The authors would like to thank Professor Howard Ceri from the Biological Sciences Department of the University of Calgary for providing bacterial strains. A. Kumar acknowledges support from NSERC. T. Thundat acknowledges financial support from the Canada Excellence Research Chair (CERC) program. The authors would also like to acknowledge help from Ms. Zahra Nikakhtari for help with videography.

아래에서 설명한 순서에 따라 여기에 실험 프로토콜을 수행합니다. 미세 유체 플랫폼을 만들기위한 미세 프로토콜은 1 단계 2는 세균 배양 프로토콜 (그림 2)에 대해 설명하고, 3 단계 실험 장치 (그림 3)의 조립에 관한 단계에서 설명합니다. 마지막으로, 실제의 실험 공정은 단계 4에서 설명한다. 1 칩 제조 절차 참고 : 적절한 안전 절차는 아래에 설명 된 프로세스에 따라야합니다. 자세한 내용은 제도적 안전 요원에게 문의하십시오. <ol><li> 적절한 소프트웨어 (예를 들면, L-편집)와 마스크를 디자인합니다. 채널 디자인은 폭 625 μm의의 주요 마이크로 채널로 구성되어 있습니다. 채널의 중심 영역의 직경은 50 μm의가 (보조 파일 참조) 떨어져 25 μm의 간격 마이크로 게시물의 배열을 포함합니다. </li><li> 유리에이 디자인을 인쇄 (5 &quot;× 5&quot;소다 석회 유리), &quot;0.09의 두께를 가지며, 포토 마스크를 제조하기 위해서 마스킹하여, 크롬 (크롬)의 약 70 nm 두께의 층으로 코팅된다. 사용 AZ400K 현상 제 1 분간 어느. 후, 크롬 에칭 제를 이용하여 크롬 층을 에칭 약 1 분간 레지스트 차가운 피라냐 용액으로 닦아 제거하는 아세톤을 사용한다. (H 2 SO 4, H 2 (3)의 비율이 O : 1). </li><li> 포토 리소그래피 <ol><li> 20 분 동안 피라나 용액으로 화학적으로 표준 4 &quot;실리콘 웨이퍼를 청소합니다. </li><li> DI 워터와 웨이퍼를 헹구고 건조. </li><li> 핫 플레이트 (15 분 동안 200 ° C)에 웨이퍼를 가열. </li><li> 코팅 된 포토 레지스트와 실리콘 웨이퍼. 여기서, 포지티브 포토 레지스트 AZ4620는 12.5 μm의 두꺼운 층을 얻기 위해 25 초 동안 2000 rpm으로 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 - 코팅 하였다. </li><li> 100 ° C에서 질소 흐름에 90 초 동안 웨이퍼를 부동으로 핫 플레이트에 웨이퍼의 소프트 베이킹의 모든 용매를 제거합니다. 이어서, t 진공에 유지60 초 동안 그는 같은 온도. </li><li> 탈수 24 시간 동안 어두운 상자에 웨이퍼를 놓습니다. </li><li> 포토 레지스트로 설계된 패턴을 전사하기 위해 UV 광에 웨이퍼를 노출. </li><li> 240 초 동안 포토 레지스트 현상액 (AZ400K)에서 웨이퍼를 담근다. 이어서, 이소 프로필 알코올로 웨이퍼를 헹구고 질소 가스의 스트림에 배치하여 건조. </li></ol></li><li> ICP-DRIE (유도 결합 플라즈마 - 딥 반응성 이온 에칭) 공정 <ol><li> DRIE 에칭을 적용합니다. 