This work was supported by the European Research Council (ERC Starting Grant n&#956;LIPIDS, No. 203428) and ETH Zurich (project number: ETH-49 12-2). The authors of this manuscript would like to thank Bodo Hattendorf for help with the ICP-MS and F. Kurth for cell counting. The authors also would like to thank Christoph B&#228;rtschi and Roland M&#228;der for their support with building the mechanical setup. The clean room facility FIRST at ETH Zurich is acknowledged for support in microfabrication.

1. SU-8 마스터 제작 (그림 2) 주 : 먼지 입자에 의한 결함을 방지하기 위해 클린 룸에서 SU-8 마스터 몰드의 제조를 수행한다. 두 웨이퍼 제조, 마이크로 유체 기능과없이 하나 하나의 웨이퍼 필요합니다. <ol><li> 마이크로 유체 칩의 마스터 몰드를 준비합니다. 먼저 실리콘 웨이퍼에 접착층을 적용한다. <ol><li> 200 ℃에서 10 분 동안 실리콘 웨이퍼 탈수. RT까지 웨이퍼 쿨 다음과 같은 프로토콜을 사용하여 SU-8 스핀 코터, 스핀 코트 여기에 2002을에로드합니다. </li><li> 약 3 ml의 분배는 웨이퍼 상에 레지스트. </li><li> 이 웨이퍼 전체에 걸쳐 확산 레지스트 10 초 동안 500 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li><li> 약 2 ㎛의 레지스트 높이를 달성하기 위해 30 초 동안 2000 rpm에서 스핀 웨이퍼. </li></ol></li><li> 아세톤을 적신 면봉으로 웨이퍼의 가장자리에서 초과 저항 제거를 방지하기 위해다음 단계에서 핫 플레이트로 웨이퍼의 고집. 핫 플레이트에 95 ° C에서 60 초 동안 웨이퍼를 굽는다. </li><li> 자외선 (80 엠제이 / 365 nm에서 cm 2)와 웨이퍼 전체를 노출. 포스트 베이크 120 초에 95 ° C에서의 웨이퍼. </li><li> 아래로 웨이퍼를 쿨 즉시 다시 SU-8 2050 다음과 같은 프로토콜을 사용하여 코트를 웨이퍼를 회전 : <ol><li> 20 초 동안 100 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀 (약 3 ml의 SU-8이 단계 동안 레지스트 분배). </li><li> 이 웨이퍼 전체에 걸쳐 확산 레지스트 10 초 동안 500 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li><li> 약 40 ㎛의 두께 저항의 결과로 30 초 동안 3,250 rpm에서 웨이퍼 스핀. </li></ol></li><li> 다시 말하지만, 초과는 65 ° C에서 아세톤을 적신 면봉과 부드러운 빵을 180 초 동안 핫 플레이트에 웨이퍼와 웨이퍼의 가장자리에서 95 ° C에서 360 초 동안 저항 제거합니다. </li><li> STI로 포토 마스크를 준비소다 석회 유리로 요리하는. 마스크 디자인 그림 3을 참조하십시오. 제조 된 마스크를 통해 (365 nm에서 160 mJ을 측정 / cm 2) 자외선 노출하는 레지스트 마스크를 사용하여 노광 장치. 65 ° C에서 60 초 동안 핫 플레이트에 다시 노출 된 웨이퍼를 구워 95 ° C에서 360 초. </li><li> RT로 웨이퍼를 냉각 한 후, 레지스트를 개발하기 위해 5 분 동안 현상액으로 채워진 유리 페트리 접시에 젖어. 조심스럽게 노출되지 않은 SU-8 제거 할 수있는 배양 접시를 선동. 이소프로판올로 웨이퍼를 씻어 질소 총을 가진이 건조한다. </li><li> 현미경으로 웨이퍼를 검사합니다. 경우 미개발, 기능에 남아 저항 단계 1.7에 설명 된대로, 몇 분 동안 다시 웨이퍼를 개발한다. </li><li> 200 ℃에서 2 시간 동안 웨이퍼를 소성하여 잔류 용매를 제거합니다. 단계 프로파일과 기능의 높이를 확인하십시오. 측정 된 높이가 원하는 높이와 다른 경우이 프로토 시작다시 내지 컬럼 단계 1.1.4의 회전 속도에 적응. </li><li> 웨이퍼 PDMS의 부착을 방지하기 위해 작은 도자기 접시 1 H, 1 H, H 2, H 2의 -perfluorodecyltrichlorosilane 50 μL와 함께 건조기에 배치하여 silanization합니다. 100 밀리바로 데시 케이 터에서 압력을 감소하고 12 시간 동안 배양 한 웨이퍼. <ol><li> 빈 PDMS 부품 단계 1.10의 방법을 사용하여 또 다른 실리콘 웨이퍼를 silanization합니다. 