This work was financially supported by the Ministry of Science and Technology of Taiwan under Contract No. MOST 104-2311-B-002-026 (K. Y. Lo), No. MOST 104-2112-M-030-002 (Y. S. Sun), and National Taiwan University Career Development Project (103R7888) (K. Y. Lo). The authors also thank the Center for Emerging Material and Advanced Devices, National Taiwan University, for the use of the cell culture room.

1. Chip Tasarım ve İmalat <ol><li> Beraberlik desenleri ticari yazılım 24 kullanılarak PMMA yüzeyleri ve çift taraflı bantlar üzerinde kesip çıkartılacak. <ol><li> Beş kültür alanlarında (Şekil 1A ve 1B) her ucunda değişen genişliğe sahip bir &quot;Noel ağacı&quot; desen çizmek, kimyasal konsantrasyonlar ve kayma gerilmeleri etkilerini incelemek için. </li><li> Tuz köprüleri için iki tane daha akışkan kanalları (Şekil 2A ve 2B) ile &quot;Noel ağacı&quot; desen çizmek, kimyasal konsantrasyonlar ve elektrik alanların etkilerini araştırmak. </li></ol></li><li> Çizici PMMA levha veya CO 2 lazer Scriber içine ilgili dosyayı yükleyerek bir çift taraflı bant üzerinde bireysel bir desen. <ol><li> Lazer Scriber açın ve bilgisayara olan bağlantısını kontrol edin. desen açın ticari yazılımı kullanılarak kesilip edilecek. </li><li> PMMA levha ya da bir çift taraflı bant o yerleştirinScriber aşamasında n üst. Kalibrasyon bar ve görünür He-Ne lazer kullanarak gerekirse CO 2 lazer odağı ayarlayın. </li><li> PMMA levha veya banda ablasyon için Scriber içine desen yükleyin. </li><li> , Desenli levha veya bant Pick up istenmeyen parçaları kaldırmak ve azot üfleme ile yüzeyi temizleyin. Not: PMMA tabakanın kalınlığı 1 mm, ve çift-taraflı bant olduğu 0.07 mm ya da 0.22 mm &#39;dir. </li></ol></li></ol> 2. Chip Meclisi <ol><li> süper yapıştırıcı ile, üst vida konuları ve delikleri aynı hizaya getirerek çip en üst katmana (ortada vida dişleri uzunluk x genişlik x yükseklik = 10 mm x 10 mm x 5 mm) akrilik adaptörleri eklemek -En katmanı. Bu adaptörler giriş / çıkışları ve tuz köprüsü konnektörleri orta olarak hizmet vermektedir. </li><li> Laminer akış kaput içinde mikroakışkan çip takılacak. </li><li> Kimyasal kayma gerilmesi mikroakışkan çip (CSS chip) birleştirin. <ol><li> birttach tarif çift taraflı bant 2 adet kullanılarak tarif PMMA levhalar 3 yaprak. (Şekil 1A ve 1B). </li><li> çip altına 0.07 mm kalınlığında çift taraflı bant bir parça daha ekleyin ve 10 cm çapında Petri kabı çipi takın. </li><li> gece boyunca vakum odasında montaj çip koyun. </li></ol></li><li> Kimyasal-elektrik alan yonga (CEF chip) monte etmek için, kalınlığı bir çift taraflı bant PMMA levha takmak = 0.22 mm (Şekil 2A ve 2B). <ol><li> bant bu aynı parça kullanarak bir 10 cm çapında Petri kabı tarif PMMA levha ve çift taraflı bant takın. </li></ol></li><li> kaput içinde monte çip bırakın ve sterilizasyon için 30 dakika süreyle UV maruz kalmaktadır. </li><li> plastik tüpler ve parmak sıkı fındık üzerinden iki 3 ml&#39;lik şırınga girişleri bağlayın. Bir plastik tüp ve bir parmak sıkı somun vasıtasıyla atık tüpüne prizine takın. NOT: Otoklavkullanımdan önce, 15 dakika boyunca 121 ° C &#39;de, tüm borular ve fındık. </li><li> Yavaş yavaş PBS ile Başbakan akışkan kanallarına şırınga pistonu bastırın. kabarcıklarını çıkarmak için ileri ve geri şırınga itin. </li><li> % 5 CO2 altında 37 ° C&#39;de gece boyunca bir inkübatör içinde cipsleri. Not: Bu iki adım çip içinde kalan kabarcıklar çip yıkayın ve kaldırmak amaçlanmaktadır. </li><li> kuluçka çipi alır. </li><li> CEF çip elektrik alanların oluşturulması için agar tuz köprüleri hazırlayın. <ol><li> Bir mikrodalga kullanılarak 1 x fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) tamponu içinde% 3 düşük erime noktası agaroz eritilir. </li><li> çözüm aşamalı tuz köprüsü kanala agaroz enjekte edilir ve çözüm katılaşır önce elektrotlar eklemek. </li><li> boru şeklindeki fındık içine gümüş / gümüş klorür elektrotlar yerleştirin. </li></ol></li><li> Dulbecco&#39;nun Modifiye EagleR (enjektör pompaları şırınga bağlayın ve sürekli kültür ortamı akış17; 20 ul bir akış hızında, 10 dakika boyunca akışkan kanal içine ortamıdır, DMEM) / dakika PBS yerine. </li></ol> 3. Hücre Hazırlama ve Deneysel Kurulum Not: Pre-sıcak 1X PBS, kullanmadan önce, bir 37 ° C su banyosu içinde kültür ortamı (DMEM artı FBS) ve tripsin. <ol><li> Plaka 2 x 10 5 hücre akciğer kanseri CL1-5 DMEM artı% 10 fetal sığır serumu (FBS) ile birlikte 10 santimetrelik bir petri tabağına 25,26. % 90 birleştiği kadar 37 ° C &#39;de% 5 CO2 altında bir inkübatör içinde inkübe hücreleri. </li><li> orta aspire ve önceden ısıtılmış 1x bir kez PBS ile yıkayın hücreleri. hücrelere% 0.05 tripsin tampon maddesi 2 ml ilave edilir ve hücreleri ayırmak için 37 ° C &#39;de 2 dakika ile 3 bekleyin. </li><li> 15 ml&#39;lik steril bir santrifüj tüpüne aktarılır ve hücreler tüp içine kültür ortamı 6 ilave edin. Yavaşça karıştırma tüp ters bir hemocytomete hücre sayısını saymak için hücre ihtiva eden bir ortamda 5 ul almakr. </li><li> 300 x tüp santrifüj 5 dakika boyunca örn. Kültür ortamının 1 ml 10 6 hücre askıya alma ve 1 ml şırınga içinde, hücre içeren ortam yerleştirin. </li><li> prizden mikroakışkan çip içine hücre içeren orta aşılamak ve çözüm beş kültür alanlarında aracılığıyla tüm dağıtır emin olun. 2 saat boyunca 37 ° C &#39;de% 5 CO2 altında bir inkübatör içinde çip inkübe edin. </li></ol> 4. Deneysel Kurulum <ol><li> kuluçka çip alın ve şeffaf indiyum kalay oksit (ITO) cam ısıtıcı üstüne yerleştirin. NOT: İTO cam termal coupler geribildirim yoluyla 37 ± 0.5 ° C sıcaklığı korumak için bir oransal-integral-türev (PID) denetleyiciye bağlı İTO ısıtıcı ve çip arasındaki sıkı kenetlenmiş. </li><li> Hücre göçü veya sabit bir XY takibi için bir ters mikroskop