Bu çalışma Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik hibe # EB003307 Enstitüsü tarafından desteklenen ve AF Ulusal Bilim Vakfı Kariyer Ödülü

CorelDraw veya AutoCAD ile mikroakışkan cihaz tasarımı PDMS mikro-tabanlı aygıtlar Prensibi: çeşitli boyutlarda, mikro-akışkan yolu ile harekete geçirmek için gerekli olan mikro içeren bir &quot;kontrol&quot; katmanına ve bağlı bir orta ince PDMS membran microchambers içeren bir akışkan katman cihazlar üç tabakadan oluşur: kontrol katmanı. Geri kalan bölümünde, PDMS, bu nedenle odaları enerji girişi olmadan birbirlerinden izole kalır, koltuk karşı membran contaları (geri dönüşümlü), uyum ve hidrofobik nedeniyle. Vanalar negatif basınç uygulayarak (örneğin, ev vakum) açıldı, bu nedenle PDMS zarı akışkan yolu böylece bağlayarak aşağı eğilir ve iki akışkan odaları arasında duvar destekleyen yüzey ayıran olabilir. Vana kapatma atmosferik basınç vakum basınç ayarı geçiş yaparak elde edilebilir. Akışkan katman ve kontrol katmanı desen CorelDraw veya AutoCAD ile dizayn edilmiştir. Maskeler bu tasarımları içeren ticari hizmetleri (CAD / Sanat hizmetleri, Bandon, OR) yoluyla şeffaflık filmlerde yüksek çözünürlük (8.000 ile 20.000 dpi) basıldı (maske gösterilmemiştir). Standart SU-8 fotolitografi kullanarak silikon ustaları imalatı <ol><li> Standart SU-8 fotolitografi yöntemleri SU-8 &quot;ustalar&quot; (SU-8 2050, MicroChem, Newton, MA) mikroakışkan katman ve bir temiz oda valf kontrolü katmanı (Bu video gösterilmemiştir). Oluşturmak için kullanılan </li><li> PDMS çoğaltma SU-8 öncesinde, serbest kolaylaştırmak için, ustalar fluorosilane ((tridecafluoro-1, 1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane (TFOCS)), bir buhar maruz kalma tarafından Silanlanmış edildi bir vakum kaynağına bağlı desikatöre küp (pelet kurutma olmadan). Desikatöre odasının TFOCS buharların korozif doğası kimyasal bir davlumbaz nedeniyle içinde yer almalıdır. </li><li> Küçük bir bölümünü desikatöre odasının içine emici kağıt havlu yerleştirin. Kağıt havlu TFOCS bir damla ekleyin ve odanın hava tahliye. 1 dakika için vakum uygulayın ve kapatın. Vakum kapatın ve depolanması için 30 dakika izin verin. Ustaları ileride kullanmak üzere kapalı kaplarda saklayınız. </li></ol> Ustalardan PDMS Replica kalıplama <ol><li> Akışkan katman ve kontrol katmanı SU-8 ustaları PDMS çoğaltma kalıplama yapılır. </li><li> 10-15 dakika kadar kabarcıklar açık bir desikatöre iyice karıştırma PDMS pre-polimer ve çapraz bağlayıcı (10:1 ağırlıkça oranı), kabarcık. </li><li> Silikon tüp 1-2 cm uzunluğunda parçalar halinde kesin. Uygulamaya göre boru uygun bir boyutunu seçin. Biz daha sonra 1 / 16 inç OD boru kolay bağlantı için 1.14 mm ID borulama kullanın. </li><li> Duco ® Çimento kontrol katmanı SU-8 ana giriş bölgelerinde üzerine yapıştırıcı tüp kullanın. Silikon tüp PDMS olarak aynı bileşenleri yapılır, tüp, hava ve akışkan sıkı bir giriş / çıkışlar yaratarak, PDMS mikroakışkan cihazın içine gömülü olacak, çok fazla tutkal, kullanmak için değil dikkatli olun. </li><li> Aygıtı olarak, hem de akışkan ve kontrol katmanları maskeleri giriş bölgelerinde tasarlanmış, ama sadece bir katman cihazın (örneğin, kontrol tabakası) içine silikon tüp girişleri kalıplanmıştır. Akışkan katman girişler oluşturmak için elle giriş bölgeleri kapsayacak membran birkaç bölümleri kaldırmak veya delinme. Bu nedenle, alt yüzeyinde, geleneksel bir mikroskop sahnede cihaz görüntüleme sağlayan, düzlemsel böylece hizalama ve montajdan sonra tüm mikro akışı yanı sıra, kontrol valfleri bu taşıdıkları bu cihazın üst erişilebilir. </li><li> Dikkatlice kontrol katmanı ana boru etrafında, hem de ustaların üzerine de kabarmış PDMS dökün. Desikatöre tekrar De-kabarcık. De-köpüren tamamlandıktan sonra, 