Name: generation of dynamical environmental conditions using a high-throughput microfluidic device
Uploaded: 2021-04-17T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device at JoVE.com

يقر المؤلفون بالدعم الفني المقدم من جيفنغ تشنغ من شركة تشانسن للصك (الصين) المحدودة. وقد تم دعم هذا العمل من خلال المنح (المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، 51927804).

1. تصميم رقائق ميكروفلويديك
<ol><li>تصميم المضاعف microfluidic تتكون من 18 مداخل، يتم التحكم في كل منها عن طريق صمام الفردية ومضخة العاكسة. لزيادة حجم السائل مدفوعة لكل دورة ضخ، يكون مضخة التجسيم تتكون من 3 قنوات التحكم، والتي تم توسيعها عمدا إلى 200 ميكرومتر، و 10 خطوط تدفق متصلة.</li>
	<li>صمم غرفة الثقاف?...

<ol>
	<li>Michael, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+robotic+platform+for+quantitative+high-throughput+screening.">A robotic platform for quantitative high-throughput screening.</a> Assay and Drug Development Technologies. 6 (5), 637-657 (2008).</li><li>Kim, S. J., Lai, D., Park, J. Y., Yokokawa, R., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+automation+using+elastomeric+valves+and+droplets:+reducing+reliance+on+external+controllers.">Microfluidic automation using elastomeric valves and droplets: reducing reliance on external controllers.</a> Small. 8 (19), 2925-2934 (2012).</li><li>Melin, 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:+the+evolution+of+design+rules+for+biological+automation.">Microfluidic large-scale integration: the evolution of design rules for biological automation.</a> Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 36, 213-231 (2007).</li><li>Tsui, J. H., Lee, W., Pun, S. H., Kim, J., Kim, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics-assisted+in+vitro+drug+screening+and+carrier+production.">Microfluidics-assisted in vitro drug screening and carrier production.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 65 (11-12), 1575-1588 (2013).</li><li>Junkin, 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=High-content+quantification+of+single-cell+immune+dynamics.">High-content quantification of single-cell immune dynamics.</a> Cell Reports. 15 (2), 411-422 (2016).</li><li>Obernier, K., Alvarez-Buylla, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+stem+cells:+origin,+heterogeneity+and+regulation+in+the+adult+mammalian+brain.">Neural stem cells: origin, heterogeneity and regulation in the adult mammalian brain.</a> Development. 146 (4), (2019).</li><li>Kageyama, R., Shimojo, H., Ohtsuka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+control+of+neural+stem+cells+by+bHLH+factors.">Dynamic control of neural stem cells by bHLH factors.</a> Neuroscience Research. 138, 12-18 (2019).</li><li>Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., 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=Monolithic+microfabricated+valves+and+pumps+by+multilayer+soft+lithography.">Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography.</a> Science. 288 (5463), 113-116 (2000).</li><li>Zhang, 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=Ultra-multiplexed+analysis+of+single-cell+dynamics+reveals+logic+rules+in+differentiation.">Ultra-multiplexed analysis of single-cell dynamics reveals logic rules in differentiation.</a> Science Advances. 5 (4), (2019).</li><li>Quake, S. R., Scherer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+micro-to+nanofabrication+with+soft+materials.">From micro-to nanofabrication with soft materials.</a> Science. 290 (5496), 1536-1540 (2000).</li><li>Okandan, M., Galambos, P., Mani, S. S., Jakubczak, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+surface+micromachining+technologies+for+microfluidics+and+BioMEMS.">Development of surface micromachining technologies for microfluidics and BioMEMS.</a> Microfluidics and BioMEMS. 4560, 133-139 (2001).</li><li>Freshney, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique and Specialized Applications, Sixth Edition. , (1983).</li><li>Niu, 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=SOX2+reprograms+resident+astrocytes+into+neural+progenitors+in+the+adult+brain.">SOX2 reprograms resident astrocytes into neural progenitors in the adult brain.</a> Stem Cell Reports. 4 (5), 780-794 (2015).</li><li>Sarkar, D. 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=Cyclic+adenosine+monophosphate+differentiated+&#946;-endorphin+neurons+promote+immune+function+and+prevent+prostate+cancer+growth.">Cyclic adenosine monophosphate differentiated &#946;-endorphin neurons promote immune function and prevent prostate cancer growth.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (26), 9105-9110 (2008).