장치에 필요한 최종 깊이 (이 조사에서 50 μm의)에 따라 적절한 식각 깊이를 선택합니다. 포토 레지스트는 이러한 프로세스 동안 마스크 층으로서 작용한다. </li><li> 아세톤 남아있는 포토 레지스트를 제거하고 웨이퍼를 청소합니다. </li></ol></li><li> PDMS (폴리 디메틸 실록산) 주조 <ol><li> 실리콘 마스터 금형을 silanizing에 대한 trichloromethylsilane (TCMS)를 사용합니다. 유리 병에 trichloromethylsilane 2 ~ 3 방울을 붓고 옆에 데시 케이 터에 배치실리콘 마스터 몰드. silanizing 프로세스가 완료 될 때까지 2 ~ 3 시간을 허용합니다. </li><li> PDMS를 제조 1 : 별도의 용기에서, 10의 중량비로 경화제와 실 가드 184 실리콘베이스를 혼합한다. 조건 (약 2 시간)를 진공 청소기로 청소하는 데 쓰는하여 PDMS를 가스를 제거한다. </li><li> 홀더 실리콘 마스터 주형을 넣어. 이어서, PDMS 스탬프를 형성하는 실리콘 마스터 주형에 부어 PDMS. 거품이 과정에서 PDMS에 형성하지 않도록해야합니다. </li><li> 80 ° C에서 2 시간 동안 PDMS를 치료. </li><li> 필 마스터 금형에서 PDMS 스탬프 끕니다. 이어서, 별도의 마이크로 PDMS 스탬프로 자른다. 마지막으로, 입구 (들)와 출구 (들)에 구멍을 드릴 절단 코어를 사용합니다. </li></ol></li><li> 유리에 PDMS의 본딩 <ol><li> 30 초 동안 산소 플라즈마에 커버 슬립과 PDMS 스탬프를 노출. 커버 슬립에 본드 PDMS 스탬프입니다. </li><li> PDMS 스탬프 및 커버 슬립 사이에 적당한 밀봉을 달성하기 위하여, 10 분 동안 70 ° C에서 오븐에 넣어 어닐링 장치. </리&gt; </ol></li></ol> 2 세균성 문화 참고 : 적절한 바이오 안전성 프로토콜 단계 2-4에 따라야합니다. 자세한 내용은 제도적 안전 요원에게 문의하십시오. <ol><li> LB 한천 플레이트를 준비 <ol><li> 1 L 플라스크에 20g 루리아 - 베르 타니 (LB) 한천 (밀러) 분말 및 초순수의 500 ML을 추가합니다. 분말을 용해 약동하십시오. </li><li> 15 PSI, 15 분 동안 121 ° C에서 고압 증기 멸균에 의해 소독. </li><li> 플라스크 벤치에 또는 바이오 안전성 후드에서 물을 욕조에 50 ~ 55 ° C까지 냉각 할 수 있습니다. </li><li> 50 μg / ML의 최종 농도를 달성하기 위해 항생제 테트라 사이클린을 추가한다. 잘 저어 섞는다. </li><li> 접시에 혼합물을 부어. 전체 2/3 - 2까지 각 판을 채 웁니다. </li><li> 불꽃 공기가 형성하는 경우를 나타 짧게 거품. 응고 된 기포 위에 박테리아 배양을 전파하기 어렵다. </li><li> 판 하룻밤 실온에서 냉각시킵니다. </li><li> 그들은 멋진 때,자신의 소매로 다시 접시를 넣어 4 ℃에서 가방, 라벨 (항생제와 날짜) 및 저장을 봉인. 참고 : 빛이 많은 항생제를 비활성화로, 주석 호일 접시의 주식을 커버. </li></ol></li><li> LB 국물 준비 <ol><li> 20g 루리아 - 베르 타니 (LB) 배지 (밀러) 분말 및 플라스크에 초순수의 1 L를 추가합니다. 