Funding for this work, GTK, TK, and JDM were provided by the Wisconsin Institute for Discovery and the Wisconsin Alumni Research Foundation.

1. Gene Elastomere Briefmarken <ol style="margin-left: 40px;"><li> Um Silizium Meister der PDMS-Stempel zu erzeugen, Design-Merkmal-Muster der Photomaske ist mit Computer-Aided-Design-Software. <ol><li> Gestalten Sie das erste Muster als 20 x 20 Anordnung von Kreisringen mit 300 &amp; mgr; m Innendurchmesser (ID) und 600 &amp; mgr; m OD mit 1200 &amp; mgr; m von Mitte zu Mitte-Abstand. </li><li> Gestalten Sie das zweite Muster als 20 x 20 Anordnung von Kreisringen mit 600 um ID und 900 &amp; mgr; m OD mit 1200 &amp; mgr; m von Mitte zu Mitte-Abstand. </li><li> Zusätzlich legen 1 x 1 mm 2 Quadratreferenzmarken an allen vier Ecken jedes Array-Design Abstand 1.200 &amp; mgr; m von Mitte zu Mitte von der Ecke Muster in einem 45 ° -Winkel. </li><li> Fabrizieren die Silizium-Master für die Verwendung in diesem Experiment mit 1: 1-Seitenverhältnisse, in Korrelation zu einem 300 um Feature Tiefe mit Standardlithographietechniken anderswo 15 oder in Zusammenarbeit mit einem mikrofluidischen Gießerei detailliert. HINWEIS: Feature Tiefen von weniger als 100 &amp; mgr; m können zu abnorm Verformung Briefmarken vor mit Substratoberflächen kontaktieren führen. HINWEIS: Dieses Protokoll beginnt mit mit bereits erhaltenen Silizium-Master mit den beschriebenen Muster aus Fotolack, die Spezialausrüstung und saubere Zimmer zu schaffen erfordert. Am besten ist es mit einem Verarbeiter oder Core Facility, diese strukturiert Master-Dokumente erstellen zu konsultieren. </li></ol></li><li> Silanisieren Silizium Meister O / N durch Inkubation mit (Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydroocty) Trichlorsilan Dampf. HINWEIS: Silandampf ist sehr giftig und sollte nur in einer chemischen Abzugshaube gehandhabt werden. </li><li> Erstellen inverse Repliken der Silizium Meister durch Härten einer 10: 1-Verhältnis von PDMS-Prepolymer und PDMS Härter auf der Oberseite der silanisierten Silizium Meister in einer Petrischale O / N bei 60 ° C. </li><li> Entfernen Sie die PDMS-Stempel aus den Silizium Meister und binden die Briefmarken zu Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) Träger oder einer anderen starren Materials unter Verwendung von Klebstoff. HINWEIS: Das Material der Wahl nicht transparent oder biokompatibel sein. Es muss jedoch eine flache Oberfläche für die Schnittstelle mit der Roboterwerkzeuge und höhere Steifigkeit als PDMS bereitzustellen. </li></ol> 2. Vorbereiten Coverslides <ol style="margin-left: 40px;"><li> Spülen Mikroskop coverslides (24 mm x 50 mm # 1) in Toluol, Methanol und beschallen in Aceton für 1 Minute vor dem Spülen mit Ethanol und Trocknen unter einem leichten Stickstoffstrom. Hinweis: Behandeln Toluol und Aceton nur in einer chemischen Abzugshaube. </li><li> Mantel coverslides mit ~ 3,5 nm Titan (Ti), gefolgt von 18,0 nm Gold (Au) mit einem fokussierten Elektronenstrahl-Verdampfers. Hinweis: Dieses Verfahren ist mit einer Vielzahl von mit Gold beschichteten Substraten, einschließlich Silicium und Polystyrol kompatibel. Während es möglich ist, diese vor Ort zu erzeugen, sind ebenfalls mit Gold beschichteten Substrate über kommerzielle Lieferanten erhältlich. HINWEIS: Ti-Schichten sollte mindestens 3 nm dick sein, während Au-Schichten auf Substraten sollte eint mindestens 5 nm dick und kann den ganzen Weg in der Dicke in Abhängigkeit von den idealen optischen Eigenschaften des fertigen Substrats 16,17 1mm liegen. Substrate sind nicht erforderlich für die Herstellung optisch klar zu sein; jedoch ermöglicht sie mikroskopische Analyse hergestellt Substraten. </li><li> Spülen Sie goldbeschichteten coverslides mit Ethanol und trocken unter leichtem Stickstoff unmittelbar vor der Verwendung. </li></ol> 3. R-mCP der Außenring <ol style="margin-left: 40px;"><li> Bevor R-mCP mit der selektiv kompatible Knickarmroboter (SCARA) System, kalibrieren Sie die Roboterwerkzeug Effektoren und begleitenden Dual-Kamera-Systeme mit der Software des Systems. ANMERKUNG: Diese Werkzeuge sind in Figur 1 dargestellt. </li></ol><img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/52186/52186fig1highres.jpg" /> Abbildung 1. R- mCP System und Robotic Arm Tooling. </sTrong&gt; (A) Großansicht des R-mCP System mit allen Werkzeuge und Vorrichtungen (a) Vakuumspann, (b) Reagenz Bad, (c) nach unten gerichtete Kamera, (d) Stempel Verschachtelung Halterung, (e) Roboter Werkzeug. (B) Robotic arm tooling Darstellung (f) Diamant Ätzanlage und (g) pneumatische Saugwerkzeug hält eine (h) ABS-Backed PDMS-Stempel. <ol start="2" style="margin-left: 40px;"><li> Manuell legen Sie eine PDMS-Stempel mit 600 um ID und 900 &amp; mgr; m OD vorstehende Ringe nach unten im Stempel Verschachtelung Befestigung. Hand legen eine frisch gereinigte Gold beschichteten Deckglas auf der Oberseite der Vakuumspannvorrichtung, in Figur 1A dargestellt, und zu immobilisieren sie mit dem verbundenen Laborvakuum. </li><li> Mit den Robotersteuerungen, richten Sie den nach unten weisenden Kamera über dem Mittelpunkt des