motorlu bir XY üst yonga ısıtıcı montaj koyunROS üretiminin ölçülmesi için bir ters flüoresan mikroskop. </li><li> (Kültür ortamı içinde çözülmüş) göreli konsantrasyonları 0 ve 1 arasında bir kimyasal çözeltilerin 5 ml ile iki şırınga dolgu farklı kimyasal konsantrasyonları oluşturabilir ve istenen akış hızlarında çip içine pompalamak için: CSS çipte, 0.3 ml &#39;lik bir akış hızında 1 saat / dk; İlk 20 dakika boyunca 20 ul / dk&#39;lık bir akış oranında CEF çip ve bir 120 dakika (toplam süresi = 2 saat) 20 ul / saat akış hızında. </li><li> CEF çipte, dijital tek lensli refleks yoluyla, kültür alanlarında 2 için her 15 dk içinde görüş belli bir alanda (FOVs) içinde (DSLR) fotoğraf makinesi, hücre göçü, mikroskobun XY fotoğraf çekmek tekrarlamak için programı izlemek için hr. </li><li> ROS üretiminin ölçülmesi için, flüoresan bazlı göstergesi 2&#39;-7&#39;-dichlorodihydrofluoresce diasetat (2&#39;-7&#39;-DCFDA) kullanın. <ol><li> Moleküler biyoloji sınıf di 10 mM 2&#39;-7&#39;-DCFDA stok hazırlamametil sülfoksit (DMSO). Sadece serumu (DMEM 5 mcM) olmadan DMEM DCFDA seyreltin. Potansiyel deasetilaz arka plan sinyallerini artırmak ve hücrelerde sinyalleri azaltabilir. </li><li> CSS çip veya CEF çip EF uyarıcının 2 saat sonra kesilme baskısı uyaran 1 saat sonra, 20 ul / dk&#39;lık bir akış oranı için de çip halinde 2&#39;-7&#39;-DCFDA (DMEM 5 uM) pompa ilk 20 dakika ve 20 dakika boyunca 20 ul / saat arasında bir akış hızı. Yıkama için, 20 dakika boyunca 20 ul / saat akış hızı ile yonga içine DMEM pompa. </li><li> floresan şiddetleri analiz etmek için, kültür alanlarında bazı FOVs arasında, bir şarj-kuplajlı aygıt (CCD) kamera ile Fotoğraflar al. </li></ol></li></ol> Kimyasal Konsantrasyonlarına, Kesme Zoru ve Elektrik Alanlar 5. Hesaplamalar <ol><li> CSS çip ve CEF çipi hem de, beş kültür alanlarında kimyasal konsantrasyonlarının hesaplamak. Örneğin, concentr ve H2O 2 enjekteations 0 ve iki giriş 200 uM, 0, 25, 100, 175 ve 200 uM oluşturulacak konsantrasyonları. NOT: Tüm sıvılar bölünmüş akışı o düzgün ve eşit çatal etrafında üstlenerek, beş kültür alanlarında göreli konsantrasyonları sırasıyla, 0, 1/8, 1/2, 7/8, ve 1 bulunmaktadır. </li><li> CSS yongası kullanılarak kültür alanlarının her birinde kayma gerilmesi (τ) hesaplamak <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/54397/54397eq1.jpg" /> Q, akışkan viskoziteli η debisi, 27, H kanalının yüksekliği, w kanalının genişliğidir. NOT: Her girişine (S = 0.12 ml / dakika, her bir kültür alanı) Q = 0.3 ml / dk ile η = 0.0008 Pa s kültür ortamı, h = 1 mm, ve W = 1 ~ 4 mm için, kayma gerilmesi 0,0192 Pa 0,0048 Pa (4 mm genişliğinde bölge) (1 mm genişliğinde bölge) arasında değiştiği hesaplanmıştır. </li><li> İçindeCEF çip, σ kültür ortamı elektriksel iletkenlik, ben akışkan kanal boyunca akan elektrik akımı olan E = I / (σA eff) (Ohm yasası) kullanarak kültür alanlarının her birindeki EF gücünü hesaplamak ve A eff kanalın etkin bir kesit alanıdır. Not: kullanma σ = 1.38 Ω -1 m-1 kültür ortamı ve A eff = 0.22 ila 2 mm (genişlik = 1 mm ve yükseklik = 0.22 mm), EF gücü E (mV / aa) = I (olarak hesaplanır A) 3.3 × 10 6 ×. <ol><li> Şekil 2D&#39;de gösterildiği gibi, dört (8 + 35 + 8) segmentler ile bir (5 + 35 + 5) kademeli bir beş C-kesitli devreler gibi eşdeğer devre tedavi. NOT: Kirchhoff gerilim kanunu ve Ohm yasasına göre bu paralel devre analiz ederek, beş kültür boyunca akan akımlardırBen 1 alttan üste I 5 üzerinden gibi, ben (bölge 1) civarında 0.49 olarak hesaplanır, 0.25 I (bölge 2), 0.13 I (bölge 3), 0.08 I (bölge 4), ve 0.05 I (bölge 5), sırası ile, l), toplam akım (DC olduğu. 0.157 mA, 254 EF, 130, 67, 41 ve 26 mV / mm, uygulanan DC beş kültür alanlarında oluşturulur. Not: mikroakışkan ağ basitleştirilmiş elektriksel analiz için tüm akışkan segmentleri uzunluklarına orantılı direnç direnç olarak kabul edilmektedir. </li></ol></li></ol> 6. Veri Analizi Not: Veri analizi ImageJ yazılımı kullanılarak gerçekleştirilir. <ol><li> ROS üretimi analiz edin. <ol><li> ImageJ yazılımı çalıştırın. Bir floresan resim yüklemek için &quot;Dosya&quot; → Aç gidin analiz edilecek. </li><li> im değiştirmek için &quot;Resim&quot; → &quot;Tip&quot; → &quot;16-bit&quot; gitgri ölçekli yaş. </li><li> Bir hücreyi içine bir çokgen çizmek. Hücrenin ortalama floresan yoğunluğu ölçmek için → &quot;Tedbir&quot; &quot;Analiz&quot; gidin. </li><li> Üç bağımsız deneyin en az 50 hücrelerinden yoğunluklarını toplamak ve ortalamanın standart hatası (SEM) ile, ortalama yoğunluğunu hesaplamak için 6.1.3 tekrarlayın. </li><li> Her bir deney koşulu için 6.1.1-6.1.4 tekrarlayın. </li></ol></li><li> Hücre Göç analiz edin. <ol><li> ImageJ yazılımı çalıştırın. zaman = 0 alındığı bir resim yüklemek için &quot;Dosya&quot; → Aç gidin analiz edilecek. </li><li> Bir hücreyi içine bir çokgen çizmek. (X 1, y 1) olarak hücrenin kütle merkezini ölçmek için → &quot;Tedbir&quot; &quot;Analiz&quot; gidin. </li><li> 6.2.1- 6.2.2 = anda t almak başka bir görüntüden aynı hücrenin kütle merkezi (x 2, y 2) ölçmek için tekrarlayın. </li><li> ve (mm / hr) göç oranını hesaplamakBu hücresi, <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/54397/54397eq2.jpg" /> . </li><li> Üç bağımsız deneyden en az 50 hücrelerinden göç oranlarını toplamak ve ortalama standart hata (SEM) ile ortalama göç oranını hesaplamak için 6.2.1-6.2.4 tekrarlayın. </li><li> 6.2.2 ve 6.2.3 itibaren, kosinüs İçeride ISTV melerin RWMAIWi&#39;nin olarak bu hücrenin göç Yönetme hesaplama veya <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/54397/54397eq3.jpg" /> , Θ (pozitiften negatife) uygulamalı EF vektörü arasındaki açı ve hücrenin (Şekil 2G) son pozisyonuna baştan vektörü olduğu. </li><li> Üç bağımsız deneyin en az 