Name: rapid fabrication of custom microfluidic devices for research and educational applications
Uploaded: 2019-11-20T13:00:00
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Die Arbeit in diesem Manuskript wurde teilweise von der National Science Foundation (NSF) (Grant No. CBET-1553826) (und die dazugehörige ROA-Ergänzung) und die National Institutes of Health (NIH) (Grant-Nr. R35GM124935) an J.Z., und der Notre Dame Melchor Visiting Faculty Fund to F.O. Wir danken Jenna Sjoerdsma und Basar Bilgiéer für die Bereitstellung von Säugetierzellen und Kulturprotokollen sowie Fabio Sacco für die Unterstützung bei zusätzlichen Zahlen.

1. Design
<ol><li>Identifizieren Sie eine Anwendung für die Geräte, und listen Sie die erforderlichen Kanal-/Kammerkomponenten auf. HINWEIS: Alle Geräte benötigen Ein- und Ausgabekanäle. Für die Mikroskopie verwendete Geräte benötigen eine Bildkammer. Komplexere Geräte erfordern Kanäle und Kammern, die sich in mehreren Schichten befinden.</li>
	<li>Beginnen Sie mit dem Handzeichnen jeder Ebene, wobei zu berücksichtigen ist, wie sich die Funktionalität des Geräts auf die Überlagerung der Layer auswirkt....

<ol>
	<li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <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.">SOFT LITHOGRAPHY.</a> Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).</li><li>Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physics+and+Applications+of+Microfluidics+in+Biology.">Physics and Applications of Microfluidics in Biology.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).</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> Annual Review of Biomedical Engineering. 3 (1), 335-373 (2001).</li><li>Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+present+and+future+role+of+microfluidics+in+biomedical+research.">The present and future role of microfluidics in biomedical research.</a> Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).</li><li>Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineers+are+from+PDMS-land,+Biologists+are+from+Polystyrenia.">Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia.</a> Lab on a Chip. 12 (7), 1224 (2012).</li><li>Zhang, B., Korolj, A., Lai, B. F. L., Radisic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+organ-on-a-chip+engineering.">Advances in organ-on-a-chip engineering.</a> Nature Reviews Materials. 3 (8), 257-278 (2018).</li><li>Bartholomeusz, D. A., Boutte, R. W., Andrade, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Xurography:+rapid+prototyping+of+microstructures+using+a+cutting+plotter.">Xurography: rapid prototyping of microstructures using a cutting plotter.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 14 (6), 1364-1374 (2005).</li><li>Mart&#237;nez-Hern&#225;ndez, K. J., Rovira-Figueroa, N. D., Ontiveros, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Implementation and Assessment of Student-Made Microfluidic Devices in the General Chemistry Laboratory. , (2016).</li><li>Levis, 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=Microfluidics+on+the+fly:+Inexpensive+rapid+fabrication+of+thermally+laminated+microfluidic+devices+for+live+imaging+and+multimodal+perturbations+of+multicellular+systems.">Microfluidics on the fly: Inexpensive rapid fabrication of thermally laminated microfluidic devices for live imaging and multimodal perturbations of multicellular systems.</a> Biomicrofluidics. 13 (2), 024111 (2019).</li><li>Subramaniam, A., Sethuraman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+18+-+Biomedical+Applications+of+Nondegradable+Polymers.">Chapter 18 - Biomedical Applications of Nondegradable Polymers.</a> Natural and Synthetic Biomedical Polymers. , 301-308 (2014).</li><li>Yuen, P. K., Goral, V. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+rapid+prototyping+of+flexible+microfluidic+devices+using+a+desktop+digital+craft+cutter.">Low-cost rapid prototyping of flexible microfluidic devices using a desktop digital craft cutter.</a> Lab Chip. 10 (3), 384-387 (2010).</li><li>Oya, 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=Surface+Characteristics+of+Polyethylene+Terephthalate+(PET)+Film+Exposed+to+Active+Oxygen+Species+Generated+via+Ultraviolet+(UV)+Lights+Irradiation+in+High+and+Low+Humidity+Conditions.">Surface Characteristics of Polyethylene Terephthalate (PET) Film Exposed to Active Oxygen Species Generated via Ultraviolet (UV) Lights Irradiation in High and Low Humidity Conditions.</a> Journal of Photopolymer Science and Technology. 27 (3), 409-414 (2014).</li><li>Narciso, C. E., Contento, N. M., Storey, T. J., Hoelzle, D. J., Zartman, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+of+Applied+Mechanical+Loading+Stimulates+Intercellular+Calcium+Waves+in+Drosophila+Wing+Discs.">Release of Applied Mechanical Loading Stimulates Intercellular Calcium Waves in Drosophila Wing Discs.</a> Biophysical Journal. 113 (2), 491-501 (2017).</li><li>Suh, Y. K., Kang, 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+Review+on+Mixing+in+Microfluidics.">A Review on Mixing in Microfluidics.</a> Micromachines. 1 (3), 82-111 (2010).</li><li>Jahn, A., Vreeland, W. N., Gaitan, M., Locascio, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Vesicle+Self-Assembly+in+Microfluidic+Channels+with+Hydrodynamic+Focusing.">Controlled Vesicle Self-Assembly in Microfluidic Channels with Hydrodynamic Focusing.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (9), 2674-2675 (2004).</li><li>Weibel, D., Whitesides, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+microfluidics+in+chemical+biology.">Applications of microfluidics in chemical biology.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6), 584-591 (2006).</li><li>Chen, X., Li, T., Shen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CO2+Laser+Ablation+of+Microchannel+on+PMMA+Substrate+for+Effective+Fabrication+of+Microfluidic+Chips.">CO2 Laser Ablation of Microchannel on PMMA Substrate for Effective Fabrication of Microfluidic Chips.</a> International Polymer Processing. 31 (2), 233-238 (2016).</li><li>Chen, X., Shen, J., Zhou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+fabrication+of+a+four-layer+PMMA-based+microfluidic+chip+using+CO2-laser+micromachining+and+thermal+bonding.">Rapid fabrication of a four-layer PMMA-based microfluidic chip using CO2-laser micromachining and thermal bonding.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 26 (10), 107001 (2016).</li></ol>