하나의 데시 케이 터에서 동시에 시간 silanization합니다 둘 웨이퍼를 저장합니다. </li></ol></li></ol> 2. 짐을 싣다 칩 제작 참고 : 짐을 싣다 칩 접착 (24)에 의해 함께 결합 된 두 개의 PDMS의 조각을 만든됩니다. 첫 번째 부분은 마이크로 유체 기능이 포함되어 있습니다. 다른 부분은 평평하고 채널을 밀봉하기 위해 사용된다. 접합들은 액적 이송 시스템과 인터페이스하는 칩을 필요한 둥근 모양을 형성한다. 여기서의 제조두 부분 및 접합을 설명한다. 모든 공정 단계는 그림 4에 표시됩니다. <ol><li> 경화제 PDMS의 4g과 예비 중합체의 40g을 혼합하여 PDMS의 44g을 준비한다 (이 최대 6 칩을 발생합니다). 이 무료 거품 (이 약 20 분 소요됩니다) 될 때까지 데시 케이 터에 PDMS를 탈기. </li><li> 구조화 된 반쪽의 복제 성형. <ol><li> 웨이퍼 위에 주조 형태를두고 디자인 주위 안내 구조를 사용하여 제자리에 고정 (도 5 참조). 평면 PDMS의 반감 장소에 스냅을 건너 뜁니다. </li><li> 주조 형태로 약 3 탈기 PDMS의 4g에 붓고 150 ℃에서 핫 플레이트에 6 분 동안 놓습니다. 주조 형태로 경화 된 PDMS를 냉각 조심스럽게 주걱을 사용하여 주조 형태의 웨이퍼를 들어 올립니다. </li><li> 미세 유체 채널의 오염을 방지하기 위해 접촉 WI 이전과 칩의 측면을 덮테이프로 웨이퍼를 토륨. 조심스럽게 과량 PDMS를 제거 PDMS 부의 가장자리를 따라 테이프를 잘랐다. </li></ol></li><li> 평면 PDMS 절반이 빈 실란 화 된 웨이퍼 2.2.3 상기 단계 2.2.1를 반복 제작합니다. </li><li> 테이프의 껍질과 생검 구멍을 뚫는와 구조화 된 반으로 유체 연결 구멍을 펀치. 보관시 테이프로 구조를 보호합니다. </li><li> 에이전트 (24)를 경화 PDMS를 사용하는 접착에 의해 함께 PDMS 부품 접합. <ol><li> 처리되지 않은 실리콘 웨이퍼를 타고 PDMS는 6,000 rpm에서 30 초 동안 경화제와 코트를 회전. 스핀 코터에서 웨이퍼를 가져 가라. </li><li> 구조화 된 반쪽에서 테이프를 제거하고 웨이퍼에 아래로 향 구조로 배치합니다. 조심스럽게 기포를 제거하기 위해 PDMS의 상단에 밀어 넣습니다. </li><li> 빈 PDMS 반쪽에서 테이프를 제거합니다. 웨이퍼에서 구조화 반감을 가지고 수동으로 평면 PDMS의 반감의 상단에 맞 춥니 다. 부드럽게 짜내공기 방울을 제거하고 실온에서 24 시간 동안 조립 칩 치료를 수 있도록 함께 부분. 이 채널이 붕괴의 원인이 될 수 있습니다 힘과 함께 부분을 밀어하지 마십시오. </li></ol></li><li> 출구 노즐을 열 수있는 유틸리티 나이프와 노즐 채널 직교하는 표시 라인을 따라 칩의 끝을 잘라. 직선 액체 분사에 필요한 직선 절단을 보장하기 위해 정렬 장치를 사용하십시오. 미세 유체 채널과 먼지 입자의 결함에 대한 현미경으로 칩을 검사합니다. 저장 동안 칩을 보호하기 위해 유입 구멍 위에 테이프를 넣어. </li><li> 건조 질소 소스와 짐을 싣다 칩의 모든 입구에 튜브와 Woulff 병을 연결합니다. 보증금 50 Woulff 병의 바닥에서 1 시간, 1 시간, 2 H, 2 H의 -perfluorodecyltrichlorosilane ㎕의 닫습니다. </li><li> 1 H, H를 담지 한 질소 스트림으로 20 분 동안 모든 채널을 플러싱에 의해 미세 유체 채널을 silanization합니다 </em&gt;, 2 H, 대략 1 ㎖ / sec의 유량으로 2 H의 -perfluorodecyltrichlorosilane. 이 칩들은 실험 준비 및 실온에서 적어도 몇 주 동안 저장할 수 있습니다. </li></ol> 측정 / 물방울 전송 시스템 3. 준비 주 : 셋업 안정된지지 구조를 구성 할 필요가 있기 때문에, 광학 테이블 위에 액적 전체 전송 시스템을 구축. 전체 액적 교통 시스템의 방식은도 6에 도시되어있다. <ol><li> 수직 스테인레스 스틸 튜브를 부착 50cm로 맞춤 사이클론 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA) 어댑터를 설치한다. 질량 유량 제어기와 헬륨 소스에 어댑터를 연결. 방울 시각화를위한 반대 사이트에서 어댑터에 초고속 카메라와 램프를 연결합니다. </li><li> 스틸 튜브의 중간에 카트리지 히터를 배치하고, 폴리 염화 비닐 (PVC) LEGRIS 배관 및 튜브를 사용커넥터 멤브레인 desolvator의 유입구 강관의 단부를 연결한다. </li><li> 직접 ICPMS 입구에 접속되어 층류 어댑터, 또 다른 PVC 튜빙 desolvator의 출구를 연결한다. 질량 유량 제어기와 아르곤 소스 층류 어댑터를 연결하고 나중에 안정된 작동 조건을 달성하기 위해 아르곤 혼합되다 그것을 사용. </li><li> 어댑터뿐만 아니라 정신 수준 수직 강철 튜브를 맞 춥니 다. 