本作品は、VA研究サービスからC - MTにNIHとメリットのレビューからRO1でサポートされ、CWLの個々のNRSAした

一般的な設計上の考慮事項写真刺激の波長は、そのようなoptogenetic実験用として、可視範囲内にある場合、システムのレイアウトは、UV光分解実験よりもかなり単純になります。一つは、顕微鏡の会社のすべてから使用可能なデュアルカメラポートのモジュールを購入する必要があります。 DMD平面は2つのカメラポートのいずれかの共役結像面に配置することができます。カメラにつながるの撮像管のレンズは市販の顕微鏡のいずれかでUV波長に対して補正されていないので、しかし、UV光分解でDMDから発信された光は、落射照明のパス（図3A）を介して持ち込まれている必要があります。 350nmでの撮像管レンズの球面収差は、狭い場所に光を集中すると十分な空間分解能を生成する能力を防ぐのに十分厳しいです。平行レーザービームが同じ光軸に沿って持って来られるときにチューブレンズが削除されるため、この問題は、共焦点顕微鏡では発生しません。そこにチューブのレンズはすべて部分的に紫外波長における球面収差を補正しているため、UV照射の問題は、落射蛍光パスを通る光を取り込むことで解決できます。我々は、どの程度ジャーナルの希望に顕微鏡の光学系に拡張することができます。科学界は、このトピックでは一般的な迅速な興味がでており、よくそれを教える多くのソースがないです。 顕微鏡の改造を最小限とするため落射蛍光ユニットでタイトなスペースの制約のためには、DMDは、リレーレンズ（との関係でDMDユニットの位置を指摘することによって作成された、新しく作成された共役結像面に配置されています顕微鏡）。商業UVは、リレーレンズを修正（図にして顕微鏡でそれを指摘）（特殊光学）購入した。 DMDのイルミネーションそのバイナリの入力を受け取るとマイクロミラーは、正と負の12 °傾斜チップの面に対して相対的に切り替えることができます。回転の軸は、各ミラー（チップの両側に45 °）の対角に沿っている。ミラーの回転の向きは、チップの表面上の1コーナーで金色の三角形で示されている。マイクロミラーの傾斜角度は、着信照明ビームのピッチとazithmusの配置を指示します。照射ビームのピッチは、DMDチップとミラーの回転軸に垂直になるようazithmusのニーズの垂直な軸より24 °である必要があります。正確なビームアライメントには、効率的な運用のための非常に重要です。プロトタイプシステムでは、私たちは設計と加工の不備を補正するために許容される複数の手動のチルト調整を設計した。これはかなりかさばる必要以上なシステムとなりました。光にもたらすための代替、よりコンパクトな配置が（有用と判断した場合、代替設計を示す）ことが可能です。 光分解の実験のためのレーザ光源は、迅速なアンケージングために必要なビームの焦点高い光強度を生成するために必要です。高輝度焦点を絞った光を必要としないoptogenetic実験のために、非コヒーレント光源は十分です。光分解の実験はここで説明では、準連続ダイオードは、周波数がNdVO4レーザー（1 W、355 nm）を倍固体（DPSS）を励起採用。 （光分解用光源の選択肢の詳細については文献2参照）。 DMDシステムを使用するときにレーザーの出力のごく一部が実際に試料に配信されているため、比較的高出力のレーザーは、ここで説明する実験に必要となります。試料に供給される光の量は、レーザビームによって照射された領域内でON / OFFのミラーの数の比に比例します。 レーザ光源が必要な場合は、DMDを照明するための適切な軸に沿って容易に位置し、配向させることができるように、それはマルチモードファイバへのレーザーの出力を起動するのが最善です。光ファイバを通して光を透過することはコヒーレント照明に固有のスペックルパターンを除去する方法、2番目の問題を解決します。繊維は〜40kHzで振動する圧電ファイバストレッチャ（モデル915、カナダの機器＆リサーチ株式会社）に巻き取られる。 （リグのポイントこれらを）繊維のストレッチ顕微鏡は、このように効果的に斑点の影響を排除し、各写真の刺激パルスのミリ秒の持続時間の間にパターンを何度もスペックルの動きに十分です。光ファイバの出力は、UV顕微鏡対物（オリンパスDApo20UV）でコリメートされる。 （これを指す）システムの光学解像度のキャリブレーションは、図に示されています。 3B。として、写真のスポットの位置の関数として電流の流れの振幅で測定された効果的な生理的分解能刺激は、図に示されています。 3C。異なる強度の光刺激に対する電流応答を図に示します。 3D。 システムの操作： DMDのミラーとの共同登録するCCDの画素社内のソフトウェアは、イメージングCCDのカメラの特定のピクセルに個々のDMDのミラーの対応を決定する書かれています。このソフトウェア内のグラフィックユーザインタフェース（GUI）は、ユーザーがマウスでタグ付けされたCCD画像上の領域に対応するDMDのミラーを割り当てることができます。このように、写真の刺激のための場所は、単にコンピュータの画面上に表示された画像の上にカーソルを移動し、関心のタグ付き領域をクリックすることでタグを付けることができます。 （樹状アーバの蛍光画像は、コンピュータの画面上に表示されます。生徒は、コンピュータの画面上で画像の上に場所の番号をマークします。） 光配信のためのパターンをプログラミングオペレータがコンピュータ画面に表示されているパターンは独立した一連の画像として保存されます。