</li><li>Watanabe, 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=Pituitary+adenylate+cyclase-activating+polypeptide-induced+differentiation+of+embryonic+neural+stem+cells+into+astrocytes+is+mediated+via+the+&#946;+isoform+of+protein+kinase.">Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide-induced differentiation of embryonic neural stem cells into astrocytes is mediated via the &#946; isoform of protein kinase.</a> C. Journal of Neuroscience Research. 84 (8), 1645-1655 (2006).</li><li>Watanabe, 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=Involvement+of+protein+kinase+C+in+the+PACAP-induced+differentiation+of+neural+stem+cells+into+astrocytes.">Involvement of protein kinase C in the PACAP-induced differentiation of neural stem cells into astrocytes.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1070 (1), 597-601 (2006).</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><li>Khademhosseini, A., 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=Cell+docking+inside+microwells+within+reversibly+sealed+microfluidic+channels+for+fabricating+multiphenotype+cell+arrays.">Cell docking inside microwells within reversibly sealed microfluidic channels for fabricating multiphenotype cell arrays.</a> Lab on a Chip. 5 (12), 1380-1386 (2005).</li><li>Martinez, A. W., Phillips, S. T., 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=Three-dimensional+microfluidic+devices+fabricated+in+layered+paper+and+tape.">Three-dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (50), 19606-19611 (2008).</li><li>Zhang, 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=DNA+methylation+analysis+on+a+droplet-in-oil+PCR+array.">DNA methylation analysis on a droplet-in-oil PCR array.</a> Lab on a Chip. 9 (8), 1059-1064 (2009).</li><li>Huang, N. T., Hwong, Y. J., Lai, R. L. <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+microwell+device+for+immunomagnetic+single-cell+trapping.">A microfluidic microwell device for immunomagnetic single-cell trapping.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 22 (2), 16 (2018).</li><li>Galler, K., Br&#228;utigam, K., Gro&#223;e, C., Popp, J., Neugebauer, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+a+big+thing+of+a+small+cell-recent+advances+in+single+cell+analysis.">Making a big thing of a small cell-recent advances in single cell analysis.</a> Analyst. 139 (6), 1237-1273 (2014).</li><li>Gr&#252;nberger, A., Wiechert, W., Kohlheyer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-cell+microfluidics:+opportunity+for+bioprocess+development.">Single-cell microfluidics: opportunity for bioprocess development.</a> Current Opinion in Biotechnology. 29, 15-23 (2014).</li><li>Lin, H., Mei, N., Manjanatha, M. G. <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+comet+assay+for+testing+genotoxicity+of+chemicals.">In vitro comet assay for testing genotoxicity of chemicals.</a> Optimization in Drug Discovery. , 517-536 (2014).</li><li>Bai, 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=Efficient+water+collection+on+integrative+bioinspired+surfaces+with+star-shaped+wettability+patterns.">Efficient water collection on integrative bioinspired surfaces with star-shaped wettability patterns.</a> Advanced Materials. 26 (29), 5025-5030 (2014).</li><li>Zhao, J., Chen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Following+or+against+topographic+wettability+gradient:+movements+of+droplets+on+a+micropatterned+surface.">Following or against topographic wettability gradient: movements of droplets on a micropatterned surface.</a> Langmuir. 33 (21), 5328-5335 (2017).</li><li>Theberge, A. 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=Microfluidic+platform+for+combinatorial+synthesis+in+picolitre+droplets.">Microfluidic platform for combinatorial synthesis in picolitre droplets.</a> Lab on a Chip. 12 (7), 1320-1326 (2012).</li><li>Zhang, 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=Fabrication+of+ceramic+microspheres+by+diffusion-induced+sol-gel+reaction+in+double+emulsions.">Fabrication of ceramic microspheres by diffusion-induced sol-gel reaction in double emulsions.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 5 (22), 11489-11493 (2013).</li><li>Moerman, R., 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=Quantitative+analysis+in+nanoliter+wells+by+prefilling+of+wells+using+electrospray+deposition+followed+by+sample+introduction+with+a+coverslip+method.">Quantitative analysis in nanoliter wells by prefilling of wells using electrospray deposition followed by sample introduction with a coverslip method.</a> Analytical Chemistry. 77 (1), 225-231 (2005).</li><li>Zhou, X., Lau, L., Lam, W. W. L., Au, S. W. N., Zheng, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoliter+dispensing+method+by+degassed+poly+(dimethylsiloxane)+microchannels+and+its+application+in+protein+crystallization.">Nanoliter dispensing method by degassed poly (dimethylsiloxane) microchannels and its application in protein crystallization.</a> Analytical Chemistry. 79 (13), 4924-4930 (2007).</li></ol>

