تصنيع الأجهزة المتطابقة من مؤشر الانكسار للطب الحيوي ميكروفلويديكس
Summary
ويصف هذا البروتوكول تصنيع أجهزة موائع جزيئية من MY133-V2000 للقضاء على القطع الأثرية التي غالباً ما تنشأ في ميكروتشانيلس بسبب الانكسار mismatching بين هياكل microchannel ومحلول مائي. يستخدم هذا البروتوكول حامل اكريليك لضغط الجهاز مغلفة، تحسين الالتصاق كيميائيا وميكانيكيا على حد سواء.
Abstract
باستخدام أجهزة موائع جزيئية برز كأداة حاسمة للتطبيقات الطبية الحيوية. عندما يتم دمجها مع تقنيات الفحص المجهري الحديثة، يمكن تنفيذ هذه الأجهزة كجزء من منصة قوية قادرة على إجراء قياسات مكملة متزامنة. أن التحدي الأساسي الذي تم إنشاؤها بواسطة المزيج من هذه الأساليب اثنين هو عدم التطابق في الانكسار بين المواد المستخدمة تقليديا لجعل أجهزة موائع جزيئية والمحاليل التي عادة ما تستخدم في الطب الحيوي. يمكن إنشاء عدم التطابق هذا التحف الضوئية قرب حواف القناة أو الجهاز. حل واحد هو الحد من الانكسار للمواد المستخدمة لاختلاق الجهاز باستخدام بوليمر مفلورة مثل MY133-V2000 الانكسار الذي مماثل للمياه (n = 1.33). هنا، هو أثبت بناء جهاز موائع جزيئية مصنوعة من MY133-V2000 باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية الناعمة، استخدام البلازما2 س بالاقتران مع حائز اكريليك زيادة الالتصاق بين الجهاز MY133-V2000 ملفقة الركيزة بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS). ثم يتم اختبار الجهاز بحضانة أنها مليئة بخلية ثقافة وسائل الإعلام ح 24 لإثبات قدرة الجهاز على الحفاظ على ظروف ثقافة الخلية أثناء تجربة التصوير نموذجية. أخيرا، يستخدم لقياس توزيع كتلة داخل الخلايا الحية ملتصقة في microchannel المرحلة كمية مجهرية (كناية). بهذه الطريقة، وزيادة الدقة، مكنت بتلفيق الجهاز من بوليمر انخفاض مؤشر إنكسار مثل MY133-V2000 بدلاً من مواد الطباعة الحجرية الناعمة التقليدية مثل PDMS، يتجلى. وعموما، هذا النهج لاختلاق أجهزة موائع جزيئية يمكن سهولة إدماج مهام سير عمل الطباعة الحجرية الناعمة القائمة بغية الحد من الآثار البصرية وزيادة دقة القياس.
Introduction
وقد مكن تطوير تكنولوجيا موائع جزيئية طائفة واسعة من التقنيات الطبية الجديدة هذا النفوذ في الفيزياء فريدة من نوعها لتدفقات مجهرية الحجم1،2. وهذا يشمل تقنيات التشخيص التي بنيت على منصات موائع جزيئية أن قياس المؤشرات الحيوية ذات الصلة سريرياً، بما في ذلك الخلية صلابة3وعلامات سطح4النمو5. عن طريق التلاعب في الخلايا المفردة، يمكن أيضا استخدام أجهزة موائع جزيئية لقياس التباين العلامات البيولوجية، على سبيل المثال كمؤشر للورم الخبيث6. القدرة على الجمع بين التطبيقات موائع جزيئية مع الفحص المجهري زاد فائدة هذه المنصات بالسماح للأجهزة التي تقيس المؤشرات الحيوية متعددة في وقت واحد7.
