elimina el agua y los medios de comunicación fresca se agrega al dispositivo. En este punto, el dispositivo está listo para su uso. Es importante recordar en este punto para no eliminar todos los medios de comunicación del dispositivo. Siempre dejan los medios de comunicación en el canal principal.

Protocol

Parte 1: Preparar el dispositivo de microfluidos neurona

  1. A 3 "oblea de silicio con un patrón de hechos de SU-8 mediante fotolitografía se utiliza para convertir el polidimetilsiloxano (PDMS) molde de microfluidos. Nos referimos a la SU-8 de obleas de silicio estampado como moldes del amo, o" maestros ".
  2. PDMS se mezcla con el agente de curado en w / w proporción de 10:1, es decir, por 10 gramos de PDMS, 1 gramo de catalizador se añade a la misma.
  3. El PDMS se mezcla bien y se vierte sobre la oblea de silicio. La oblea de silicio se encuentra a unos 10 cm de poliestireno plato de Petri. Se tarda aproximadamente 12 a 15 g de PDMS para cubrir el principal con un espesor de aproximadamente 4 mm.
  4. El maestro con el PDMS se coloca en un desecador de vacío con la tapa de la placa de Petri, y el vacío se aplica. Esto se hace para ayudar a eliminar las burbujas de la PDMS que se introdujeron durante la agitación en el del agente de curado. Se tarda aproximadamente 15 minutos para que las burbujas de aire que ser eliminado.
  5. El maestro con PDMS se quita de en el desecador. Una pistola de aire con un filtro de 0,45 um se utiliza para eliminar las burbujas restantes.
  6. El maestro se coloca sobre una placa de 80 ° C caliente durante 1 hora de curar.

Nota: Si un desecador de vacío no está disponible, el maestro puede dejarse a temperatura ambiente durante varias horas. Las burbujas de aire con el tiempo se disipará por sí mismos. Si un plato caliente no está disponible, el PDMS se cura a temperatura ambiente, después de 24 horas.

Nota: También es importante asegurarse de que el maestro es el nivel durante el proceso de curado.

Parte 2: Cortar el dispositivo de microfluidos neurona

  1. Una vez que el PDMS se cura en el maestro, que es llevado a una campana de limpieza.
  2. Usando una hoja de bisturí, un círculo se corta en todo el perímetro de los dispositivos. Cuando uno inserta el disco en el PDMS, es importante ponerse en contacto con la oblea de silicio, pero no poner demasiada presión sobre la lámina, de lo contrario el maestro se agrieta.
  3. Con un círculo de cortar todo el camino alrededor de los dispositivos (hay 4 equipos por cada 3 "Maestro de silicio), el PDMS es cuidadosamente levantado del maestro. Este se puede iniciar girando suavemente la hoja de bisturí, ya que se inserta en la corte antes de .
  4. A continuación, los embalses están perforados en el dispositivo mediante un 8 mm de tejido biopsia en sacabocados.
  5. Los dispositivos están en cuartos y luego el exceso de PDMS recorta de modo que el dispositivo se encaja perfectamente en la cubierta del cristal de Corning (N º 1) 24 mm x 40 mm. El nitrógeno se utiliza aire para soplar los residuos restantes. Restos obstinada también se pueden eliminar con la marca 3M Scotch 471 cinta de vinilo.

Parte 3: Plasma unión de los dispositivos de cubreobjetos de vidrio.

  1. Limpiador de plasma se utiliza para unir una Harrick los dispositivos de neurona a la cubierta se desliza. En pocas palabras, los productos se colocan en el filtro de plasma y una bomba de vacío se utiliza para evacuar el aire de la cámara.
  2. Después de la presión de vacío ha alcanzado los 300 miliTorr, se activa la alimentación de la bobina eléctrica y establece en alto.
  3. La bobina eléctrica crea plasma, "un gas parcialmente ionizado compuesto de electrones, iones y átomos neutros o moléculas" - http://www.harrickplasma.com/plasma_physics.php , de las moléculas de aire que queda a la izquierda en la cámara. El plasma genera especies reactivas en la superficie del vidrio y el dispositivo, que cuando se colocan juntos formarán una unión permanente. El plasma también convierte las superficies hidrófilas, que ayuda a facilitar la incorporación de líquidos. Además, el filtro de plasma esteriliza los dispositivos.

    La superficie del dispositivo de PDMS que contiene el dispositivo de microfluidos se coloca boca arriba en el filtro de plasma junto con las diapositivas de cristal.

    Las superficies de los tratados con plasma de la copa y el dispositivo de microfluidos son ensambladas en contacto unos con otros en una mesa de trabajo limpia y luego se colocan en placas de 60 mm estériles. Las superficies tratadas formar un vínculo estrecho irreversible.
  4. A 10 minutos de plasma de unión de los dispositivos de cristal, poli-L-lisina (PLL) se añade al dispositivo. Después de 10 minutos, la hidrofilia del dispositivo se reducirá por lo que es difícil para el PLL para entrar en el dispositivo.

    Nota: Es importante para comprobar si las burbujas de aire en el dispositivo después de la adición de PLL. Las burbujas de aire en el canal principal no son deseables, ya que se oxidan las células. Un método fácil para eliminar las burbujas de aire existente es utilizar una pipeta P200 lleno de 150 ul de líquido (en este caso PLL), coloque la punta directamente en la apertura del canal principal, y presione el P200 con fuerza. Esto puede ser necesario repetir varias veces, pero finalmente la fuerza de la pipeta impulsará las burbujas.