各空間パターンのレーザーパルスのタイミングは、データ収集プログラム（pClamp）と統合されているソフトウェアにプログラムされます。 （これを示す）。 DMDパターンにレーザーパルスの調整データ収集プログラムが開始され、ターゲットのニューロンから電気信号をクランプDMDエレクトロニクス、レーザーのゲート、およびパッチの取得のタイミングを調整します。 （コンピュータにこのシーケンスをシミュレートする） 実験データ： 遠位樹状分岐点間の非線形和電極を有する樹枝状の統合は、従来、個別の場所で刺激の振幅を変化させるのではなく、一定の強度を維持しながら刺激の面積を拡大することで行われている。位置依存性チャネルの電気発生と募集の彩度に関係する問題は、結果や結論に影響を及ぼすことができる。分散型樹状刺激は容易にDMDベースのシステム（図4A）を使用して実装することができます。入力強度は、光刺激のスポット数を増やすことによって変化させた。我々はその空間的加重が2つの娘枝に到着増加する入力の振幅とますます超えた線形になる分岐点を越え非線形になることができる見ることができます。上記直線性は、主に電位依存性チャネル（図5）にNMDA受容体を媒介とされていません代表的な結果<img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig1.jpg" alt="図1" /> 図1 DMDのマイクロミラーの動作。 （サイドビュー）個々のミラーに向けられた静電気力は、ミラーが2つの可能な方向、水平から12 °のいずれかに傾けることが原因となる。 ONの位置に入射ビームは、チップの光軸に垂直に沿って指示される。 OFFの位置に入射ビームは48 °の軸外に向けられている。ミラー間の薄い隙間に当たる光は24 °の軸外に向けられている。 （トップビュー）の傾きは、ミラーとチップの側面に対して45 °指向です。 <img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig2.jpg" alt="図2" /> 図2。近代的な蛍光顕微鏡の基本的なレイアウト。フィルターキューブは、客観とチューブレンズの間に&quot;無限の空間&quot;内に位置している。カメラにつながると、試料に光をもたらす照明パスが存在する画像のパスがあります。これら2つの光パスのチューブレンズは、通常、設計で、焦点距離が異なります。照明ではなく、イメージング、チューブレンズは、UVスペクトルで動作するように設計されています。 <img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig3.jpg" alt="図3" /> 図3。UVベースのDMDシステムのレイアウト。照明は、UVスペクトル内にある場合、それは紫外線のために補正されているチューブレンズを通して状態にする必要があります。イメージングパスのチューブレンズは、UVのために設計されていません。中継システムは、簡単にアクセス共役像面を作成するために必要です。顕微鏡で異なる共役のイメージプレーンは赤い点線の線でマークされています。一つの画像平面内の明るいパターンは他の共役面に投影されています。イメージング中にサンプルの平面上のパターンは、検出器/カメラ上に投影される。照明用DMDで生成されたパターンは、試料上に投影される。 <img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig4.jpg" alt="図4" /> 図4。可視光DMD投影システムのためのレイアウト。照明光が目に見える範囲内にある場合、それは撮像光路を介してDMD生成された光パターンを実現することが可能です。これは簡単にcommerciで実装することができますらデュアルカメラポートの添付ファイルと適切なダイクロイックミラー。 <img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig5.jpg" alt="図5" /> 図5。システムの横方向の解像度。 （A）蛍光ターゲット上の光学分解能は〜2μmである。 （B）のような樹状突起全体にケージドグルタミン酸の光分解によって測定された効果的な分解能は〜5μmである。上昇距離は、グルタミン酸の拡散と樹状突起の有限幅の組み合わせによるものです。 （C）光分解はシナプス事象の動態を模倣することができます。電圧の家族は、現在の応答が樹状突起に配信光エネルギーの変動に起因するクランプ。 <img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig6.jpg" alt="図6" /> 図6。樹状分岐点間の非線形和。 （）分散入力は2つのサービス樹枝に適用されます。それぞれの電圧の応答を以下に示します。 （B）の刺激は、同時に投与されています。測定された応答（赤のトレース）は、2つの個別の回答（グレーのトレース）の算術和とは異なります。 <img src="/files/ftp_upload/2003/2003fig7.jpg" alt="図7" /> 図7。Supralinear総和は、NMDA受容体依存性である。 （）APV、選択的NMDA受容体アンタゴニストは、supralinear総和をブロックします。 （B）刺激強度の関係およびNMDA受容体拮抗薬への感受性がプロットされます。