65 ° C fırında kür için&gt; 1 saat koymak. </li><li> Tedavi çıkarın PDMS kaplı fırın ustaları. </li><li> Ustaları (her ana, üç benzer cihazlar içerir) ve soyulmasına bireysel cihazlar kesin. </li><li> Yapıştırıcı, bir iğne veya forseps bir çift kullanarak giriş bölgelerinden çıkarın. </li><li> Temiz oda içine kontrol katmanı PDMS çekin. </li></ol> İnce PDMS Membran Üretim <ol><li> Cihaz prensip olarak görüldüğü gibi, orta tabaka ~ 12 mikron kalınlığında PDMS membran oluşur. </li><li> 10:01 ağırlıkça karıştırın. vorteks tarafından hekzan (3:1 ağırlık oranı) PDMS prepolimer / sertleştirici karışımı oranı. </li><li> Temiz bir odasına taşıyın. (A tozsuz bir ortam sağlamak için kritik PDMS membranları kusurları olduğunu; toz parçacıkları delikler ve / veya kusurlu çoğaltma kalıp bağlı içeren membranlar neden olabilir.) </li><li> Silanlanmış 3 inç çaplı gofret koyunSolitec spinner vakum mandreni. Gofret PDMS önce silikon yüzeyler PDMS serbest bırakılmasını kolaylaştırmak için iplik (fluorosilane ile derivatized) Silanlanmış. Teflon kase aynanın dışında kolay temizlik için plastik film ile sarılır. </li><li> 18-Gauge enjektör iğnesi (kabarcıkları en aza indirmek için) kullanarak gofret üzerine 2-3 ml PDMS / Hekzan karışımı koyun. </li><li> Spin parametreleri ayarlayın. PDMS ~ 12 mikron kalınlığında bir film, 30 saniye için 7000 rpm hızında dönerler. </li><li> Gofret Isı 85 ° C sıcak bir tabak PDMS filmi tedavisi için 4 dakika. </li></ol> Çok katmanlı PDMS cihaz yapıştırma ve montaj <ol><li> Kontrol katmanı ve bir oksijen plazma odasına PDMS membran koyun. 30 sn (oksijen basıncı 30 psi, akış oranı, 3-5 SCFH, 550W) plazma açın. Oksijen aktivasyon hemen sonra (5 dakika içinde) PDMS zarı ile temas kontrol katmanı getirin. Oksijen basıncı, akış hızı ve plazma güç ve tedavi süresi gibi sistem parametreleri, deneysel, farklı uygulamalara göre yapılandırılır. </li><li> 5 dakika bekleyin ve membran ile birlikte gofret kontrol katmanı kaldırmak. </li><li> Kontrolü ve akışkan katmanları üst tüp aracılığıyla erişilebilir, böylece girişler alanlarda membranlar çıkarın. </li><li> Stereoskop altında akışkan katman (düzlemsel) ile kontrol katmanı (girişler gibi borulama ile) aynı hizaya getirin. Çünkü PDMS üzerine PDMS mühürler, kalıcı yapıştırma gereklidir. </li></ol> Bilgisayar PDMS mikro-vakum veya basınç kontrollü açılış ve kapanış <ol><li> Cihaz hizalama ve montaj sonra, 1.14 mm ID silikon girişler içine yerleştirin ve 1 / 16 inç OD (1 / 32 inç ID) Tygon tüp basınç kaynakları veya akışkan rezervuarları girişler bağlamak. </li><li> Vanaları açma ve kapama için, baskılar bir vakum hattı ve iki basınç regülatörleri ile üç yollu solenoid vana, minyatür bir dizi bağlı bir hava basınç hattı tarafından kontrol edilir. </li><li> Solenoid valfler Labview yazılım üzerinden kontrol National Instruments veri toplama donanım bağlı. </li><li> Aygıt operasyon ve membran saptırma, renkli CCD kamera (SPOT RT, Tanı Cihazları, Sterling Heights, MI) ile görüntülendi. </li></ol> Paralel farklı tanımlanmış nanoliter cilt olarak iki farklı renk boyaların karıştırılması Biz çeşitli karışım oranları sulu çözeltileri hassas alt nanoliter hacimli depolama ve karıştırma için izin veren paralel bir mikser operasyon göstermektedir: <ol><li> Akışkan katman iki dizide microchambers içerir: A, dizi birlikte microchambers boyutu 200 mm x 400 mm, 200 mm x 40 mm, soldan başlayarak azalır; A 10 bir 500 mm x 40 mikron odasına ve Dizi bir akışkan bağlantısı için kullanılan A 10 odasının sağ odaları simetrik boyutları giderek artan bir dizi. Her zaman eşit farklı satırlara herhangi iki bitişik odaları eklendi hacmi dizi B odaları şekilde tasarlanmıştır. A 0, A 0r ve B 10, B-10R karışmadan çözümler A ve B için ilgili