50 hücrelerinden geçiş Yönetme toplamak ve ortalamanın standart hatası (SEM) ile, ortalama geçiş Yönetme hesaplamak 6.2.6 tekrarlayın. </li><li> SEM ile ortalama göç oranı ve her deneysel koşul için SEM ile ortalama göç Yönetme hesaplayın. NOT: Bir yönetme+1 Tüm hücreleri katoda doğru göç olduğunu gösterir ve bir -1 değeri tüm hücreleri anot doğru göç olduğunu gösterir. rasgele hareket eden hücreler, bir grup yönetme 0 civarındadır. </li></ol></li><li> Hücre Hizalama analiz edin. <ol><li> ImageJ yazılımı çalıştırın. Bir resim yüklemek için &quot;Dosya&quot; → &quot;Aç&quot; git analiz edilecek. </li><li> bir elips olarak hücre tedavisinde ve bir hücrenin uzun ekseni belirtmek için bir çizgi çizin. Hat ve yatay EF yönü arasındaki β açıyı ölçmek için → &quot;Tedbir&quot; &quot;Analiz&quot; gidin. </li><li> Üç bağımsız deneyden en az 50 hücrelerinden p toplamak için 6.3.2 tekrarlayın ve hesaplamak ortalama kosinüs β ortalama standart hata (SEM) ile. </li><li> Her bir deney koşulu için 6.3.1-6.3.3 tekrarlayın. NOT: +1 p cos A tüm hücreleri uygulamalı EF paralel hizaya belirten ve 0 değeri tüm hücreleri perpendicularl hizaya olduğunu gösteriruygulamalı EF y. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Cheng, J. Y., Yen, M. H., Kuo, C. T., Young, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+transparent+cell-culture+microchamber+with+a+variably+controlled+concentration+gradient+generator+and+flow+field+rectifier.">A transparent cell-culture microchamber with a variably controlled concentration gradient generator and flow field rectifier.</a> Biomicrofluidics. 2, (2008).</li><li>Terry, S. C., Jerman, J. H., Angell, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas-Chromatographic+Air+Analyzer+Fabricated+on+a+Silicon-Wafer.">Gas-Chromatographic Air Analyzer Fabricated on a Silicon-Wafer.</a> Ieee T Electron Dev. 26, 1880-1886 (1979).</li><li>Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+lithography+in+biology+and+biochemistry.">Soft lithography in biology and biochemistry.</a> Annu Rev Biomed Eng. 3, 335-373 (2001).</li><li>Adler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemoreceptors+in+bacteria.">Chemoreceptors in bacteria.</a> Science. 166, 1588-1597 (1969).</li><li>Boyden, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chemotactic+effect+of+mixtures+of+antibody+and+antigen+on+polymorphonuclear+leucocytes.">The chemotactic effect of mixtures of antibody and antigen on polymorphonuclear leucocytes.</a> J Exp Med. 115, 453-466 (1962).</li><li>Kao, Y. 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=Modulating+chemotaxis+of+lung+cancer+cells+by+using+electric+fields+in+a+microfluidic+device.">Modulating chemotaxis of lung cancer cells by using electric fields in a microfluidic device.</a> Biomicrofluidics. 8, 024107 (2014).</li><li>Walker, G. M., 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=Effects+of+flow+and+diffusion+on+chemotaxis+studies+in+a+microfabricated+gradient+generator.">Effects of flow and diffusion on chemotaxis studies in a microfabricated gradient generator.</a> Lab Chip. 5, 611-618 (2005).</li><li>Al-Majed, A. A., Neumann, C. M., Brushart, T. M., Gordon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brief+electrical+stimulation+promotes+the+speed+and+accuracy+of+motor+axonal+regeneration.">Brief electrical stimulation promotes the speed and accuracy of motor axonal regeneration.</a> J Neurosci. 20, 2602-2608 (2000).</li><li>Nuccitelli, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endogenous+electric+fields+in+embryos+during+development,+regeneration+and+wound+healing.">Endogenous electric fields in embryos during development, regeneration and wound healing.</a> Radiat Prot Dosim. 106, 375-383 (2003).</li><li>McCaig, C. D., Rajnicek, A. M., Song, B., Zhao, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+cell+behavior+electrically:+Current+views+and+future+potential.">Controlling cell behavior electrically: Current views and future potential.</a> Physiol Rev. 85, 943-978 (2005).</li><li>Tai, G., Reid, B., Cao, L., Zhao, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+and+wound+healing:+experimental+methods+to+study+electric+fields+as+a+directional+signal+for+cell+migration.">Electrotaxis and wound healing: experimental methods to study electric fields as a directional signal for cell migration.</a> Methods Mol Biol. 571, 77-97 (2009).</li><li>Huang, C. W., Cheng, J. Y., Yen, M. H., Young, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+of+lung+cancer+cells+in+a+multiple-electric-field+chip.">Electrotaxis of lung cancer cells in a multiple-electric-field chip.</a> Biosens Bioelectron. 24, 3510-3516 (2009).</li><li>Yan, X. L., 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=Lung+Cancer+A549+Cells+Migrate+Directionally+in+DC+Electric+Fields+With+Polarized+and+Activated+EGFRs.">Lung Cancer A549 Cells Migrate Directionally in DC Electric Fields With Polarized and Activated EGFRs.</a> Bioelectromagnetics. 30, 29-35 (2009).</li><li>Li, 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=Activated+T+lymphocytes+migrate+toward+the+cathode+of+DC+electric+fields+in+microfluidic+devices.">Activated T lymphocytes migrate toward the cathode of DC electric fields in microfluidic devices.</a> Lab Chip. 11, 1298-1304 (2011).</li><li>Lin, F., 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=Lymphocyte+electrotaxis+in+vitro+and+in+vivo.">Lymphocyte electrotaxis in vitro and in vivo.</a> J Immunol. 181, 2465-2471 (2008).</li><li>Zhang, 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=Electrically+Guiding+Migration+of+Human+Induced+Pluripotent+Stem+Cells.">Electrically Guiding Migration of Human Induced Pluripotent Stem Cells.