정렬이 정확하지 않으면, 그 방울의 상당한 손실을 초래할 수있다. 가스 시스템 워밍업 시간 동안 누출 방지하기 위해 어댑터에 플러그를 삽입합니다. </li><li> . 모든 상기 가스 흐름과 표 1의 설정을 사용하여 장치를 시작 시스템이 15 분 동안 예열합니다. 카트리지 히터, 온도를 안정 사전에 그것을 전환하는 2 시간을 필요로한다. </li><li> 사이클론 헬륨 어댑터의 높이에 선반에 주사기 펌프를 놓습니다. 사이의 거리를 유지주사기 펌프 및 가능한 짧게 어댑터. </li></ol> 4. 측정 참고 : 다음 프로토콜 때문에 사용할 수있는 솔루션 및 현탁액의 다양한 일반적인 용어로 작성되었습니다. 그러나, 세포 현탁액은 방울의 대부분이 단 하나의 셀을 수행되도록하여 단일 세포 분석이 수행되는 &lt;1 × 10 7 세포 / ㎖ 농도의 농도로 희석한다. 주사기의 출구 포인트 아래 그들이 포인트 아래 이러한 방식으로 튜브를 설치할 수 있도록 셀 측정 각도 주사기 펌프 장소. <ol><li> 주사기에 튜브를 연결합니다. 로드 퍼플 두을 5 ml 주사기 및 샘플 용액 또는 현탁액으로 한 1 ML의 주사기. 주사기와 튜브에 갇혀 모든 거품을 제거합니다. </li><li> 주사기 펌프에 주사기를 설치하고 칩의 입구에 연결합니다. 시작부터 설정을 사용하여 주사기 펌프를 가동표 1 (또는 높은 유속). 흐름을 안정화하기 위해 3 ~ 5 분을 준다. <ol><li> 조직과 칩의 끝에서 물기를 제거합니다. 액체는 지금 바로 제트 칩에서 배출해야한다. 직선 토출가 휴지로 닦아내 의해 달성 될 수없는 경우 칩을 교체하고,이 단계를 반복. </li></ol></li><li> 어댑터에서 플러그를 제거하고 조심스럽게 어댑터에 칩을 삽입합니다. FC-40 필요한 경우와 칩을 윤활합니다. 칩은 실험의 적어도 2 시간 동안 사용할 수있다. </li><li> 표 1에서 권장 측정 내에 있도록 설정 유량을 변경한다. PFH 낮은 유량 PFH 등압 저장뿐만 아니라 간섭 신호로 인한 배경을 줄일뿐만 아니라. </li><li> (선택 유속에 따라) 안정화 시스템 2-5 분을 준다. 관심있는 분석의 가장 높은 신호 강도에 대한 ICPMS을 최적화합니다. <ol><li> 이어서 모든 g의 흐름을 조정관심 분석 물질의 최대 신호 강도까지 질량 흐름 제어기에 ASE를 (표 1의 주장 범위를 참조)이 달성된다. 플라즈마 전력과 같은 방법에 ICPMS (제조자의 권고에 따른 범위) 포커싱 렌즈 전압 조정. </li></ol></li><li> 10 밀리의 체류 시간에 ICPMS를 설정 (사용 매우 ICPMS 적용하지만, 시간이 해결 획득을 위해 다른 악기로 조정할 수 있습니다). 제조자의 프로토콜을 사용하여 특정 m / z의 신호 기록을 시작. </li><li> 측정 후, 평가를 위해 데이터 분석 프로그램 원시 데이터를 전송. 빈 카운트 대해 빈의 중심 값을 생성 내장 기능 및 플롯 10 밀리 초 당 카운트에서 주어진 데이터. 가우스 함수로 플롯 도수 분포 히스토그램의 각 피크를 장착한다. 평균 및 시그마 착용감 각각 평균​​ 신호 강도 및 그 표준 편차를 나타낸다. </li></ol> &lt;P 클래스 = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. 교정 개념 <ol><li> 요소 또는 샘플과 동일한 유속의 관심 요소를 포함하는 단일 또는 다중 - 요소 표준 용액을 측정한다. </li><li> 현미경에 페트리 접시에 짐을 싣다 칩을 놓습니다. 더 나은 이미지 품질을 위해 비 원형 칩을 사용합니다. 단계 2에서 설명하지만, 부분적으로 원형 모양의 하나 대신 간단한 직사각형 주조 형태로 사용이 칩을 제조. </li><li> 액적 생성을 시작하는 단계 4.2.1 4.1을 따릅니다. 단계 5.1에서 사용 된 유속으로 유량을 설정한다. </li><li> 현미경 (20X 대물 렌즈)에 연결된 고속 카메라 수성 액 적의 이미지를 기록. 녹화의 평균 액적 직경을 구하는 Basu는 25만큼 액적 형태 학적 및 유속계 소프트웨어와 같은 영상 분석 소프트웨어를 사용한다. </li><li> 액적 가정 할 구면 목적은 액적 부피를 계산하는 평균 액적 직경을 사용한다. <ol><li> 이 볼륨과 KN에서액적에서 피검 물의 농도는 자신의 대응하는 원자의 수를 계산한다. 검출 효율을 얻을 원자의 수에 의해 측정 한 방울 당 이온의 수를 나눈다. 미지 시료의 원자의 수를 계산하기 위해 이러한 검출 효율을 사용한다. 주 : 개별 칩 간의 편차가 22 작기 때문에, 그 유량은 동일하게 유지하는 경우 각 칩 또는 솔루션 액적 크기의 측정을 반복 할 필요는 없다. 특정 유량에 따른 액적 크기와 주파수의 목록 Verboket 외. (22)에 의해 간행된다. </li></ol></li></ol>