وقد تم تطوير مختلف الأجهزة microfluidic لأداء تجارب متعددة ومعقدة17،18،19،20. على سبيل المثال ، يمكن أن microwells مصنوعة من مجموعة من فترات الاستراحة الطوبولوجية فخ الخلايا الفردية دون استخدام القوة الخارجية ، والتي تظهر شخصيات مف?...

تقنيات الإنتاجية العالية حاسمة بالنسبة للدراسات الطبية الحيوية والسريرية. ومن خلال إجراء الملايين من الاختبارات الكيميائية أو الوراثية أو الحية للخلايا والأعضاء، يمكن للباحثين تحديد الجينات التي تعدل المسار الجزيئي الحيوي بسرعة، وتخصيص مدخلات الأدوية المتسلسلة للاحتياجات المحددة للمرء. الروبوتات 1 ورقائق microfluidic في تركيبة مع برنامج التحكم في الجهاز تسمح الإجراءات التجريبية المعقدة لتكون الآلي، والتي تغطي التلاعب الخلية / الأنسجة، والمناولة السائلة، والتصوير، ومعالجة البيانات / التحكم2،3. لذلك ، يمكن الحفاظ على مئات وآلاف الحالات التجريبية على رقاقة واحدة ، وفقا للسرعة المطلوبة4،5. 
في هذا البروتوكول ، وصفنا إجراء التصميم والتصنيع لجهاز microfluidic ، والذي يتكون من 1500 وحدة ثقافة ، ومجموعة من المضخات التثابر المحسنة ومعامل الخلط في الموقع. تمنع غرفة ثقافة الخلية ذات المستويين القص غير الضروري أثناء التبادل المتوسط ، مما يضمن بيئة ثقافية غير مضطربة لتصوير الخلايا الحية على المدى الطويل. وتبين الدراسات أن الجهاز microfluidic المقترحة هي منصة مناسبة لدراسات الإنتاجية العالية على آلات الحياة المعقدة. وعلاوة على ذلك، فإن الميزات المتقدمة للرقاقة microfluidic تسمح إعادة تشكيل الآلي للظروف البيئة الدقيقة معقدة للغاية وديناميكية في الجسم الحي، مثل السيتوكينات المتغيرة باستمرار والتراكيب ليغاندس6،7، والانتهاء منها يستغرق شهورا للمنصات التقليدية مثل لوحة 96 جيدا.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2713 Loker Avenue West</td>
			<td>Torrey pines scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ-50X</td>
			<td>AZ Electronic Materials, Luxembourg</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorotrimethylsilane(TMCS) 92360-25mL</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Incubator HP151</td>
			<td>Heal Force</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desktop Hole Puncher for PDMS chips WH-CF-14</td>
			<td>Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM(L-glutamine, High Glucose, henol Red)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electronic Balance UTP-313 Max:600g, e:0.1g, d:0.01g</td>
			<td>Shanghai Hochoice Apparatus Manufacturer Co.,LTD.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronection 0.25 mg/mL</td>
			<td>Millipore, Austria</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamax 100x</td>
			<td>Gibco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Incubator BGG-9240A</td>
			<td>Shanghai bluepard instruments Co.,Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Model Eclipse Ti2-E</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen/Strep 10 Units/mL Penicillin 10 ug/mL Streptomycin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma cleaner PDC-002</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polydimethylsiloxane(PDMS)</td>
			<td>Momentive</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polylysine 0.01%</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater ARE-310</td>
			<td>Awatori Rentaro</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater TDZ5-WS</td>
			<td>Cence</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin coater WH-SC-01</td>
			<td>Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 3025</td>
			<td>MicroChem, Westborough, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 3075</td>
			<td>MicroChem, Westborough, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of dynamical environmental conditions using a high-throughput microfluidic device