goldbeschichteten Deckglas, wie in 2A. HINWEIS: Dieser Punkt kann anfänglich visuell definiert werden und erfordert keine große Genauigkeit, wie der PDMS-Stempel ist viel largER als die goldbeschichteten Folie. </li><li> Weisen den Roboterarm zu vier Referenz ätzen &quot;X&quot; Markierungen an den Ecken eines Quadrats mit den Maßen 3,8 mm · 3,8 mm auf der Gold beschichteten Deckglas mit der Diamant Ätzanlage zum Roboterarm befestigt zentriert. (In 2B Dargestellt; automatisierten Prozess) HINWEIS: Dadurch wird sichergestellt, alle vier Referenzmarken sind innerhalb einer visuellen Rahmen der nach unten weisenden Kamera. </li><li> Mit den Robotern pneumatische Absaugung Tooling, Abholung und halten die PDMS-Stempel 1 mm über der Stempel Verschachtelung Halterung wie in 2C. (Automatisierten Prozess) </li><li> Mit dem nach oben zeigenden Kamera und LED-Beleuchtungsring in 2D und E abgebildet, visualisieren quadratischen Referenzmarken des Stempels und ihnen mit der Kamera-Software zu identifizieren 10 mal um durchschnittlich X des Stempels, Y zu bestimmen und von der Mitte der Winkelversatz Roboter Werkzeugachse. (Automatisierten Prozess) </li><li> Wie in <strong&gt; 2A, verwenden Sie den unten gerichtete Kamera zu visualisieren und zu erkennen geätzten Referenzmarken der Deckglas des 10-fachen der durchschnittlichen X Das Deckglas ist, Y-Center-Standorte und Winkelversatz von der Mitte des Roboters Werkzeugachse zu bestimmen. (Automatisierten Prozess). HINWEIS: Eine interne Berechnung wird von der Software des Robotersystems durchgeführt, um genau auszurichten der Stempel und Deckglas der X, Y-Center-Standorte und Winkelverschiebungen in künftige R-mCP Schritte. </li><li> 3.8) Den Stempel in ein Bad aus Alkanthiol ATRP Initiators, ω-mercaptoundecyl bromisobutyrat (2 mM in Ethanol), wie in Abbildung 2F dargestellt. (Automatisierten Prozess) </li><li> Entfernen Sie den Stempel aus der Alkanthiol-Lösung und legen Sie es über Stickstoffstrom auf 0,48 bar (5 psi) unter Druck gesetzt, um das Ethanol wie in 2G verdampfen. Nach 1 min erhöht der Stickstoffstrom Druck auf 1,03 bar (15 psi) zu einheitlichen Trockenheit zu gewährleisten. (Automatisierten Prozess) HINWEIS: Unvollständige Trocknung wird in vollständigen oder teilweisen Verlust der Mustertreue führen. </li><li> Nach dem Trocknen bewegen der Stempel über die berechnete Mittelstellung des Gold-beschichteten Objektträger und senken es bei 100 &amp; mgr; m-Schritten während der Überwachung Z-Achsen-Motorkraft, wie in Figur 2H dargestellt. ANMERKUNG: Diese wird als Drehmoment von der Z-Achsen-Motor erfahren und in die Roboterführung Software angezeigt kommuniziert. (Automatisierten Prozess) </li><li> Stop Absenken der Stempel einmal der vorbestimmte Druck von 79,2 kPa erreicht worden ist, und der Kontakt mit dem Gold-beschichteten Objektträger für 15 Sekunden zu halten. (Automatisierten Prozess) HINWEIS: Die Druckwerte werden hier für den aktuellen Stempel Design und Funktion Höhe optimiert. Wenn der Briefmarkenentwurf ist von einem Versuch und Irrtum-Prozess verändert, speziell für hohe Seitenverhältnis Briefmarken, tune diese entsprechend. </li><li> Entfernen Sie langsam den Stempel aus dem goldbeschichteten Objektträger und setzen Sie den Stempel wieder in die Stempel Verschachtelung Befestigung. (Automatisierten Prozess) </li></ol&gt; 4. SI-ATRP von PEGMEMA auf mikrostrukturierten Coverslides <ol style="margin-left: 40px;"><li> Lassen Unterdruck hält die mikroDeckGlas, und überträgt es auf einen 50-ml-Schlenk-Kolben. Seal und entgast Schlenkkolben mit einer Vakuumpumpe. </li><li> Hinzufügen von 5,5 ml ATRP Reaktionsmischung, die das Makromonomer PEGMEMA (208.75 mmol), Wasser (34,4 ml), Methanol (43,8 ml), Kupfer (II) -bromid (1 mmol) und 2 &#39;, 2-Bipyridin (3 mmol) an die Schlenk-Kolben. </li><li> 0,5 ml der L-Natriumascorbat (454,3 mM) in Wasser, um die Reaktion zu starten, und lassen Sie sie 16 Stunden lang bei RT unter Schutzgas fortzusetzen. HINWEIS: Nach der Zugabe von L-Natriumascorbat, wird Reaktionsfarbe von hellgrün bis dunkelbraun zu verschieben, wie in 3A-B gezeigt. HINWEIS: Die Reaktion kann über 16 Stunden weiter, aber es wird die Länge der PEG Bürsten nicht wesentlich erhöhen. </li></ol><imgalt = &quot;3&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 52186 / 52186fig3highres.jpg&quot; /&gt; Abbildung 3. Einleitung SI-ATRP. (A) Einleitung der Reaktion und (B) anschließende Farbänderung nach Zugabe von L-Natriumascorbat. (C) Mikroskopische Aufnahme von mikroDeckGlas Oberfläche folgenden SI-ATRP Verfahren. Maßstabsleiste 1 mm. <ol start="4" style="margin-left: 40px;"><li> Entfernen Sie die mikroDeckGlas aus dem Schenk-Kolben und spülen mit Ethanol, Wasser und Ethanol und trocken unter einem leichten Stickstoffstrom. HINWEIS: Nach SI-ATRP, sollten Oberflächenmodifikationen für das Auge sichtbar sein und kann, wie in 3C abgebildet und unter einem Mikroskop untersucht werden. Anmerkung: Dies ist die einfachste Methode, um die Genauigkeit der Test testen, wie es entfällt die Notwendigkeit, die Substrate Immunfärbung. </li></ol> 5. Azid Funktionalisierung von