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	<li>Scanziani, M., Hausser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiology+in+the+age+of+light.">Electrophysiology in the age of light.</a> Nature. 461, 930-939 (2009).</li><li>Tang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photolysis+of+caged+neurotransmitters:+Theory+and+procedures+for+light+delivery.">Photolysis of caged neurotransmitters: Theory and procedures for light delivery.</a> Curr. Prot. Neurosci. , 6.21.1-6.21.12 (2006).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nature+Technology+Feature,+Cell+imaging:+Light+activated.">Nature Technology Feature, Cell imaging: Light activated.</a> Nature. 456, 826-827 (2008).</li><li>Lutz, C., Otis, T. S., DeSars, V., Charpak, S., DeGregorio, D. A., Emiliani, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Holographic+photolysis+of+caged+neurotransmitters.">Holographic photolysis of caged neurotransmitters.</a> Nature Methods. 5, 821-827 (2008).</li><li>Hornbeck, L. 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> Digital Light Processing and MEMs: An overview. , .</li></ol>

利害の衝突は宣言されません。

DMDベースの光刺激のアプローチの利点は、ターゲットが比較的大きな面積を占める状況に最も明白である。興味の対象がそのような少数の樹状突起棘のような、非常に小さい場合、シーケンシャルスキャン共焦点、2光子のシステムは、より良いアプローチになる可能性があります。 DMDのアプローチの一つの重要な弱点は、使用可能な光のその非効率的な使用です。利用可能な光の大部分は?...

Erratum: Patterned Photostimulation with Digital Micromirror Devices to Investigate Dendritic Integration Across Branch Points

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		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Modern upright fluorescent microscope</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>CCD camera and image acquisition software</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Computer and data acquisition/interface system</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>DLP Discovery Developer Kit </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>ALP3 USB interface</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>S2 + Optics w/LED</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Dual camera port unit</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>355nm frequency tripled NdVO4 laser (~1 W)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>DPSS Laser Inc.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Laser shutter Model LS6</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Uniblitz</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Multimode optical fiber and fiber stretcher Model# 915</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Canadian Instrument and Research, Ltd </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>100 um core multimode fiber</td>
</tr>
<tr>
<td>Multimode Fiber launcher </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Oz Optics</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Signal generator</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>up to 50 kHz</td>
</tr>
<tr>
<td>Beam collimator</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Olympus</td>
<td>DApo20UV340</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>UV relay lens</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Special Optics</td>
<td>#: 54-25-60-355</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

patterned photostimulation with digital micromirror devices to investigate dendritic integration across branch points

光は、神経細胞の興奮性を制御するための汎用性と正確な手段です。このようなチャネルロドプシンとケージ神経伝達物質などの光に敏感なエフェクターの最近の導入は、スペースと実験的神経科学のための有用な時間で、光のパターンを制御するためのより良い手段を開発する上での利益につながっている。共焦点、2光子顕微鏡で使用されている1つの従来の戦略は、回折限界のスポットに光を集中し、関心領域で順次にその単一のスポットをスキャンすることです。大きな領域は、短い時間枠の、イメージングのためのより光刺激により適用される問題の中で刺激する必要がある場合は、この手法には問題になります。代替戦略は、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）の助けを借りて、ターゲット上で完全な空間パターンを投影することです。 DMDのアプローチは、ハードウェアコンポーネントが比較的安価であるため魅力的ですし、商業的利益によってサポートされています。そのようなシステムは直立顕微鏡の利用できないため、我々はこのようなDMDシステムの構築と運用に重要な問題を議論します。我々は主に紫外光分解のためにシステムの構築を記述する場合でも、optogeneticの実験のためにはるかに簡単な可視光システムを構築するための修正も提供されます。 UV光分解システムは神経科学における基本的な問題を研究する実験をCARRYOUTするために使用された、どのように空間的に遠位樹状分岐点間で統合の入力を配布されます。結果は、統合が分岐点を越え非線形することができ、超線形の大部分がNMDA受容体によって媒介されることを示唆している。