تقليد في الظروف البيئية في الجسم الحي أمر بالغ الأهمية للدراسات المختبرية على آلات الحياة المعقدة. ومع ذلك ، فإن التقنيات الحالية التي تستهدف الخلايا والأعضاء الحية إما مكلفة للغاية ، مثل الروبوتات ، أو تفتقر إلى حجم النانولتر ودقة الوقت مللي ثانية في التلاعب السائل. نقدم هنا تصميم وتصنيع نظام microfluidic ، والذي يتكون من 1500 وحدة ثقافية ، ومجموعة من المضخات التمعجية المحسنة ومعامل خلط في الموقع. لإثبات قدرات الجهاز microfluidic ، يتم الحفاظ على مجالات الخلايا الجذعية العصبية (NSC) في النظام المقترح. لاحظنا أنه عندما يتعرض مجال NSC لCXCL في اليوم 1 وEGF في اليوم 2 ، يتم الحفاظ على التوافق على شكل دائري بشكل جيد. الاختلاف في ترتيب الإدخال من 6 أدوية يسبب تغييرات مورفولوجية في مجال NSC وعلامة ممثل مستوى التعبير عن الجذعية NSC (أي Hes5 و Dcx). وتشير هذه النتائج إلى أن الظروف البيئية الديناميكية والمعقدة لها آثار كبيرة على تمايز مجلس الأمن القومي والتجديد الذاتي، وأن الجهاز المقترح للمركبات الدقيقة هو منصة مناسبة لدراسات الإنتاجية العالية على آلية الحياة المعقدة.

تم وصف المضخة التثامية التقليدية على رقاقة لأول مرة من قبل ستيفن كويك في عام 2000 ، والتي تم تشغيل التثابير من قبل نمط 101 ، 100 ، 110 ، 010 ، 011 ، 001 8،10. الرقم 0 و 1 يشيران إلى "فتح" و "إغلاق" خطوط التحكم الأفقية 3. كما تم الإبلاغ عن دراسات تستخدم أكثر من 3 صمامات (على سبيل ال...

Watch this Scientific Journal Video about Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device at JoVE.com

Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device

نحن نقدم نظام microfluidic لدراسات الإنتاجية العالية على آلات الحياة المعقدة ، والتي تتكون من 1500 وحدة ثقافة ، ومجموعة من المضخات التجهر المحسنة ومعامل خلط في الموقع. رقاقة microfluidic يسمح لتحليل الظروف البيئية الدقيقة معقدة للغاية وديناميكية في الجسم الحي.

توليد الظروف البيئية الديناميكية باستخدام جهاز Microfluidic عالي الإنتاجية

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and ...