mikrostrukturierten PEGMEMA Chains <ol style="margin-left: 40px;"><li> Legen Sie die mikroDeckGlas in einem 20 ml Glasreaktionsflasche. </li><li> 6 ml N, N-Dimethylformamid (DMF), enthaltend 100 mM Natriumazid in die Reaktionsflasche. Pflegen diese Reaktion bei 37 ° C für 24 Stunden. Hinweis: Behandeln DMF nur in einer chemischen Abzugshaube. Vorsicht beim Abwiegen Natriumazid. </li><li> Nach Abschluss entfernen Sie die mikroDeckGlas aus dem Reaktionsgefäß und spülen mit Ethanol und dann mit Wasser und trocken unter einem Stickstoffstrom. </li></ol> 6. Passivierung von Brom Funktionalisierte PEGMEMA Chains <ol style="margin-left: 40px;"><li> Zeigen mikrostrukturiert Deckglas in 20 ml Glasreaktionsgefäße. </li><li> 6 ml Dimethylsulfoxid (DMSO), die 100 mM Ethanolamin und 300 mM Triethylamin zu der Reaktionsflasche. Halten diese Reaktion bei 40 ° C für 24 Stunden. Hinweis: Behandeln DMSO, Ethanolamin und Triethylamin nur in einer chemischen Abzugshaube. </li><li> Nach Abschluss entfernen Sie die mikro coverslide aus dem Reaktionsgefäß gründlich mit Ethanol und dann mit Wasser und trocken unter einem Stickstoffstrom. </li></ol> 7. R-mCP der Innenring und SI-ATRP von PEGMEMA <ol style="margin-left: 40px;"><li> Durchführung R-mCP Schritte wie zuvor in den Schritten 3.2 und 3.6 - 3.12, Substitution eines PDMS-Stempel mit 300 um ID und 600 um Außendurchmesser vorstehenden Ringräume, so dass die Ringräume mit kleineren Merkmale sind in den zuvor mikrostrukturiert Ringräume angeordnet. HINWEIS: Die Druckschwelle für diese Briefmarke ist 132,0 kPa. Wie bereits erwähnt, werden diese Druckeinstellungen für wobei die Stempelfunktionen in diesem Experiment verwendet optimiert. </li><li> Führen Sie SI-ATRP Schritte wie zuvor in den Schritten 4.1 beschrieben - 4.4. </li></ol> 8. Acetylen Funktionalisierung von mikrostrukturierten PEGMEMA Chains <ol style="margin-left: 40px;"><li> Zeigen mikroDeckGlas in einem 20 ml Glasreaktionsflasche. </li><li> 6 ml DMSO, enthaltend 100 mMPropargylamin in die Reaktionsflasche. Halten Sie diese Reaktion bei RT für 24 h. Hinweis: Behandeln DMSO und Propargylamin nur in einer chemischen Abzugshaube. </li><li> Nach Abschluss entfernen Sie die mikroDeckGlas aus dem Reaktionsgefäß und spülen mit Ethanol und dann mit Wasser und trocken unter einem Stickstoffstrom. </li></ol> 9. Kupferkatalysierte &quot;Click&quot; Biotinylierung von Acetylen Abgebrochene PEGMEMA Chains <ol style="margin-left: 40px;"><li> Zeigen mikroDeckGlas in einem 20 ml Glasreaktionsflasche. </li><li> 6 ml Kupfersulfat (15 mM) / Tris [(1-Benzyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl) methyl] amin (TBTA, 30 mM) (1: 1 v / v Wasser / DMF) enthalten 562 uM Azid-PEG 4 -Biotin Konjugat in die Reaktionsflasche. Mit 1,2 ml L-Ascorbinsäure (0,15 mM) in Wasser zu der Mischung, um die Reaktion zu initialisieren. </li><li> Bubble Stickstoff durch die Reaktionslösung für 10 sec, versiegeln die Phiole mit Parafilm und für 24 h bei RT reagieren. </li><li> Nach completion entfernen mikroDeckGlas aus dem Reaktionsgefäß, mit Wasser abspülen und legen Sie sie in einem 12-Well-Polystyrolschale. </li></ol> 10. Immunfluoreszenz-Nachweis von biotinylierter Acetylengruppen <ol style="margin-left: 40px;"><li> Block mikroDeckGlas in DPBS (3% Eselserum) 1 h bei RT. Färbung für biotinylierte Acetylengruppen mit Streptavidin-546-Konjugat (2 ug / ml) in DBP (3% Eselserum in PBS) für 2 h bei RT. </li><li> Spülen mit Mikrodeckglas 5 mal mit DPBS für 10 min unter leichtem Schütteln. ANMERKUNG: Abbildung 4B zeigt ein Bild der Folie, nach dieser Schritt abgeschlossen ist. </li></ol> 11. Kupferfreie &quot;Click&quot; Biotinylierung von Azid Abgebrochene PEGMEMA Chains HINWEIS: Wenn gewünscht, kann dieses Substrat Modifikationsschritt in situ während der Zellkultur durchgeführt werden. <ol style="margin-left: 40px;"><li> Lassen mikroDeckGlas in 12-Well-polystyrene Gericht folgenden DBPs spült. </li><li> 2 ml DBP (oder Zellkulturmedium), enthaltend 20 &amp; mgr; M-PEG DBCO 4 Biotin und lassen diese Reaktion für 24 h bei RT weiter (oder bei 37 ° C in einem Brutschrank). </li><li> Nach Abschluss gründlich mikroDeckGlas 5 mal mit DPBS (oder einfach führen Sie einen Medienwechsel). </li></ol> 12. Immunfluoreszenz-Nachweis von biotinylierter Azidgruppen <ol style="margin-left: 40px;"><li> Färbung für biotinylierte Azidgruppen mit Streptavidin-488-Konjugat (2 ug / ml) in 2 ml DPBS (3% Eselserum) für 2 h bei RT. </li><li> Spülen mit Mikrodeckglas 5 mal in DPBS für 10 min unter leichtem Schütteln. </li><li> Bildmikrodeckglas mit Hilfe der konfokalen Fluoreszenzmikroskops. 4A-C zeigt Bilder der Folie, nach diesem Schritt abgeschlossen. HINWEIS: Bei der Verwendung von Substraten für die Gewebekultur-Assays, überspringen Abschnitte 10 und 12 dieses Protokolls. Nach der gewünschten degree Funktionalisierungsgrad sterilisieren entworfen Deckglas durch Spülen beide Seiten mit 100% Ethanol und Trocknen unter einem Stickstoffstrom. Die Objektträger in einer sterilen Sicherheitswerkbank und spülen Sie die Objektträger mit PBS fünfmal, bevor mit Zellaussaat und Kultur voran. </li></ol>