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Patterned Photostimulation with Digital Micromirror Devices to Investigate Dendritic Integration Across Branch Points

デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）は、神経細胞の興奮性を制御するために、時間と空間の複雑なパターンを生成することができます。 DMDシステムの設計、建設、および操作に関連する問題について説明します。このようなシステムは、遠位樹状分岐点を越え非線形統合のデモンストレーションを有効にする。

分岐点間での樹の統合を調査するためにデジタルマイクロミラーデバイスと模様の光刺激

Light is a versatile and precise means to control neuronal excitability. The recent introduction of light sensitive effectors such as channel-rhodopsin ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

15.5K ビュー.  University of Maryland School of Medicine. デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）は、神経細胞の興奮性を制御するために、時間と空間の複雑なパターンを生成することができます。 DMDシステムの設計、建設、および操作に関連する問題について説明します。このようなシステムは、遠位樹状分岐点を越え非線形統合のデモンストレーションを有効にする。

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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.

タンパク質、細胞閉じ込めのための二次元加工基板を作成する

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

生物工学

Models and Methods to Evaluate Transport of Drug Delivery Systems Across Cellular Barriers

Sub-micrometer carriers (nanocarriers; NCs) enhance efficacy of drugs by improving solubility, stability, circulation time, targeting, and release. Additionally, traversing cellular barriers in the body is crucial for both oral delivery of therapeutic NCs into the circulation and transport from the blood into tissues, where intervention is needed. NC transport across cellular barriers is achieved by: (i) the paracellular route, via transient disruption of the junctions that interlock adjacent cells, or (ii) the transcellular route, where materials are internalized by endocytosis, transported across the cell body, and secreted at the opposite cell surface (transyctosis). Delivery across cellular barriers can be facilitated by coupling therapeutics or their carriers with targeting agents that bind specifically to cell-surface markers involved in transport. Here, we provide methods to measure the extent and mechanism of NC transport across a model cell barrier, which consists of a monolayer of gastrointestinal (GI) epithelial cells grown on a porous membrane located in a transwell insert. Formation of a permeability barrier is confirmed by measuring transepithelial electrical resistance (TEER), transepithelial transport of a control substance, and immunostaining of tight junctions. As an example, ~200&#160;nm polymer NCs are used, which carry a therapeutic cargo and are coated with an antibody that targets a cell-surface determinant. The antibody or therapeutic cargo is labeled with 125I for radioisotope tracing and labeled NCs are added to the upper chamber over the cell monolayer for varying periods of time. NCs associated to the cells and/or transported to the underlying chamber can be detected. Measurement of free 125I allows subtraction of the degraded fraction. The paracellular route is assessed by determining potential changes caused by NC transport to the barrier parameters described above. Transcellular transport is determined by addressing the effect of modulating endocytosis and transcytosis pathways.

Many therapeutic applications require safe and efficient transport of drug carriers and their cargoes across cellular barriers in the body. This article describes an adaptation of established methods to evaluate the rate and mechanism of transport of drug nanocarriers (NCs) across cellular barriers, such as the gastrointestinal (GI) epithelium.

携帯の障壁を通過する薬物送達システムの輸送を評価するためのモデルと方法

Sub-micrometer carriers (nanocarriers; NCs) enhance efficacy of drugs by improving solubility, stability, circulation time, targeting, and release. ...

Planar Gradient Diffusion System to Investigate Chemotaxis in a 3D Collagen Matrix

The importance of cell migration can be seen through the development of human life. When cells migrate, they generate forces and transfer these forces to their surrounding area, leading to cell movement and migration. In order to understand the mechanisms that can alter and/or affect cell migration, one can study these forces. In theory, understanding the fundamental mechanisms and forces underlying cell migration holds the promise of effective approaches for treating diseases and promoting cellular transplantation. Unfortunately, modern chemotaxis chambers that have been developed are usually restricted to two dimensions (2D) and have complex diffusion gradients that make the experiment difficult to interpret. To this end, we have developed, and describe in this paper, a direct-viewing chamber for chemotaxis studies, which allows one to overcome modern chemotaxis chamber obstacles able to measure cell forces and specific concentration within the chamber in a 3D environment to study cell 3D migration. More compelling, this approach allows one to successfully model diffusion through 3D collagen matrices and calculate the coefficient of diffusion of a chemoattractant through multiple different concentrations of collagen, while keeping the system simple and user friendly for traction force microscopy (TFM) and digital volume correlation (DVC) analysis.

