Fabbricazione di dispositivi rifrangenti-Indice-abbinati per biomedica microfluidica
Summary
Questo protocollo descrive la fabbricazione di dispositivi microfluidici da MY133-V2000 per eliminare gli artefatti che spesso sorgono a microcanali dovuto gli indici di rifrazione disadattamento tra microchannel strutture e una soluzione acquosa. Questo protocollo utilizza un supporto acrilico per comprimere il dispositivo incapsulato, migliorare l’adesione sia chimicamente e meccanicamente.
Abstract
L’uso di dispositivi microfluidici è emerso come uno strumento decisivo per applicazioni biomediche. Quando combinato con tecniche di microscopia moderne, questi dispositivi possono essere implementati come parte di una robusta piattaforma in grado di effettuare misure simultanee complementari. La sfida principale creata dalla combinazione di queste due tecniche è la mancata corrispondenza in indice di rifrazione tra i materiali tradizionalmente utilizzati per realizzare dispositivi microfluidici e le soluzioni acquose in genere utilizzate nel campo della biomedicina. Questa mancata corrispondenza può creare artefatti ottici vicino ai bordi del canale o un apparecchio. Una soluzione consiste nel ridurre l’indice di rifrazione del materiale utilizzato per fabbricare il dispositivo utilizzando un polimero fluorurato ad esempio MY133-V2000 cui indice di rifrazione è simile a quella dell’acqua (n = 1.33). Qui, la costruzione di un dispositivo microfluidico fatta di MY133-V2000 utilizzando tecniche di litografia soft è dimostrata, mediante O2 plasma in combinazione con un supporto acrilico per aumentare l’adesione tra il dispositivo di MY133-V2000 fabbricato e la substrato di polidimetilsilossano (PDMS). Il dispositivo è quindi testato incubando riempito con terreni di coltura delle cellule per 24 h dimostrare la capacità del dispositivo di mantenere condizioni di coltura delle cellule nel corso di un tipico esperimento di formazione immagine. Infine, microscopia quantitativa (QPM) viene utilizzata per misurare la distribuzione della massa all’interno delle cellule aderenti dal vivo nel microchannel. In questo modo, la maggiore precisione, attivata per fabbricare il dispositivo da un polimero di basso indice di rifrazione come MY133-V2000 sostituiscono materiali tradizionali litografia soft come PDMS, è dimostrata. Nel complesso, questo approccio per la realizzazione di dispositivi microfluidici può essere facilmente integrato in flussi di lavoro esistenti di litografia soft al fine di ridurre gli artefatti ottici e aumentare la precisione di misurazione.
Introduction
Lo sviluppo della tecnologia microfluidica ha permesso una vasta gamma di nuove tecniche biomediche che sfruttano la fisica unici di scala microscopica flussi1,2. Questo include le tecniche diagnostiche costruite su piattaforme di microfluidica che quantificare biomarcatori clinicamente rilevanti, tra cui cella rigidità3, marcatori di superficie4e crescita5. Attraverso la manipolazione di singole cellule, dispositivi microfluidici utilizzabile anche per misurare la eterogeneità di biomarcatore, ad esempio come un indicatore di malignità6. La capacità di combinare applicazioni di microfluidica con microscopia ha aumentato ulteriormente l’utilità di queste piattaforme, consentendo per i dispositivi che misurano i biomarcatori multipli simultaneamente7.
QPM è una tecnica di microscopia che misura lo sfasamento come luce passa attraverso e interagisce con la materia all’interno di campioni trasparenti. La massa delle singole celle può essere calcolata da misurazioni QPM, utilizzando la nota relazione tra l’indice di rifrazione e la densità di biomassa8,9. Il lavoro precedente ha indicato che QPM è in grado di misurare parametri clinicamente rilevanti come cella crescita10,11 e cella proprietà meccaniche tramite disordine forza12. Quando combinato con microfluidica, QPM potenzialmente può essere utilizzato per misurare il comportamento delle cellule in un ambiente altamente controllato in vitro. Una delle sfide principali per combinando QPM con microfluidica è l’alto indice di rifrazione della maggior parte dei polimeri utilizzati per costruire canali microfluidici via litografia soft13.