Während Mikrofluidik zunehmend in der Werkzeugkiste von Laboratorien auf der ganzen Welt vorhanden ist, war das Tempo der Annahme enttäuschend, angesichts des Potenzials für seine positive Wirkung16. Niedrige Kosten und hohe Effizienz der Herstellung mikrofluidischer Geräte sind unerlässlich, um die Einführung dieser Technologie im durchschnittlichen Forschungslabor zu beschleunigen. Die hier beschriebene Methode verwendet mehrere Folienschichten, um zwei- und dreidimensionale Geräte zu ein...

Mikrofluidik ermöglicht Flüssigkeitskontrolle in kleinen Maßstäben, mit Volumina von Mikrolitern (1 x 10-6 L) bis zu Pikolitern (1 x 10-12 L). Diese Kontrolle wurde zum Teil durch die Anwendung von Mikrofertigungstechniken ermöglicht, die der Mikroprozessorindustrie1entlehnt wurden. Die Verwendung von mikrogroßen Kanälen und Kammern ermöglicht es dem Anwender, die unterschiedlichen physikalischen Phänomene zu nutzen, die für kleine Dimensionen charakteristisch sind. Beispielsweise können Flüssigkeiten auf der Mikrometerskala mit laminarem Fluss manipuliert werden, bei dem viskose Kräfte Trägheitskräfte dominieren. Dadurch wird der diffusive Transport zum herausragenden Merkmal der Mikrofluidik und kann quantitativ und experimentell untersucht werden. Diese Systeme können richtig verstanden werden, indem man Gesetze, die Brownsche Bewegungstheorie, die Wärmegleichung und/oder die Navier-Stokes-Gleichungen verwendet, die wichtige Ableitungen in den Bereichen Strömungsmechanik und Transportphänomene sind2.
Da viele Gruppen in den Biowissenschaften komplexe Systeme auf mikroskopischer Ebene untersuchen, wurde ursprünglich angenommen, dass mikrofluidische Geräte einen unmittelbaren und signifikanten Einfluss auf Forschungsanwendungen in der Biologie2,3haben würden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Diffusion beim Transport kleiner Moleküle über Membranen oder innerhalb einer Zelle dominant ist und die Abmessungen von Zellen und Mikroorganismen ideal für Submillimetersysteme und -geräte passen. Daher gab es ein erhebliches Potenzial für die Verbesserung der Art und Weise, wie zelluläre und molekulare Experimente durchgeführt werden. Die breite Einführung mikrofluidischer Technologien durch Biologen blieb jedoch hinter den Erwartungen zurück4. Ein einfacher Grund für den mangelnden Technologietransfer könnten die disziplinären Grenzen sein, die Ingenieure und Biologen trennen. Das Design und die Fertigung von kundenspezifischen Geräten sind außerhalb der Möglichkeiten der meisten biologischen Forschungsgruppen geblieben, so dass sie von externem Know-how und Einrichtungen abhängig sind. Mangelnde Vertrautheit mit potenziellen Anwendungen, Kosten und die Zeit, die für die Entwurfsiteration benötigt wird, sind ebenfalls erhebliche Hindernisse für neue Anwender. Es ist wahrscheinlich, dass diese Barrieren dazu beideraige Innovationen haben und die weit verbreitete Anwendung von Mikrofluidik verhindern, um Herausforderungen in den biologischen Wissenschaften anzugehen.
Ein Beispiel: Seit Ende der 1990er Jahre ist die Soft-Photolithographie die Methode der Wahl für die Herstellung von mikrofluidischen Geräten. PDMS (Polydimethylsiloxan, ein organisches Polymer auf Silikonbasis) ist ein weit verbreitetes Material aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften, wie Transparenz, Verformbarkeit und Biokompatibilität5. Die Technik hat großen Erfolg, mit Lab-on-a-Chip und Organ-on-a-Chip-Geräte kontinuierlich auf dieser Plattform entwickelt6. Die meisten Gruppen, die an diesen Technologien arbeiten, sind jedoch in Ingenieurabteilungen zu finden oder haben starke Verbindungen zu ihnen4. Die Lithographie erfordert in der Regel Reinräume für die Herstellung von Formen und speziellen Verklebungsgeräten. Für viele Gruppen macht dies Standard-PDMS-Geräte aufgrund ihrer Kapitalkosten und Vorlaufzeiten weniger ideal, insbesondere wenn wiederholte Konstruktionsänderungen vorgenommen werden müssen. Darüber hinaus ist die Technologie für den durchschnittlichen Biologen und Studenten ohne Zugang zu spezialisierten Ingenieurlabors meist unzugänglich. Es wurde vorgeschlagen, dass mikrofluidische Geräte, damit sie weit verbreitet sind, einige der Qualitäten von Materialien nachahmen müssen, die häufig von Biologen verwendet werden. Beispielsweise ist Polystyrol, das für die Zellkultur und Bioassays verwendet wird, kostengünstig, Einweg und für die Massenproduktion geeignet. Im Gegensatz dazu wurde die industrielle Herstellung von PDMS-basierten Mikrofluidik enden nie aufgrund seiner mechanischen Weichheit, Oberflächenbehandlung Instabilität, und Gasdurchlässigkeit5realisiert. Aufgrund dieser Einschränkungen und mit dem Ziel, technische Herausforderungen mit kundenspezifischen Geräten zu lösen, die "in-house" gebaut wurden, beschreiben wir eine alternative Methode, die xurography7,8,9 Protokolle und thermische Laminierung verwendet. Diese Methode kann mit wenig Kapital und Zeitinvestitionen angenommen werden.