분말을 용해 약동하십시오. </li><li> 15 PSI, 15 분 동안 121 ° C에서 고압 증기 멸균에 의해 소독. </li><li> 플라스크 벤치에 또는 바이오 안전성 후드에서 물을 욕조에 50 ~ 55 ° C까지 냉각 할 수 있습니다. </li><li> 50 μg / ML의 최종 농도를 달성하기 위해 항생제 테트라 사이클린 (tetracycline)을 추가한다. 잘 저어 섞는다. </li><li> 때 멋진, 4 ° C에서 레이블 병을 배치합니다. 참고 : 빛이 많은 항생제를 비활성화로, 주석 호일로 병을 커버. </li></ol></li><li> LB 한천 접시에 문화 박테리아 (이 프로토콜을 사용하는 슈도모나스 fluorescens) <ol><li> (냉장고에서 -80 °를 박테리아의 주식을 가지고; C)과 얼음에 놓습니다. </li><li> -80 ° C 세균 주식 및 바이오 안전성 후드 내부 LB 한천 플레이트를 놓습니다. </li><li> 킬 지그재그 패턴 LB 한천 플레이트 상에 균주. 한천 플레이트를 덮고 하룻밤 30 ºC 그것을 품어. 마지막으로, 4 ° C에서 냉장고에 접시를 저장합니다. </li></ol></li><li> 박테리아 용액을 제조 (S1) <ol><li> 멸균 플라스크에 50 ㎖의 LB 국물 미디어를 붓고. 바이오 안전성 후드 내부에서이 작업을 수행합니다. </li><li> 플라스크에 LB 아가 플레이트로부터 박테리아 단일 콜로니를 전송합니다. 이 조작은 생물 안전성 후드 안쪽 수행되어야한다. </li><li> 30 ° C 및 충분한 시간 (4 시간) 150 rpm에서 진탕 배양기에서 플라스크를 넣습니다. </li></ol></li><li> 희석 세균 솔루션 (S2)를 준비 <ol><li> 멸균 플라스틱 튜브에 5 ㎖의 LB 국물 미디어를 붓고. </li><li> LB 국물 매체와 혼합하여 S1을 희석. 그런 다음 솔루션을 소용돌이. 용액은 목적하는 광학 달성 희석알 밀도 (OD 600 nm의 0.1에서 측정). 참고 : 바이오 필름 실험은 일반적으로이 부근에서 OD 값을 사용한다. </li></ol></li></ol> 3 실험 설치 준비 <ol><li> 핀셋은 마이크로 칩의 입구 (들)와 출구 (들)에 유연한 플라스틱 튜브 (0.20 &quot;ID)를 연결합니다. 입구와 출구가 이전에 마이크로 칩 (스텝 1.5.5)의 PDMS 부분에 드릴되었다.이 조사에서 마이크로 칩은 두 개의 입구와 하나의 출구로 구성되어 있습니다. </li><li> 박테리아 용액 (S2 용액) 주사기 (들)을 입력하고 주사기 (들)의 모든 거품을 제거합니다. </li><li> 입구 관 (들)에 주사기 팁 (들) (30 G 0.5 &quot;무딘 바늘)을 연결합니다. 그런 다음 컨테이너를 낭비 출구 관 (들)을 연결합니다. </li></ol> (4) 실험을 실행 <ol><li> 주사기 팁 (들) 주사기 (들)을 연결합니다. </li><li> 주사기 펌프 위에 장소 및 수정 주사기 (들). 그런 desir의 대물 렌즈와 광학 현미경 마이크로 칩을 배치에드 배율 (예를 들어, 40 배). 박테리아 증식 (P. 30 °의 C는 fluorescens) 동안 일정한 온도 환경을 유지하기 생균 챔버기구와 마이크로 칩을 포함한다. </li><li> 원하는 유량 레벨로 펌프 (예를 들어 10 μL / 시간)를 설정하고 유체 펌핑을 시작합니다. </li><li> 박테리아가 챔버 내로 도입되면, 바이오 필름 형성이 또한 개시된다. 바이오 필름 형성 및 성숙은 일반적으로 몇 시간 또는 며칠의 기간에 걸쳐 발생한다. 관찰하고 현미경을 통해 생물막 성장의 이미지를 가져 가라. </li></ol>