Cell migration is an important part of human development and life. In order to understand the mechanisms that can alter cell migration, we present a planar gradient diffusion system to investigate chemotaxis in a 3D collagen matrix, which allows one to overcome modern diffusion chamber limitations of existing assays.

3Dコラーゲンマトリックス中の走化性を調査するために、平面グラデーション拡散システム

The importance of cell migration can be seen through the development of human life. When cells migrate, they generate forces and transfer these forces to ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide nanoparticles (IONP) (Fe3O4) to yield a magnetic bacterial nanocellulose (MBNC). The synthesis of MBNC is a precise and specifically designed multi-step process. Briefly, bacterial nanocellulose (BNC) pellicles are formed from preserved G. xylinus strain according to our experimental requirements of size and morphology. A solution of iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3&#183;6H2O) and iron(II) chloride tetrahydrate (FeCl2&#183;4H2O) with a 2:1 molar ratio is prepared and diluted in deoxygenated high purity water. A BNC pellicle is then introduced in the vessel with the reactants. This mixture is stirred and heated at 80 &#176;C in a silicon oil bath and ammonium hydroxide (14%) is then added by dropping to precipitate the ferrous ions into the BNC mesh. This last step allows forming in situ magnetite nanoparticles (Fe3O4) inside the bacterial nanocellulose mesh to confer magnetic properties to BNC pellicle. A toxicological assay was used to evaluate the biocompatibility of the BNC-IONP pellicle. Polyethylene glycol (PEG) was used to cover the IONPs in order to improve their biocompatibility. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the IONP were located preferentially in the fibril interlacing spaces of the BNC matrix, but some of them were also found along the BNC ribbons. Magnetic force microscope measurements performed on the MBNC detected the presence magnetic domains with high and weak intensity magnetic field, confirming the magnetic nature of the MBNC pellicle. Young&#39;s modulus values obtained in this work are also in a reasonable agreement with those reported for several blood vessels in previous studies.

Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.

酸化鉄ナノ粒子との機能を有する磁性細菌Nanocelluloseの作製

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

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.

コットン分析デバイスを製造します

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 ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol adhesive through a metal stencil, the overall amount of adhesive used in assembling paper microfluidic devices can be significantly reduced. We show on a simple 4-layer planar paper microfluidic device that the optimal adhesive application technique and device construction style depends heavily on desired performance characteristics. By moderately increasing the overall area of a device, it is possible to dramatically decrease the wicking time and increase device success rates while also reducing the amount of adhesive required to keep the device together. Such adhesive application also causes the adhesive to form semi-permanent bonds instead of permanent bonds between paper layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use. Nonplanar 3D origami devices also benefit from the semi-permanent bonds during folding, as it reduces the likelihood that unrelated faces may accidently stick together. Like planar devices, nonplanar structures see reduced wicking times with patterned adhesive application vs uniformly applied adhesive.

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct 3D paper microfluidic devices. This method of adhesive application forms semi-permanent bonds between layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use and to ease folding complex nonplanar structures.

3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

An Experimental and Finite Element Protocol to Investigate the Transport of Neutral and Charged Solutes across Articular Cartilage

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular cartilage impairs its load-bearing function substantially as it experiences tremendous chemical degradation, i.e. proteoglycan loss and collagen fibril disruption. One promising way to investigate chemical damage mechanisms during OA is to expose the cartilage specimens to an external solute and monitor the diffusion of the molecules. The degree of cartilage damage (i.e. concentration and configuration of essential macromolecules) is associated with collisional energy loss of external solutes while moving across articular cartilage creates different diffusion characteristics compared to healthy cartilage. In this study, we introduce a protocol, which consists of several steps and is based on previously developed experimental micro-Computed Tomography (micro-CT) and finite element modeling. The transport of charged and uncharged iodinated molecules is first recorded using micro-CT, which is followed by applying biphasic-solute and multiphasic finite element models to obtain diffusion coefficients and fixed charge densities across cartilage zones.

We propose a protocol to investigate the transport of charged and uncharged molecules across articular cartilage with the aid of recently developed experimental and numerical methods.