kontroller olarak dizayn edilmiştir . </li><li> Kontrol katmanı iki bağımsız kontrollü vana setleri vardır. Valfleri ikinci bir set {V 2} iki dizi odaları her çift bağlamak için kullanılan vanalar 1} {V kümesi ise, kendi girişleri ile iki odalı dizileri bağlamak için kullanılır. </li><li> A ve B sırasıyla dizileri iki boya çözümleri akışına izin vermek için vana ayarı {V 1} açarak microchambers doldurun. Çözümler Akış elle veya elektrikli süpürge ile elde edilebilir solenoid valfler ile kontrol çekerek. Microchambers hava kabarcıkları oluşur, daha fazla çözüm kabarcıkları itti olabilir, ya da cihaz PDMS hava geçirgenliği nedeniyle bir kaç dakika ve kabarcıklar kaybolur bırakılabilir. </li><li> Her iki dizide de her iki meclisin de izole etmek için vana ayarı {V 1} kapatın. </li><li> Farklı diziler bitişik odaları arasında sıvı karıştırma izin Açık valf set {V 2}. Karıştırma bu birimlerin tamamlamak için ~ 1-2 dakika sürer. </li><li> Sıvı akışkan her odasına geri itmek için {V 2} kapatın ve odaları, orijinal şekline geri deforme. Iki akışkan dizileri 11 farklı boyutlarda odaları ile tasarlanmış olduğundan, karıştırma, tek bir adımda 11 farklı karışım oranları üretilmektedir. </li></ol> Için entegre bir mikroakışkan sistemi, mikroakışkan hücre kültürleri bilgisayar kontrollü perfüzyon Biz tek bir hücre kültür odası için çoklu çözümler otomatik perfüzyon yeteneğine sahip bir mikroakışkan sistem ortaya koymaktadır.girişler tek girişler, çeşitli kombinasyonları, ya da az bir kez herhangi bir sıra ile aktif hale getirilebilir mikro tarafından kontrol edilir. Cihaz gradyanlar karışımları ya da çeşitli çözümler üretme yeteneğine sahiptir. Akışkan bir tabaka, bir kontrol katmanı ve bir orta ince PDMS membran: Bu cihaz da üç tabakadan oluşur. Bu cihaz için alternatif imalat adımları izleyin: <ol><li> Akışkan kanalları ve kontrol kanalı için giriş bağlantı noktalarını kullanan &quot;delikli&quot; 1.2 mm çapında Harris Micro-Punch (Ted Pella, Inc.) Boru girişler kontrol katmanı ile PDMS eklenir köreldiğini 18 insülin iğnesi kullanarak bağlıdır. Bu girişler silikon tüp daha yoğun ambalaj sağlar. PDMS uygunluğu, sıvı veya pnömatik basınç etkili bir şekilde sunmak için iğne etrafında sıkı bir sızdırmazlık sağlar. </li><li> Daha önce açıklandığı gibi, denetim katmanı ince PDMS membran yapıştırma oksijen plazma maruz kullanılarak gerçekleştirilir. </li><li> Akışkan katman 5:1 oranında PDMS pre-polimer ve çapraz bağlayıcı ile çoğaltma kalıplama tarafından hazırlanan ve kısmen 60 ° C konveksiyon fırında 25 dakika için kür. Bu noktada, kısmen tedavi akışkan katman hala yapışkan, henüz ana çıkarılabilir. </li><li> Akışkan katman ön montajlı kontrolü ve membran tabakaları, bir Stereoskop kullanarak elle hizalanır. Monte cihaz daha sonra 80 º C&#39;de 5 dakika boyunca bir ocak yerleştirilmiştir Ardından, otomatik kumanda valf kontrolü hatları bağlı ve membran vakum uygulanarak tüm valf yuvaları ve akışkan tabakası ayrılır kadar vanaları harekete geçirilir. Cihaz daha en az 1 saat 80 º C&#39;de ocak tedavi valfler &quot;ayrılmakta&quot; sonra, bilgisayarı kontrol döngüsü vanalar ve ayarlanır. </li></ol> Entegre mikroakışkan sisteminin özellikleri: cihaz, çoğullanır valving şemasını kullanarak bir hücre kültürü odası için 16 farklı çözümler otomatik perfüzyon yeteneğine sahiptir. Kanal tasarımı, tüm girişler direnç dengeli olmasını sağlar. Bizim Mikrovalf tasarım çözümleri ve kontrolleri, çapraz kontaminasyon limitleri sıvı hızlı bir şekilde çıkarılması için entegre kanallar aracılığıyla durulama izole eder. Farklı girişler karışımları üreten entegre bir balıksırtı mikser aktif hale getirilebilir. Ayrıca, akış hızını değiştirmek için aktif hale getirilebilir dört farklı direnç kanalları vardır.