<ol>
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The authors have nothing to disclose.

우리는 복잡한 서식지에서 바이오 필름 개발 연구를위한 다공성 미디어를 모방하는 간단한 미세 유체 장치를 보여 주었다. 실험의 결과를 지시 할 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 그들은 장치의 형상을 포함한다. 포스트 형상은 다를 수 있지만, 깃발은 형성하기위한 적절한 기공 공간이 필요합니다. 더욱이 Valiei 외. 1 트리머 형성 할수 특정 유량 범위에서 발생 것을 증명했다. 임...

최근에, 우리는 다공질 일을 모방 한 미세 유체 장치에서 세균 biofilm 형성의 역 동성을 보여 주었다. 세균 바이오 필름은 기본적으로 세포 외 고분자 물질 (EPS) 2-4으로 쌌다 아르 표면 집계 박테리아의 식민지입니다. 세균이 박막은 부드러운 표면을 다공성 매체의 훨씬 더 복잡 서식지에 이르기까지 거의 모든 생각할 수있는 틈새 시장이 형성 될 수 있기 때문이다. Valiei 외. 1 다공질 구조를 시뮬레이션하기 위해 마이크로 - 기둥 배열을 미세 유체 소자를 사용 및 액체 유량의 함수로서이 장치에서 바이오 필름 ​​형성을 연구 하였다. 그들은 특정 흐름 정권, 깃발로 알려진 사상 바이오 필름은 다른 기둥 사이에 등장하기 시작 것을 발견했다. 깃발에 닿는 일 수 있거나 둘 고체 표면에 끝나지만 구조의 나머지는 액체 중에 현탁된다. 보리 형성은 일반적으로 시작하는 바이오 필름의 초기 층 형성과 그 형식 후이온은 복잡한 서식지에서 바이오 필름의 장기적인 발전을 지시 할 수 있습니다. 최근 여러 연구자들은 유영 형성의 역학을 조사 하였다. 야 즈디 등. 5는 깃발이 진동 거품에서 발생하는 와류 흐름에 형성 할 수있는 것으로 나타났다. 또 다른 실험에서, Rusconi가 외. 6 깃발의 형성에 채널 곡률 및 채널 형상의 효과를 조사 하였다. 그들은 깃발이 마이크로의 굴곡 부분에 형성 할 수있는 것을 발견하고, 유영 형태는 운동과 관련이있다. 최근의 연구에 깃발들이 다공성 인터페이스에서 성숙 구조의 형성에 선구자 역할을 할 수 있습니다로, 다양한 자연과 인공 시나리오에서 폭 넓은 영향을 생물 의학 시스템에서 신속하고 치명적인 바이오 필름의 증식으로 이어질, 또한 상당한 플로우 기반을 일으킬 수 있다는 것을 보여 주었다 구조의 상호 작용 등 1,7-9. 바이오 필름의 깃발은 자주를 형성다공성 매체와 같은 N 복잡한 서식지. 다공성 미디어 환경의 이해 생물막 성장은 같은 CO 2 포집 11로 상황에서 잘 보어의 무결성을 유지하고 토양 12 모공의 막힘 생물학적 폐수 처리 (10)로 여러 가지 환경 및 산업 공정에 관련이있다. 복잡한 서식지에서 바이오 필름의 형성을 관찰하는 것은 종종 의한 다공질의 불투명도에 도전 할 수 있습니다. 그들이 실시간 인 시츄 모니터링을 허용하는 이러한 상황에서, 마이크로 유체 기반 다공성 미디어 플랫폼은 매우 유리한 증명할 수있다. 마이크로 유체의 또 다른 장점은 단일 바이오 마이크로 유체 플랫폼에서 여러 생물 반응기를 구축하고 동시에 온라인으로 모니터링 및 / 또는 센서의 통합을 허용하는 능력이다. 하나의 장치 및 정확한 통계적 분석을 위해 상당한 관련 데이터를 수집하는 기능이 여러 실험실 실험을 구현하는 유연성 중요하다 ADV미세 유체 시스템 (13, 14)의 ANTAGE. 위 설명의 문맥에서, 다공성 매체 환경에서 이해 유영 형성 역학은 여러 응용에 유익 할 것이다. 본 연구에서는 본뜬 다공성 매체 장치에서 스 트리머 형성을 조사하는 프로토콜을 개발한다. 미세 유체 플랫폼의 제조는, 세포 배양과 실험에 필요한 단계가 설명되어 있습니다. 실험에서는, 슈도모나스 fluorescens의 야생형 균주 사용 하였다. P. 토양에서 자연적으로 fluorescens는 토양 생태 (15)을 유지에 중요한 역할을합니다. 사용 된 균주는 유전자 구성 적으로 녹색 형광 단백질 (GFP)을 표현하기 위해 설계되었다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1038">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:255px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:339px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Flourescent Microscope</td>
			<td style="width:255px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">LB agar</td>
			<td style="width:255px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">BP1425-500</td>
			<td>suspend 40 g in 1 L of purified water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">LB broth</td>
			<td style="width:255px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">BP1427-500</td>
			<td>suspend 20 g in 1 L of purified water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Biosafety hood</td>
			<td style="width:255px;">Microzone corporation</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Petri-dish</td>
			<td style="width:255px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">875712</td>
			<td>sterile 100mmx15mm polystyrene petri dish</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:325px;">Incubator shaker</td>
			<td>New Brunswick Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:339px;">Excella E24incubator shaker series</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">50 mL sterilized centrifuge tube</td>
			<td style="width:255px;">Corning</td>
			<td style="width:119px;">430828</td>
			<td>Polypropylene Rnase-/Dnase-free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Tetracycline free base</td>
			<td style="width:255px;">MP Biomedicals</td>
			<td style="width:119px;">103012</td>
			<td>50 ug/mL</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">SYLGARD 184 silicone</td>
			<td style="width:255px;">Dow Corning Corporation</td>
			<td style="width:119px;">68037-59-2</td>
			<td>Elastomer Base and curing agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Positive photoresist (AZ4620)</td>
			<td style="width:255px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:325px;">Plastic tube</td>
			<td style="width:255px;">Cole- Parmer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