كناية هو أسلوب الفحص المجهري أن التدابير في مرحلة التحول حيث يمر الضوء ويتفاعل مع هذه المسألة داخل عينات شفافة. ويمكن حساب كتلة الخلايا المفردة من قياسات كناية، باستخدام العلاقة المعروفة بين الانكسار و8،كثافة الكتلة الحيوية9. الأعمال السابقة أظهرت أن كناية قادرة على قياس البارامترات ذات الصلة سريرياً مثل الخلية النمو10،11 وخلية الخصائص الميكانيكية عن طريق اضطراب قوة12. عندما يتم دمجها مع ميكروفلويديكس، يمكن استخدام كناية يحتمل أن تكون قياس سلوك الخلية في بيئة شديدة تسيطر عليها في المختبر. واحدة من التحديات الرئيسية التي تواجه الجمع كناية ميكروفلويديكس هو الانكسار عالية لمعظم البوليمرات المستخدمة لبناء قنوات موائع جزيئية عن طريق الطباعة الحجرية الناعمة13.
تحديا هاما يواجه مجموعة ميكروفلويديكس مع تقنيات مختلفة للفحص المجهري هو عدم التطابق بين الانكسار للمواد الجهاز بالنسبة للانكسار الماء14،15. أسلوب واحد لمعالجة هذه المسألة من خلال استخدام بوليمر إنكسار منخفضة مثل سيتوب16 أو MY133-V200013. هذا الأخير مفلورة الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية)-بوليمر acrylate الشفاء له إنكسار مماثلة للمياه (n = 1.33) ومتوافق مع تقنيات الطباعة الحجرية الناعمة، مما يسمح لاندماج سلس في موائع جزيئية أنشئت العديد من مهام سير العمل في تصنيع الجهاز. هذا يجعل MY133 V2000 ليس فقط مناسبة لتصنيع جهاز موائع جزيئية، ولكن أيضا يسمح لها بسهولة الجمع كناية وغيرها من النهج مجهرية، قياس سلوك الخلية في المستعمرة وحجم خلية واحدة على حد سواء. MY133-V2000 يزيل التحف نظراً لمرحلة إزالة التغليف بإنتاج القليل، أن وجد، مرحلة التحول يمر الضوء من خلال واجهة MY133 المياه.
على الرغم من أن القضاء على عدم التكافؤ في الانكسار، هو أحد التحديات الكبرى المرتبطة بالأجهزة المصنعة من بوليمرات المفلورة، مثل MY133-V2000، على انضمام منخفضة إلى مواد أخرى مثل الزجاج أو PDMS. يوضح هذا العمل تصنيع جهاز موائع جزيئية MY133-V2000 باستخدام الطباعة الحجرية الناعمة. ويضمن الركازة جنبا إلى جنب مع حامل اكريليك ملفقة مخصص استخدام البلازما2 س لعلاج سطح القناة و PDMS أن الجهاز تتمسك بالركيزة، إنشاء قناة مختومة. هذا الجهاز مناسب لزراعة الخلايا وكناية لقياس كتلة الخلايا في القناة، والتي لها تطبيقات هامة لقياس نمو الخلايا الحية والنقل داخل الخلية لخلية الكتلة الحيوية، وكلاهما له أهمية سريرية في التشخيص اكتشاف الأدوية والعقاقير.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكن استخدامها كبديل لمواد تصنيع الطباعة الحجرية الناعمة التقليدية مثل PDMS MY133 V2000. العمل السابقة قد أظهرت أن المواد مع مؤشر إنكسار عالية، مثل PDMS، عرض القطع الأثرية الهامة قرب جدران القناة بسبب مؤشرات الانكسار mismatching بين مواد تصنيع ومحلول مائي داخل القناة 13-MY133-V2000 يتيح مطابقة ا…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل جامعة يوتا مكتب نائب الرئيس للبحوث، وكذلك الأموال بالتزامن مع منح CA042014 P30 منح معهد السرطان هنتسمان والبرنامج CRR هنتسمان معهد السرطان.
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 |
References
- 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).