Una sfida importante la combinazione di microfluidica con varie tecniche di microscopia è la mancata corrispondenza tra l’indice di rifrazione del materiale dispositivo rispetto l’indice di rifrazione dell’acqua14,15. Un metodo per risolvere questo problema è attraverso l’uso di un polimero di basso indice di rifrazione come CYTOP16 o MY133-V200013. Quest’ultimo è un fluorurati ultravioletto (UV)-polimero di acrilato curabile che ha un indice di rifrazione simile all’acqua (n = 1.33) e che è compatibile con le tecniche di litografia soft, consentendo una facile integrazione nel molti affermati microfluidica Workflow di fabbricazione del dispositivo. Questo rende MY133-V2000 adatto non solo per la fabbricazione di dispositivi microfluidici, ma permette anche di essere facilmente combinato con QPM e altri approcci di microscopia, per misurare il comportamento delle cellule sia a Colonia che a livello di singola cellula. MY133-V2000 Elimina artefatti a causa di fase scartare producendo poco, se del caso, spostamento di fase come luce passa attraverso l’interfaccia acqua-MY133.
Anche se eliminando la mancata corrispondenza in indice di rifrazione, una sfida importante connessa con i dispositivi fabbricati da polimeri fluorurati, ad esempio MY133-V2000, è il basso rispetto ad altri materiali come vetro o PDMS. Il lavoro attuale dimostra la realizzazione di un dispositivo di MY133-V2000 microfluidici mediante litografia soft. Usando O2 plasma per trattare la superficie di entrambi il canale e il PDMS substrato combinato con un supporto acrilico personalizzato-fabbricato assicura che il dispositivo aderisce al substrato, creando un canale sigillato. Questo dispositivo è adatto per colture cellulari e QPM per misurare la massa delle cellule nel canale, che ha importanti applicazioni per misurare la crescita di cellule vive e il trasporto intracellulare di biomassa cellulare, entrambi i quali hanno rilevanza clinica nella diagnostica medicina e droga scoperta.
Protocol
Representative Results
Discussion
MY133-V2000 può essere utilizzato come alternativa ai materiali di fabbricazione tradizionali litografia soft come PDMS. Il lavoro precedente ha indicato che materiali con un alto indice di rifrazione, come ad esempio PDMS, introducano artefatti significativi nei pressi delle mura di canale a causa del disadattamento indici di rifrazione tra il materiale di fabbricazione e la soluzione acquosa all’interno del canale 13. MY133-V2000 Abilita la corrispondenza l’indice di rifrazione del dispositivo …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dall’Università dello Utah, ufficio del Vice Presidente per la ricerca, così come dai fondi in combinazione con concedere P30 CA042014 premiato il Huntsman Cancer Institute e al programma CRR del Huntsman Cancer Institute.
Materials
| MY133-V2000 | MY Polymers | MY133-V2000 | |
| Sylgard 184 | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | |
| Fisher Premium microscope slides | Fisher Scientific | 12-544-4 | |
| .118"(3.0mm) x 12" x 12" Acrylic Sheet | United States Plastic Corp | 44290 | |
| .060"(1.5mm) x 12" x 12" Acrylic Sheet | United States Plastic Corp | 44200 | |
| SCIGRIP 3 Very Fast Set Acrylic Cement | United States Plastic Corp | 45735 | |
| Standard Aluminum Foil (.6 mm thick) | VWR | 89107-726 | |
| Kim Wipes | Fisher Scientific | 06-666 | |
| Insta-Cure+ Super Glue | Bob Smith Industries | BSI-109 | |
| 1/8" PVC tubing | McMaster Carr | 5231K55 | |
| McCormick Food Coloring | Target | 13353207 | |
| X-Acto #1 Precision Knife | X-Acto | X3201 | |
| X-Acto #18 Heavyweight wood chiseling blade | X-Acto | X218 | |
| VWR Razor Blades | VWR | 55411-055 | |
| Surface Treated Cell Culture Dishes | Fisher Scientific | FBO12922 | |
| Fibronectin Human Plasma | Sigma-Aldritch | F0895-1MG | |
| Trypsin-EDTA 10x | Fisher Scientific | 15-400-054 | |
| Corning Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Fisher Scientific | MT21030CM | |
| Gibco Penicillin-Streptomycin | Fisher Scientific | 15-140-148 | |
| HyClone Nonessential Amino Acids 100x | Fisher Scientific | SH3023801 | |
| Fetal Bovine Serum | Omega Scientific | FB-12 | |
| Corning DMEM with L-glutamine and glucose | Fisher Scientific | MT10013CV | |
| Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane | Sigma-Aldritch | 448931 | Reacts violently with water |
| Ethanol, 200 proof Decon Labs | Fisher Scientific | 04-355-223 | |
| Acetone | Fisher Scientific | A18P-4 | |
| Bel-Art 42025 Plastic Dessicator | Cole-Parmer | EW-06514-30 | |
| Epilog Fusion Laser Cutter, 120 W | Epilog Laser | Epilog Fusion M2 32 Laser | |
| Isotemp Stirring Hotplate | Fisher Scientific | SP88850200 | |
| Ateco 14111 1.5 inch stainless steel cutter | Ateco | 14111 | |
| Pyrex Glass Cell Culture Dish | Fisher Scientific | 08-747B | |
| Radio Frequency Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | Used with Oxygen gas |
| Black Hole Laboratories Digivac | Black Hole Laboratories | Model 215 | |
| Intelli-Ray Ultraviolet Oven | Uvitron | UVO338 | |
| Compact Spin Coater | MTI Corporation | VTC-100A | |
| Fisher Brand Isotemp Oven | Fisher Scientific | 15-103-0510 | Forced Air Convection |
| Gilson Positive Displacement Pipette P1000 | Fisher Scientific | FD10006G | |
| HeraCell VIOS 160i | Fisher Scientific | 13 998 212PM |
Referenzen
- Zare, R. N., Kim, S. Microfluidic platforms for single-cell analysis. Annual Review Biomedical Engineering. 12, 187-201 (2010).