protocol for biofilm streamer formation in a microfluidic device with micro-pillars

몇몇 세균 종은 표면에 부착 생물막 불리는 박막의 형태로 이들을 정착 할 수있는 능력을 갖는다. 다공성 매체에서 성장 바이오 필름은 폐수 처리 및 CO 2 격리 등의 여러 산업 및 환경 프로세스에 적합하다. 우리는 모방 다공성 지지체를 미세 유체 장치에서 biofilm 형성을 조사하기 위해, 슈도모나스 fluorescens 그람 음성 호기성 세균을 사용했다. 미세 유체 장치는 소프트 리소그래피를 사용하여 제조 된 마이크로 게시물의 배열로 구성되어 있습니다. 그 후, 흐름이 장치에서 biofilm 형성을 조사하고, 우리는 우리의 장치 깃발로 알려진 사상 바이오 필름의 형성을 보여줍니다. 제조 및 미세 유체 장치의 조립을위한 상세한 프로토콜은 세균 배양 프로토콜과 함께 여기에 제공됩니다. 마이크로 유체 장치와 실험에 대한 자세한 절차는 담당자와 함께 제공됩니다결과.

상술 한 미세 프로토콜을 이용하여 PDMS 기반의 미세 유체 소자를 제작 하였다. 1 주 사형 전자 현미경 (SEM) PDMS의 이미지를 보여준다 장치.도 1a는 상기 장치의 입구 부분을 나타낸다. 포크 모양의 입구는 장치에서 압력 헤드를 동일하게 만들어집니다. 또한 SEM 영상은 기둥 벽 (그림 1b) 거의 수직 것으로 나타났다. 배양 균액 (도 2)로 희석시키고, 그?...

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Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars

Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated.

마이크로 기둥 미세 유체 장치에서 바이오 필름 보리 형성을위한 프로토콜

Several bacterial species possess the ability to attach to surfaces and colonize them in the form of thin films called biofilms. Biofilms that grow in ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.1K 조회수.  University of Alberta. Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated. 