PETLs werden aus Polyethylenterephthalat (PET)-Folie hergestellt, die mit dem thermoklebenden Ethylen-Vinylacetat (EVA) beschichtet ist. Beide Materialien sind weit verbreitet in Konsumgütern verwendet, sind biokompatibel und sind leicht verfügbar zu minimalen Kosten10. PET/EVA-Folie kann in Form von Laminierbeuteln oder Rollen erhalten werden. Mit einem computergesteuerten Handwerksschneider, der häufig in Hobby- oder Handwerksläden zu finden ist, werden Kanäle aus einem einzigen Folienblatt herausgeschnitten, um die Architektur des Geräts zu definieren11. Die Kanäle werden dann durch auftragende zusätzliche Folien- (oder Glas-)Schichten versiegelt, die mit einem (Büro-)Thermolaminator verklebt werden (Abbildung 1A). Perforierte, selbstklebende Vinylstoßfänger werden hinzugefügt, um den Zugang zu den Kanälen zu erleichtern. Die Fertigungszeiten liegen zwischen 5 und 15 min, was eine schnelle Designiteration ermöglicht. Alle Geräte und Materialien, die zur Herstellung von PETLs verwendet werden, sind kommerziell zugänglich und erschwinglich (<350 USD Startkosten, verglichen mit Tausenden von USDs für Lithographie). Daher bieten PETLs eine neuartige Lösung für zwei Hauptprobleme konventioneller Mikrofluidik: Erschwinglichkeit und Zeitwirksamkeit (siehe PDMS/PETL-Vergleich in den ergänzenden Tabellen 1, 2).
Zusätzlich zu den Möglichkeiten für Forscher, ihre eigenen Geräte zu entwerfen und herzustellen, können PETLs einfach im Klassenzimmer übernommen werden, da sie einfach und intuitiv zu bedienen sind. PETLs können in die Lehrpläne8der High School und College aufgenommen werden, wo sie den Schülern helfen, physikalische, chemische und biologische Konzepte wie Diffusion, Laminarfluss, Mikromischung, Nanopartikelsynthese, Gradientenbildung und Chemotaxis besser zu verstehen.
In dieser Arbeit veranschaulichen wir den gesamten Workflow für die Herstellung von Modell-PETLs-Chips mit unterschiedlicher Komplexität. Das erste Gerät wird verwendet, um die Bildgebung von Zellen und Mikroorganen in einer kleinen Kammer zu erleichtern. Das zweite, komplexere Gerät besteht aus mehreren Schichten und Materialien und wird für die Forschung in der Mechanobiologie9verwendet. Schließlich haben wir ein Gerät entwickelt, das verschiedene Strömungsdynamikkonzepte (hydrodynamische Fokussierung, laminareströmung, diffusiven Transport und Mikromix) für pädagogische Zwecke anzeigt. Die hier vorgestellten Workflow- und Gerätedesigns lassen sich sowohl im Forschungs- als auch im Klassenzimmer einfach auf eine Vielzahl von Zwecken anpassen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Biopsy punch (1mm)</td>
			<td>Miltex</td>
			<td>33-31AA</td>
			<td>Optional, replaces rotary tool set up</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blunt needles</td>
			<td>Janel, Inc.</td>
			<td>JEN JG18-0.5X-90</td>
			<td>Remove plastic and attach to Tygon tubing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslips</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td>24 x 60 mm are preferred</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cutting Mat and blades</td>
			<td>Silhouette America or Nicapa</td>
			<td>www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-mats</td>
			<td>Re-use/Disposables</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sided tape</td>
			<td>Scotch/3M</td>
			<td>667</td>
			<td>Small amounts, any width or brand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEEK tubing</td>
			<td>IDEX/any</td>
			<td>1581L</td>
			<td>Different configurations available. Consider using Tygon tubing intead, if not already using PEEK</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PET/EVA thermal laminate film</td>
			<td>Scotch/3M &#38; Transcendia</td>
			<td>TP3854-200,TP5854-100 &#38; transcendia.com/products/trans-kote-pet</td>
			<td>3 - 6 mil (mil = 1/1000 inch) laminating pouches or rolls.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC film - Cling Wrap</td>
			<td>Glad / Any</td>
			<td></td>
			<td>Food wrapping</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary tool-drill</td>
			<td>Dremel/Any</td>
			<td>200-121 or other</td>
			<td>1/32 and 3/64&#34; drill bits from Dremel recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber Roller</td>
			<td>Speedball</td>
			<td>4126</td>
			<td>To facilitate adhesion, any brand will work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors &#38; tweezers</td>
			<td>Any</td>
			<td>Fiskars-Inch-Titanium-Softgrip-Scissors |Cole-Parmer&#160;&#8211;# UX-07387-12</td>
			<td>Quality brands are recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silhouette CAMEO Craft cutter</td>
			<td>Silhouette America</td>
			<td>www.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4T</td>
			<td>Preferred craft cutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silhouette Studio software</td>
			<td>Silhouette America</td>
			<td>www.silhouetteamerica.com/software</td>
			<td>Controls the craft cutter and provides drawing tools (free download MAC and PC)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>Harvard Apparatus or New Era</td>
			<td>70-4504 or NE-300</td>
			<td>Pumps are ideal, pipettes or burettes can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td>1-3mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal laminator</td>
			<td>Scotch/3M</td>
			<td>TL906</td>
			<td>Standard home/office model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon tubing (E-3603)</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06407-70</td>
			<td>Use with blunt needle tips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vinyl furniture bumpers</td>
			<td>DerBlue/3M/ Everbilt</td>
			<td>Clear, self-adhesive (6 x 2 mm and 8 x 3 mm)</td>
			<td>Round bumpers are recommended</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rapid fabrication of custom microfluidic devices for research and educational applications