<ol>
	<li>Li, N., Hsu, C. H., Folch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+mixing+of+photolithographically-defined+nanoliter+volumes+using+elastomeric+microvalve+arrays.">Parallel mixing of photolithographically-defined nanoliter volumes using elastomeric microvalve arrays.</a> Electrophoresis. 26 (19), 3858-3864 (2005).</li><li>Thorsen, T., Maerkl, S. J., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+large-scale+integration.">Microfluidic large-scale integration.</a> Science. 298 (5593), 580-584 (2002).</li></ol>

Bizim Mikrovalf tasarım başlıca avantajları: <ol><li> Hiçbir ekstra enerji kaynağı akışkan yolunu kapatmak için gerekli olan, dolayısıyla yüklenen cihaz son derece portatif; </li><li> Cihaz, dikey yanağında derin (1 mm kadar) kanalları (yani özellikleri yüksekliği bağımsız olarak kendi genişliği belirtilebilir) microfabricating ve çok sonuçlanan için izin photolithographically desenli SU-8 kalıpları PDMS kopyaları inşa edilebilir hassas özellikleri. </li></ol> Paralel mikser Avantajları: <ol><li> ...

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Clean silicon wafers</td>
<td>Supplies</td>
<td>Silicon Sense Inc.</td>
<td>3P0110TEST</td>
<td>3-inch diameter, P/Boron</td>
</tr>
<tr>
<td>"Master" wafers containing SU-8 patterns</td>
<td>Supplies</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fabricated in house using standard photolithography procedures </td>
</tr>
<tr>
<td>Desiccators (2)</td>
<td>Equipment</td>
<td>VWR</td>
<td>24987-048</td>
<td>One for silanization, one for PDMS de-bubbling.</td>
</tr>
<tr>
<td>Balance</td>
<td>Equipment</td>
<td>OHAUS Corp.</td>
<td>SC6010</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Oven</td>
<td>Equipment</td>
<td>Sheldon Mfg. Inc.</td>
<td>1330GM</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>MiniVortexer</td>
<td>Equipment</td>
<td>VWR</td>
<td>58816-121</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Spinner</td>
<td>Equipment</td>
<td>Headway Research Inc.</td>
<td>PWM32</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Plasma etcher</td>
<td>Equipment</td>
<td>Plasmatic Systems Inc. </td>
<td>Plasma Preen II-973</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Hot Plate</td>
<td>Equipment</td>
<td>Torre Pines Scientific</td>
<td>HP30A</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Stereoscope</td>
<td>Microscope</td>
<td>Nikon</td>
<td>TMZ1500</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>CCD camera</td>
<td>Equipment</td>
<td>Diagnostic Instruments</td>
<td>SPOT RT</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Solenoid valves</td>
<td>Equipment</td>
<td>Lee Company</td>
<td>LHDA0511111H</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Data acquisition board</td>
<td>Hardware</td>
<td>National Instruments</td>
<td>PCI 6025E, CB-50LP</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>LabView</td>
<td>Software</td>
<td>National Instruments</td>
<td>Version 8.0</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-1-trichlorosilane</td>
<td>Reagent</td>
<td>United Chemical Technologies</td>
<td>T2492</td>
<td>Silanization must be done in a chemical fume hood.</td>
</tr>
<tr>
<td>PDMS prepolymer and crosslinker</td>
<td>Reagent</td>
<td>Dow-Corning</td>
<td>Sylgard 184</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Hexane</td>
<td>Reagent</td>
<td>EMD	</td>
<td>HX0295-6	</td>
<td>

</td>
</tr>
<tr>
<td>Color Dyes</td>
<td>Reagent</td>
<td>Spectrum Chemical Mfg. Corp.</td>
<td>FD&C 110, 135, 150</td>
<td>Blue #1, Yellow #5, Red #3. 
</td>
</tr>
<tr>
<td>3 ml disposable transfer pipets</td>
<td>Supplies</td>
<td>Fisher Scientific</td>
<td>13-711-20</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Kimwipes</td>
<td>Supplies</td>
<td>Kimberly-Clark</td>
<td>34155</td>
<td>



</td>
</tr>
<tr>
<td>Weighing boats</td>
<td>Supplies</td>
<td>VWR </td>
<td>12577-027</td>
<td>




</td>
</tr>
<tr>
<td>Tongue depressor</td>
<td>Supplies	</td>
<td>Fisher Scientific	</td>
<td>11-700-555	</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>P100 dishes</td>
<td>Supplies</td>
<td>Fisher Scientific</td>
<td>08-772E</td>
<td>		</td>
</tr>
<tr>
<td>Silicone tubing (1.14 mm inner diameter (I.D.))</td>
<td>Supplies	</td>
<td>Cole-Palmer Instrument Co.</td>
<td>07625-30</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tygon tubing (O.D. 1/16 in; I.D. 1/32 in)</td>
<td>Supplies	</td>
<td>Cole-Palmer Instrument Co.	</td>
<td>06418-02</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Duco Cement</td>
<td>Supplies</td>
<td>Devcon</td>
<td>6245</td>
<td>



</td>
</tr>
<tr>
<td>Razor blade</td>
<td>Tools</td>
<td>VWR</td>
<td>55411-050</td>
<td>



</td>
</tr>
<tr>
<td>Needles</td>
<td>Tools</td>
<td>Fisher Scientific</td>
<td>0053482 (25 Gauge)</td>
<td>