비디오: Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

We have developed a microfluidic device that mimics the delivery and systemic clearance of drugs to heterogeneous three-dimensional tumor tissues in vitro. Nutrients delivered by vasculature fail to reach all parts of tumors, giving rise to heterogeneous microenvironments consisting of viable, quiescent and necrotic cell types. Many cancer drugs fail to effectively penetrate and treat all types of cells because of this heterogeneity. Monolayers of cancer cells do not mimic this heterogeneity, making it difficult to test cancer drugs with a suitable in vitro model. Our microfluidic devices were fabricated out of PDMS using soft lithography. Multicellular tumor spheroids, formed by the hanging drop method, were inserted and constrained into rectangular chambers on the device and maintained with continuous medium perfusion on one side. The rectangular shape of chambers on the device created linear gradients within tissue. Fluorescent stains were used to quantify the variability in apoptosis within tissue. Tumors on the device were treated with the fluorescent chemotherapeutic drug doxorubicin, time-lapse microscopy was used to monitor its diffusion into tissue, and the effective diffusion coefficient was estimated. The hanging drop method allowed quick formation of uniform spheroids from several cancer cell lines. The device enabled growth of spheroids for up to 3 days. Cells in proximity of flowing medium were minimally apoptotic and those far from the channel were more apoptotic, thereby accurately mimicking regions in tumors adjacent to blood vessels. The estimated value of the doxorubicin diffusion coefficient agreed with a previously reported value in human breast cancer. Because the penetration and retention of drugs in solid tumors affects their efficacy, we believe that this device is an important tool in understanding the behavior of drugs, and developing new cancer therapeutics.

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

We present the procedure for fabrication and operation of a microfluidic device that recreates heterogeneous tumor microenvironments in vitro. The variability in apoptosis within tumor tissue was quantified using fluorescent stains and the effective diffusion coefficient of the chemotherapeutic drug doxorubicin into tumor tissue was evaluated.

종양 Microenvironment를 재현을위한 마이크로 유체 장치<em&gt; 체외에서</em

We have developed a microfluidic device that mimics the delivery and systemic clearance of drugs to heterogeneous three-dimensional tumor tissues in ...

연구

생체공학

A Microfluidic Device for Studying Multiple Distinct Strains

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a comparative manner. Multiwell plates are routinely used to compare many different strains or cell lines, but allow limited control over the environment dynamics. Microfluidic devices, on the other hand, allow exquisite dynamic control over the surrounding conditions, but it is challenging to image and distinguish more than a few strains in them. Here we describe a method to easily and rapidly manufacture a microfluidic device capable of applying dynamically changing conditions to multiple distinct yeast strains in one channel. The device is designed and manufactured by simple means without the need for soft lithography. It is composed of a Y-shaped flow channel attached to a second layer harboring microwells. The strains are placed in separate microwells, and imaged under the exact same dynamic conditions. We demonstrate the use of the device for measuring protein localization responses to pulses of nutrient changes in different yeast strains.

We present a simple method to produce microfluidic devices capable of applying similar dynamic conditions to multiple distinct strains, without the need for a clean room or soft lithography.

여러 고유 긴장 유학을위한 마이크로 유체 장치

The study of cell responses to environmental changes poses many experimental challenges: cells need to be imaged under changing conditions, often in a ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

미리 설계된 크기와 모양의 중합체 및 바이오 하이브리드 섬유의 미세 유체 제조

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren system is constructed from a Hoffman modulation contrast microscope, which provides easy access to the rear focal plane of the objective lens, by removing the slit plate and replacing the modulator with a knife-edge. The working principle of microscale schlieren technique relies on detecting light deflection caused by variation of refractive index1-3. The deflected light either escapes or is obstructed by the knife-edge to produce a bright or a dark band, respectively. If the refractive index of the mixture varies linearly with its composition, the local change in light intensity in the image plane is proportional to the concentration gradient normal to the optical axis. The micro-schlieren image gives a two-dimensional projection of the disturbed light produced by three-dimensional inhomogeneity.
To accomplish quantitative analysis, we describe a calibration procedure that mixes two fluids in a T-microchannel. We carry out a numerical simulation to obtain the concentration gradient in the T-microchannel that correlates closely with the corresponding micro-schlieren image. By comparison, a relationship between the grayscale readouts of the micro-schlieren image and the concentration gradients presented in a microfluidic device is established. Using this relationship, we are able to analyze the mixing inhomogeneity from associate micro-schlieren image and demonstrate the capability of microscale schlieren technique with measurements in a microfluidic oscillator4. For optically transparent fluids, microscale schlieren technique is an attractive diagnostic tool to provide instantaneous full-field information that retains the three-dimensional features of the mixing process.