実験および有限要素議定書は、関節軟骨全体で中性および荷電溶質の輸送を調査します

Osteoarthritis (OA) is a debilitating disease that is associated with degeneration of articular cartilage and subchondral bone. Degeneration of articular ...

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable microfluidic devices. Here, a protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices is demonstrated, where soft lithographic techniques are used to embed transparent Calcium Fluoride (CaF2) view-ports in connection with observation chamber(s). The method is based on a replica casting approach, where a polydimethylsiloxane (PDMS) mold is produced through standard lithographic procedures and then used as the template to produce a plastic device. The plastic device features ultraviolet/visible/infrared (UV/Vis/IR) -transparent windows made of CaF2 to allow for direct observation with visible and IR light. The advantages of the proposed method include: a reduced need for accessing a clean room micro-fabrication facility, multiple view-ports, an easy and versatile connection to an external pumping system through the plastic body, flexibility of the design, e.g., open/closed channels configuration, and the possibility to add sophisticated features such as nanoporous membranes.

A protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices with transparent view-ports for visible and infrared light imaging is described.

ビュー ポートの可視光と赤外線を透明なプラスチックのマイクロ流体デバイスを製造するためソフト平版のプロシージャ

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...

Calorespirometry: A Powerful, Noninvasive Approach to Investigate Cellular Energy Metabolism

Many cell lines used in basic biological and biomedical research maintain energy homeostasis through a combination of both aerobic and anaerobic respiration. However, the extent to which both pathways contribute to the landscape of cellular energy production is consistently overlooked. Transformed cells cultured in saturating levels of glucose often show a decreased dependency on oxidative phosphorylation for ATP production, which is compensated by an increase in substrate-level phosphorylation. This shift in metabolic poise allows cells to proliferate despite the presence of mitochondrial toxins. In neglecting the altered metabolic poise of transformed cells, results from a pharmaceutical screening may be misinterpreted since the potentially mitotoxic effects may not be detected using model cell lines cultured in the presence of high glucose concentrations. This protocol describes the pairing of two powerful techniques, respirometry and calorimetry, which allows for the quantitative and noninvasive assessment of both aerobic and anaerobic contributions to cellular ATP production. Both aerobic and anaerobic respirations generate heat, which can be monitored via calorimetry. Meanwhile, measuring the rate of oxygen consumption can assess the extent of aerobic respiration. When both heat dissipation and oxygen consumption are measured simultaneously, the calorespirometric ratio can be determined. The experimentally obtained value can then be compared to the theoretical oxycaloric equivalent and the extent of the anaerobic respiration can be judged. Thus, calorespirometry provides a unique method to analyze a wide range of biological questions, including drug development, microbial growth, and fundamental bioenergetics under both normoxic and hypoxic conditions.

This protocol describes calorespirometry, the direct and simultaneous measurement of both heat dissipation and respiration, which provides a noninvasive approach to assess energy metabolism. This technique is used to assess the contribution of both aerobic and anaerobic pathways to energy utilization by monitoring the total cellular energy flow.

Calorespirometry: 細胞のエネルギー代謝を調査する強力な非侵襲的アプローチ

Many cell lines used in basic biological and biomedical research maintain energy homeostasis through a combination of both aerobic and anaerobic ...

High-resolution Patterned Biofilm Deposition Using pDawn-Ag43

Spatial structure and patterning play an important role in bacterial biofilms. Here we demonstrate an accessible method for culturing E. coli biofilms into arbitrary spatial patterns at high spatial resolution. The technique uses a genetically encoded optogenetic construct&#8212;pDawn-Ag43&#8212;that couples biofilm formation in E. coli to optical stimulation by blue light. We detail the process for transforming E. coli with&#160;pDawn-Ag43, preparing the required optical set-up, and the protocol for culturing patterned biofilms using pDawn-Ag43 bacteria. Using this protocol, biofilms with a spatial resolution below 25 &#956;m can be patterned on various surfaces and environments, including enclosed chambers, without requiring microfabrication, clean-room facilities, or surface pretreatment. The technique is convenient and appropriate for use in applications that investigate the effect of biofilm structure, providing tunable control over biofilm patterning. More broadly, it also has potential applications in biomaterials, education, and bio-art.

We demonstrate a method for depositing Escherichia coli bacterial biofilms in arbitrary spatial patterns with a high resolution using optical stimulation of a genetically encoded surface-adhesion construct.

高解像度使用してバイオ フィルム成膜のパターンの pDawn Ag43

Spatial structure and patterning play an important role in bacterial biofilms. Here we demonstrate an accessible method for culturing E. coli biofilms ...