Mikrofluidische Geräte ermöglichen die Manipulation von Flüssigkeiten, Partikeln, Zellen, mikrogroßen Organen oder Organismen in Kanälen von Nano- bis Submillimeter-Skalen. Eine rasche Zunahme des Einsatzes dieser Technologie in den biologischen Wissenschaften hat zu einem Bedarf an Methoden geführt, die für eine Vielzahl von Forschungsgruppen zugänglich sind. Aktuelle Fertigungsstandards, wie z. B. PDMS-Bindung, erfordern teure und zeitaufwändige Lithographien- und Klebetechniken. Eine praktikable Alternative ist die Verwendung von Geräten und Materialien, die leicht erschwinglich sind, minimales Know-how erfordern und eine schnelle Iteration von Designs ermöglichen. In dieser Arbeit beschreiben wir ein Protokoll zur Entwicklung und Herstellung von PET-Laminaten (PETLs), mikrofluidischen Geräten, die kostengünstig, einfach herzustellen sind und deutlich weniger Zeit für die Erzeugung als andere Ansätze zur Mikrofluidiktechnologie verbrauchen. Sie bestehen aus thermisch verklebten Folienblechen, in denen Kanäle und andere Merkmale mit einem Handwerksschneider definiert werden. PETLs lösen feldspezifische technische Herausforderungen und verringern gleichzeitig Hindernisse für die Einführung drastisch. Dieser Ansatz erleichtert den Zugang zu mikrofluidischen Geräten sowohl in der Forschung als auch im Bildungsbereich und bietet eine zuverlässige Plattform für neue Untersuchungsmethoden.