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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+boiling+enhancement+mechanism+caused+by+surfactant+addition+to+water.">Determination of the boiling enhancement mechanism caused by surfactant addition to water.</a> J. Heat Transfer. 118 (2), 429-435 (1996).</li><li>Samel, B., Chowdhury, M. K., Stemme, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fabrication+of+microfluidic+structures+by+means+of+full-wafer+adhesive+bonding+using+a+poly(dimethylsiloxane)+catalyst.">The fabrication of microfluidic structures by means of full-wafer adhesive bonding using a poly(dimethylsiloxane) catalyst.</a> J Micromech Microeng. 17 (8), 1710-1714 (2007).</li><li>Basu, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+morphometry+and+velocimetry+(DMV):+a+video+processing+software+for+time-resolved,+label-free+tracking+of+droplet+parameters.">Droplet morphometry and velocimetry (DMV): a video processing software for time-resolved, label-free tracking of droplet parameters.</a> Lab Chip. 13 (10), 1892-1901 (2013).</li><li>Dziewatkoski, M. P., Daniels, L. B., Olesik, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometry+measurements+with+individual,+monodisperse+drop+sample+introduction.">Time-resolved inductively coupled plasma mass spectrometry measurements with individual, monodisperse drop sample introduction.</a> Anal. Chem. 68 (7), 1101-1109 (1996).</li><li>Abate, A. R., Hung, T., Mary, P., Agresti, J. J., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+injection+with+microfluidics+using+picoinjectors.">High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (45), 19163-19166 (2010).</li><li>Bremond, N., Thiam, A. R., Bibette, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decompressing+emulsion+droplets+favors+coalescence.">Decompressing emulsion droplets favors coalescence.</a> Phys. Rev. Lett. 100 (2), 024501 (2008).</li><li>Niu, X., Gulati, S., Edel, J. B., deMello, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pillar-induced+droplet+merging+in+microfluidic+circuits.">Pillar-induced droplet merging in microfluidic circuits.</a> Lab Chip. 8 (11), 1837-1841 (2008).</li><li>Song, H., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Millisecond+kinetics+on+a+microfluidic+chip+using+nanoliters+of+reagents.">Millisecond kinetics on a microfluidic chip using nanoliters of reagents.</a> J. Am. Chem. Soc. 125 (47), 14613-14619 (2003).</li><li>Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactions+in+droplets+in+microflulidic+channels.">Reactions in droplets in microflulidic channels.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 45 (44), 7336-7356 (2006).</li><li>Lombardi, D., Dittrich, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+microfluidics+with+magnetic+beads:+a+new+tool+to+investigate+drug-protein+interactions.">Droplet microfluidics with magnetic beads: a new tool to investigate drug-protein interactions.</a> Anal. Bioanal. Chem. 399 (1), 347-352 (2011).</li><li>Edgar, J. S., 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=Compartmentalization+of+chemically+separated+components+into+droplets.">Compartmentalization of chemically separated components into droplets.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 48 (15), 2719-2722 (2009).</li><li>Edgar, J. S., 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=Capillary+electrophoresis+separation+in+the+presence+of+an+immiscible+boundary+for+droplet+analysis.">Capillary electrophoresis separation in the presence of an immiscible boundary for droplet analysis.</a> Anal. Chem. 78 (19), 6948-6954 (2006).</li><li>Baret, J. C., 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=Fluorescence-activated+droplet+sorting+(FADS):+efficient+microfluidic+cell+sorting+based+on+enzymatic+activity.">Fluorescence-activated droplet sorting (FADS): efficient microfluidic cell sorting based on enzymatic activity.</a> Lab Chip. 9 (13), 1850-1858 (2009).</li><li>Agresti, J. J., 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=Ultrahigh-throughput+screening+in+drop-based+microfluidics+for+directed+evolution.">Ultrahigh-throughput screening in drop-based microfluidics for directed evolution.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (9), 4004-4009 (2010).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