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

마이크로 스케일 슐 리렌 기술에 의해 미세 유체 소자 믹싱 비균질성 분석

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

Fully Automated Centrifugal Microfluidic Device for Ultrasensitive Protein Detection from Whole Blood

Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) is a promising method to detect small amount of proteins in biological samples. The devices providing a platform for reduced sample volume and assay time as well as full automation are required for potential use in point-of-care-diagnostics. Recently, we have demonstrated ultrasensitive detection of serum proteins, C-reactive protein (CRP) and cardiac troponin I (cTnI), utilizing a lab-on-a-disc composed of TiO2 nanofibrous (NF) mats. It showed a large dynamic range with femto molar (fM) detection sensitivity, from a small volume of whole blood in 30 min. The device consists of several components for blood separation, metering, mixing, and washing that are automated for improved sensitivity from low sample volumes. Here, in the video demonstration, we show the experimental protocols and know-how for the fabrication of NFs as well as the disc, their integration and the operation in the following order: processes for preparing TiO2 NF mat; transfer-printing of TiO2 NF mat onto the disc; surface modification for immune-reactions, disc assembly and operation; on-disc detection and representative results for immunoassay. Use of this device enables multiplexed analysis with minimal consumption of samples and reagents. Given the advantages, the device should find use in a wide variety of applications, and prove beneficial in facilitating the analysis of low abundant proteins.

This protocol demonstrates how to achieve femto molar detection sensitivity of proteins in 10 &#181;L of whole blood within 30 min. This can be achieved by using electrospun nanofibrous mats integrated in a lab-on-a-disc, which offers high surface area as well as effective mixing and washing for enhanced signal-to-noise ratio.

전혈에서 고감도 단백질 검출을위한 완전 자동화 된 원심 미세 유체 장치

Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) is a promising method to detect small amount of proteins in biological samples. The devices providing a platform ...

Co-culture of Living Microbiome with Microengineered Human Intestinal Villi in a Gut-on-a-Chip Microfluidic Device

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human gut-on-a-chip microphysiological device. We recapitulate the intestinal lumen-capillary tissue interface in a microfluidic device, where physiological mechanical deformations and fluid shear flow are constantly applied to mimic peristalsis. In the lumen microchannel, human intestinal epithelial Caco-2 cells are cultured to form a &#39;germ-free&#39; villus epithelium and regenerate small intestinal villi. Pre-cultured microbial cells are inoculated into the lumen side to establish a host-microbe ecosystem. After microbial cells adhere to the apical surface of the villi, fluid flow and mechanical deformations are resumed to produce a steady-state microenvironment in which fresh culture medium is constantly supplied and unbound bacteria (as well as bacterial wastes) are continuously removed. After extended co-culture from days to weeks, multiple microcolonies are found to be randomly located between the villi, and both microbial and epithelial cells remain viable and functional for at least one week in culture. Our co-culture protocol can be adapted to provide a versatile platform for other host-microbiome ecosystems that can be found in various human organs, which may facilitate in vitro study of the role of human microbiome in orchestrating health and disease.

We describe an in vitro protocol to co-culture gut microbiome and intestinal villi for an extended period using a human gut-on-a-chip microphysiological system.

에 Microengineered 인간의 장내 융모와 생활 마이크로 바이 옴의 공동 문화 창자 - 온 - 어 - 칩 미세 유체 장치

Here, we describe a protocol to perform long-term co-culture of multi-species human gut microbiome with microengineered intestinal villi in a human ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

A Microfluidic Flow Chamber Model for Platelet Transfusion and Hemostasis Measures Platelet Deposition and Fibrin Formation in Real-time