</a> Stem Cell Rev. , (2011).</li><li>Song, B., 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=Application+of+direct+current+electric+fields+to+cells+and+tissues+in+vitro+and+modulation+of+wound+electric+field+in+vivo.">Application of direct current electric fields to cells and tissues in vitro and modulation of wound electric field in vivo.</a> Nat Protoc. 2, 1479-1489 (2007).</li><li>Sun, Y. S., Peng, S. W., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+electrical-stimulated+wound-healing+chip+for+studying+electric+field-assisted+wound-healing+process.">In vitro electrical-stimulated wound-healing chip for studying electric field-assisted wound-healing process.</a> Biomicrofluidics. 6, 34117 (2012).</li><li>Sun, Y. S., Peng, S. W., Lin, K. H., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+of+lung+cancer+cells+in+ordered+three-dimensional+scaffolds.">Electrotaxis of lung cancer cells in ordered three-dimensional scaffolds.</a> Biomicrofluidics. 6, (2012).</li><li>Li, J., Zhu, L., Zhang, M., Lin, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+device+for+studying+cell+migration+in+single+or+co-existing+chemical+gradients+and+electric+fields.">Microfluidic device for studying cell migration in single or co-existing chemical gradients and electric fields.</a> Biomicrofluidics. 6, 24121-2412113 (2012).</li><li>Hou, H. S., Tsai, H. F., Chiu, H. T., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+chemical+and+electrical+stimulation+on+lung+cancer+cells+using+a+multichannel-dual-electric-field+chip.">Simultaneous chemical and electrical stimulation on lung cancer cells using a multichannel-dual-electric-field chip.</a> Biomicrofluidics. 8, 052007 (2014).</li><li>Lo, K. Y., Wu, S. Y., Sun, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+device+for+studying+the+production+of+reactive+oxygen+species+and+the+migration+in+lung+cancer+cells+under+single+or+coexisting+chemical/electrical+stimulation.">A microfluidic device for studying the production of reactive oxygen species and the migration in lung cancer cells under single or coexisting chemical/electrical stimulation.</a> Microfluid Nanofluidics. 20, 15 (2016).</li><li>Lo, K. Y., Zhu, Y., Tsai, H. F., Sun, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+shear+stresses+and+antioxidant+concentrations+on+the+production+of+reactive+oxygen+species+in+lung+cancer+cells.">Effects of shear stresses and antioxidant concentrations on the production of reactive oxygen species in lung cancer cells.</a> Biomicrofluidics. 7, 64108 (2013).</li><li>Cheng, J. Y., Wei, C. W., Hsu, K. H., Young, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+laser+micromachining+and+universal+surface+modification+of+PMMA+for+device+development.">Direct-write laser micromachining and universal surface modification of PMMA for device development.</a> Sensor Actuat B-Chem. 99, 186-196 (2004).</li><li>Chen, J. J. W., 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=Global+analysis+of+gene+expression+in+invasion+by+a+lung+cancer+model.">Global analysis of gene expression in invasion by a lung cancer model.</a> Cancer Res. 61, 5223-5230 (2001).</li><li>Shih, J. Y., 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=Collapsin+response+mediator+protein-1+and+the+invasion+and+metastasis+of+cancer+cells.">Collapsin response mediator protein-1 and the invasion and metastasis of cancer cells.</a> J Natl Cancer I. 93, 1392-1400 (2001).</li><li>Lu, H., 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=Microfluidic+shear+devices+for+quantitative+analysis+of+cell+adhesion.">Microfluidic shear devices for quantitative analysis of cell adhesion.</a> Anal Chem. 76, 5257-5264 (2004).</li><li>Fried, L. E., Arbiser, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Honokiol,+a+Multifunctional+Antiangiogenic+and+Antitumor+Agent.">Honokiol, a Multifunctional Antiangiogenic and Antitumor Agent.</a> Antioxid Redox Sign. 11, 1139-1148 (2009).</li><li>Chisti, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+damage+to+animal+cells.">Hydrodynamic damage to animal cells.</a> Crit Rev Biotechnol. 21, 67-110 (2001).</li><li>Davies, P. F., Remuzzi, A., Gordon, E. J., Dewey, C. F., Gimbrone, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Turbulent+fluid+shear+stress+induces+vascular+endothelial+cell+turnover+in+vitro.">Turbulent fluid shear stress induces vascular endothelial cell turnover in vitro.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 83, 2114-2117 (1986).</li><li>Zoro, B. J., Owen, S., Drake, R. A., Hoare, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+process+stress+on+suspended+anchorage-dependent+mammalian+cells+as+an+indicator+of+likely+challenges+for+regenerative+medicines.">The impact of process stress on suspended anchorage-dependent mammalian cells as an indicator of likely challenges for regenerative medicines.</a> Biotechnol Bioeng. 99, 468-474 (2008).</li><li>Chin, L. K., 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=Production+of+reactive+oxygen+species+in+endothelial+cells+under+different+pulsatile+shear+stresses+and+glucose+concentrations.">Production of reactive oxygen species in endothelial cells under different pulsatile shear stresses and glucose concentrations.</a> Lab Chip. 11, 1856-1863 (2011).</li><li>Tsai, H. F., Peng, S. W., Wu, C. Y., Chang, H. F., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+of+oral+squamous+cell+carcinoma+cells+in+a+multiple-electric-field+chip+with+uniform+flow+field.">Electrotaxis of oral squamous cell carcinoma cells in a multiple-electric-field chip with uniform flow field.</a> Biomicrofluidics. 6, 34116 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