칩의 제조가 매우 안정 있지만 특별한주의를 필요로하는 제조시 몇 가지 중요한 포인트가 있습니다. 먼저, 조립시에는 먼지 청결도 칩의 오염을 방지하는 것이 매우 중요하다. 먼지는 채널을 차단하고 안정적​​인 액적 발생을 방지 할 수있다. 둘째, 노즐 팁은 직교 채널 잘려진 특히 중요하다. 절삭 각도 강하게 분사 각도에 영향을 미친다. 액체 토출 각도 경우는 액 적이 토출 손실이 발생할 수...

유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS)에 의한 액체 시료의 원소 분석은 일반적으로 도입 시스템 (1)으로 분사 챔버와 조합 분무기를 사용하여 수행된다. 이 샘플 도입 시스템에서는 샘플은 다 분산 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 생성기에 의해 분무된다. 스프레이 하류 챔버는 큰 방울을 필터링하는 데 사용된다. 이 방법은 높은 샘플링 소비 (&gt; 0.3 ml의 분 -1) 및이 불완전한 샘플 운송과 관련된다. 따라서, 그것은 단지 ㎕의 샘플 볼륨, 생물학적 법의학, 독성 및 임상 시험 3에서와 같이 사용 가능한 애플리케이션에 비실용적. 샘플 소비를 줄이기 위해 작은 노즐 치수 분무기 3을 개발 하였다. 그러나, 감소 된 노즐 크기는 소화되지 않은 생물학적 유체 또는 농축 염 용액의 시료 3을 분석 할 때 막힘의 위험을 증가시킨다. 등. (4)에 의해 제안되었다. 저자는 피에조 전기 구동 마이크로 펌프에 의해 생성 된 단 분산 이산 미세 방울의 형태 ICPMS 내로 액체를 주입. 바로이 시스템은 다양한 응용 프로그램을 발견하지 못했지만, 그것은 ICPMS 이산 방울 도입의 개념의 발전을 시작했다. 오늘날, 피에조 전기 30, 50, 70 및 100 ㎛의 크기와 100-2,000 Hz에서의 주파수에 방울을 생성 할 수있는 시스템을 분배 구동, 구입하실 수 있습니다. 방울은 100 %에 가까운 효율 5와 ICPMS로 반송 될 수있다. 이 microdroplet 디스펜서 정량적으로 단일 나노 입자 5,6 측정뿐만 아니라 개인의 생물학적 세포 (7)의 특성을 적용하고있다. 열 잉크젯 기술에 기초하여도 8과 유사한 시스템은 생물학적 시료 (9)의 분석을 위해 시험 하였다. 호 텔 있지만lable가 단일 액적 도입 시스템은 적은 양의 샘플을 위해 사용될 수 있고, 매우 효율적이며, 나노 입자 및 세포 분석을 위해 유망한, 이들은 몇 가지 제한이있다. (사용자 설정이 열을 이용하지 않는) 고정 된 노즐의 크기, 액적 크기는 약간 변할 수있다. 액체 (PH, 염 함량)의 물리적 특성의 변화는 액적 특성 (크기, 사출 속도)를 변경할 수있다. 또한, 이들 디바이스는 다소 비싼 폐색되기 쉽다 세척이 어렵다. 물방울을 생성하는 또 다른 방법은 액적 (11)의 마이크로 유체 분야에 공지되어있다. 최근 몇 년 동안 액적 미세 유체는 (바이오) 화학 반응 12-15 및 단일 세포 연구 16, 17에 대한 관심을 얻고있다. 또한,이 기술은 전기 분무 이온화 질량 분광법 18,19 내의 샘플을 유입시키고, 매트릭스 보조 레이저 탈착 / ionizatio의 샘플을 제조 하였다인가N 질량 분광법 (20, 21). 최근에, 우리는 ICPMS 22 샘플 도입을위한 미세 유체 기반 시스템을 도입했다. 우리의 도입 시스템의 주요 구성 요소는 액체를 이용한 액적 토출 (짐을 싣다) 칩이다. 이 칩은 완전히 폴리 (디메틸 실록산) (PDMS)로 구성된다. 제 1 채널 접합에서 수성 시료 용액 (도 1)의 단 분산 액적들을 생성하는데 사용된다 포커싱 흐른다. 이러한 목적과 혼화 반송파 위상 퍼플 루오로 헥산 (PFH) 높은 휘발성 (58-60 °의 C (23)의 비점) (도 1)를 사용한다. PFH 이러한 특성은 안정된 액적 생성 및 반송파 위상의 빠른 제거를 가능하게한다. 이 생성 방법 작은 샘플 액체 영향의 특성의 변화는, 다른 방울 발생기에 비해. 액적 크기는 수 성상 및 PFH의 유량을 변경함으로써 넓은 범위에 걸쳐 조정 가능하다. 다운 스트림 secondar에서Y 접합은 더 PFH 적어도 1m 초에 유속을 증가시키기 위해 첨가된다 -1. 이 속도에서, 액체 방울 파괴 (도 1 인셋)없이 안정된 직선 분출물 칩 (도 1)로부터 배출 될 수있다. 이러한 이중 접합 디자인은 물방울 세대의 독립적 인 제트 안정성을 제어 할 수 있습니다. 소적 맞춤형 송계와 ICPMS로 이송된다. 이 시스템은 튜브 및 하강 PFH을 제거하는 막 desolvator를 포함한다. 수성 액 적의 건조 잔기는이어서 ICPMS의 플라즈마 질량 검출기 측정 이온으로 이온화된다. 칩의 앞 부분은 통 형상의 액적 송계와 긴밀한 연결을 보장하는 것이다. 노즐과의 접촉을 피 때문에 PFH에 방울과 수성 샘플의 배출이 유리하다. 이것은 상당히 세포 현탁액 또는 CO로 작업 할 때 문제가 될 수있는 노즐​​ 막힘의 위험을 낮춘다ncentrated 소금 솔루션을 제공합니다. 소프트 리소그래피 PDMS에 의해 제조 된 짐을 싣다 칩은,,, (칩 당 재료 비용 약 $ 2) 저렴한 일회용과 쉽게 수정할 수 있습니다. 수동 작업의 소량 만이 필요 제조와 조합하여 각 실험은 새로운 칩으로 수행 될 수있다. 따라서, 번잡 세정이 필요하지 않으므로 교차 오염이 최소화된다. 여기에, 짐을 싣다의 소프트 리소그래피에 의해 칩과 ICPMS에 대한 응용 프로그램의 제작이 설명되어 있습니다. 수용액 및 세포 현탁액과 측정의 예를 제시한다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="919">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:320px;">Company</td>
			<td style="width:147px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:183px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Silicon wafer 100 mm</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Si-Mat (Kaufering, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">SU-8 2002</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Microchem Corp. (Massachusetts, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n.a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">SU-8 2050</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Microchem Corp. (Massachusetts, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n.a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Acetone</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Merk VWR (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">100014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td align="left" height="42" style="height:42px;width:269px;">MR-developer 600</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Microresist Technology GmbH (Berlin, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Isopropanol</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Merk VWR (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">109634</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td align="left" height="42" style="height:42px;width:269px;">1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosilane</td>
			<td align="left" style="width:320px;">ABCR-Chemicals (Karlsruhe, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">AB111155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td align="left" height="42" style="height:42px;width:269px;">Sylgard 184 silicone elastomer kit (PDMS)</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Dow Corning (Michigan, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">39100000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Perfluorohexane 99%</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Sigma-Aldrich (Missouri, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">281042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">FC-40</td>
			<td align="left" style="width:320px;">ABCR-Chemicals (Karlsruhe, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">AB103511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Phosphate-buffered saline&#160;</td>
			<td align="left">Life Technologies (Paisley, U.K.)&#160;</td>
			<td style="width:147px;">10010-015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td align="left" height="42" style="height:42px;width:269px;">Red blood cells in phosphate-buffered saline</td>
			<td align="left">Rockland Immunochemicals Inc. (Pennsylvania, U.S.A.)&#160;</td>
			<td style="width:147px;">R400-0100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td align="left" height="42" style="height:42px;width:269px;">Single-element standard solutions Na, Fe</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Inorganic Ventures (Virginia, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Multielement standard solution&#160;</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Merck Millipore (Massachusetts, U.S.A.)</td>
			<td align="left" style="width:147px;">IV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Nitric acid</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Sub-boiled</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Ultrahigh-purity water</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Merck Millipore (Massachusetts, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;"></td>
			<td style="width:320px;"></td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">Name of Equipment</td>
			<td style="width:320px;"></td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Hot plate HP 160 III BM</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Sawatec (Sax, Switzerland)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td align="left">used for wafer preparation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Spin modules SM 180 BM</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Sawatec (Sax, Switzerland)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td align="left">used for wafer preparation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">MA-6 mask aligner</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Su&#776;ss MicroTec (Garching, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">High resolution film photomask</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Microlitho (Essex, U.K.)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Step profiler Dektak XT advanced</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Bruker&#160; (Massachusetts, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Hot plate MR 3002</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Heidolph (Schwabach, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td align="left">used for replica molding&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">1.5 mm biopsy puncher</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Miltex (Pennsylvania, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">33-31AA/33-31A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Spin coater&#160; WS-400 BZ-6NPP/LITE</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Laurell (Pennsylvania, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td align="left">used for adhesive bonding</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Syringe pump neMESYS</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Cetoni (Korbussen, Germany)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">1 mL syringe&#160;</td>
			<td align="left">Codan (Lensahn, Germany)&#160;</td>
			<td style="width:147px;">62.1002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">5 mL syringe&#160;</td>
			<td align="left">B. Braun (Melsungen, Germany)&#160;</td>
			<td style="width:147px;">4606051V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">PTFE tubing&#160;</td>
			<td align="left">PKM SA (Lyss, Switzerland)&#160;</td>
			<td style="width:147px;">PTFE-AWG-TFT20.N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Quadrupole-based ICPMS ELAN6000</td>
			<td align="left">PerkinElmer (Massachusetts, U.S.A.)&#160;</td>
			<td>n. a.&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">Membrane desolvator CETAC6000AT+</td>
			<td align="left">CETAC Technologies (Nebraska, U.S.A.)&#160;</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td align="left">only the desolvator unit is used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">High speed camera Miro M110</td>
			<td align="left">Vision Research (New Jersey, U.S.A.)</td>
			<td style="width:147px;">n. a.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Data analysis program Origin pro</td>
			<td align="left" style="width:320px;">OriginLab Corp. (Massachusetts, U.S.A.)</td>
			<td align="left" style="width:147px;">version 8.6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:269px;">Microscope</td>
			<td align="left" style="width:320px;">Olympus (Tokyo, Japan)</td>
			<td align="left" style="width:147px;">IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a microfluidic chip for icpms sample introduction