Microfluidic models of hemostasis assess platelet function under conditions of hydrodynamic shear, but in the presence of anticoagulants, this analysis is restricted to platelet deposition only. The intricate relationship between Ca2+-dependent coagulation and platelet function requires careful and controlled recalcification of blood prior to analysis. Our setup uses a Y-shaped mixing channel, which supplies concentrated Ca2+/Mg2+ buffer to flowing blood just prior to perfusion, enabling rapid recalcification without sample stasis. A ten-fold difference in flow velocity between both reservoirs minimizes dilution. The recalcified blood is then perfused in a collagen-coated analysis chamber, and differential labeling permits real-time imaging of both platelet and fibrin deposition using fluorescence video microscopy. The system uses only commercially available tools, increasing the chances of standardization. Reconstitution of thrombocytopenic blood with platelets from banked concentrates furthermore models platelet transfusion, proving its use in this research domain. Exemplary data demonstrated that coagulation onset and fibrin deposition were linearly dependent on the platelet concentration, confirming the relationship between primary and secondary hemostasis in our model. In a timeframe of 16 perfusion min, contact activation did not take place, despite recalcification to normal Ca2+ and Mg2+ levels. When coagulation factor XIIa was inhibited by corn trypsin inhibitor, this time frame was even longer, indicating a considerable dynamic range in which the changes in the procoagulant nature of the platelets can be assessed. Co-immobilization of tissue factor with collagen significantly reduced the time to onset of coagulation, but not its rate. The option to study the tissue factor and/or the contact pathway increases the versatility and utility of the assay.

This paper describes an experimental model of hemostasis that simultaneously measures platelet function and coagulation. Platelet and fibrin fluorescence is measured in real-time, and platelet adhesion rate, coagulation rate, and onset of coagulation are determined. The model is used to determine platelet procoagulant properties under flow in concentrates for transfusion.

혈소판 수혈 및 지혈을위한 미세 유체 유량 용기 모델은 실시간으로 혈소판 증착 및 섬유소 형성을 측정합니다

Microfluidic models of hemostasis assess platelet function under conditions of hydrodynamic shear, but in the presence of anticoagulants, this analysis is ...

Perfusable Vascular Network with a Tissue Model in a Microfluidic Device

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the spheroid cultures, a perfusable vascular network in the spheroids remains a critical challenge for long-term culture required to maintain and develop their functions, such as protein expressions and morphogenesis. The protocol presents a novel method to integrate a perfusable vascular network within the spheroid in a microfluidic device. To induce a perfusable vascular network in the spheroid, angiogenic sprouts connected to microchannels were guided to the spheroid by utilizing angiogenic factors from human lung fibroblasts cultured in the spheroid. The angiogenic sprouts reached the spheroid, merged with the endothelial cells co-cultured in the spheroid, and formed a continuous vascular network. The vascular network could perfuse the interior of the spheroid without any leakage. The constructed vascular network may be further used as a route for supply of nutrients and removal of waste products, mimicking blood circulation in vivo. The method provides a new platform in spheroid culture toward better recapitulation of living tissues.

The protocol describes how to engineer a perfusable vascular network in a spheroid. The spheroid's surrounding microenvironment is devised to induce angiogenesis and connect the spheroid to the microchannels in a microfluidic device. The method allows the perfusion of the spheroid, which is a long-awaited technique in three-dimensional cultures.

미세 소자에서 조직 모델 perfusable 혈관 네트워크

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the ...

A Microfluidic Platform for Stimulating Chondrocytes with Dynamic Compression

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth plate cartilage architecture and results in growth modulation of long bones of children. To determine the role of compressive stress in bone growth, we created a microfluidic device actuated by pneumatic pressure, to dynamically (or statically) compress growth plate chondrocytes embedded in alginate hydrogel cylinders. In this article, we describe detailed methods for fabricating and characterizing this device. The advantages of our protocol are: 1) Five different magnitudes of compressive stress can be generated on five technical replicates in a single platform, 2) It is easy to visualize cell morphology via a conventional light microscope, 3) Cells can be rapidly isolated from the device after compression to facilitate downstream assays, and 4) The platform can be applied to study mechanobiology of any cell type that can grow in hydrogels.

This article provides detailed methods for fabricating and characterizing a pneumatically actuating microfluidic device for chondrocyte compression.

동적 압축으로 연골 세포 자극을 위한 미세 유체 플랫폼

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth ...