Die Finanzierung wurde von der Wisconsin Institute of Discovery zur Verfügung gestellt.

In diesem Bericht zeigen wir eine Flüssigkeit Lieferung Methode, die kleinen Tröpfchen Oberflächenspannung verwendet, um eine gewünschte Lautstärke durch einen mikrofluidischen Kanal zu pumpen, um eine Reihe von verschiedenen flüssigen Phänomene zu erreichen. Zum Beispiel kann der Benutzer wünschen, eine einzige Flüssigkeit so schnell fließen wie möglich, oder liefern mehrere Fluide in rascher Folge auf bestimmte Fluidik-Muster zu erstellen. Um dies zu tun, muss der Anwender zunächst eine Anwendung in einer mikrofluidischen Vorrichtung gebaut. Die microflluidic Gerät muss nicht geklebt werden, sollte aber aus einem hydrophilen Material hergestellt werden. Therfore, kann das Verfahren mit fast jedem Mikrofluidikvorrichtung genutzt werden, mit der Leistung weitgehend bedingt durch die geometrischen Randbedingungen des mikrofluidischen Kanal. Um zu navigieren die geometrische Einschränkungen dieser Methode, eine Einführung in die relevanten numerischen Analyse wird zunächst vorgestellt. <ol><li> Analytische Methoden: Nach dem Laplace Gesetz und die Washburn Law [1], kann man die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb eines mikrofluidischen Kanal, um seine Abmessungen und die Eigenschaften der strömenden Flüssigkeit, wie in Gleichung gesehen (1) beziehen, <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn1.png" alt="Gleichung 1" /> (1) wo Δ P die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und der Auslass ist, γ der Flüssigkeit Oberflächenspannung ist, ist R Einlass Tropfenradius, Q die Flussrate und K ist der fluidische Widerstand als durch Gleichung (2) beschrieben, <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn2.png" alt="Gleichung 2" /> (2) wo η die Viskosität der Flüssigkeit ist, L 0 die Kanallänge ist, h die Kanalhöhe ist, ist w die Kanalbreite, λ = w / h und g (λ) = 1,5, wenn λ&gt; 4,45 oder <img src="/files/ftp_upload/1329/g_lambd.png" alt="Symbol 6" /> wenn λ &lt;4,45. Setzt man Gleichung (2) in Gleichung (1), immer vorausgesetzt, daß h &lt;w und Auflösen nach Q, eine Gleichung (3) erhält, (3) <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn3.png" alt="Gleichung 3" /> Die gleiche Analyse kann für die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in einem Kanal durch das Wissen, was getan werden Q = VA, wobei V die Flüssigkeit durchschnittliche Geschwindigkeit und A die Querschnittsfläche oder hw. Wenn wir diese in Gleichung (3) Sie kommen mit Gleichung (4), (4) <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn4.png" alt="Gleichung 4" /> Eine wichtige mechanische Konzept, das häufig in mikrofluidischen Biologie angewendet wird, ist Schubspannung, die Rate und Geschwindigkeit durch Gleichung (5) fließen bezieht, (5) <img src="/files/ftp_upload/1329/eqn5.png" alt="Gleichung 5" /> Die Kenntnis der Beziehung zwischen Durchfluss, Geschwindigkeit und ihrer körperlichen Auswirkungen als eine Funktion der Kanal Abmessungen und Eigenschaften der Flüssigkeit ist entscheidend bei der Gestaltung einer mikrofluidischen Vorrichtung für einen bestimmten Zweck. Sobald ein Gerät erstellt wurde, muss der Benutzer dann kalibrieren Flüssigkeitsabgabesystem, um die gewünschte Fließverhalten innerhalb des Gerätes zu erreichen. </li><li> Schritte zur Einrichtung und Kalibrierung Delivery System: <ol><li> Erstellen Mikrofluidikvorrichtung via Soft-Lithographie mit Polydimethylsiloxan (PDMS, Sylgard 184, Dow Corning) [2]. Es gibt eine Reihe JoVE Artikel, die Methoden zu veranschaulichen für die Herstellung PDMS mikrofluidischen Bauteilen [5]. Für diese Demonstration haben wir eine einfache geraden Kanal gewählt, mit folgenden Dimensionen: 2,2 mm Breite, 10 mm Länge und 260um Höhe. Die Ein-und Auslass Durchmesser 1,8 mm und 5,1 mm (Abbildung 1). Reversibel befestigen PDMS Gerät Objektträger, indem Sie sie auf einen Objektträger aus Glas (oder ein anderes geeignetes Substrat) und Auspressen Luftblasen [5]. Eine reversible Bindung kann das Gerät werden mehrere Male wieder verwendet werden. Das Verfahren kann auch mit fest gebundenen Geräten verwendet werden, aber es ist nicht erforderlich. </li><li> Fill-Gerät mit Flüssigkeit. Die hydrophobe Natur von PDMS und den hydrophilen Charakter des Glases helfen verschieben Sie einen Tropfen, der am Eingang steht, oder Steckdose, in den Kanal. Wenn die Tropfen Flüssigkeit nicht will, in den Kanal selbst oder, wenn Blasen bewegen in den Kanal zu gehen, kann der Benutzer einen Tropfen Flüssigkeit am Eingang oder Ausgang gesetzt, und die Verwendung einer Pipette auf der gegenüberliegenden Seite, um die Flüssigkeit saugen durch den Kanal. Eine weitere Methode zur Unterstützung der Flüssigkeit zu bewegen in den Kanal ist durch die Trennung der PDMS-Gerät aus dem Glasträger und schonend reinigen PDMS-Gerät und den Objektträger mit Ethanol. Dies schaltet auf den PDMS und dem Glasträger ihre hydrophoben und hydrophilen Natur verbunden, die mit der Zeit und nutzen gewesen sein mag geschwächt haben. </li><li> Nach dem Befüllen Gerät mit Flüssigkeit, einen kleinen Tropfen auf der Einlass-und ein bigger auf der Auslassseite fallen. Stellen Sie sicher, passive Pumpen ist durch die Beobachtung der kleinen Tropfen am Einlass Zusammenbruch und Beobachten Strömung in Richtung des Auslasses passiert. Wieder stellen Sie sicher, es gibt keine Luftblasen im Inneren des Kanals. </li><li> Mit The Lee Company [3] VHS Mikrodosierung Starthilfe, zusammen ein oder mehrere Ventile (Ventil-Setup in Abbildung 2), bestehend aus dem Lee VHS M / 2 24 Volt Ventil, ein 0,062 MINSTAC Düsen mit Nennweite von 0,0100 &quot;, die Lee 0,062 Minstac zu Soft Tube Adapter, der Lee Spike and Hold-Treiber (für Benutzer steuern, nicht gezeigt) und den Lead Wire Versammlung (Anschluss des Ventils an der Spike and Hold-Treiber, nicht gezeigt). </li><li> Eine einfache Möglichkeit, die Ventile halten wird durch die Verwendung des Bioscience-Tools Miniatur-Halter (Abb. 2) [4]. Diese bieten eine Möglichkeit, genau zielen und halten Sie das Ventil an einer bestimmten Stelle während der Experimente durch Verkleben des Ventils an einem Ende des Inhabers und mit einem magnetischen Sockel (nicht dargestellt) auf der anderen Seite. </li><li> Machen Sie ein Reservoir-System, ein paar Meter über dem PDMS Mikrofluidikvorrichtung (in unserem Fall haben wir genutzt ¾ Unzen Spritzen offen für die Umgebungstemperatur, siehe Abbildung 2) platziert werden. Der Stausee bietet eine Förderhöhe zu den Düsen-Laufwerk, wobei der Druck proportional zur Höhe des Reservoirs. Alternativ kann die Düse Ventile können durch eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Mitteln (dh komprimiertes Gas) unter Druck gesetzt werden. Bringen Sie eine Spritze Nadel auf die Spritze. Ein typisches Spritzennadel wird einfach in 1,14 mm Innendurchmesser Schlauch befestigen. Die 1,14 mm Schlauch wird dann einfach in 1,58 mm (1 / 16 &quot;) Innendurchmesser Schlauch, der dann selbst eine Verbindung mit dem&quot; Soft Tube Adapter &quot;des Ventils befestigen. Um ein Auslaufen von Flüssigkeit in die 1,14 mm bis 1,58 mm Schlauchanschluss, kann man PDMS als Dichtstoff verwenden. Nun, da gibt es eine Linie zwischen der Kanüle und der Lee Co. Ventil, füllen Spritze Behälter mit Flüssigkeit. Eine zusätzliche Spritze und einem Ventil verwendet werden, um in den Spülvorgang (dargestellt, aber nicht in Abbildung 2 markiert) zu helfen. Legen Sie einen Magneten an der Seite des Ventils, das ist, wie sich diese Ventile gereinigt werden (sie sind in der Regel Magnetventile geschlossen), und beobachten Flüssigkeit zu fließen beginnen aus dem Reservoir durch das Ventil und die 0,0100&#39;&#39;Düse. </li><li> Kalibrieren System, indem ein Ventil geöffnet (offene Zeit ist die Zeit, dass das Ventil Flüssigkeit auf einer pro Puls Basis passieren lässt) und Frequenz (Anzahl der Impulse pro Sekunde). Aktivieren Sie ein Ventil für einen gewählten Zeitraum (eine Minute oder so, nur nicht vergessen, die