PMMA esaslı cips daha karmaşık yumuşak litografi gerektiren PDMS tabanlı çipleri ile karşılaştırıldığında daha ucuz ve daha kolay yöntemlerdir lazer ablasyon ve yazma kullanılarak imal edilir. mikroakışkan çip tasarladıktan sonra, imalat ve montaj sadece 5 dakika içinde yapılabilir. dikkat deneyi gerçekleştirirken ödenmesi gerektiğini bazı kritik adımlar vardır. İlk &quot;birleştirme&quot; bir konudur. Adaptör çipin en üst tabakaya düzgün yapıştırılmış olmalıdır. Çok fazla uy...

In vivo hücreler ekstrasellüler matriks (ECM), karbonhidratlar, lipidler ve diğer hücreleri dahil biyomoleküllerin çeşitli çevrili içinde. Bunlar çeşitli büyüme faktörleri kimyasal degradeler için ECM ile etkileşimler ve yanıtları mikro çevresel uyaranlara yanıt vererek işlerlik. Hücre ve reaktiflerin tüketimi büyüktür ve hücre ortamı (dışı dolaşım) statik yetiştiği Geleneksel olarak, in vitro hücre çalışmaları Hücre kültür tabaklarında yürütülmektedir. Son zamanlarda, akışkan bileşenleri ile entegre mikro fabrikasyon cihazlar daha kontrol edilebilir bir şekilde hücre çalışmaları için alternatif bir platform haline gelmiştir. Bu tür cihazlar hücreleri ve reaktifler tüketimini en aza indirirken, kimyasal ve fiziksel uyaranlar kesin bir mikro-ortam yaratma yeteneğine sahiptir. Bu mikro-akışkan yongaları, cam substratlar silikon gofret, polidimetilsiloksan yapılabilir (PDMS) polimerleri, polimetilmetakrilat (PMMA) alt-tabakalar ya da polyethylenetereftalat (PET) 1-3 alt tabakalar. PDMS tabanlı cihazlar uzun vadede hücre kültürü ve çalışmalar için uygun hale, şeffaf biyolojik olarak uyumlu ve gazlara karşı geçirgendir. PMMA ve PET yüzeyler, lazer ablasyon ve yazma kullanılarak işlenecek ucuz ve kolaydır. Mikroakışkan cihazlar hücreleri, farklı kimyasal ve fiziksel uyarıcılara maruz kalan bir sabit ve kontrollü mikro ortam hücreleri sağlamalıdır. Örneğin, mikro-akışkan fiş hücrelerinin kemotaksisini incelemek için kullanılır. Bunun yerine Boyden odası ve kılcal 4,5 bu minyatür akışkan cihazlar hücrelerin davranışlarını 1,6,7 çalışmak için kesin kimyasal degradeler oluşturabilir istihdam geleneksel yöntemlerin. Başka bir örnek elektrik alanları (EFS), bir fenomen adlı electrotaxis altında hücrelerin yönlü göç incelemektir. Hücrelerin Electrotactic davranışları, rejenerasyon 8, embriyonik gelişme 9 ile ilişkili olduğu bildirilmiştirve 10,11 yara iyileşmesi. Ve birçok çalışma, 14,15 lenfositlerin, kanser hücreleri 12,13 dahil olmak üzere çeşitli hücre tiplerinin electrotaxis araştırmak için lösemi hücrelerini 11 yapıldı ve hücreler 16 kök edilmiştir. Geleneksel olarak, petri ve örtücü camlar EF&#39;lerini 17 üretilmesi için electrotactic odaları oluşturmak için kullanılır. Böyle basit kurulumları orta buharlaşma ve kesin olmayan EF sorunlarını teşkil, ama onlar kapalı, iyi tanımlanmış akışkan kanalların 12,18,19 ve mikroakışkan cihazlar aşılabilir. sistematik hassas, kontrol kimyasal ve elektriksel uyaranlar altında hücresel yanıtları incelemek için, aynı anda birden fazla uyaranlara hücreleri sağlayabilen mikroakışkan cihazlar geliştirmek için büyük kullanım olacaktır. Örneğin, Li ve diğ. Tek oluşturma veya kimyasal geçişlerini ve EF&#39;lerini 20 coexisting için PDMS tabanlı mikroakışkan cihaz bildirdi. Kao ve diğerleri. devEF 6 akciğer kanser hücrelerinin kemotaksisini modüle benzer bir mikroakışkan çip eloped. Ayrıca, verimlilik, Hou ve ark artırmak için. tasarlanmış ve 8 farklı kombine uyaranlara olmanın (2 EF güçlü x 4 kimyasal konsantrasyonları) 21 ile hücreleri sağlamak için bir PMMA esaslı çok kanallı-çift-elektrik alan çip fabrikasyon. ayrıca boyunca artırmak ve kayma gerilmesi uyaran eklemek için, biz tek veya eşlik eden kimyasal / elektrik / kayma gerilmesi uyaranlara altında hücresel yanıtları incelemek için iki PMMA esaslı mikroakışkan cihazlar geliştirdi. Lo ve ark. 22,23 tarafından bildirilen bu cihazlar in vivo dolaşım sistemini taklit eden sürekli akışkan akan tabi beş bağımsız hücre kültürü kanalları içerir. birinci çip (kimyasal kayma gerilimi çip veya CSS çip) beş göre 0 konsantrasyonları, 1/8, 1/2, 7/8 ve 1, kültür bölgelerinde üretilen ve bir kesme stresi gradyanı edilir süredenBeş kültür alanlarının her birinin içine ced. ikinci çip elektrot tek bir seti ve 2 şırınga pompaları kullanılarak (kimyasal-elektrik alan çip ve CEF çip) olmak üzere beş EF güçlü, bu kültür alanları içinde beş farklı kimyasal konsantrasyonlar ilave olarak oluşturulur. Sayısal hesaplamalar ve simülasyonlar daha iyi bir tasarım uygulandı ve bu yongaları işletmek ve bu cihazların içinde kültüre akciğer kanseri hücreleri reaktif oksijen türlerinin üretimi ile ilgili yanıtları gözlemlemek için tek veya eşlik eden uyaranlara (ROS) tabidir, göç oranı, ve göç yönü. Bu çipler zaman tasarrufu hücreleri çeşitli mikro-çevresel uyaranlara nasıl tepki araştırmak için, yüksek verim ve güvenilir cihazlar olduğu gösterilmiştir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1070">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:279px;">Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td style="width:213px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">11965-092</td>
			<td style="width:460px;">Cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Trypsin</td>
			<td style="width:213px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">25300-054</td>
			<td>detach cell from the dish</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Fetal bovine serum (FBS)</td>
			<td style="width:213px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">10082147</td>
			<td>Cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">10-cm cell culture Petri dish</td>
			<td style="width:213px;">Nunc</td>
			<td style="width:119px;">150350</td>
			<td>Cell culture</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Bright-Line&#160;Hemacytometer</td>
			<td style="width:213px;">Sigma</td>
			<td>Z359629</td>
			<td>Cell Counting Equipment</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">PMMA</td>
			<td style="width:213px;">Customized</td>
			<td style="width:119px;">Customized</td>
			<td>Microfluidic chip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Adaptor</td>
			<td style="width:213px;">Customized</td>
			<td style="width:119px;">Customized</td>
			<td>Microfluidic chip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.07/0.22 mm double-sided tape&#160;</td>
			<td>3M</td>
			<td>8018/9088</td>
			<td>Microfluidic chip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Low melting point agarose</td>
			<td style="width:213px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">A9414</td>
			<td>Salt bridge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2&#39;-7&#39;-dichlorodihydrofluoresce diacetate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td style="width:119px;">D6883</td>
			<td>Intracellular ROS measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Indium tin oxide (ITO) glass</td>
			<td style="width:213px;">Merck</td>
			<td>300739</td>
			<td>Heater</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Proportional-integral-derivative controller&#160;</td>
			<td>JETEC Electronics Co.</td>
			<td>TTM-J4-R-AB</td>
			<td>Temperature controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Thermal coupler</td>
			<td>TECPEL</td>
			<td style="width:119px;">TPK-02A</td>
			<td>Temperature controller</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">CO2 laser scriber</td>
			<td>Laser Tools &#38; Technics Corp.</td>
			<td style="width:119px;">ILS2</td>
			<td>Microfluidic chip fabrication</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe pumps</td>
			<td>New Era</td>
			<td style="width:119px;">NE-300</td>
			<td>Pumping medium and chemicals into the chip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power supply</td>
			<td>Major Science&#160;</td>
			<td style="width:119px;">MP-300V</td>
			<td>Supplying direct currents</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Inverted microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>CKX41</td>
			<td>Monitoring cell migration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Inverted fluorescent microscope</td>
			<td style="width:213px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;">TS-100</td>
			<td>Monitoring cell migartion and fluorescencent signals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">DSLR camera</td>
			<td>Canon</td>
			<td>60D</td>
			<td>Recording bright-field images&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CCD camera</td>
			<td>Nikon</td>
			<td style="width:119px;">DS-Qi1</td>
			<td>Recording fluorescent images&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">super glue</td>
			<td style="width:213px;">3M Scotch</td>
			<td style="width:119px;">7004</td>
			<td>Attaching adaptors to PMMA substrates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">AutoCAD</td>
			<td style="width:213px;">Autodesk Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Designing microfluidic chips</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">DMSO</td>
			<td style="width:213px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">D8418</td>
			<td>Dissolving DCFDA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">ImgeJ</td>
			<td style="width:213px;">National Institutes of Health</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Quantifying fluorescent intensities and cell migration</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

designing microfluidic devices for studying cellular responses under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli

Mikroakışkan cihazlar pH, sıcaklık, tuz konsantrasyonu, ve diğer fiziksel ya da kimyasal uyarılara bir hassas ve kontrollü hücresel mikro çevrede oluşturma yeteneğine sahiptir. Bunlar genellikle çevresi gibi in vivo sağlayarak in vitro hücre çalışmaları için kullanılmıştır. bu olayların hücresel özellikleri ve işlevleri anlamada önemli olduğundan özellikle hücreleri kimyasal geçişlerini, elektrik alanlar ve kayma gerilmeleri cevabını kaç ilgi çekmiştir. Bu mikro-akışkan yongaları, cam substratlar silikon gofret, polidimetilsiloksan (PDMS) polimer, polimetilmetakrilat (PMMA) alt-tabakalar ya da polietilentereftalat (PET) alt tabakaların yapılabilir. Bu malzemelerin dışında, PMMA substratlar ucuz ve kolay bir şekilde lazerle ablasyonu ve yazma kullanılarak işlenebilir. Birkaç mikroakışkan cihazları, birden üreten kimyasal ve elektrik uyarılarının eşlik için tasarlanmış ve imal edilmiş olmasına rağmen, bunların hiçbiri kabul edildiYeterince tarama amacıyla özellikle deneysel tekrarlar, azaltılmasında etkili. Bu yazıda, tek veya eşlik eden kimyasal / elektrik / kayma gerilmesi uyaranlara altında, reaktif oksijen türlerinin üretimi ve göç, hücresel yanıtları araştırmak için iki PMMA esaslı mikroakışkan cips bizim tasarım ve imalat açıklar. İlk çip beş göreli konsantrasyonları üretir 0, 1/8, birlikte bu alanların her birinde içinde üretilen bir kayma gerilmesi gradyan ile kültür bölgelerinde 1/2, 7/8, ve 1. İkinci çip ancak her kültür alanı içinde oluşturulan beş farklı elektrik alan güçlü olan, aynı bağıl konsantrasyonlarını oluşturur. Bu cihazlar sadece hassas, kontrollü mikro-çevre hücreleri sağlamak değil, aynı zamanda büyük ölçüde deneysel verimi arttırmak değil.

Kimyasal kayma gerilme (CSS) Çip CSS çip, iki çift taraflı bantlar ile birlikte bağlı üç PMMA levhalar, kalınlık 1 mm, her biri, kalınlığı 0.07 mm (Şekil 1A ve 1B) her biri yapılır. &quot;Noel ağacı&quot; yapısı 0 beş nispi konsantrasyonları üretir 1/8, beş kültür alanlarında 1/2, 7/8, ve 1. hacim akış hızını, akışkan viskozitesi ve akışkan kanalın boyutu ...

Watch this Scientific Journal Video about Designing Microfluidic Devices for Studying Cellular Responses Under Single or Coexisting Chemical/Electrical/Shear Stress Stimuli at JoVE.com

Designing Microfluidic Devices for Studying Cellular Responses Under Single or Coexisting Chemical/Electrical/Shear Stress Stimuli

Micro-fabricated devices integrated with fluidic components provide an in vitro platform for cell studies mimicking the in vivo micro-environment. We developed polymethylmethacrylate-based microfluidic chips for studying cellular responses under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli.

Tek ya da Eşlik Kimya / Elektrik / Kesme Stres Uyaranların altında Hücresel Yanıtları incelenmesi için mikroakışkan Cihazlar Tasarımı

Microfluidic devices are capable of creating a precise and controllable cellular micro-environment of pH, temperature, salt concentration, and other ...

designing-microfluidic-devices-for-studying-cellular-responses-under

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.8K Görüntüleme.  National Taiwan University. Micro-fabricated devices integrated with fluidic components provide an in vitro platform for cell studies mimicking the in vivo micro-environment. We developed polymethylmethacrylate-based microfluidic chips for studying cellular responses under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli.

Video: Designing Microfluidic Devices for Studying Cellular Responses Under Single or Coexisting Chemical/Electrical/Shear Stress Stimuli

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science. Methods for particle trapping based on optical, magnetic, electrokinetic, and acoustic techniques have led to major advancements in physics and biology ranging from the molecular to cellular level. In this article, we introduce a new microfluidic-based technique for particle trapping and manipulation based solely on hydrodynamic fluid flow. Using this method, we demonstrate trapping of micro- and nano-scale particles in aqueous solutions for long time scales. The hydrodynamic trap consists of an integrated microfluidic device with a cross-slot channel geometry where two opposing laminar streams converge, thereby generating a planar extensional flow with a fluid stagnation point (zero-velocity point). In this device, particles are confined at the trap center by active control of the flow field to maintain particle position at the fluid stagnation point. In this manner, particles are effectively trapped in free solution using a feedback control algorithm implemented with a custom-built LabVIEW code. The control algorithm consists of image acquisition for a particle in the microfluidic device, followed by particle tracking, determination of particle centroid position, and active adjustment of fluid flow by regulating the pressure applied to an on-chip pneumatic valve using a pressure regulator. In this way, the on-chip dynamic metering valve functions to regulate the relative flow rates in the outlet channels, thereby enabling fine-scale control of stagnation point position and particle trapping. The microfluidic-based hydrodynamic trap exhibits several advantages as a method for particle trapping. Hydrodynamic trapping is possible for any arbitrary particle without specific requirements on the physical or chemical properties of the trapped object. In addition, hydrodynamic trapping enables confinement of a "single" target object in concentrated or crowded particle suspensions, which is difficult using alternative force field-based trapping methods. The hydrodynamic trap is user-friendly, straightforward to implement and may be added to existing microfluidic devices to facilitate trapping and long-time analysis of particles. Overall, the hydrodynamic trap is a new platform for confinement, micromanipulation, and observation of particles without surface immobilization and eliminates the need for potentially perturbative optical, magnetic, and electric fields in the free-solution trapping of small particles.

In this article, we present a microfluidic-based method for particle confinement based on hydrodynamic flow. We demonstrate stable particle trapping at a fluid stagnation point using a feedback control mechanism, thereby enabling confinement and micromanipulation of arbitrary particles in an integrated microdevice.

Tek Parçacıklar için mikroakışkan tabanlı Hidrodinamik Tuzak

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

Biyomühendislik

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are available for microfluidic devices using soft lithography techniques 1-3. Microfluidic devices have been used for sub-cellular imaging 4,5, in vivo laser microsurgery 2,6 and cellular imaging 4,7. In vivo imaging requires immobilization of organisms. This has been achieved using suction 5,8, tapered channels 6,7,9, deformable membranes 2-4,10, suction with additional cooling 5, anesthetic gas 11, temperature sensitive gels 12, cyanoacrylate glue 13 and anesthetics such as levamisole 14,15. Commonly used anesthetics influence synaptic transmission 16,17 and are known to have detrimental effects on sub-cellular neuronal transport 4. In this study we demonstrate a membrane based poly-dimethyl-siloxane (PDMS) device that allows anesthetic free immobilization of intact genetic model organisms such as Caenorhabditis elegans (C. elegans), Drosophila larvae and zebrafish larvae. These model organisms are suitable for in vivo studies in microfluidic devices because of their small diameters and optically transparent or translucent bodies. Body diameters range from ~10 &mu;m to ~800 &mu;m for early larval stages of C. elegans and zebrafish larvae and require microfluidic devices of different sizes to achieve complete immobilization for high resolution time-lapse imaging. These organisms are immobilized using pressure applied by compressed nitrogen gas through a liquid column and imaged using an inverted microscope. Animals released from the trap return to normal locomotion within 10 min.
We demonstrate four applications of time-lapse imaging in C. elegans namely, imaging mitochondrial transport in neurons, pre-synaptic vesicle transport in a transport-defective mutant, glutamate receptor transport and Q neuroblast cell division. Data obtained from such movies show that microfluidic immobilization is a useful and accurate means of acquiring in vivo data of cellular and sub-cellular events when compared to anesthetized animals (Figure 1J and 3C-F 4).
Device dimensions were altered to allow time-lapse imaging of different stages of C. elegans, first instar Drosophila larvae and zebrafish larvae. Transport of vesicles marked with synaptotagmin tagged with GFP (syt.eGFP) in sensory neurons shows directed motion of synaptic vesicle markers expressed in cholinergic sensory neurons in intact first instar Drosophila larvae. A similar device has been used to carry out time-lapse imaging of heartbeat in ~30 hr post fertilization (hpf) zebrafish larvae. These data show that the simple devices we have developed can be applied to a variety of model systems to study several cell biological and developmental phenomena in vivo.