البيئة الدقيقة تمكين معقدة للغاية وديناميكية بما في ذلك السيتوكينات المتغيرة باستمرار، تركيز ليغاندس وتكوينها. لخلق بيئة ثقافية مماثلة أمر بالغ الأهمية للدراسات المختبرية على أجهزة الحياة المعقدة مثل تمايز الخلايا الجذعية، والاستجابات المناعية، وتطوير الأعضاء على منصات رقاقة. ولكن لتوليد وتقديم إشارات كيميائية من حجم نانولتر ودقة مللي ثانية من الصعب استخدام النهج الطبية الحيوية التقليدية مثل pipetting.لمواجهة التحديات، هناك منصة ثقافية قادرة على توليد صورة بديلة لمدخلات الإشارات الديناميكية المدمجة والمتعاقبة على الطلب المرتفع. في هذا البروتوكول ، يتم تقديم إجراءات تصميم وتصنيع جهاز microfluidic. تتكون رقاقة microfluidic المقترحة من 1500 وحدة ثقافة ، ومجموعة من المضخات التثاقية المحسنة ومعامل الخلط في الموقع.ونحن نثبت أن منصة مناسبة للدراسات على خلايا واحدة مجموعات الخلايا ثنائية الأبعاد والمجالات العصبية ثلاثية الأبعاد. الظروف البيئية المعقدة والديناميكية على رقاقة لها آثار كبيرة على تمايز الخلايا الجذعية العصبية والتجديد الذاتي. وفيما يلي تفاصيل إجراءات التصميم والتصنيع.تم تنفيذ تصميم رقاقة باستخدام برنامج أوتوكاد. لتتناسب مع حجم حامل لوحة على المجهر، رقاقة microfluidic هو ما يقرب من سبعة في خمسة سنتيمترات في الحجم ويتكون من 1500 غرف الثقافة. واحدة من الميزات الهامة هو أنه يحتوي على مضخة التجذم الذي يتكون من ثماني قنوات تدفق و 200 ميكرومتر قنوات التحكم واسعة.الزيادة في المساحة المتداخلة بين السيطرة وقناة التدفق زيادة 16 مرة بالمقارنة مع مضخة التثابر، التي اقترحها ستيفن كويك في عام 2002، إلى حوالي 15 نانولتر السائل وفي دورة الضخ ويكفي الاحتياجات للحفاظ على 1500 الظروف البيئية المستقلة بالتوازي على رقاقة. جزء مهم آخر من الجهاز هو غرفة ثقافة من طبقتين ، والتي يمكن أن تحافظ على بيئة ثقافة خالية من القص. يتم منع إجهاد القص غير المرغوب فيه عن طريق توجيهه بسرعة عبر الطبقة العليا.الخلايا والأنسجة والمتوسطة الشرطية الحاسمة لا تزال بمنأى في الطبقة السفلية. تشير المحاكاة العددية إلى أنه عندما يتم توجيه السوائل من خلال غرف الثقافة ، من اليسار إلى اليمين. يمكن منع قوى القص بشكل فعال.حتى في معدل تدفق المدخلات من 10 ملليمتر لكل خلية ثانية أو الأنسجة بحجم ميكرومتر لا تزال دون عائق في الجزء السفلي من وحدة الثقافة. نحن ملفقة صب النسخة المتماثلة أو رقاقة السيليكون باستخدام الطباعة الحجرية للأشعة فوق البنفسجية. يتم إنتاج القنوات السائلة من 25 ميكرومتر في الطول و 100 ميكرومتر في الوزن باستخدام SU-8 3025 مضاد ضوئي سلبي.تم تصنيع غرف الثقافة من 75 ميكرومتر و 150 ميكرومتر في الارتفاع باستخدام SU-8 3075 فوتوريست. يستخدم جهاز قياس الصور الإيجابي AZ50X لميزات البئر المستديرة الشكل التي تتداخل مع قنوات التحكم لضمان اتصال جيد. لإنتاج رقاقة microfludic، تم التعامل مع رقائق السيليكون منقوشة وفارغة أولا مع TMCS.تم خلط كميات مختلفة من PDMS 10 إلى 1 من نسبة مونومر إلى محفز تماما وdeubbled لمدة ساعة إلى ساعتين في غرفة فراغ في ناقص 0.85 megapascal. تم الحصول على طبقة التحكم عن طريق طلاء الدوران PDMS في 2, 200 دورة في الدقيقة. ثم تم نقل رقائق السيليكون إلى الحاضنة واحتضانها لمدة 60 دقيقة في 80 درجة مئوية.تم محاذاة طبقات مختلفة والترابط معا باستخدام جهاز بصري مخصص وآلة حفر البلازما. ثم تعرضت ثقوب المدخل للكم بعد ساعتين أخريين من الترابط الحراري عند درجة مئوية 80. تم ربط الشريحة بقسيمة غطاء مغلفة ب PDMS ، وهي نفس حجم لوحة 96 بئرا وعالجت لمدة 12 ساعة على الأقل عند 80 درجة مئوية قبل الاستخدام.