Neben niedrigen Kosten und schneller Iteration kann die PETL-Technologie einfach angepasst werden, um spezifische Herausforderungen zu lösen. Zunächst beschreiben wir ein einfaches Gerät, das aus einem Glasdeckel, einer Kammerschicht, einer Kanalschicht und einer Ein-/Auslassschicht besteht (Abbildung 2). Dieses Gerät wurde entwickelt, um die Bildgebung von Zellen und Mikroorganen unter konstantem Fluss zu erleichtern. Kulturmedium wird bei niedrigen Durchflussraten aufgefüllt, um den N...

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Rapid Fabrication of Custom Microfluidic Devices for Research and Educational Applications

Hier präsentieren wir ein Protokoll zur Konstruktion und Herstellung von kundenspezifischen mikrofluidischen Geräten mit minimalen finanziellen und zeitlichen Investitionen. Ziel ist es, die Einführung mikrofluidischer Technologien in biomedizinischen Forschungslaboratorien und Bildungseinrichtungen zu erleichtern.

Schnelle Herstellung von kundenspezifischen mikrofluidischen Geräten für Forschungs- und Bildungsanwendungen

Microfluidic devices allow for the manipulation of fluids, particles, cells, micro-sized organs or organisms in channels ranging from the nano to ...

Diese Methode zur Herstellung von mikrofluidischen Chips ist sowohl kostengünstig als auch einfach zu implementieren. Jedes Forschungslabor kann diese Mikrofluidik im eigenen Haus herstellen. Und die Gerätedesigns können innerhalb von Minuten iteriert werden.Der Hauptvorteil dieser Technik ist ihre Effizienz. Das heißt, jedes Labor kann seine eigenen benutzerdefinierten mikrofluidischen Geräte im eigenen Haus schnell und einfach herstellen. Zeichnen Sie nach dem Hand-Layering jeder Schicht des Geräts die endgültigen Entwürfe für die Layer auf einem Computer, indem Sie ein beliebiges Softwareprogramm verwenden, das das Zeichnen von Linien und Formen ermöglicht.Erhalten Sie eine Bildschirmaufnahme des gezeichneten Designs und importieren Sie jede Ebene in ein Craft Cutter Software-Programm. Erstellen Sie ein neues Dokument, und legen Sie die Bilddatei auf der angezeigten Matte ab. Um das Design zu verfolgen, wählen Sie das Ablaufverfolgungssymbol aus, und wählen Sie die importierten Designs vollständig aus.Wählen Sie die Ablaufverfolgungsvorschau-Umrissoption aus, und passen Sie die Schwellenwert- und Skalierungseinstellungen bei Bedarf an, bis die gelbe Ablaufverfolgung mit dem Entwurf übereinstimmt. Wählen Sie Ablaufverfolgung aus dem Ablaufverfolgungsmenü aus. Die Kanäle werden als rote Kontur angezeigt.Um die Größe des Geräts zu ändern, wählen Sie das verfolgte Design aus, und verwenden Sie das von der Software bereitgestellte Raster, um die Breite und Länge der Kanäle und Kammern zu ändern. Kleine Linien können vorübergehend gezeichnet werden, um die Abmessungen innerhalb des Geräts zu messen. Nachdem die Größe des Geräts ordnungsgemäß angepasst wurde, verwenden Sie das Zeichenwerkzeug, um ein Quadrat derselben Form und Größe über jede Ebene des Geräts zu zeichnen.Als nächstes ziehen Sie einen Kreis über die Ein- und Auslassöffnungen des Designs. Kopieren sie dann das Original und die Kreise, und fügen Sie sie ein. Und löschen Sie die Kanäle vom zugrunde liegenden Gerät.Ordnen Sie alle Layer an, die auf der