  5. Los dispositivos que contienen PLL se dejan incubar durante la noche en un estándar de cultivo de tejidos incubadora a 37 ° C con 5% de CO 2.
  6. Al día siguiente, el devicios se lavan dos veces rápidamente con autoclave dH2O. Durante este proceso, el líquido nunca es totalmente eliminado de los canales principales, sólo a partir de los embalses. La eliminación de líquidos de los principales canales se introducen burbujas. Después de dos lavados rápidos, los dispositivos están llenos de autoclave dH2O y volver a colocar en la incubadora durante un mínimo de 3 horas, o toda la noche.
  7. Al día siguiente, los dispositivos son una vez más, lavados 2 veces rápidamente con autoclave dH2O. Entonces, los medios de comunicación neural basal, con los suplementos necesarios B27 y glutamax para el cultivo de neuronas de rata primaria, se añade a los dispositivos. Los dispositivos se colocan de nuevo en la incubadora para su uso futuro. Los dispositivos ya están listos para la siembra de las neuronas.

Discussion

En este video nos han demostrado cómo hacer y preparar un dispositivo de microfluidos PDMS que utilizamos para las neuronas cultura pulg El dispositivo nos permite obtener una fracción pura axonal separados por microsurcos del compartimiento que contiene una mezcla de cuerpos celulares, dendritas y los axones . Estos dispositivos permiten al investigador para estudiar los efectos de distintos tratamientos, así como ofrecer una plataforma para llevar a cabo una lesión física en los axones y observar los efectos que estos tratamientos tienen sobre las neuronas. El dispositivo también ofrece un nivel de orden a las neuronas de cultivo que ayuda a facilitar los estudios de transporte. Además, los microsurcos, que separan el compartimiento de cultivo de células desde el compartimiento de los axones, permite el aislamiento de fluidos entre los dos compartimentos por lo que es posible tratar a un lado del dispositivo sin afectar al otro lado del dispositivo directamente con el tratamiento. Esta característica permite que el investigador para estudiar los efectos tales como la transducción de señales y el transporte que el resultado del tratamiento.

Materials

Name Type Company Catalog Number Comments
PDMS Reagent Dow Corning Sylgard 184 with curing agentPlease consult Dow Corning to find a vendor near you
Plasam Cleaner Tool Harrick Scientific Products, Inc. http://www.harrickplasma.com/
Neural Basal Media Reagent Invitrogen 21103-049 Neural Basal Media is obtained by Invitrogen under their Gibco line of cell culture reagents.
B27 Reagent Invitrogen 17504-044 B27 is a proprietary supplement available through Invitrogen under their Gibco line of cell culture reagents.
Glutamax Reagent Invitrogen 35050-061 Glutamax is available through Invitrogen under their Gibco line of celll culture reagents.
Cornig No. 1 Cover Glass cover glass Corning Corning No. X2935 244 Available through Fisher Scientific, Fish Catalog number 12-531D
60 mm Petri Dish Tool Fisher Scientific 08-757-13A 60 mm polystyrene sterile petri dishes are used to house the device bound to glass.
BD Falcon 50 ml Tube Tool BD Biosciences Falcon No. 352098 Available through Fisher Scientific catalog number 14-959-49A
BD Falcon 15 ml tube Tool BD Biosciences Falcon No. 352097 Available through Fisher Scientific catalog number 14-959-70C
Poly-L-Lysine Reagent Sigma-Aldrich P-1274
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References

  1. Park, J. W., Vahidi, B., , A. M., Rhee, S. W., Jeon, N. L. Microfluidic culture platform for neuroscience research. Nat Protoc. 1, 2128-2136 (2006).
  2. Taylor, A. M., Blurton-Jones, M., Rhee, S. W., Cribbs, D. H., Cotman, C. W., Jeon, N. L. A microfluidic culture platform for CNS axonal injury, regeneration and transport. Nat Methods. 2, 599-605 (2005).

Comments

7 Comments

  1. The microfluidic culture platform is very impressive.  Are these devices or the mold commercially available?

    Reply
    Posted by: Anonymous
    June 3, 2008 - 11:12 PM
  2. Hello David, The devices will soon be commercially available. Please email xonamicrofluidics@gmail.com for more information

    Reply
    Posted by: Anonymous
    June 4, 2008 - 4:50 PM
  3. If the PDMS can be sterilized using UV light and how to prepare the device before using? thanks

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 9, 2008 - 10:35 PM
  4. Hello Dazhi I am not entirely sure what you are asking.  The PDMS is sterilize prior to bonding with plasma which then plasma bonds the device to glass.  Alternatively, the PDMS device can be rinsed with 70% ethanol, allowed to air dry in a tissue culture hood, then placed on glass and gently pushed down to form a reverisble bond.  We call this non-plasma bonding. If you have any other questions feel free to email me Joseph Harris Manager, Xona Microfluidics LLC xonamicrofluidics@gmail.com

    Reply
    Posted by: Anonymous
    October 10, 2008 - 10:58 AM
  5. Hi Nice demonstration. Can we use the device for in vitro fertilization to perform sperm seperation and embryo culture. Kindly provide your suggestion.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    February 5, 2009 - 8:57 AM
  6. Dear Muthukumar Karthikeyan The Neruon Device was not intended for use with in vitro fertilization.  Whether it can be used in that manner I am not certain.  Email me at xonamicrofluidics@gmail.com if you would like to discuss this further. JŒ

    Reply
    Posted by: Anonymous
    February 13, 2009 - 12:58 PM
  7. hello
    I have some question about bonding PDMS on glass with plasma cleaner.
    I use Nitrogen gas in plasma cleaner. Can I bond PDMS on glass with nitrogen gas? or should I use oxygen gas for this process?

    Does PDMS bond on glass immediately after plasma cleaner?
    How long does it takes for having good bonding? for example 10 min or .... and the last question

    What is the time required for baking PDMS in 70 centigrade?

    Best regards

    Reply
    Posted by: mohammad N.
    June 5, 2014 - 7:07 PM

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