للتشغيل، تم توصيل قنوات التحكم إلى صمامات سولينويد هوائية مصغرة من خلال أنابيب بلاستيكية. تم التحكم في تحويل جميع الآبار penumatic من قبل برنامج MATLAB مخصص من خلال واجهة المستخدم الرسومية. تم تحديد ضغوط الإغلاق المثلى لصمامات غشاء PDMS الدفعية بشكل فردي لكل رقاقة ، والتي تتراوح عادة من 25 إلى 30 PSI.من خلال تحويل كل من سلسلة من الآبار يمكن أن تتولد ديناميكيا المدخلات combinatorial ومتتابعة على رقاقة. تم حصاد الخلايا بنسبة التقاء 80٪ وإعادة إنفاقها مع DMEM متوسط الثقافة بكثافة حوالي 10 إلى الطاقة ستة لكل ملليلتر ، والتي تم تحميلها بعد ذلك في الشريحة عن طريق الضغط على الخلية التي تحتوي على محلول. بالنسبة لكل من الخلايا الجذعية العصبية وزراعة التعليق ، تم جمع الخلايا وتم تحميل المجالات مباشرة في الشريحة.للحصول على الصورة ، تم استخدام مجهر مقلوب مع مرحلة تحويلية تلقائية وكاميرا أشباه الموصلات الرقمية التكميلية لأكسيد المعادن. المرحلة والحصول على الصورة التي تسيطر عليها عن طريق البرنامج يظهر الزاوية اليسرى العليا وغرف الزاوية اليمنى السفلى ونقاط اختيار ونقل مرحلة الترجمة إلى نقاط منظمة للحصول على التصوير الأولي مع عدسة الهدف 4X. تغيير عدسة الهدف 4X مع واحد 20x وضبط المعلمات التصوير بما في ذلك كثافة الضوء ، وفضح الوقت ، وهلم جرا.ثم حدد نقاط الاختيار بحيث موقف كل غرفة ترك 13 من قبل 15 مصفوفة غرفة أو أن يتم تعريفها من قبل البرنامج تلقائيا. مع تحديد إحداثيات الغرف ، تنتقل المرحلة التحويلية إلى كل غرفة حيث يمكن ضبطها بدقة X و Y و Z. تعيين الفاصل الزمني ومدة دورة التصوير.احفظ المسار ثم ابدأ التصوير. هذا النظام متاح لتتبع ديناميكية الهدف المختلفة، مثل التمايز الخلايا الجذعية العصبية في برايتفيلد ومجال مضان من عملية تشكيل الخلايا الجذعية العصبية المجال. تحليل البيانات.تغيير التنسيق في nd2 إلى Tif باستخدام برنامج MATLAB المخصص. وتقسيم البيانات وفقا للنقاط. حدد الكائن الذي سيتم تحليله هو الخلية أو النسيج.أدخل العتبة وحجم الكائن وحجم الضوضاء للتحليل. أو يمكنك اختيار التحليل خطوة بخطوة إلى المعلمات المثلى. وبعد ذلك تحليل جميع البيانات.بعد حفظ النتيجة في تنسيق MAT، باستخدام الرسم لرسم النتائج أو الآثار. في هذه الورقة ، وصفنا بروتوكول وثقافة نظام رقاقة microfluidic عالية الإنتاجية استنادا إلى تقنية التصوير الضوئي للتحكم الديناميكي في البيئة الدقيقة للخلايا الحية. كما وصفنا بعض المعلمات التي يجب على المرء التحكم فيها بعناية مثل الضغط الختامي لصمامات غشاء PDMS والتحكم في دوران السوائل بالتوازي مع الغرفة.في الخلايا التقليدية في الثقافة المختبر يتم تنفيذ علاج بيئة ثقافة الخلية اليدوي، الذي هو مضيعة للوقت وشاقة والسوائل شغل ليس من السهل السيطرة القياسية. ولا سيما دقائق من الحل. هناك بعض المشاكل مثل توليد المدخلات، وتركيز المخدرات المناعية والاستهلاك الكبير.ومع ذلك ، باستخدام نظامنا microfluidic ، فمن الممكن تكراره كمحفز بجرعة ثابتة من السائل الواحد كمية متساوية من التركيز الموحد ، ومقارنة الثقافات المختلفة في غرف الثقافة المختلفة في نفس الوقت. مختلفة مع بعض مصغرة دقة زمنية مرة أخرى التحفيز ومع subsetting القرار عن طريق تنظيم السائل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لنظامنا الحصول على عدد كبير من النتائج التجريبية المقارنة من خلال عمليات بسيطة.ويستند نظامنا على مبدأ الانتشار، ويخلق الحد الأدنى من الاضطراب الميكانيكي للبيئة الدقيقة الخلوية. لرقائق البيئة الدقيقة الخلوية أكثر استقرارا يمكنك زيادة قائمة طبقة العازلة وعمق طبقة الثقافة أو تقليل السائل مدخلات التبادل المتوسط، وهذا هو الحد من الضغط، والتي سوف تكون هنا للبحث عن سلوك الخلية. ومن الملاحظ أن هذه الدراسة قد درست فقط ثقافة خلايا 3T3 و NSC.بالنسبة للخلايا أو خطوط الخلايا الأخرى ، فإن ظروف الثقافة قابلة للمقارنة مع معلماتنا لضبطها.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