이 프로토콜은 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS)에 대한 샘플 도입 시스템과 같은 저가의 일회용 미세 유체 칩의 제조 및 사용을 설명한다. 이 칩은 퍼플 (PFH)에서 단 분산시킨 수용액 방울을 생성합니다. 크기 및 수성 액적 주파수는 각각 40~60 μm의 범위 및 90 내지 7000 Hz로 변화 될 수있다. 액 PFH의 제 2 유동로 칩으로부터 토출 분사시 그대로 유지된다. 맞춤형 탈 시스템은 PFH를 제거하고 ICPMS에 방울을 전송합니다. 여기서, 좁은 강도 분포와 매우 안정적인 신호는 방울의 단분 산성을 나타내는 측정 할 수있다. 우리는 도입 시스템 정량적 단일 소 적혈구 철을 결정하는데 이용 될 수 있음을 보여준다. 향후 도입 장치의 기능을 용이하게 부가적인 마이크로 유체 모듈의 적분에 의해 확장 될 수있다.

제시된 시스템은 세포 또는 용액 또는 나노 입자를 함유하는 현탁액의 소량을 측정하는 데 사용될 수있다. 단 전지의 표준 용액 및 특성의 측정의 예는 여기에 도시되어있다. 더 많은 예제는 Verboket 등. (22)에서 찾을 수 있습니다. 통상적으로 용액의 단일 방울의 신호는 매우 짧은 경우이다. 보통 몇 백 26 마이크로 초 동안 지속된다. 여기에 사용 ICPMS으?...