</td>
</tr>
<tr>
<td>#5 Forceps</td>
<td>Tools</td>
<td>Fine Science Tools</td>
<td>11251-20</td>
<td>



</td>
</tr>
<tr>
<td>50 ml centrifuge tube</td>
<td>Supplies</td>
<td>Fisher Scientific</td>
<td>05-526B</td>
<td>




</td>
</tr>
<tr>
<td>Seal wrap film</td>
<td>Supplies	</td>
<td>AEP Industries Inc.	</td>
<td>0153877</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>1.5 ml microcentrifuge tubes</td>
<td>Supplies</td>
<td>Fisher Scientific</td>
<td>05-406-16</td>
<td>




</td>
</tr>
<tr>
<td>15 ml centrifuge tubes	</td>
<td>Supplies	</td>
<td>BD Falcon	</td>
<td>352097</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Purple nitrile power-free gloves</td>
<td>Supplies 	</td>
<td>VWR 	</td>
<td>40101-348</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>1.2 mm Harris biopsy punch	</td>
<td>Tools</td>
<td>Ted Pella, Inc.</td>
<td>15074	</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

microfluidic chips controlled with elastomeric microvalve arrays

Minyatür mikroakışkan sistemleri düşük maliyetli bakım noktası teşhis ve yüksek verimli biyomedikal deneyleri için basit ve etkili çözümler sunmak. Sağlam akış kontrolü ve hassas akışkan hacimleri, bu uygulamalar için iki kritik gereksinimleri vardır. Biz elastomerik polidimetilsiloksan (PDMS) Mikrovalf dizileri mikroakışkan cips geliştirdiler: 1) akışkan yolunu kapatmak için herhangi bir ekstra enerji kaynağına ihtiyaç, dolayısıyla yüklenen cihaz son derece portatif ve 2) Derin (1 mm kadar) kanalları microfabricating için izin dikey yanaklı ve çok hassas özellikleri. Çeşitli boyutlarda, mikro-akışkan yolu ile harekete geçirmek için gerekli olan mikro içeren bir kontrol katmanı ve denetime bağlı bir orta ince PDMS zarı akışkan ve microchambers yollarını içeren bir akışkan tabakası PDMS mikro-tabanlı aygıtlar üç tabakadan oluşur: katmanı. Akışkan katman ve kontrol katmanları SU-8 fotorezist ustaları PDMS çoğaltma kalıplama tarafından yapılır ve belirli yüksekliklerde PDMS iplik, ince PDMS zarı ile yapılır. Kontrol katmanı, hem de oksijen aktivasyon sonra ince PDMS membran yapıştırılır ve daha sonra akışkan tabakası ile monte edilir. Mikro dinlenme kapalı ve negatif basınç (örneğin, ev vakum) uygulanarak açılabilir. Mikrovalf kapatılması ve açılması, bilgisayar yazılımı tarafından kontrol solenoid valfler ile otomatik. Burada, iki farklı uygulamalar için iki Mikrovalf tabanlı mikroakışkan cips göstermektedir. Ilk yonga çeşitli karışım oranları sulu çözeltiler hassas alt nanoliter hacimleri depolama ve karıştırma sağlar. İkinci çip, mikroakışkan hücre kültürlerinin bilgisayar kontrollü perfüzyon sağlar. Cihazları kontrol etmek için imal kolay ve basit. PDMS biyouyumluluk nedeniyle, bu mikroçip minyatür tanı testleri gibi temel hücre biyolojisi çalışmaları geniş uygulamalar olabilir.

Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays at JoVE.com

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Biz elastomerik polidimetilsiloksan (PDMS)-tabanlı photolithographically tanımlanan hassas birimleri kapatın ve özellik için ekstra enerji ihtiyacını Mikrovalf dizileri imalat ve otomatikleştirmek için protokolleri göstermektedir. Bir paralel subnanoliter ses mikseri ve entegre bir mikroakışkan perfüzyon sistemi sunulmaktadır.

Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

microfluidic-chips-controlled-with-elastomeric-microvalve-arrays

Research

JoVE Journal

Biology

20.9K Görüntüleme.  University of Washington. Biz elastomerik polidimetilsiloksan (PDMS)-tabanlı photolithographically tanımlanan hassas birimleri kapatın ve özellik için ekstra enerji ihtiyacını Mikrovalf dizileri imalat ve otomatikleştirmek için protokolleri göstermektedir. Bir paralel subnanoliter ses mikseri ve entegre bir mikroakışkan perfüzyon sistemi sunulmaktadır.

