ייצור של התקנים השבירה-אינדקס-מתאימים עבור מיקרופלואידיקה ביו
Summary
פרוטוקול זה מתאר את הזיוף של התקנים microfluidic מ- MY133-V2000 כדי לסלק חפצים שעולות לעתים קרובות microchannels עקב המדדים השבירה המאולתר בין מבנים microchannel של תמיסה מימית. פרוטוקול זה משתמש של מחזיק אקרילי כדי לדחוס את המכשיר שעברו אנקפסולציה, שיפור הדבקות הן מבחינה כימית והן מבחינה מכנית.
Abstract
השימוש בהתקנים microfluidic התפתחה ככלי המעצב ביו יישומים. בשילוב עם טכניקות במיקרוסקופ מודרני, התקנים אלה ניתן ליישם כחלק פלטפורמה חזקה מסוגל לבצע מדידות משלימות בו זמנית. האתגר העיקרי נוצר על ידי השילוב של שתי טכניקות אלה הוא ההתאמה של שבירה בין החומרים אשר השתמשו בהם באופן מסורתי כדי להפוך התקנים microfluidic הפתרונות מימית המשמש בדרך כלל וההתערבות. חוסר ההתאמה הזה יכול ליצור חפצים אופטי סמוך לקצות ערוץ או התקן. פתרון אחד הוא כדי להפחית את מקדם שבירה של חומר המשמש לפברק את המכשיר באמצעות פולימר fluorinated כגון MY133-V2000 השבירה שלו דומה לזו של מים (n = 1.33). כאן, הבנייה של מכשיר microfluidic עשוי MY133-V2000 באמצעות טכניקות הדפס אבן רכה זה הפגינו, באמצעות פלזמה2 O בשיתוף עם מחזיק אקרילי כדי להגדיל את הידבקות בין המכשיר MY133-V2000 המציא את המצע polydimethylsiloxane (PDMS). המכשיר לאחר מכן נבדק על ידי המקננת אותו, מלא תא מדיה תרבות במשך 24 שעות ביממה להפגין את היכולת של המכשיר כדי לשמור על תנאים התרבות התא במהלך ניסוי הדמיה טיפוסי. לבסוף, מיקרוסקופיה שלב כמותית (אולאנזפין) משמש כדי למדוד את התפלגות מסה בתוך התאים חסיד חי microchannel. בדרך זו, דיוק מוגבר, מופעל על-ידי בדיית על המכשיר פולימר אינדקס השבירה נמוך כגון MY133-V2000 במקום בחומרים מסורתיים ליתוגרפיה רך כגון PDMS, הוא הפגין. באופן כללי, גישה זו עבור בדיית microfluidic התקנים שניתן בקלות לשלב בתהליכי עבודה קיימים ליתוגרפיה רך על מנת להפחית לכלוכים אופטי, להגביר את הדיוק מדידה.
Introduction
התפתחות הטכנולוגיה microfluidic אפשרה מגוון רחב של טכניקות חדשות ביו המנצלים את פיזיקה ייחודי של תזרימי מיקרוסקופיים בקנה מידה1,2. זה כולל את טכניקות אבחון בנוי על פלטפורמות microfluidic אשר לכמת הרלוונטית קלינית סמנים ביולוגיים, לרבות תא נוקשות3, סמני פני שטח4הצמיחה5. על-ידי מניפולציה תאים בודדים, התקנים microfluidic יכול לשמש גם כדי למדוד את סמן הטרוגניות, לדוגמה כמחוון של ממאירות6. ביכולת לשלב בין microfluidic יישומים עם מיקרוסקופ יש הגבירו את התועלת של פלטפורמות אלה על-ידי התרת התקנים המודדים סמנים ביולוגיים מרובים בו זמנית7.
אולאנזפין היא טכניקה מיקרוסקופית המודד את המופע. ההתחלתי, כאשר אור עובר דרך אינטראקציה עם החומר בתוך דגימות שקוף. ניתן לחשב את המסה של תאים בודדים מתוך מדידות אולאנזפין, באמצעות הקשר הידוע בין מקדם שבירה של ביומסה צפיפות8,9. עבודה קודמים הראו כי אולאנזפין הוא מסוגל מדידת פרמטרים הרלוונטית קלינית כגון תא הצמיחה10,11 ו תא תכונות מכניות דרך ההפרעה כוח12. בשילוב עם מיקרופלואידיקה, אולאנזפין פוטנציאלי ניתן למדוד בהתנהגות התא הסביבה מבוקרת מאוד במבחנה. אחד האתגרים העיקריים שילוב אולאנזפין עם מיקרופלואידיקה הוא השבירה הגבוה במדד של פולימרים רוב נעשה שימוש כדי לבנות את ערוצי microfluidic באמצעות הדפס אבן רכה13.
מהווה אתגר חשוב מול השילוב של מיקרופלואידיקה עם טכניקות שונות של מיקרוסקופ הוא ההתאמה בין מקדם שבירה של החומר המכשיר יחסית מקדם שבירה של מים14,15. שיטה אחת לכתובת זו היא באמצעות פולימר מקדם שבירה נמוך כגון CYTOP16 או MY133-V200013. האחרון הוא fluorinated אולטרה סגול (UV)-פולימר אקרילט לריפוי זה בעל אינדקס השבירה דומה למים (n = 1.33) וזה תואם עם טכניקות הדפס אבן רכה, המאפשר שילוב חלקה לתוך microfluidic הוקמה רבים זרימות עבודה ייצור המכשיר. זה גורם MY133-V2000 מתאים לא רק ייצור ההתקן microfluidic, אך גם מאפשר לו בקלות לשלב עם אולאנזפין וגישות אחרות מיקרוסקופ, למדוד בהתנהגות התא-המושבה והן בקנה מידה תא בודד. MY133-V2000 מבטלת חפצים עקב שלב הסרת העטיפה על ידי ייצור ההתחלתי קצת, אם בכלל, כמו אור שעובר דרך הממשק מים-MY133.
למרות ביטול של התאמה שבירה, אחד האתגרים הגדולים הקשורים עם המכשירים מפוברק של פולימרים fluorinated, כגון MY133-V2000, הוא הדבקות חומרים אחרים כגון זכוכית או PDMS נמוכה. העבודה הנוכחית ממחישה את ייצור של מכשיר microfluidic MY133-V2000 באמצעות הדפס אבן רכה. שימוש פלזמה2 O לטיפול השטח של הערוץ והן את PDMS המצע בשילוב עם מחזיק אקרילי אישית מפוברק מבטיח כי המכשיר דבקה המצע, יצירת ערוץ אטום. מכשיר זה הינו מתאים תרבית תאים, אולאנזפין כדי למדוד את המסה של התאים לערוץ שבו יש יישומים חשובים מודדים את הצמיחה של תאים חיים, התעבורה תאיים של ביומסה התא, אשר שניהם יש הרלוונטיות הקלינית אבחון גילוי תרופות וסמים.
Protocol
Representative Results
Discussion
MY133-V2000 יכול לשמש כחלופה ליתוגרפיה רך מסורתי ייצור חומרים כגון PDMS. העבודות הקודמות הראו כי חומרים עם גבוהה אינדקס השבירה, כגון PDMS, להציג ממצאים משמעותיים ליד ערוץ חומות עקב השבירה של מדדי המאולתר בין החומר ייצור של תמיסה מימית בתוך הערוץ 13. MY133-V2000 מאפשרת התאמת את מקדם שבירה של ה?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי אוניברסיטת יוטה משרד סגן הנשיא למחקר, כמו גם על ידי קרנות בשיתוף עם גרנט CA042014 P30 זכה מכון הסרטן האנטסמן, התוכנית CRR במכון הסרטן הצייד.
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).