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J., Atala, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomaterials.">Biomaterials.</a> Biomaterials. 34 (1), 130-139 (2013).</li><li>Brouzes, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+microfluidic+technology+for+single-cell+high-throughput+screening.">Droplet microfluidic technology for single-cell high-throughput screening.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (34), 14195-14200 (2009).</li><li>Meitl, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+printing+by+kinetic+control+of+adhesion+to+an+elastomeric+stamp.">Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp.</a> Nature Materials. 5 (1), 33-38 (2005).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interest.

Ideale Substrate für das Tissue Engineering Bioinspiriertes würde und dadurch die räumliche Verteilung der kritischen bioaktiven Liganden innerhalb der nativen Geweben zu rekapitulieren. Sie würden auch dynamische Eigenschaften besitzen, die zeitliche Änderungen der Liganden und die räumlichen Muster in der sie präsentiert gerichtet Morphogenese ermöglichen und räumlich begrenzte Induktion von Zellschicksal zu ermöglichen. Herstellung solcher Substrate erfordert die Immobilisierung von mehreren biochemischen S...

Die Fähigkeit von PEG-gepfropften Oberflächen kovalent gebunden biochemischen Liganden angezeigt während gleichzeitig inhärente Nicht-Fouling-Eigenschaften machen sie zu einer idealen Wahl für Engineering individuelle Mikroumgebungen auf Kultursubstraten 1,2,3. Die biospezifische Wechselwirkungen von Liganden konjugiert PEG vermittelte Bürsten ermöglicht reductionistic Analyse der Wirkungen von biochemischen Hinweisen im Komplex in vivo Gewebemikroumgebung über einzelne Zell Phänotypen gefunden. Weiterhin kann bio-orthogonal &quot;auf&quot; Chemie verwendet werden, um Richt Immobilisierung von Liganden zu erleichtern, so dass sie im nativen Konformationen 4-6 dargestellt werden. So mikroskaligen räumlichen Strukturierung von PEG Bürsten ist ein vielseitiges Werkzeug, um Designer in vitro Nischen schaffen, um Zellsignalisierung durch immobilisierte biochemischen Cues 6,7 induzierte untersuchen. Ein übliches Verfahren zur Erzeugung von räumlichen Mustern der biochemischen cues bringt Mikrokontakt-Drucken (mCP) gold-beschichteten Substrate mit Mustern von PEG konjugierten Alkanthiole. Dann werden die mikroselbstorganisierte Monoschichten (SAMs) von PEG-ylated Alkanthiole schränkt die physikalische Adsorption von biochemischen Molekülen, zB Proteine, nur für die nicht gemusterten Bereiche des Substrats 8,9. , Die durch diese Technik erzeugt SAMs sind jedoch empfindlich gegenüber Oxidation in der Langzeitzellkulturmedien. Somit μCP&#39;d Alkanthiol SAMs häufig weiter mit PEG Polymerbürsten mit oberflächeninitiierte Atom Transfer Radical Polymerisation (ATRP-SI), um die Region nicht-Fouling-Stabilität 10 zu erhöhen gepfropft. Insbesondere mCP der Alkanthiol Polymerisationsinitiator erzeugt ω-meraptoundecyl bromisobutyrat, auf Gold-beschichteten Oberflächen, gefolgt von SI-ATRP von Poly (ethylenglycol) methylethermethacrylat (PEGMEMA) Monomere Oberflächen mikro langfristig stabil und nicht Fouling PEG Bürsten. Darüber hinaus sind diese<html> sind in der Lage, die weiter modifiziert, um diverse chemische Einheiten 11 zu präsentieren. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft, Sha et. al. eine Methode entwickelt, um Kultursubstrate mit Mehrkomponenten PEGMEMA Bürsten präsentiert orthogonal &quot;auf&quot; Chemie-Ingenieur. Bei diesem Verfahren verwendet man eine Reihe von &amp; mgr; CP / SI-ATRP Schritten mit sequentieller Natriumazid, Ethanolamin vermischt und Propargylamin nucleophile Substitutionen Kultursubstrate präsentiert Mikromuster mehrere immobilisierte Liganden 6 zu erstellen. Während das Potential der Verwendung solcher Chemikalien in Verbindung mit manuellen mgr; CP neue Kultursubstrate Ingenieur ist immens, es wird von der Präzision und Genauigkeit, mit welcher mehrere &amp; mgr; CP Schritte können auf einem einzigen Substrat ausgerichtet werden, beschränkt. Ein hohes Maß an Präzision und Genauigkeit erforderlich wäre, um reproduzierbar herzustellen Komplex in vitro Nischen mit diesen vielseitigen Techniken werden. e_content &quot;&gt; Um diese Einschränkung zu begegnen, haben mehrere automatisierte und halbautomatisierte mCP Systemen erzeugt wurden. Chakra et. al. eine mCP System, in dem kundenspezifische Stempel sind auf einem Schienensystem platziert und mit Gold-beschichtete Objektträger mit in konformen Kontakt gebracht entwickelt ein computergesteuertes pneumatisches Stellglied. Allerdings erfordert dieses Verfahren die präzise Herstellung von kundenspezifischen Stempel entwickelt und berichtet über eine Präzisions 10 um ohne Bericht der erreicht wird, wenn die Durchführung mehrerer Schritte 12 &amp; mgr; CP Genauigkeit. Vor kurzem wurde ein Verfahren unter Verwendung eines integrierten kinematischen Kopplungssystem berichteten Genauigkeit unterhalb von 1 um unter Verwendung eines einzigen Musters, waren aber nicht in der Lage, mehrere Muster genau auszurichten aufgrund des Fehlens einer präzisen Steuerung der Stempelfunktionen von Form zu Form 13. Zusätzlich beiden vorhergehenden Verfahren erfordern das Substrat zwischen den Strukturierungsschritten fest bleiben und damit deutlich die Vielfalt der Oberflächenmodifizierung Chemie, die sein kann, begrenztverwendet. Hier beschreiben wir eine automatisierte R-mCP System in der Lage genau und präzise Ausrichtung mehrerer mCP Schritte und ermöglicht maximale Flexibilität bei der Briefmarkenentwurf und Fertigung. Weiterhin können die gemusterten Substraten wiederholt aus dem System zwischen Stanz entfernt werden, wodurch die Verwendung von verschiedenen Substratmodifikation Chemien, einschließlich sequentieller nucleophile Substitutionen erlaubt. Substrate entwickelt unter Verwendung solcher Chemikalien wurden für Zellkultur zuvor sowohl von uns 6,14 und andere 7 verwendet. So haben wir R-mgr; CP und sequenzielle nukleophile Substitutionsreaktionen zusammengeführt, um ein Verfahren zur Herstellung von skalierbaren Kultursubstrate mit komplexen biochemischen und mikro Signale zu entwickeln.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="740">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">Name</td>
			<td style="width:185px;">Company</td>
			<td style="width:185px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:185px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:185px;">SCARA&#160;</td>
			<td style="width:185px;">Epson</td>
			<td style="width:185px;">LS3-401ST</td>
			<td style="width:185px;">Higher end models with increased precision are available if desired.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:185px;">(TRIDECAFLUORO-1,1,2,2-TETRAHYDROOCTYL)TRICHLOROSILANE</td>
			<td style="width:185px;">Gelest</td>