Video: Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

A Microfluidic Device with Groove Patterns for Studying Cellular Behavior

We describe a microfluidic device with microgrooved patterns for studying cellular behavior. This microfluidic platform consists of a top fluidic channel and a bottom microgrooved substrate. To fabricate the microgrooved channels, a top poly(dimethylsiloxane) (PDMS) mold containing the impression of the microfluidic channels was aligned and bonded to a microgrooved substrate. Using this device, mouse fibroblast cells were immobilized and patterned within microgrooved substrates (25, 50, 75, and 100 &mu;m wide). To study apoptosis in a microfluidic device, media containing hydrogen peroxide, Annexin V, and propidium iodide was perfused into the fluidic channel for 2 hours. We found that cells exposed to the oxidative stress became apoptotic. These apoptotic cells were confirmed by Annexin V that bound to phosphatidylserine at the outer leaflet of the plasma membrane during the apoptosis process. Using this microfluidic device with microgrooved patterns, the apoptosis process was observed in real-time and analyzed by using an inverted microscope containing an incubation chamber (37&deg;C, 5% CO2). Therefore, this microfluidic device incorporated with microgrooved substrates could be useful for studying the cellular behavior and performing high-throughput drug screening.

We describe a protocol for the fabrication of microfluidic devices that can enable cell capture and culture. In this approach patterned microstructures such as grooves within microfluidic channels are used to create low shear stress regions within which cell can dock.

Hücresel Davranış incelenmesi için Groove Desenler mikroakışkan Aygıt

We describe a microfluidic device with microgrooved patterns for studying cellular behavior.  This microfluidic platform consists of a top fluidic channel ...

Biyoloji

A Gradient-generating Microfluidic Device for Cell Biology

 The fabrication and operation of a gradient-generating microfluidic device for studying cellular behavior is described.  A microfluidic platform is an enabling experimental tool, because it can precisely manipulate fluid flows, enable high-throughput experiments, and generate stable soluble concentration gradients.  Compared to conventional gradient generators, poly(dimethylsiloxane) (PDMS)-based  microfluidic devices can generate stable concentration gradients of growth factors with well-defined profiles.  Here, we developed simple gradient-generating microfluidic devices with three separate inlets.  Three microchannels combined into one microchannel to generate concentration gradients.  The stability and shape of growth factor gradients were confirmed by fluorescein isothyiocyanate (FITC)-dextran with a molecular weight similar to epidermal growth factor (EGF).  Using this microfluidic device, we demonstrated that fibroblasts exposed to concentration gradients of EGF migrated toward higher concentrations.  The directional orientation of cell migration and motility of migrating cells were quantitatively assessed by cell tracking analysis.  Thus, this gradient-generating microfluidic device might be useful for studying and analyzing the behavior of migrating cells.

We describe a protocol for the microfabrication of the gradient-generating microfluidic device that can generate spatial and temporal gradients in well-defined microenvironment. In this approach, the gradient-generating microfluidic device can be used to study directed cell migration, embryogenesis, wound healing, and cancer metastasis.

Hücre Biyolojisi Degrade üreten mikroakışkan Aygıt

 The fabrication and operation of a gradient-generating microfluidic device for studying cellular behavior is described.  A microfluidic platform is an ...

Cell Capture Using a Microfluidic Device

Hücre Yakalama mikroakışkan Cihaz Kullanımı

Fabrication of the Thermoplastic Microfluidic Channels

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using polymer/nanoparticle composite microscale lysis and solid phase extraction columns. The recovered samples are concentrated, small volume samples that are PCRable, without any additional cleanup. Here, we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then, we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns. We demonstrate grafting and polymerization of a carbon nanotube/polymer composite column for bacterial cell lysis. We then show the lysis process followed by solid phase extraction of nucleic acids from the sample on chip using a silica/polymer composite column. The attached protocols contain detailed instructions on how to make both lysis and solid phase extraction columns.

Here we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns.

Termoplastik mikroakışkan Kanallar imalatı

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using ...

Microfluidic Applications for Disposable Diagnostics

In this interview, Dr. Klapperich discusses the fabrication of thermoplastic microfluidic devices and their application for development of new diagnostics.

In this interview, Dr. Klapperich discusses the fabrication of thermoplastic microfluidic devices and their application for development of new diagnostics.

Tek kullanımlık Diagnostics mikroakışkan Uygulamaları

In this interview, Dr. Klapperich discusses the fabrication of thermoplastic microfluidic devices and their application for development of new ...

Mapping Bacterial Functional Networks and Pathways in Escherichia Coli using Synthetic Genetic Arrays

