Plasma Lithography Oberflächenstrukturierung für die Erzeugung von Cell Networks
Summary
Ein vielseitiges Plasma Lithographie wurde entwickelt, um stabile Oberfläche Muster zur Führung Anheftung der Zellen zu generieren. Diese Technik kann angewendet Cell Networks einschließlich derer, die natürlichen Geweben zu imitieren und hat für das Studium mehrere, unterschiedliche Zelltypen verwendet worden zu erstellen.
Abstract
Systematische Manipulation einer Zelle Mikroumgebung mit mikro-und nanoskaliger Auflösung wird häufig für die Entschlüsselung verschiedener zellulärer und molekularer Phänomene erforderlich. Um dieser Anforderung haben wir einen Plasma-Lithographie, die zellulären Mikroumgebung durch die Schaffung einer strukturierten Oberfläche mit Strukturgrößen im Bereich von 100 nm bis in den Millimeterbereich zu manipulieren entwickelt. Das Ziel dieser Technik ist in der Lage sein zu lernen, in einer kontrollierten Art und Weise, das Verhalten einzelner Zellen als auch für Gruppen von Zellen und ihrer Wechselwirkungen.
Dieses Plasma-Lithographie-Verfahren basiert auf selektiven Modifizierung der Oberflächenchemie auf einem Substrat durch Abschirmung der Kontakt der Niedertemperatur-Plasma mit einer physischen Form basiert. Diese selektive Abschirmung hinterlässt eine chemische Muster, Zelladhäsion und Bewegung führen kann. Dieses Muster oder Oberflächen-Templates können dann verwendet, um Netzwerke von Zellen, deren Struktur, die in der Natur nachzuahmen und erzeugt einen kontrollierbaren Umfeld für experimentelle Untersuchungen zu erstellen. Die Technik ist gut für das Studium biologisches Phänomen geeignet, da sie stabile Oberfläche Muster produziert auf transparente polymere Substrate in eine biokompatible Weise. Die Oberfläche Muster letzten Wochen und Monate und kann somit Guide Interaktion mit Zellen über lange Zeiträume, die das Studium der langfristigen zelluläre Prozesse, wie die Differenzierung und Anpassung erleichtert. Die Modifizierung der Oberfläche ist in erster Linie chemischer Natur und somit nicht vorstellen topografischen oder physische Störungen für die Interpretation der Ergebnisse. Darüber hinaus beinhaltet keine aggressiven oder giftigen Substanzen zu Strukturierung zu erreichen und ist für die Zellkultur kompatibel. Darüber hinaus kann es angewandt, um verschiedene Arten von polymeren Substraten, die durch die Fähigkeit, ihre Eigenschaften stimmen ideal für sich und werden häufig in biologischen Anwendungen zu ändern. Die erzielbare Auflösung ist auch von Vorteil, als Isolierung spezifischer Prozesse wie Migration, Adhäsion oder Bindung kann für diskrete, klar Beobachtungen an den einzelnen zu mehrzelligen Ebene.
Diese Methode wurde verwendet, um unterschiedliche Netzwerke verschiedener Zelltypen für Untersuchungen mit Migrations-, Signal-, Gewebe-Bildung und das Verhalten und die Interaktionen von Neuronen angeklagt in einem Netzwerk zu bilden.