ميكروفلويديك الأجهزة لإعادة تأسيس المكروية ورم<em&gt; في المختبر</em

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

High-throughput Protein Expression Generator Using a Microfluidic Platform

عالية الإنتاجية مولد بروتين تعبير باستخدام منصة ميكروفلويديك

Rapidly increasing fields, such as systems biology, require the development and implementation of new technologies, enabling high-throughput and ...

A Microfluidic Device for Studying Multiple Distinct Strains

جهاز ميكروفلويديك لدراسة سلالات متميزة متعددة

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

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

عالية الإنتاجية ميكروفلويديك السريع وانخفاض تكلفة النماذج طرق التعبئة والتغليف

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

Lipid Bilayer Vesicle Generation Using Microfluidic Jetting

الدهون طبقة ثنائية الحويصلة انشاء طريق ميكروفلويديك النفث

Bottom-up synthetic biology presents a novel approach for investigating and reconstituting biochemical systems and, potentially, minimal organisms. This ...

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

بروتوكول لتشكيل بيوفيلم الملون في جهاز ميكروفلويديك مع مايكرو الأركان

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

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

استخدام إنتاجية عالية<em&gt; في المختبر</em&gt; نظام ميكروفلويديك لتطوير الأغشية الحيوية متعدد الأنواع عن طريق الفم

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected ...

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

ضعف مستحلب الجيل باستخدام Polydimethylsiloxane (PDMS) المشارك المحوري تدفق التركيز الأجهزة

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

ومنصة ميكروفلويديك لعزل وحيدة الخلية عالية الإنتاجية والثقافة

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Mechanostimulation of Multicellular Organisms Through a High-Throughput Microfluidic Compression System

التحفيز الميكانيكي للكائنات متعددة الخلايا من خلال نظام ضغط الموائع الدقيقة عالي الإنتاجية

During embryogenesis, coordinated cell movement generates mechanical forces that regulate gene expression and activity. To study this process, tools such ...