Phenotypes are determined by a complex series of physical (e.g. protein-protein) and functional (e.g. gene-gene or genetic) interactions (GI)1. While physical interactions can indicate which bacterial proteins are associated as complexes, they do not necessarily reveal pathway-level functional relationships1. GI screens, in which the growth of double mutants bearing two deleted or inactivated genes is measured and compared to the corresponding single mutants, can illuminate epistatic dependencies between loci and hence provide a means to query and discover novel functional relationships2. Large-scale GI maps have been reported for eukaryotic organisms like yeast3-7, but GI information remains sparse for prokaryotes8, which hinders the functional annotation of bacterial genomes. To this end, we and others have developed high-throughput quantitative bacterial GI screening methods9, 10.
Here, we present the key steps required to perform quantitative E. coli Synthetic Genetic Array (eSGA) screening procedure on a genome-scale9, using natural bacterial conjugation and homologous recombination to systemically generate and measure the fitness of large numbers of double mutants in a colony array format. Briefly, a robot is used to transfer, through conjugation, chloramphenicol (Cm) - marked mutant alleles from engineered Hfr (High frequency of recombination) 'donor strains' into an ordered array of kanamycin (Kan) - marked F- recipient strains. Typically, we use loss-of-function single mutants bearing non-essential gene deletions (e.g. the 'Keio' collection11) and essential gene hypomorphic mutations (i.e. alleles conferring reduced protein expression, stability, or activity9, 12, 13) to query the functional associations of non-essential and essential genes, respectively. After conjugation and ensuing genetic exchange mediated by homologous recombination, the resulting double mutants are selected on solid medium containing both antibiotics. After outgrowth, the plates are digitally imaged and colony sizes are quantitatively scored using an in-house automated image processing system14. GIs are revealed when the growth rate of a double mutant is either significantly better or worse than expected9. Aggravating (or negative) GIs often result between loss-of-function mutations in pairs of genes from compensatory pathways that impinge on the same essential process2. Here, the loss of a single gene is buffered, such that either single mutant is viable. However, the loss of both pathways is deleterious and results in synthetic lethality or sickness (i.e. slow growth). Conversely, alleviating (or positive) interactions can occur between genes in the same pathway or protein complex2 as the deletion of either gene alone is often sufficient to perturb the normal function of the pathway or complex such that additional perturbations do not reduce activity, and hence growth, further. Overall, systematically identifying and analyzing GI networks can provide unbiased, global maps of the functional relationships between large numbers of genes, from which pathway-level information missed by other approaches can be inferred9.

Mapping Bacterial Functional Networks and Pathways in Escherichia Coli using Synthetic Genetic Arrays

Systematic, large-scale synthetic genetic (gene-gene or epistasis) interaction screens can be used to explore genetic redundancy and pathway cross-talk. Here, we describe a high-throughput quantitative synthetic genetic array screening technology, termed eSGA that we developed for elucidating epistatic relationships and exploring genetic interaction networks in Escherichia coli.

Bakteriyel Fonksiyonel Ağlar ve tanımında Haritalama<em&gt; Escherichia Coli</em&gt; Sentetik Genetik Diziler kullanarak

Phenotypes  are determined by a complex series of physical (e.g. protein-protein) and  functional (e.g. gene-gene or genetic) interactions (GI)1. While ...

Design and Use of Multiplexed Chemostat Arrays

Chemostats are continuous culture systems in which cells are grown in a tightly controlled, chemically constant environment where culture density is constrained by limiting specific nutrients.1,2 Data from chemostats are highly reproducible for the measurement of quantitative phenotypes as they provide a constant growth rate and environment at steady state. For these reasons, chemostats have become useful tools for fine-scale characterization of physiology through analysis of gene expression3-6 and other characteristics of cultures at steady-state equilibrium.7 Long-term experiments in chemostats can highlight specific trajectories that microbial populations adopt during adaptive evolution in a controlled environment. In fact, chemostats have been used for experimental evolution since their invention.8 A common result in evolution experiments is for each biological replicate to acquire a unique repertoire of mutations.9-13 This diversity suggests that there is much left to be discovered by performing evolution experiments with far greater throughput. 
We present here the design and operation of a relatively simple, low cost array of miniature chemostats&mdash;or ministats&mdash;and validate their use in determination of physiology and in evolution experiments with yeast. This approach entails growth of tens of chemostats run off a single multiplexed peristaltic pump. The cultures are maintained at a 20 ml working volume, which is practical for a variety of applications. It is our hope that increasing throughput, decreasing expense, and providing detailed building and operation instructions may also motivate research and industrial application of this design as a general platform for functionally characterizing large numbers of strains, species, and growth parameters, as well as genetic or drug libraries.

We developed and validated a small-footprint array of miniature chemostats built from readily available parts for low cost. Physiological and experimental evolution results were similar to larger volume chemostats. The ministat array provides a compact, inexpensive, and accessible platform for traditional chemostat experiments, functional genomics, and chemical screening applications.

Multiplexed kemostat Diziler Tasarımı ve Kullanımı

Chemostats are continuous culture systems in which cells are grown in a tightly controlled, chemically constant environment where culture density is ...

Assembly of Nucleosomal Arrays from Recombinant Core Histones and Nucleosome Positioning DNA

Core histone octamers that are repetitively spaced along a DNA molecule are called nucleosomal arrays. Nucleosomal arrays are obtained in one of two ways: purification from in vivo sources, or reconstitution in vitro from recombinant core histones and tandemly repeated nucleosome positioning DNA. The latter method has the benefit of allowing for the assembly of a more compositionally uniform and precisely positioned nucleosomal array. Sedimentation velocity experiments in the analytical ultracentrifuge yield information about the size and shape of macromolecules by analyzing the rate at which they migrate through solution under centrifugal force. This technique, along with atomic force microscopy, can be used for quality control, ensuring that the majority of DNA templates are saturated with nucleosomes after reconstitution. Here we describe the protocols necessary to reconstitute milligram quantities of length and compositionally defined nucleosomal arrays suitable for biochemical and biophysical studies of chromatin structure and function.