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A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

우리는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS) 미국 이산 액적 샘플 도입 시스템을 제시한다. 그것은 90 내지 7000 Hz의 주파수로 40-60 ㎛의 크기 범위 고도로 단 분산 액 적을 생성 저렴하고 일회용 미세 유체 칩에 기초한다.

ICPMS 샘플 소개를위한 미세 유체 칩

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.0K 조회수.  ETH Zurich.  우리는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICPMS) 미국 이산 액적 샘플 도입 시스템을 제시한다. 그것은 90 내지 7000 Hz의 주파수로 40-60 ㎛의 크기 범위 고도로 단 분산 액 적을 생성 저렴하고 일회용 미세 유체 칩에 기초한다. 

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Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

연구

생체공학

On-Chip Endothelial Inflammatory Phenotyping

Atherogenesis is potentiated by metabolic abnormalities that contribute to a heightened state of systemic inflammation resulting in endothelial dysfunction. However, early functional changes in endothelium that signify an individual's level of risk are not directly assessed clinically to help guide therapeutic strategy. Moreover, the regulation of inflammation by local hemodynamics contributes to the non-random spatial distribution of atherosclerosis, but the mechanisms are difficult to delineate in vivo. We describe a lab-on-a-chip based approach to quantitatively assay metabolic perturbation of inflammatory events in human endothelial cells (EC) and monocytes under precise flow conditions. Standard methods of soft lithography are used to microfabricate vascular mimetic microfluidic chambers (VMMC), which are bound directly to cultured EC monolayers.1 These devices have the advantage of using small volumes of reagents while providing a platform for directly imaging the inflammatory events at the membrane of EC exposed to a well-defined shear field. We have successfully applied these devices to investigate cytokine-,2 lipid-3, 4 and RAGE-induced5 inflammation in human aortic EC (HAEC). Here we document the use of the VMMC to assay monocytic cell (THP-1) rolling and arrest on HAEC monolayers that are conditioned under differential shear characteristics and activated by the inflammatory cytokine TNF-&alpha;. Studies such as these are providing mechanistic insight into atherosusceptibility under metabolic risk factors.

Microfluidic flow chambers etched by photolithography and fabricated from PDMS are applied to probe functional outcomes associated with EC dysfunction and inflammation. In a representative experiment, the ability of differential shear stress to modulate monocytic cell adhesion to cytokine activated EC monolayers is demonstrated.

온칩 내피 염증성 Phenotyping

Atherogenesis is potentiated by metabolic abnormalities that contribute to a heightened state of systemic inflammation resulting in endothelial ...

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Fast and effective diagnostics play an important role in controlling infectious disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we present an integrated microfluidic thermoplastic chip with the ability to amplify influenza A virus in patient nasopharyngeal (NP) swabs and aspirates. Upon loading the patient sample, the microfluidic device sequentially carries out on-chip cell lysis, RNA purification and concentration steps within the solid phase extraction (SPE), reverse transcription (RT) and polymerase chain reaction (PCR) in RT-PCR chambers, respectively. End-point detection is performed using an off-chip Bioanalyzer (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). For peripherals, we used a single syringe pump to drive reagent and samples, while two thin film heaters were used as the heat sources for the RT and PCR chambers. The chip is designed to be single layer and suitable for high throughput manufacturing to reduce the fabrication time and cost. The microfluidic chip provides a platform to analyze a wide variety of virus and bacteria, limited only by changes in reagent design needed to detect new pathogens of interest.

An integrated microfluidic thermoplastic chip has been developed for use as a molecular diagnostic. The chip performs nucleic acid extraction, reverse transcriptase, and PCR. Methods for fabricating and running the chip are described.

마이크로 유체 칩 제작 및 인플루엔자을 감지하는 방법

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this purpose, the cells are passively trapped in the middle of a microchamber. Upon activation of the control layer, the cell is isolated from the surrounding volume in a small chamber. The surrounding volume can then be exchanged without affecting the isolated cell. However, upon short opening and closing of the chamber, the solution in the chamber can be replaced within a few hundred milliseconds. Due to the reversibility of the chambers, the cells can be exposed to different solutions sequentially in a highly controllable fashion, e.g. for incubation, washing, and finally, cell lysis. The tightly sealed microchambers enable the retention of the lysate, minimize and control the dilution after cell lysis. Since lysis and analysis occur at the same location, high sensitivity is retained because no further dilution or loss of the analytes occurs during transport. The microchamber design therefore enables the reliable and reproducible analysis of very small copy numbers of intracellular molecules (attomoles, zeptomoles) released from individual cells. Furthermore, many microchambers can be arranged in an array format, allowing the analysis of many cells at once, given that suitable optical instruments are used for monitoring. We have already used the platform for proof-of-concept studies to analyze intracellular proteins, enzymes, cofactors and second messengers in either relative or absolute quantifiable manner.

In this article we present a microfluidic chip for single cell analysis. It allows the quantification of intracellular proteins, enzymes, cofactors, and second messengers by means of fluorescent assays or immunoassays.&#160;

단일 세포의 다목적 화학 분석을위한 미세 유체 칩

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this ...