Protocol
Discussion
Die Zelle Untersuchung hier vorgestellte Methode ermöglicht die Erstellung von komplexen Mustern von mehrzelligen Netzwerken, die biologischen Strukturen imitieren sowie eine Methode, um Reize, die subzelluläre in der Natur, die dann erleichtert Untersuchungen beider gruppiert das Verhalten der Zelle und Single-Zell-Reaktionen auf Umwelteinflüsse sind zu produzieren. Die Anwendung dieser Methode ist einfach, aber robust, wie es schnell mit geringen Kosten Geräte im selben Labor wie der Zellkultur durchgeführt werden. Es ist auch stark Zelle empfindlich, ermöglicht eine einfache Beobachtung der resultierenden Verhalten und ist von Natur aus stabil über lange Zeiträume, die Untersuchung der langfristigen Verhalten der Zelle ermöglicht. Es ermöglicht zudem ein breites Spektrum von Experimenten durchgeführt, wie es mit vielen Zelltypen und können beliebige Muster zu erstellen. Die langfristige Stabilität der Technik ergibt sich aus der Tatsache, dass die Funktionalisierung der Oberfläche durch das Plasma vermittelt ein Teil der Oberfläche ist und nicht eine Beschichtung oder andere Schicht, die entfernt oder abgebaut werden kann. Wenn unter flüssigem gehalten wird, kann diese Art der Modifikation behält seine Zelle führen Fähigkeit für Monate.
Der wichtigste Teil des Experiments notwendig, um aussagekräftige Ergebnisse zu gewährleisten, ist die Erstellung der Master-Muster, die letztlich für die Zell-Führung genutzt werden. Wenn dieses Muster ist nicht richtig entwickelt, werden die Zellen nicht angemessen, um das Muster zu reagieren und können keine brauchbaren Verhalten. Parameter wie Linienbreite, Muster Abstand, und andere können einen großen Einfluss auf die Zelle Kompatibilität mit einem bestimmten Muster, und in der Regel eine Reihe solcher Parameter kann über die erste Photomaske Bildschirm für die am besten geeignete Design erstellt werden.
Andere wichtige Parameter in Bezug auf out Strukturierung Durchführung gehören Formenbau, die Aufrechterhaltung einer staubfreien Umgebung, Zell-Aussaat und allgemeine Sterilität der Zellkultur. Mold Schöpfung kann durch die verschiedenen Schritte, die Übertragung verpflichtet, für die wiederholte PDMS Ablegen einer Epoxy Form erlauben, sind erfolgen. Die Epoxy-Form entsteht, weil es nicht auf die gleiche Weise abgebaut wird als widerstehen Form mit kleinen, Strukturen mit großem Seitenverhältnis unter wiederholter Gießen. Wenn der Transfer Moulding korrekt erfolgt ist, werden die Abmessungen und die Ausbeute nicht betroffen, aber wenn sie falsch wie durch schlecht Entgasung, unvollständige Härtung, oder übermäßige Erwärmung getan, Blasen, Unebenheiten und Verformungen eines Musters kann auftreten, wirkt sich das Endergebnis. In Bezug auf die Aufrechterhaltung einer staubfreien Umgebung, müssen die Formen so sauber wie möglich gehalten werden, wie Staub mit den richtigen Kontakt zwischen der Arbeiterklasse PDMS Form und die Oberfläche und damit richtigen Plasma-Abschirmung und chemische Strukturierung stören können. Die Aussaat Dichte der Zellen muss auch optimiert, um sicherzustellen, dass weder zu wenige oder zu viele Zellen das Muster Gebiet bewohnen und Sterilität muss beibehalten werden, um Bakterien und andere Verunreinigungen der Zellen verwendet zu vermeiden.
Die Technik kann auch mit anderen Elementen wie Mikrofluidik, Mikroelektroden und mechanische Sonden eingebaut werden. Dies sorgt für zusätzliche Reize zu den Zellen, um besser zu replizieren verschiedenen physiologischen Bedingungen während der Experimente und die zukünftige Arbeit basiert auf der Untersuchung der Auswirkungen dieser Kombinationen konzentriert
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| Plasma Cleaner And Vacuum Chamber | Harrick Plasma | PDC-001 | |
| Inverted fluorescence and phase contrast microscope | Nikon | TE2000-U | |
| Microscope stage top incubator | AmScope | Model TCS-100 | Modified to include an enclosure that supplies an appropriate atmosphere |
| Polystyrene Petri dish | VWR | 25384-090 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| Epoxy | Devcon | 2 ton clear epoxy #14310 | |
| Cell culture media | Various | Media follows standard formulations for cell type | |
| Retinoic acid | Sigma | R2625 |
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