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

A simple microfluidic device has been developed to perform anesthetic free in vivo imaging of C. elegans, intact Drosophila larvae and zebrafish larvae. The device utilizes a deformable PDMS membrane to immobilize these model organisms in order to perform time lapse imaging of numerous processes such as heart beat, cell division and sub-cellular neuronal transport. We demonstrate the use of this device and show examples of different types of data collected from different model systems.

Için basit Mikroakışkan Cihazlar<em&gt; In vivo</emVe&gt; Görüntüleme<em&gt; C. elegans</em&gt;,<em&gt; Drosophila</em&gt; Ve Zebra balığı

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

Protein Katlama Öğrenmenin mikroakışkan Mikserler

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

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.

Birden Farklı Suşlarının incelenmesi için bir mikroakışkan Cihazı

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

Layer-by-layer Collagen Deposition in Microfluidic Devices for Microtissue Stabilization

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D culture of cells in collagen type I gels helps to stabilize cell morphology and function, which is necessary for creating microfluidic tissue models in microdevices. Translating traditional 3D culture techniques for tissue culture plates to microfluidic devices is often difficult because of the limited channel dimensions. In this method, we describe a technique for modifying native type I collagen to generate polycationic and polyanionic collagen solutions that can be used with layer-by-layer deposition to create ultrathin collagen assemblies on top of cells cultured in microfluidic devices. These thin collagen layers stabilize cell morphology and function, as shown using primary hepatocytes as an example cell, allowing for the long term culture of microtissues in microfluidic devices.

The creation of functional microtissues within microfluidic devices requires the stabilization of cell phenotypes by adapting traditional cell culture techniques to the limited spatial dimensions in microdevices. Modification of collagen allows the layer-by-layer deposition of ultrathin collagen assemblies that can stabilize primary cells, such as hepatocytes, as microfluidic tissue models.

Microtissue Sabitleme için mikroakışkan Cihazlar Katman-katman Kolajen Biriktirme

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

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

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

3D Kağıt mikroakışkan Cihazlar Construct Yapışkan Desenlendirme kullanma

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

A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments. Effective design of these ASF systems requires an in-depth understanding of how the parameters of specific feedback mechanism affect user perception and reaction to stimuli. This article presents a method for applying vibrotactile stimuli to human participants and measuring their response. Rotating mass vibratory motors are placed at pre-defined locations on the participant's thigh, and controlled through custom hardware and software. The speed and accuracy of participants' volitional responses to vibrotactile stimuli are measured for researcher-specified combinations of motor placement and vibration frequency. While the protocol described here uses push-buttons to collect a simple binary response to the vibrotactile stimuli, the technique can be extended to other response mechanisms using inertial measurement units or pressure sensors to measure joint angle and weight bearing ratios, respectively. Similarly, the application of vibrotactile stimuli can be explored for body segments other than the thigh.

This article describes a technique for applying vibrotactile stimuli to the thigh of a human participant, and measuring the accuracy and reaction time of the participant&#39;s volitional response for various combinations of stimulation location and frequency.

Vibrotactile Uyaranların için İstemli motor Yanıtları güncelliği ve doğruluğundan değerlendirilmesi için bir yöntem

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments.  Effective design ...

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.

Ventilli Katmanlı mikroakışkan Cihazlar için çok adımlı Değişken Yükseklik Fotolitografi

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

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

İmmüno için üç boyutlu Paper-based mikroakışkan Cihazlar İmalat

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under combinations of chemical and oxygen gradients. Both chemical and oxygen gradients can greatly affect cell migration in vivo; however, due to technical limitations, very little research has been performed to investigate their effects in vitro. The device developed in this research takes advantage of a series of serpentine-shaped channels to generate the desired chemical gradients and exploits a spatially confined chemical reaction method for oxygen gradient generation. The directions of the chemical and oxygen gradients are perpendicular to each other to enable straightforward migration result interpretation. In order to efficiently generate the oxygen gradients with minimal chemical consumption, the embedded PC thin film is utilized as a gas diffusion barrier. The developed microfluidic device can be actuated by syringe pumps and placed into a conventional cell incubator during cell migration experiments to allow for setup simplification and optimized cell culture conditions. In cell experiments, we used the device to study migrations of adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells, A549, under combinations of chemokine (stromal cell-derived factor, SDF-1&#945;) and oxygen gradients. The experimental results show that the device can stably generate perpendicular chemokine and oxygen gradients and is compatible with cells. The migration study results indicate that oxygen gradients may play an essential role in guiding cell migration, and cellular behavior under combinations of gradients cannot be predicted from those under single gradients. The device provides a powerful and practical tool for researchers to study interactions between chemical and oxygen gradients in cell culture, which can promote better cell migration studies in more in vivo-like microenvironments.

The control of chemical and oxygen gradients is essential for cell cultures. This paper reports a polydimethylsiloxane-polycarbonate (PDMS-PC) microfluidic device capable of reliably generating combinations of chemical and oxygen gradients for cell migration studies, which can be practically utilized in biological labs without sophisticated instrumentation.

Hücre Göç Çalışmaları altında Dik Kimya ve Oksijen Gradyanların için polidimetilsiloksan-polikarbonat mikroakışkan Cihazlar

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under ...