A method is presented for the reconstitution of model nucleosomal arrays from recombinant core histones and tandemly repeated nucleosome positioning DNA. We also describe how sedimentation velocity experiments in the analytical ultracentrifuge, and atomic force microscopy (AFM) are used to monitor the extent of nucleosomal array saturation after reconstitution.

Rekombinant çekirdek histon nükleozomal Diziler ve Nükleozom Konumlandırma DNA Meclisi

Core histone octamers that are repetitively spaced along a DNA molecule  are called nucleosomal arrays. Nucleosomal arrays are obtained in one of two  ...

A Rapid Protocol for Integrating Extrachromosomal Arrays With High Transmission Rate into the C. elegans Genome

Microinjecting DNA into the cytoplasm of the syncytial gonad of Caenorhabditis elegans is the main technique used to establish transgenic lines that exhibit partial and variable transmission rates of extrachromosomal arrays to the next generation. In addition, transgenic animals are mosaic and express the transgene in a variable number of cells. Extrachromosomal arrays can be integrated into the C. elegans genome using UV irradiation to establish nonmosaic transgenic strains with 100% transmission rate of the transgene. To that extent, F1 progenies of UV irradiated transgenic animals are screened for animals carrying a heterozygous integration of the transgene, which leads to a 75% Mendelian transmission rate to the F2 progeny. One of the challenges of this method is to distinguish between the percentage of transgene transmission in a population before (X% transgenic animals) and after integration (&#8805;75% transgenic F2 animals). Thus, this method requires choosing a nonintegrated transgenic line with a percentage of transgenic animals that is significantly lower than the Mendelian segregation of 75%. Consequently, nonintegrated transgenic lines with an extrachromosomal array transmission rate to the next generation &#8804;60% are usually preferred for integration, and transgene integration in highly transmitting strains is difficult. Here we show that the efficiency of extrachromosomal arrays integration into the genome is increased when using highly transmitting transgenic lines (&#8805;80%). The described protocol allows for easy selection of several independent lines with homozygous transgene integration into the genome after UV irradiation of transgenic worms exhibiting a high rate of extrachromosomal array transmission. Furthermore, this method is quite fast and low material consuming. The possibility of rapidly generating different lines that express a particular integrated transgene is of great interest for studies focusing on gene expression pattern and regulation, protein localization, and overexpression, as well as for the development of subcellular markers.

A Rapid Protocol for Integrating Extrachromosomal Arrays With High Transmission Rate into the C. elegans Genome

This protocol describes a rapid and low material consuming procedure for the integration of transgenic extrachromosomal arrays into the Caenorhabditis elegans genome using ultra violet (UV) irradiation. Furthermore, this protocol is particularly well suited for transgenic lines that transmit extrachromosomal arrays at a high rate.

Microinjecting DNA into the cytoplasm of the syncytial gonad of Caenorhabditis elegans is the main technique used to establish transgenic lines that ...

Identifying Protein-protein Interaction Sites Using Peptide Arrays

Protein-protein interactions mediate most of the processes in the living cell and control homeostasis of the organism. Impaired protein interactions may result in disease, making protein interactions important drug targets. It is thus highly important to understand these interactions at the molecular level. Protein interactions are studied using a variety of techniques ranging from cellular and biochemical assays to quantitative biophysical assays, and these may be performed either with full-length proteins, with protein domains or with peptides. Peptides serve as excellent tools to study protein interactions since peptides can be easily synthesized and allow the focusing on specific interaction sites. Peptide arrays enable the identification of the interaction sites between two proteins as well as screening for peptides that bind the target protein for therapeutic purposes. They also allow high throughput SAR studies. For identification of binding sites, a typical peptide array usually contains partly overlapping 10-20 residues peptides derived from the full sequences of one or more partner proteins of the desired target protein. Screening the array for binding the target protein reveals the binding peptides, corresponding to the binding sites in the partner proteins, in an easy and fast method using only small amount of protein.
In this article we describe a protocol for screening peptide arrays for mapping the interaction sites between a target protein and its partners. The peptide array is designed based on the sequences of the partner proteins taking into account their secondary structures. The arrays used in this protocol were Celluspots arrays prepared by INTAVIS Bioanalytical Instruments. The array is blocked to prevent unspecific binding and then incubated with the studied protein. Detection using an antibody reveals the binding peptides corresponding to the specific interaction sites between the proteins.

Peptide array screening is a high throughput assay for identifying protein-protein interaction sites. This allows mapping multiple interactions of a target protein and can serve as a method for identifying sites for inhibitors that target a protein. Here we describe a protocol for screening and analyzing peptide arrays.

Peptit Diziler protein-protein etkileşim Siteleri belirlenmesi

Protein-protein interactions mediate most of the processes in the living cell and control homeostasis of the organism. Impaired protein interactions may ...