			<td style="width:185px;">SIT8174.0</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, Should only be handled in a chemical fume hood. When silanizing wafers no one should enter the hood until all silane has been evaporated.</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:185px;">Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td style="width:185px;">Ellsworth Adhesive Co</td>
			<td style="width:185px;">NC9020938</td>
			<td style="width:185px;">Thouroughly degass solutions via vacuum exposure before use. Alternative kits such as Kit 182 are acceptable.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:185px;">24mm X 50 mm #1 Cover Glass Slides</td>
			<td style="width:185px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:185px;">48393106</td>
			<td style="width:185px;">These can be purchased from a number of suppliers with varying dimensions to suit need.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">CHA-600 Telemark Electron Beam Evaporator</td>
			<td style="width:185px;">Telemark</td>
			<td style="width:185px;">SEC-600-RAP</td>
			<td style="width:185px;">Requries specialized training.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">EPSON LS3 SCARA</td>
			<td style="width:185px;">EPSON</td>
			<td style="width:185px;">LS3-401ST</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:185px;">&#969;-mertcaptoundecyl bromoisobutyrate</td>
			<td style="width:185px;">Prochimia</td>
			<td style="width:185px;">FT 015-m11-0.2</td>
			<td style="width:185px;">Store at -20&#176;C. Other ATRP initiators may be used as this R-&#956;CP platform is applicable to all micropatterning modalities.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Schlenk Tube Flask 50 mL</td>
			<td style="width:185px;">Synthware</td>
			<td style="width:185px;">60003-078</td>
			<td style="width:185px;">Requires rubber stoppers with diaphram.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:185px;">Poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">447943</td>
			<td style="width:185px;">Shipped containing MEHQ and BHT free readical inhibitors.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Methanol (Certified ACS)</td>
			<td style="width:185px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:185px;">A412-4</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Copper(II) Bromide</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">437867</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, limit exposure with surgical mask.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">2&#39;,2-Bipyridine</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">D216305</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, limit exposure with surgical mask.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">Sodium L-Ascorbate</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">A4034</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">20mL Borosilicate Glass Scintillation Vials</td>
			<td style="width:185px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:185px;">03-340-4E</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Sodium Azide</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">S2002</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, limit exposure with surgical mask.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">N,N-dimethyformamide</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">227056</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Ethanolamine</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">398136</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Triethylamine</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">T0886</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Dimethylsulfoxide</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">276855</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Propargylamine</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">P50900</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:185px;">200 Proof Ethanol</td>
			<td style="width:185px;">University of Wisconsin Material Distribution Services</td>
			<td style="width:185px;">2292</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, only handle in chemical fume hood.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">Azide-PEG3-Biotin</td>
			<td style="width:185px;">ClickChemistryTools</td>
			<td style="width:185px;">AZ104-100</td>
			<td style="width:185px;">Solubilized in DMF</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Copper(II) Sulfate</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">C1297</td>
			<td style="width:185px;">CAUTION, limit exposure with surgical mask.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:185px;">Tris[(1-benzyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methyl]amine (TBTA)</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">678937</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">L-Ascorbic Acid</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">A7506</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">Phosphate Buffer Saline</td>
			<td style="width:185px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:185px;">14190144</td>
			<td style="width:185px;"></td>
		</tr>
		<tr height="168">
			<td height="168" style="height:168px;width:185px;">Donkey Serum</td>
			<td style="width:185px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:185px;">D9663</td>
			<td style="width:185px;">Donkey serum contaminated items are considered bio-hazardous material and should be disposed of accordingly. Various other compounds (e.g. BSA) are available and serve this purpose.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:185px;">12-Well Polystyrene Plate</td>
			<td style="width:185px;">Thermo Scientifit - NUNC</td>
			<td style="width:185px;">07-200-81</td>
			<td style="width:185px;">Plates can be purchased form a number of suppliers with varying dimensions.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:185px;">DBCO-PEG4-Biotin</td>
			<td style="width:185px;">Clickchemistytools</td>
			<td style="width:185px;">A105P4-10</td>
			<td style="width:185px;">Solubilized in DMF</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Streptavidin, Alexa Fluor 488 Conjugate</td>
			<td style="width:185px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:185px;">S-11223</td>
			<td style="width:185px;">Solubilized in PBS</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:185px;">Streptavidin, Alexa Fluor 546 conjugate</td>
			<td style="width:185px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:185px;">S-11225</td>
			<td style="width:185px;">Solubilized in PBS</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:185px;">Nikon A1-R Confocal Microscope</td>
			<td style="width:185px;">Nikon</td>
			<td style="width:185px;">Nikon Eclipse Ti, A1R</td>
			<td style="width:185px;">An epifluorescent microscope is sufficient to image functionalized micropatterned substrates.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating complex culture substrates using robotic microcontact printing (r-&#181;cp) and sequential nucleophilic substitution

In tissue engineering, it is desirable to exhibit spatial control of tissue morphology and cell fate in culture on the micron scale. Culture substrates presenting grafted poly(ethylene glycol) (PEG) brushes can be used to achieve this task by creating microscale, non-fouling and cell adhesion resistant regions as well as regions where cells participate in biospecific interactions with covalently tethered ligands. To engineer complex tissues using such substrates, it will be necessary to sequentially pattern multiple PEG brushes functionalized to confer differential bioactivities and aligned in microscale orientations that mimic in vivo niches. Microcontact printing (&#956;CP) is a versatile technique to pattern such grafted PEG brushes, but manual &#956;CP cannot be performed with microscale precision. Thus, we combined advanced robotics with soft-lithography techniques and emerging surface chemistry reactions to develop a robotic microcontact printing (R-&#956;CP)-assisted method for fabricating culture substrates with complex, microscale, and highly ordered patterns of PEG brushes presenting orthogonal &#8216;click&#8217; chemistries. Here, we describe in detail the workflow to manufacture such substrates.

Der Einsatz von manuellen Ausrichtung mCP Techniken, um Kultursubstrate mit Arrays von PEG-gepfropft Bürsten mit orthogonaler funktionalisiert Engineer &quot;klicken Sie auf&quot; Chemie hat in früheren Arbeiten 6 nachgewiesen. Allerdings bietet diese minimale Steuerung der Musterausrichtung und führt oft zu einer Überlappung von funktionalisierten Bereichen. Hier wird eine neue R-mgr; CP-System verwendet, um diese Beschränkung zu überwinden, und ihre Fähigkeit, genau Muster eine Anordnung von PEG Bür...

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Fabricating Complex Culture Substrates Using Robotic Microcontact Printing R- &amp;#181;CP and Sequential Nucleophilic Substitution

Cell culture substrates functionalized with microscale patterns of biological ligands have immense utility in the field of tissue engineering. Here, we demonstrate the versatile and automated manufacture of tissue culture substrates with multiple, micropatterned poly(ethylene glycol) brushes presenting orthogonal chemistries that enable spatially precise and site-specific immobilization of biological ligands.

Herstellung von komplexen Kultursubstrate verwenden Robotic Mikrokontaktdrucken (R-mCP) und Sequential Nucleophile Substitution

In tissue engineering, it is desirable to exhibit spatial control of tissue morphology and cell fate in culture on the micron scale. Culture substrates ...

fabricating-complex-culture-substrates-using-robotic-microcontact

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fabricating Complex Culture Substrates Using Robotic Microcontact Printing (R-&#181;CP) and Sequential Nucleophilic Substitution

10.4K Aufrufe.  University of Wisconsin, Madison. Cell culture substrates functionalized with microscale patterns of biological ligands have immense utility in the field of tissue engineering. Here, we demonstrate the versatile and automated manufacture of tissue culture substrates with multiple, micropatterned poly(ethylene glycol) brushes presenting orthogonal chemistries that enable spatially precise and site-specific immobilization of biological ligands. 

Serie: Fabricating Complex Culture Substrates Using Robotic Microcontact Printing R- &#181;CP and Sequential Nucleophilic Substitution

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1 While microcontact printing can be employed to directly print a large number of molecules, including proteins,2 DNA,3 and silanes,4 the formation of self-assembled monolayers (SAMs) from long chain alkane thiols on gold provides a simple way to confine proteins and cells to specific patterns containing adhesive and resistant regions. This confinement can be used to control cell morphology and is useful for examining a variety of questions in protein and cell biology. Here, we describe a general method for the creation of well-defined protein patterns for cellular studies.5 This process involves three steps: the production of a patterned master using photolithography, the creation of a PDMS stamp, and microcontact printing of a gold-coated substrate. Once patterned, these cell culture substrates are capable of confining proteins and/or cells (primary cells or cell lines) to the pattern.
The use of self-assembled monolayer chemistry allows for precise control over the patterned protein/cell adhesive regions and non-adhesive regions; this cannot be achieved using direct protein stamping. Hexadecanethiol, the long chain alkane thiol used in the microcontact printing step, produces a hydrophobic surface that readily adsorbs protein from solution. The glycol-terminated thiol, used for backfilling the non-printed regions of the substrate, creates a monolayer that is resistant to protein adsorption and therefore cell growth.6 These thiol monomers produce highly structured monolayers that precisely define regions of the substrate that can support protein adsorption and cell growth. As a result, these substrates are useful for a wide variety of applications from the study of intercellular behavior7 to the creation of microelectronics.8
While other types of monolayer chemistry have been used for cell culture studies, including work from our group using trichlorosilanes to create patterns directly on glass substrates,9 patterned monolayers formed from alkane thiols on gold are straight-forward to prepare. Moreover, the monomers used for monolayer preparation are commercially available, stable, and do not require storage or handling under inert atmosphere. Patterned substrates prepared from alkane thiols can also be recycled and reused several times, maintaining cell confinement.10

Self-assembled monolayers (SAMs) formed from long chain alkane thiols on gold provide well-defined substrates for the formation of protein patterns and cell confinement. Microcontact printing of hexadecanethiol using a polydimethylsiloxane (PDMS) stamp followed by backfilling with a glycol-terminated alkane thiol monomer produces a pattern where protein and cells adsorb only to the stamped hexadecanethiol region.

Erstellen Zweidimensionale Patterned Substrate für Protein-und Zell-Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Forschung

Biotechnik

Generation of Aligned Functional Myocardial Tissue Through Microcontact Printing

Advanced heart failure represents a major unmet clinical challenge, arising from the loss of viable and/or fully functional cardiac muscle cells. Despite optimum drug therapy, heart failure represents a leading cause of mortality and morbidity in the developed world. A major challenge in drug development is the identification of cellular assays that accurately recapitulate normal and diseased human myocardial physiology in vitro. Likewise, the major challenges in regenerative cardiac biology revolve around the identification and isolation of patient-specific cardiac progenitors in clinically relevant quantities. These cells have to then be assembled into functional tissue that resembles the native heart tissue architecture. Microcontact printing allows for the creation of precise micropatterned protein shapes that resemble structural organization of the heart, thus providing geometric cues to control cell adhesion spatially. Herein we describe our approach for the isolation of highly purified myocardial cells from pluripotent stem cells differentiating in vitro, the generation of cell growth surfaces micropatterned with extracellular matrix proteins, and the assembly of the stem cell-derived cardiac muscle cells into anisotropic myocardial tissue.

The generation of aligned myocardial tissue is a key requirement for adapting the recent advances in stem cell biology to clinically useful purposes. Herein we describe a microcontact printing approach for the precise control of cell shape and function. Using highly purified populations of embryonic stem cell derived cardiac progenitors, we then generate anisotropic functional myocardial tissue.

Generation Ausgerichtet Functional Myokardgewebe Durch Mikrokontaktdrucken

Advanced heart failure represents a major unmet clinical challenge,  arising from the loss of viable and/or fully functional cardiac muscle  cells. ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

Menschliches Knorpelgewebe Herstellung unter Verwendung von dreidimensionalen Inkjet-Drucktechnologie

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

Herstellung Superhydrophobe Polymere Materialien für biomedizinische Anwendungen

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Fabricating Cotton Analytical Devices

A robust, low-cost analytical device should be user-friendly, rapid, and affordable. Such devices should also be able to operate with scarce samples and provide information for follow-up treatment. Here, we demonstrate the development of a cotton-based urinalysis (i.e., nitrite, total protein, and urobilinogen assays) analytical device that employs a lateral flow-based format, and is inexpensive, easily fabricated, rapid, and can be used to conduct multiple tests without cross-contamination worries. Cotton is composed of cellulose fibers with natural absorptive properties that can be leveraged for flow-based analysis. The simple but elegant fabrication process of our cotton-based analytical device is described in this study. The arrangement of the cotton structure and test pad takes advantage of the hydrophobicity and absorptive strength of each material. Because of these physical characteristics, colorimetric results can persistently adhere to the test pad. This device enables physicians to receive clinical information in a timely manner and shows great potential as a tool for early intervention.

To investigate simple fabrication approaches for multiple assay needs, we created a fluid-absorbing channel system made of cotton material. This device was used to establish a multiple detection platform, and solve contamination issues that commonly affect lateral flow-based biomedical devices, for clinical urinalysis of nitrite, total protein, and urobilinogen.

Die Herstellung von Baumwolle Analytische Geräte

A robust, low-cost analytical device should be user-friendly, rapid, and affordable. Such devices should also be able to operate with scarce samples and ...

Expanding Nanopatterned Substrates Using Stitch Technique for Nanotopographical Modulation of Cell Behavior

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a large area of nanopatterned substrate is desirable so that enough cells can be cultured on the nanotopography for subsequent biochemical and molecular biology analyses. However, current nanofabrication techniques have limitations to generate highly defined nanopatterns over a large area. Herein, we present a method to expand nanopatterned substrates from a small, highly defined nanopattern to a large area using stitch technique. The method combines multiple techniques, involving soft lithography to replicate poly(dimethylsiloxane) (PDMS) molds from a well-defined mold, stitch technique to assemble multiple PDMS molds to a single large mold, and nanoimprinting to generate a master mold on polystyrene (PS) substrates. With the PS master mold, we produce PDMS working substrates and demonstrate nanotopographical modulation of cell spreading. This method provides a simple, affordable yet versatile avenue to generate well-defined nanopatterns over large areas, and is potentially extended to create micro-/nanoscale devices with hybrid components.

A protocol for producing a large area of nanopatterned substrate from small nanopatterned molds for study of nanotopographical modulation of cell behavior is presented.

Der Ausbau nano Substraten Stichtechnik für Nanotopographical Modulation des Zellverhaltens

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a ...