The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need for new solutions for substance testing. Many drugs that have been removed from the market due to drug-induced liver injury released their toxic potential only after several doses of chronic testing in humans. However, a controlled microenvironment is pivotal for long-term multiple dosing experiments,&#160;as even minor alterations in extracellular conditions may greatly influence the cell physiology. We focused within our research program on the generation of a microengineered bioreactor, which can be dynamically perfused by an on-chip pump and combines at least two culture spaces for multi-organ applications. This circulatory system mimics the in vivo conditions of primary cell cultures better and assures a steadier,&#160;more quantifiable extracellular relay of signals to the cells. 
For demonstration purposes, human liver equivalents, generated by aggregating differentiated HepaRG cells with human hepatic stellate cells in hanging drop plates, were cocultured with human skin punch biopsies for up to 28 days inside the microbioreactor. The use of cell culture inserts enables the skin to be cultured at an air-liquid interface, allowing topical substance exposure. The microbioreactor system is capable of supporting these cocultures at near physiologic fluid flow and volume-to-liquid ratios, ensuring stable and organotypic culture conditions. The possibility of long-term cultures enables the repeated exposure to substances. Furthermore, a vascularization of the microfluidic channel circuit using human dermal microvascular endothelial cells yields a physiologically more relevant vascular model.

Here, we present a protocol to coculture primary cells, tissue models and punch biopsies in a microfluidic multi-organ chip for up to 28 days. Human dermal microvascular endothelial cells, liver aggregates and skin biopsies were successfully combined in a common media circulation.

멀티 장기 칩 - 장기 멀티 조직 공 배양을위한 미세 유체 플랫폼

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need ...

Electrotaxis Studies of Lung Cancer Cells using a Multichannel Dual-electric-field Microfluidic Chip

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of physiological dcEF in guiding cell movement during embryo development, cell differentiation, and wound healing has been demonstrated in many studies. By applying microfluidic chips to an electrotaxis assay, the investigation process is shortened and experimental errors are minimized. In recent years, microfluidic devices made of polymeric substances (e.g., polymethylmethacrylate, PMMA, or acrylic) or polydimethylsiloxane (PDMS) have been widely used in studying the responses of cells to electrical stimulation. However, unlike the numerous steps required to fabricate a PDMS device, the simple and rapid construction of the acrylic micro&#64258;uidic chip makes it suitable for both device prototyping and production. Yet none of the reported devices facilitate the efficient study of the simultaneous chemical and dcEF effects on cells. In this report, we describe our design and fabrication of an acrylic-based multichannel dual-electric-field (MDF) chip to investigate the concurrent effect of chemical and electrical stimulation on lung cancer cells. The MDF chip provides eight combinations of electrical/chemical stimulations in a single test. The chip not only greatly shortens the required experimental time but also increases accuracy in electrotaxis studies.

Many microfluidic devices have been developed for use in the study of electrotaxis. Yet, none of these chips allows the efficient study of the simultaneous chemical and electric-field (EF) effects on cells. We developed a polymethylmethacrylate-based device that offers better-controlled coexisting EF and chemical stimulation for use in electrotaxis research.

멀티 채널 듀얼 전기장 미세 유체 칩을 이용하여 폐암 세포의 Electrotaxis 연구

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of ...

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 ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

판막 다층 미세 유체 장치에 대한 여러 단계의 변수 높이 포토 리소그래피

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Immobilization of Live Caenorhabditis elegans Individuals Using an Ultra-thin Polydimethylsiloxane Microfluidic Chip with Water Retention

Radiation is widely used for biological applications and for ion-beam breeding, and among these methods, microbeam irradiation represents a powerful means of identifying radiosensitive sites in living organisms. This paper describes a series of on-chip immobilization methods developed for the targeted microbeam irradiation of live individuals of Caenorhabditis elegans. Notably, the treatment of the polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic chips that we previously developed to immobilize C. elegans individuals without the need for anesthesia is explained in detail. This chip, referred to as a worm sheet, is resilient to allow the microfluidic channels to be expanded, and the elasticity allows animals to be enveloped gently. Also, owing to the self-adsorption capacity of the PDMS, animals can be sealed in the channels by covering the surface of the worm sheet with a thin cover film, in which animals are not pushed into the channels for enclosure. By turning the cover film over, we can easily collect the animals. Furthermore, the worm sheet shows water retention and allows C. elegans individuals to be subjected to microscopic observation for long periods under live conditions. In addition, the sheet is only 300 &#181;m thick, allowing heavy ions such as carbon ions to pass through the sheet enclosing the animals, thus allowing the ion particles to be detected and the applied radiation dose to be measured accurately. Because selection of the cover films used for enclosing the animals is very important for successful long-term immobilization, we conducted the selection of the suitable cover films and showed a recommended one among some films. As an application example of the chip, we introduced imaging observation of muscular activities of animals enclosing the microfluidic channel of the worm sheet, as well as the microbeam irradiation. These examples indicate that the worm sheets have greatly expanded the possibilities for biological experiments.

Immobilization of Live Caenorhabditis elegans Individuals Using an Ultra-thin Polydimethylsiloxane Microfluidic Chip with Water Retention

A series of immobilization methods has been established to allow the targeted irradiation of live Caenorhabditis elegans individuals using a recently developed ultra-thin polydimethylsiloxane microfluidic chip with water retention. This novel on-chip immobilization is also adequate for imaging observations. The detailed treatment and application examples of the chip are explained.

물 유지와 울트라입니다 미세 칩을 사용 하 여 라이브 꼬마 선 충 의 동원 정지

Radiation is widely used for biological applications and for ion-beam breeding, and among these methods, microbeam irradiation represents a powerful means ...