gesamte Laufzeit). Wiegen Sie die Flüssigkeit, die aus dem Ventil geliefert wurde. Die Kenntnis der gesamten Laufzeit, Häufigkeit und pro-Puls offene Zeit, die Berechnung der Gramm pro Millisekunde Schuss aus dem Ventil. Diese &quot;Gramm pro Millisekunde&quot; Wert ermöglicht es Ihnen, eine offene Zeit für jede gewünschte Lautstärke kann der Anwender möchten aus dem Ventil geliefert werden wählen. </li></ol></li></ol> Beispiel: System für eine Minute (60 Sekunden) aktiviert. Die Frequenz lag bei 15 Hz (15 Impulse pro Sekunde). Die pro-Puls offene Zeit betrug 20 Millisekunden (ms). (20ms) (15Hz) (60s) = 18000ms. Dies bedeutet, dass von den 60.000 ms in einer Minute wurde das Ventil tatsächlich für 18.000 ms öffnen. Nehmen wir an, das Volumen der Flüssigkeit geliefert 5 Gramm gewogen. Dann, 5 Gramm / 18000 ms = 2.78e -4 Gramm / ms. Im Falle von Wasser, mit seiner Dichte zu einem Gramm pro Milliliter (ml) 2.78e -4 Gramm / ms = 2.78e -4 ml / ms. Nach der Kalibrierung wird das Volumen eines Tropfens abhängig von der offenen Zeit. Zum Beispiel mit einer offenen Zeit von 20ms, und alle Parameter gleich bleiben wie im vorigen Beispiel, (2.78e -4 ml / ms) (20 ms) = 5.56e -3 ml = 5,56 ul. Um die offene Zeit y benötigt, um einen Tropfen x Mikroliter (ul) Volumen zu machen, (X ul) / [(2.78e -4 ml / ms) (1000 ul / ml)] = y ms 8) Ziel eine oder mehrere Düsen mit dem Einlass der PDMS-Gerät (Abbildung 3). Nachdem das System kalibriert, Berechnung des Volumens kommen aus jedem Ventil, basierend auf Mikrofluidikvorrichtung Dimensionen. Für High-Speed-passive Pumpen (zum maximalen Durchfluss zu erhalten), die Berechnung der Ein-Tropfen-Volumen notwendig, um einen Einlass Tropfen, die eine 90deg Kontaktwinkel besitzt mit Ein-Oberfläche [2] zu schaffen. Für Paket-Erstellung, Berechnung Ventil Frequenz und offene Zeiten und die Steuerzeiten notwendig, zwei Ventile in der Reihenfolge zu aktivieren. Wie in Abbildung 3 zu sehen, können die beiden Düsen am Eingang hingewiesen werden. Dies kann auf mehrere Düsen erweitert, die alle auf dem Kanal Eingang gerichtet. Repräsentative Ergebnisse: Wenn sie richtig kalibriert, mit geöffnetem Ventil mal richtig berechnet und die Düsen richtig am Eingang soll, sollte der Benutzer in der Lage sein zu sehen, fließen passiv gepumpt (Abbildung 4). Ein Burst von flüssigen should kommen aus dem Ventil und erreichen den Eingang. Als Flüssigkeit in die Bucht, es ist ein Instant-Zusammenbruch der Einlass Drop in den Kanal, auf den Auslass. Die Flüssigkeit in den Kanal bewegt sich nur während des Zusammenbruchs der einen Einlass fallen. Komplette flüssige Bewegung innerhalb des Kanals stoppt am Ende des Tropfens Zusammenbruch und bietet für sofortige Flüssigkeit zu stoppen und gut definierte fluidische Grenzen (in dem Fall, dass der Benutzer fließt mehreren Flüssigkeiten). Die Dauer der Drop Zusammenbruch hängt von der Einlassöffnung Radius und das Volumen der Ein-drop [1]. In unserem Versuchsaufbau und Design, tritt Einlass drop Zusammenbruch in einer Angelegenheit von ein paar Millisekunden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure1.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure1tmb.jpg" alt="Abbildung 1" /></a> Abbildung 1. PDMS Mikrofluidik-Gerät mit einem Eingang, links, und einen Ausgang, rechts. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure2.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure2tmb.jpg" alt="Abbildung 2" /></a> Abbildung 2. Reservoir und Ventil-Setup. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure3.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure3tmb.jpg" alt="Abbildung 3" /></a> Abbildung 3. Zwei Ventile, die beide an einem Eingang eines mikrofluidischen Gerät ab. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1329/figure4.jpg"><img border="0" src="/files/ftp_upload/1329/figure4tmb.jpg" alt="Abbildung 4" /></a> Abbildung 4. Time-Schrittfolge (33 Millisekunden) der Einlass-drop Zusammenbruch folgenden Fluid Ausstoß aus einem Ventil.

<ol>
	<li>Berthier, E., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+rate+analysis+of+a+tension+driven+passive+micropump.">Flow rate analysis of a tension driven passive micropump.</a> Lab Chip. 7, 1475-1478 (2007).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+Microfluidic+Systems+in+Poly(dimethylsiloxane).">Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane).</a> Anal. Chem. 70, 4974-4984 (1998).</li><li>Harris, J., Lee, H., Vahidi, B., Tu, C., Cribbs, D., Cotman, C., NL, J. e. o. n. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-plasma+Bonding+of+PDMS+for+Inexpensive+Fabrication+of+Microfluidic+Devices.">Non-plasma Bonding of PDMS for Inexpensive Fabrication of Microfluidic Devices.</a> J Vis Exp. (9), (2007).</li><li>Walker, G. M., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+passive+pumping+method+for+microfluidic+devices.">A passive pumping method for microfluidic devices.</a> Lab Chip. 2 (3), 131-134 (2002).</li></ol>

<ol><li> Für High-Speed-passive Pumpen, wenn die richtige Kombination aus Frequenz und pro Puls Volumen (aufgrund der richtige offene Zeit) gewählt wird, sollte der Benutzer sehen, was scheint eine statische Drop oder Schale am Eingang und eine sehr schnelle Fließgeschwindigkeit innerhalb Kanal sein. Wenn ein Überlauf stattfindet, sind die offenen Zeit und / oder die Frequenz zu hoch. </li><li> Um festzustellen, Dynamik / Oberflächenspannung Interaktionen, sollte der Benutzer einen Impuls in einer Zeit, Pumpe und beobachten Sie die intra-K...

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		<div>
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		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Sylgard 184 Silicone elastometer base</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dow Corning</td>
<td>MSDS No.: 01064291</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sylgard 184 Silicone elastometer curing agent</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dow Corning</td>
<td>MSDS No.: 01064291</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>VHS Microdispensing Starting kit</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>The Lee Company</td>
<td>IKTX0322000A</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Miniature Holders</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bioscience Tools</td>
<td>MH-2</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>LabVIEW</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>National Instruments</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Control System</td>
</tr>
<tr>
<td>1.14mm I.D. tubing</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Scientific Commodities Inc.</td>
<td>BB31695-PE/7</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>1.57mm I.D. tubing</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Scientific Commodities Inc.</td>
<td>BB31695-PE/10</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>20 mL BD&trade; Luer-Lok Tip Syringe, non-sterile</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>BD</td>
<td>301032</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>
			<div>
			<ol>
<li><a href="http://www.theleeco.com">http://www.theleeco.com</a>.</li>
<li><a href="http://www.biosciencetools.com/Catalog/mHolders.htm">http://www.biosciencetools.com/Catalog/mHolders.htm</a>.</li>
</ol>		</div>

high speed droplet-based delivery system for passive pumping in microfluidic devices

Ein neuartiger Mikrofluidik-System wurde entwickelt, nutzt das Phänomen der passiven Pumpen zusammen mit einem Benutzer gesteuert Tropfen Fluid auf Delivery-System. Passive Pumpen ist das Phänomen durch die Oberflächenspannung Druckunterschiede Antriebsfluid Bewegung in geschlossenen Kanälen induziert. Die automatisierte Fluidabgabe System besteht aus einer Reihe von Spannung gesteuerte Ventile mit Mikrodüsen verbunden mit einem Vorratsbehälter und einer Steuerung. Diese Spannung gesteuerte Ventile bieten eine volumetrisch präzise Art, Fluid-Tröpfchen mit dem Einlass eines mikrofluidischen Gerät in einer hohen Frequenz Weise zu liefern. Basierend auf den Abmessungen in der aktuellen Studie beispielsweise gezeigt, ist das System fließfähig 4 Milliliter pro Minute (über einen 2,2 mm von 260um Querschnitt Kanal). Basierend auf diesen gleichen Kanal Abmessungen kann Flüssigkeitsaustausch von einem Punkt im Inneren des Kanals in weniger als acht Millisekunden erreicht werden. Es wird beobachtet, dass es Wechselwirkungen zwischen Dynamik des Systems (vermittelt durch eine Kombination der Tröpfchen durch die Ventile und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in den Kanal erstellt), und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Wo Schwung Geschwindigkeit bietet, um den Fluidstrom (oder umgekehrt), Ausgleich der Oberflächenspannung am Eingang bietet ein jähes Ende zu einer Strömung. Diese plötzliche Stopp ermöglicht dem Benutzer, die Fließeigenschaften des Kanal-Steuerung und öffnet die Tür für eine Vielzahl von biologischen Anwendungen im Bereich irgendwo von Reagenz Lieferung an Drogen-Zell-Studien. Es wird auch beobachtet, dass, wenn Düsen am Einlass bei flachen Winkeln ausgerichtet sind, den Tropfen Dynamik können zusätzliche interessante Flüssigkeit Phänomene, wie das Mischen mehrerer Tröpfchen in der Zulauf zu verursachen.

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High Speed Droplet-based Delivery System for Passive Pumping in Microfluidic Devices

Ein neuartiger Mikrofluidik-System wurde entwickelt, mit dem Phänomen der passiven Pumpen und einem Benutzer gesteuert Flüssigkeit Delivery-System. Das Mikrofluidik-System hat das Potenzial, in einer Vielzahl von biologischen Anwendungen aufgrund ihrer niedrigen Kosten, einfache Handhabung, volumetrische Genauigkeit, hohe Geschwindigkeit, Reproduzierbarkeit und Automatisierung eingesetzt werden.

High Speed ​​Droplet-based Delivery System für Passive Pumping in Mikrofluidiksysteme

A novel microfluidic system has been developed that uses the phenomenon of passive pumping along with a user controlled droplet based fluid delivery ...

high-speed-droplet-based-delivery-system-for-passive-pumping

Research

JoVE Journal

Biology

13.7K Aufrufe.  University of Wisconsin-Madison. Ein neuartiger Mikrofluidik-System wurde entwickelt, mit dem Phänomen der passiven Pumpen und einem Benutzer gesteuert Flüssigkeit Delivery-System. Das Mikrofluidik-System hat das Potenzial, in einer Vielzahl von biologischen Anwendungen aufgrund ihrer niedrigen Kosten, einfache Handhabung, volumetrische Genauigkeit, hohe Geschwindigkeit, Reproduzierbarkeit und Automatisierung eingesetzt werden.

Serie: High Speed Droplet-based Delivery System for Passive Pumping in Microfluidic Devices

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of the visual system provide more empirical evidence for functional applications. Investigation into the sensory system provides information about the sensory capacity, learning and memory ability, and establishes known baseline behaviour in which to gauge deviations (Burghardt, 1977). However, unlike mammalian or avian systems, testing for learning and memory in a reptile species is difficult. Furthermore, using an operant paradigm as a psychophysical measure of sensory ability is likewise as difficult. Historically, reptilian species have responded poorly to conditioning trials because of issues related to motivation, physiology, metabolism, and basic biological characteristics. Here, I demonstrate an operant paradigm used a novel model lizard species, the Jacky dragon (Amphibolurus muricatus) and describe how to test peripheral sensitivity to salient speed and motion characteristics. This method uses an innovative approach to assessing learning and sensory capacity in lizards. I employ the use of random-dot kinematograms (RDKs) to measure sensitivity to speed, and manipulate the level of signal strength by changing the proportion of dots moving in a coherent direction. RDKs do not represent a biologically meaningful stimulus, engages the visual system, and is a classic psychophysical tool used to measure sensitivity in humans and other animals. Here, RDKs are displayed to lizards using three video playback systems. Lizards are to select the direction (left or right) in which they perceive dots to be moving. Selection of the appropriate direction is reinforced by biologically important prey stimuli, simulated by computer-animated invertebrates.

Testing visual sensitivity in lizards using an operant conditioning paradigm that employs video playback of random-dot kinematograms and computer-generated invertebrates.

Testen visueller Sensibilität für die Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung in Lizards

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of ...

Forschung

Biologie

CD4+ T-Lymphocyte Capture Using a Disposable Microfluidic Chip for HIV

CD4 + T-Lymphozyten Erfassen mit einem Einweg-Mikrofluidik-Chip für HIV

Non-plasma Bonding of PDMS for Inexpensive Fabrication of Microfluidic Devices

In this video, we demonstrate how to use the neuron microfluidic device without plasma bonding.  In some cases it may be desirable to reversibly bond devices to the Corning No. 1 cover glass.  This could be due, perhaps, to a plasma cleaner not being available.  In other instances, it may be desirable to remove the device from the glass after the culturing of neurons for certain types of microscopy or for immunostaining, though it is not necessary to remove the device for immunostaining since the neurons can be stained in the device.  Some researchers, however, still prefer to remove the device.  In this case, reversible bonding of the device to the cover glass makes that possible.  There are some disadvantages to non-plasma bonding of the devices in that not as tight of a seal is formed.  In some cases axons may grow under the grooves rather than through them.  Also, because the glass and PDMS are hydrophobic, liquids do not readily enter the device making it necessary at times to force media and other reagents into the device.  Liquids will enter the device via capillary action, but it takes significantly longer as compared to devices that have been plasma bonded.  The plasma cleaner creates temporary hydrophilic charges on the glass and device that facilitate the flow of liquids through the device after bonding within seconds.  For non-plasma bound devices, liquid flow through the devices takes several minutes.  It is also important to note that the devices to be used with non-plasma bonding need to be sterilized first, whereas plasma treated devices do not need to be sterilized prior to use because the plasma cleaner will sterilize them.

In this video we demonstrate how to use the neuron microfluidic device without plasma bonding.

Non-Plasma-Bonding von PDMS für preiswerte Herstellung von Mikrofluidik-Geräte

In this video, we demonstrate how to use the neuron microfluidic device without plasma bonding.  In some cases it may be desirable to reversibly bond ...

Construction and Implantation of a Microinfusion System for Sustained Delivery of Neuroactive Agents.

Sustained delivery of neuroactive agents is widely used in neuroscience, but poses many technical challenges. It is necessary to deliver the agent with high precision while minimizing localized trauma and inflammation. Also, the ability to customize the system to accommodate animals of different species and sizes is desirable. This video presentation demonstrates the construction of an infusion system that can be fitted to any particular research animal. The delivery microcannula diameter is approximately 10-fold smaller than most infusion cannulas presently used. This translates into enhanced accuracy and reduced trauma to the brain region under study. The delivery cannula can also be sculpted to fit the contour of the surface of the animal's skull, thereby allowing closure of the scalp incision neatly over the infusion system, precluding the need for a skull-mounted pedestal, reducing risk of infection, and ensuring a greater level of comfort to the animal. The system is assembled in an air-free environment and requires the researcher to fashion glass micropipettes with a heat source. These construction methods require special skills that are best acquired, if not in person, using video instruction.  (This article is based on work first reported in J Neurosci Methods. 2008 Jan 30;167(2):213-20. Epub 2007 Aug 28.).

As neuroscience inquiry becomes more sophisticated, investigation of brain structures and circuitry requires improved levels of accuracy and higher resolution. We have developed a method for the preparation and implantation of a chronic infusion system within the brain utilizing a borosilicate microcannula with a tip diameter of 50 microns.

Bau-und Implantation eines Mikroinfusion System für Nachhaltige Lieferung von Neuroactive Agents.

Sustained delivery of neuroactive agents is widely used in neuroscience, but poses many technical challenges. It is necessary to deliver the agent with ...

A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS)

Although tactile spatial acuity tests are used in both neuroscience research and clinical assessment, few automated devices exist for delivering controlled spatially structured stimuli to the skin. Consequently, investigators often apply tactile stimuli manually. Manual stimulus application is time consuming, requires great care and concentration on the part of the investigator, and leaves many stimulus parameters uncontrolled. We describe here a computer-controlled tactile stimulus system, the Tactile Automated Passive-finger Stimulator (TAPS), that applies spatially structured stimuli to the skin, controlling for onset velocity, contact force, and contact duration. TAPS is a versatile, programmable system, capable of efficiently conducting a variety of psychophysical procedures. We describe the components of TAPS, and show how TAPS is used to administer a two-interval forced-choice tactile grating orientation test.
Corresponding Author: Daniel Goldreich

A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator TAPS

We describe a computer-controlled device for investigating the sense of touch: the Tactile Automated Passive-finger Stimulator (TAPS). We describe the components of TAPS, and show how TAPS is used to administer a two-interval forced-choice tactile grating orientation test.

Ein taktiles Automated Passive-Finger-Stimulator (TAPS)

Although tactile spatial acuity tests are used in both neuroscience research and clinical assessment, few automated devices exist for delivering ...

A Multi-Parametric Islet Perifusion System within a Microfluidic Perifusion Device

A microfluidic islet perifusion device was developed for the assessment of dynamic insulin secretion of multiple islets and simultaneous fluorescence imaging of calcium influx and mitochondrial potential changes. The device consists of three layers: first layer contains an array of microscale wells (500 &mu;m diameter and 150 &mu;m depth) that help to immobilize the islets while exposed to flow and maximize the exposed surface area of the islets; the second layer contains a circular perifusion chamber (3 mm deep, 7 mm diameter); and the third layer contains an inlet-mixing channel that fans out before injection into the perifusion chamber (2 mm in width, 19 mm in length, and 500 &mu;m in height) for optimizing the mixing efficiency prior to entering the perifusion chamber. The creation of various glucose gradients including a linear, bell shape, and square shapes also can be created in the microfluidic perifusion network and is demonstrated.

A microfluidic islet perifusion device was developed for the assessment of dynamic insulin secretion of multiple islets and simultaneous fluorescence imaging of calcium influx and mitochondrial potential changes.

Ein Multi-Parametric Islet Perifusion System innerhalb eines mikrofluidischen Perifusion Geräte

A microfluidic islet perifusion device was developed for the assessment of dynamic insulin secretion of multiple islets and simultaneous fluorescence ...

Do-It-Yourself Device for Recovery of Cryopreserved Samples Accidentally Dropped into Cryogenic Storage Tanks

Liquid nitrogen is colorless, odorless, extremely cold (-196 &deg;C) liquid kept under pressure. It is commonly used as a cryogenic fluid for long term storage of biological materials such as blood, cells and tissues 1,2. The cryogenic nature of liquid nitrogen, while ideal for sample preservation, can cause rapid freezing of live tissues on contact - known as 'cryogenic burn'2, which may lead to severe frostbite in persons closely involved in storage and retrieval of samples from Dewars. Additionally, as liquid nitrogen evaporates it reduces the oxygen concentration in the air and might cause asphyxia, especially in confined spaces2.
In laboratories, biological samples are often stored in cryovials or cryoboxes stacked in stainless steel racks within the Dewar tanks1. These storage racks are provided with a long shaft to prevent boxes from slipping out from the racks and into the bottom of Dewars during routine handling. All too often, however, boxes or vials with precious samples slip out and sink to the bottom of liquid nitrogen filled tank. In such cases, samples could be tediously retrieved after transferring the liquid nitrogen into a spare container or discarding it. The boxes and vials can then be relatively safely recovered from emptied Dewar. However, the cryogenic nature of liquid nitrogen and its expansion rate makes sunken sample retrieval hazardous. It is commonly recommended by Safety Offices that sample retrieval be never carried out by a single person. Another alternative is to use commercially available cool grabbers or tongs to pull out the vials3. However, limited visibility within the dark liquid filled Dewars poses a major limitation in their use.
In this article, we describe the construction of a Cryotolerant DIY retrieval device, which makes sample retrieval from Dewar containing cryogenic fluids both safe and easy.

Here we present a low cost, durable cryotolerant device for sample retrieval from Dewar tanks filled with liquid nitrogen. The ease of construction and modular design of the device makes the process of sample retrieval from cryogenic tanks safe and easy.

Do-It-Yourself Einrichtung zur Rückgewinnung von kryokonservierten Proben versehentlich fallengelassen in Kryo-Lagerbehälter

Liquid nitrogen is colorless, odorless, extremely cold (-196 &deg;C) liquid kept under pressure. It is commonly used as a cryogenic fluid for long term ...

A High-throughput Method for Measurement of Glomerular Filtration Rate in Conscious Mice

The measurement of glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard in kidney function assessment. Currently, investigators determine GFR by measuring the level of the endogenous biomarker creatinine or exogenously applied radioactive labeled inulin (3H or 14C). Creatinine has the substantial drawback that proximal tubular secretion accounts for ~50% of total renal creatinine excretion and therefore creatinine is not a reliable GFR marker. Depending on the experiment performed, inulin clearance can be determined by an intravenous single bolus injection or continuous infusion (intravenous or osmotic minipump). Both approaches require the collection of plasma or plasma and urine, respectively. Other drawbacks of radioactive labeled inulin include usage of isotopes, time consuming surgical preparation of the animals, and the requirement of a terminal experiment. Here we describe a method which uses a single bolus injection of fluorescein isothiocyanate-(FITC) labeled inulin and the measurement of its fluorescence in 1-2 &mu;l of diluted plasma. By applying a two-compartment model, with 8 blood collections per mouse, it is possible to measure GFR in up to 24 mice per day using a special work-flow protocol. This method only requires brief isoflurane anesthesia with all the blood samples being collected in a non-restrained and awake mouse. Another advantage is that it is possible to follow mice over a period of several months and treatments (i.e. doing paired experiments with dietary changes or drug applications). We hope that this technique of measuring GFR is useful to other investigators studying mouse kidney function and will replace less accurate methods of estimating kidney function, such as plasma creatinine and blood urea nitrogen.

Measurement of glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard for kidney function assessment. Here we describe a high-throughput method which allows the determination of GFR in conscious mice by using a single bolus injection, determination of fluorescein isothiocyanate (FITC)-inulin in plasma and calculation of GFR by a two-phase exponential decay model.

Ein High-Throughput-Verfahren zur Messung der glomerulären Filtrationsrate in Conscious Mäuse

The measurement of  glomerular filtration rate (GFR) is the gold standard in kidney function  assessment. Currently, investigators determine GFR by ...

High-throughput Screening for Chemical Modulators of Post-transcriptionally Regulated Genes

Both transcriptional and post-transcriptional regulation have a profound impact on genes expression. However, commonly adopted cell-based screening assays focus on transcriptional regulation, being essentially aimed at the identification of promoter-targeting molecules. As a result, post-transcriptional mechanisms are largely uncovered by gene expression targeted drug development. Here we describe a cell-based assay aimed at investigating the role of the 3&#39; untranslated region (3&#8217; UTR) in the modulation of the fate of its mRNA, and at identifying compounds able to modify it. The assay is based on the use of a luciferase reporter construct containing the 3&#8217; UTR of a gene of interest stably integrated into a disease-relevant cell line. The protocol is divided into two parts, with the initial focus on the primary screening aimed at the identification of molecules affecting luciferase activity after 24 hr of treatment. The second part of the protocol describes the counter-screening necessary to discriminate compounds modulating luciferase activity specifically through the 3&#8217; UTR. In addition to the detailed protocol and representative results, we provide important considerations about the assay development and the validation of the hit(s) on the endogenous target. The described cell-based reporter gene assay will allow scientists to identify molecules modulating protein levels via post-transcriptional mechanisms dependent on a 3&#8217; UTR.

Here we describe a cell-based reporter gene assay as a valuable tool to screen chemical libraries for compounds modulating post-transcriptional control mechanisms exerted through 3&#8217; UTR.

Hochdurchsatz-Screening für Chemische Modulatoren der Post-transkriptionell regulierten Genen

Both transcriptional and post-transcriptional regulation have a profound impact on genes expression. However, commonly adopted cell-based screening assays ...

Using Microfluidic Devices to Measure Lifespan and Cellular Phenotypes in Single Budding Yeast Cells

Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects on the lifespan across species. However, the molecular causes of aging and death remain elusive. To gain a systematic understanding of the molecular mechanisms underlying yeast aging, we need high-throughput methods to measure lifespan and to quantify various cellular and molecular phenotypes in single cells. Previously, we developed microfluidic devices to track budding yeast mother cells throughout their lifespan while flushing away newborn daughter cells. This article presents a method for preparing microfluidic chips and for setting up microfluidic experiments. Multiple channels can be used to simultaneously track cells under different conditions or from different yeast strains. A typical setup can track hundreds of cells per channel and allow for high-resolution microscope imaging throughout the lifespan of the cells. Our method also allows detailed characterization of the lifespan, molecular markers, cell morphology, and the cell cycle dynamics of single cells. In addition, our microfluidic device is able to trap a significant amount of fresh mother cells that can be identified by downstream image analysis, making it possible to measure the lifespan with higher accuracy.

This article presents a protocol optimized for the production of microfluidic chips and the setup of microfluidic experiments to measure the lifespan and cellular phenotypes of single yeast cells.

Mikrofluidik-Geräte mit Measure Lebensdauer und Cellular Phänotypen in Einzel Budding Hefezellen

Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects ...

High Speed ​​Droplet-based Delivery System für Passive Pumping in Mikrofluidiksysteme

High Speed Droplet-based Delivery System für Passive Pumping in Mikrofluidiksysteme