Fabricating a Kidney Cortex Extracellular Matrix-Derived Hydrogel

Extracellular matrix (ECM) provides important biophysical and biochemical cues to maintain tissue homeostasis. Current synthetic hydrogels offer robust mechanical support for in vitro cell culture but lack the necessary protein and ligand composition to elicit physiological behavior from cells. This manuscript describes a fabrication method for a kidney cortex ECM-derived hydrogel with proper mechanical robustness and supportive biochemical composition. The hydrogel is fabricated by mechanically homogenizing and solubilizing decellularized human kidney cortex ECM. The matrix preserves native kidney cortex ECM protein ratios while also enabling gelation to physiological mechanical stiffnesses. The hydrogel serves as a substrate upon which kidney cortex-derived cells can be maintained under physiological conditions. Furthermore, the hydrogel composition can be manipulated to model a diseased environment which enables the future study of kidney diseases.

Here we present a protocol to fabricate a kidney cortex extracellular matrix-derived hydrogel to retain the native kidney extracellular matrix (ECM) structural and biochemical composition. The fabrication process and its applications are described. Finally, a perspective on using this hydrogel to support kidney-specific cellular and tissue regeneration and bioengineering is discussed.

Herstellung einer Niere Cortex extrazelluläre Matrix abgeleitet Hydrogel

Extracellular matrix (ECM) provides important biophysical and biochemical cues to maintain tissue homeostasis. Current synthetic hydrogels offer robust ...

Four-Dimensional CT Analysis Using Sequential 3D-3D Registration

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data remains difficult because segmentation in all volumetric frames is time-consuming. We aimed to analyze joint kinematics using a sequential 3D-3D registration technique to provide the kinematics of the moving bone with respect to the fixed bone semiautomatically using 4DCT DICOM data and existing software. Surface data of the source bones are reconstructed from 3DCT. The trimmed surface data are respectively matched with surface data from the first frame in 4DCT. These trimmed surfaces are sequentially matched until the last frame. These processes provide positional information for target bones in all frames of the 4DCT. Once the coordinate systems of the target bones are decided, translation and rotation angles between any two bones can be calculated. This 4DCT analysis offers advantages in kinematic analyses of complex structures such as carpal or tarsal bones. However, fast or large-scale motions cannot be traced because of motion artifacts.

We analyzed joint kinematics from four-dimensional computed tomography data. The sequential 3D-3D registration method semiautomatically provides the kinematics of the moving bone with respect to the subject bone from four-dimensional computed tomography data.

Vierdimensionale CT-Analyse mit sequenzieller 3D-3D-Registrierung

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data ...

Fabricating Multi-Component Lipid Nanotube Networks Using the Gliding Kinesin Motility Assay

Lipid nanotube (LNT) networks represent an in vitro model system for studying molecular transport and lipid biophysics with relevance to the ubiquitous lipid tubules found in eukaryotic cells. However, in vivo LNTs are highly non-equilibrium structures that require chemical energy and molecular motors to be assembled, maintained, and reorganized. Furthermore, the composition of in vivo LNTs is complex, comprising of multiple different lipid species. Typical methods to extrude LNTs are both time- and labor-intensive, and they require optical tweezers, microbeads, and micropipettes to forcibly pull nanotubes from giant lipid vesicles. Presented here is a protocol for the gliding motility assay (GMA), in which large scale LNT networks are rapidly generated from giant unilamellar vesicles (GUVs) using kinesin-powered microtubule motility. Using this method, LNT networks are formed from a wide array of lipid formulations that mimic the complexity of biological LNTs, making them increasingly useful for in vitro studies of lipid biophysics and membrane-associated transport. Additionally, this method is capable of reliably producing LNT networks in a short time (&#60;30 min) using commonly used laboratory equipment. LNT network characteristics such as length, width, and lipid partitioning are also tunable by altering the lipid composition of the GUVs used for fabricating the networks.

This protocol describes a process for fabricating lipid nanotube networks using gliding kinesin motility in conjunction with giant unilamellar lipid vesicles.

Herstellung von Mehrkomponenten-Lipid-Nanoröhrchen-Netzwerken unter Verwendung des Gliding Kinesin Motility Assays

Lipid nanotube (LNT) networks represent an in vitro model system for studying molecular transport and lipid biophysics with relevance to the ubiquitous ...

Manipulation of Single Neural Stem Cells and Neurons in Brain Slices using Robotic Microinjection

A central question in developmental neurobiology is how neural stem and progenitor cells form the brain. To answer this question, one needs to label, manipulate, and follow single cells in the brain tissue with high resolution over time. This task is extremely challenging due to the complexity of tissues in the brain. We have recently developed a robot, that guide a microinjection needle into brain tissue upon utilizing images acquired from a microscope to deliver femtoliter volumes of solution into single cells. The robotic operation increases resulting an overall yield that is an order of magnitude greater than manual microinjection and allows for precise labeling and flexible manipulation of single cells in living tissue. With this, one can microinject hundreds of cells within a single organotypic slice. This article demonstrates the use of the microinjection robot for automated microinjection of neural progenitor cells and neurons in the brain tissue slices. More broadly, it can be used on any epithelial tissue featuring a surface that can be reached by the pipette. Once set up, the microinjection robot can execute 15 or more microinjections per minute. The microinjection robot because of its throughput and versality will make microinjection a broadly straightforward high-performance cell manipulation technique to be used in bioengineering, biotechnology, and biophysics for performing single-cell analyses in organotypic brain slices.

This protocol demonstrates the use of a robotic platform for microinjection into single neural stem cells and neurons in brain slices. This technique is versatile and offers a method of tracking cells in tissue with high spatial resolution.

Manipulation von einzelnen neuronalen Stammzellen und Neuronen in Gehirnscheiben mit Robotik-Mikroinjektion

A central question in developmental neurobiology is how neural stem and progenitor cells form the brain. To answer this question, one needs to label, ...