angezeigten Matte geschnitten werden sollen. Um die Schichten zu schneiden, legen Sie mit Handschuhen eine einzelne PET-EVA-Folie mit bevorzugter Dicke auf die Klebeschneidmatte. Mit der undurchsichtigen Klebeseite nach oben und der Kunststoff glänzenden Seite nach unten.Flachen Sie den Film gegen die Matte und entfernen Sie die gesamte Luft, die möglicherweise eingeschlossen wurde. Und klicken Sie auf Ladematte auf dem Fräser. Öffnen Sie die Registerkarte Senden, und wählen Sie eine Schnitteinstellung aus.Klicken Sie dann auf Senden. Um das Material zum Schneiden auszurichten, legen Sie die Schneidmatte neben eine saubere Oberfläche und verwenden Sie eine Pinzette oder einen Spachtel, um jede Schicht des mikrofluidischen Geräts von der geschnittenen Matte auf die saubere Oberfläche zu übertragen, um entsprechend ihrer oberen Position im Gerät. Als nächstes schneiden Sie drei mal zehn Millimeter Stücke eines doppelseitigen Bandes und überlagern die Schichten nacheinander, beginnend mit der unteren Schicht.Dann fügen Sie ein kleines Stück Klebeband zu jeder Ecke zwischen den Ebenen hinzu. Wenn alle Layer platziert wurden, überprüfen Sie das Gerät. Zwischen den einzelnen Schichten sollte sich mindestens eine Mat-EVA-Seite befinden.Und keine EVA sollte exponiert werden. Um das Gerät zu laminieren, stellen Sie nach dem Einschalten des Laminators das Gerät auf die gewünschte Dickeneinstellung ein. Und führen Sie das Gerät durch Laminierwalzen.Stellen Sie dann das laminierte Gerät wieder her. Um die Ein- und Auslassöffnungen zu erstellen, verwenden Sie ein Drehwerkzeug und einen 1/37 Zoll Bohrer, um ein kleines Loch durch die Mitte einer Möbelstoßstange zu schneiden. Verwenden Sie dann eine kleine Pinzette, um die Öffnung von Schmutz zu löschen.Und richten Sie die Stoßfänger sorgfältig an den Einlassauslassanschlüssen am Gerät aus. Um das vollständig montierte Gerät zu testen, verwenden Sie Laborschläuche, um das Gerät an einem Kunststoffstecker zu befestigen. Und spülen Sie das Gerät mit einer geeigneten Lösung.Mit diesem Gerät kann das Zellkulturmedium während der Bildgebung ausgetauscht werden, was die Aufrechterhaltung idealer Wachstumsbedingungen und die kontrollierte Einführung chemischer Reize in Echtzeit ermöglicht. Dies gilt auch für die Bildgebung der Ex-Vibo-Mikroorgane. Das Pedalgerät wurde auch erfolgreich verwendet, um Kompressionstests von Drosophila Mikroorganen abzuschließen.Aufgrund ihrer einfachen Herstellung können Pedalgeräte auch im pädagogischen Umfeld eingesetzt werden. Zum Beispiel zur visuellen hydrodynamischen Fokussierung und Diffusion. Pedale können für Vorführungen im Klassenzimmer oder für Experimente verwendet werden, die eine präzise Umweltkontrolle der Probe erfordern.Wie das Testen eines Medikaments oder die Einführung einer Behandlung während der Begrenzung. Mit Hilfe von Pedalvorrichtung, um die mechanischen Eigenschaften einer sich entwickelnden Flügel-Imaginären Scheibe in Fruchtfliegen zu untersuchen, fanden wir heraus, dass die Gewebesteifigkeit in den untersuchten Entwicklungsperioden abnimmt.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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Forschung

Biotechnik

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