- Neuzi, P., Giselbrecht, S., Lange, K., Huang, T. J., Manz, A. Revisiting lab-on-a-chip technology for drug discovery. Nature Reviews Drug Discovery. 11 (8), 620-632 (2012).
- Xu, W., et al. Cell stiffness is a biomarker of the metastatic potential of ovarian cancer cells. PLoS ONE. 7 (10), 46609 (2012).
- Karakas, H. E., et al. A microfluidic chip for screening individual cancer cells via eavesdropping on autophagy-inducing crosstalk in the stroma niche. Scientific Reports. 7 (1), 2050 (2017).
- DeBerardinis, R. J., Lum, J. J., Hatzivassiliou, G., Thompson, C. B. The biology of cancer: metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation. Cell Metabolism. 7 (1), 11-20 (2008).
- Yin, H., Marshall, D. Microfluidics for single cell analysis. Current Opinion in Biotechnology. 23 (1), 110-119 (2012).
- Kemper, B., et al. Monitoring of laser micromanipulated optically trapped cells by digital holographic microscopy. Journal of Biophotonics. 3 (7), 425-431 (2010).
- Barer, R. Interference micorscopy and mass determination. Nature. 169 (4296), 366-367 (1952).
- Zangle, T. A., Teitell, M. A. Live-cell mass profiling: an emerging approach in quantitative biophysics. Nature Methods. 11 (12), 1221-1228 (2014).
- Chun, J., et al. Rapidly quantifying drug sensitivity of dispersed and clumped breast cancer cells by mass profiling. Analyst. 137 (23), 5495-5498 (2012).
- Reed, J., et al. Live cell interferometry reveals cellular dynamism during force propagation. Acs Nano. 2 (5), 841-846 (2011).
- Eldridge, W. J., Steelman, Z. A., Loomis, B., Wax, A. Optical Phase Measurements of Disorder Strength Link Microstructure to Cell Stiffness. Biophysical Journal. 112 (4), 692-702 (2017).
- Kim, D. N. H., Kim, K. T., Kim, C., Teitell, M. A., Zangle, T. A. Soft lithography fabrication of index-matched microfluidic devices for reducing artifacts in fluorescence and quantitative phase imaging. Microfluidics and Nanofluidics. 22 (1), 11 (2018).
- Byron, M. L., Variano, E. A. Refractive-index-matched hydrogel materials for measuring flow-structure interactions. Experiments in Fluids. 54 (2), 6 (2013).
- Ogawa, T., Hanada, Y. Microfabrication of the UV transparent polymer CYTOP using a conventional pulsed green laser. Applied Physics a-Materials Science & Processing. 122 (3), 6 (2016).
- Hanada, Y., Ogawa, T., Koike, K., Sugioka, K. Making the invisible visible: a microfluidic chip using a low refractive index polymer. Lab on a Chip. 16 (13), 2481-2486 (2016).
- Zangle, T. A., Burnes, D., Mathis, C., Witte, O. N., Teitell, M. A. Quantifying biomass changes of single CD8+ T cells during antigen specific cytotoxicity. PLoS One. 8 (7), 68916 (2013).
- Huang, D., et al. High Speed Live Cell Interferometry: A New Method for Rapidly Quantifying Tumor Drug Resistance and Heterogeneity. Analytical Chemistry. 90 (5), 3299-3306 (2018).
- Mir, M., Bergamaschi, A., Katzenellenbogen, B. S., Popescu, G. Highly sensitive quantitative imaging for monitoring single cancer cell growth kinetics and drug response. PLoS ONE. 9 (2), 89000 (2014).
