Name: generation of dynamical environmental conditions using a high-throughput microfluidic device
Uploaded: 2021-04-17T13:00:00
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저자는 찬센 악기 (중국) LTD의 Zhifeng Cheng의 기술 지원을 인정합니다. 이 작품은 보조금에 의해 지원되었다 (중국의 국립 자연 과학 재단,51927804).

1. 미세 유체 칩 설계
<ol><li>개별 밸브와 연동 펌프에 의해 제어되는 18개의 입구로 구성된 미세 유체 멀티플렉터를 설계합니다. 펌핑 사이클당 구동되는 액체 부피를 증가시키기 위해, 연동 펌프는 의도적으로 200 μm, 10개의 연결된 유동선으로 확대된 3개의 제어 채널로 구성된다.</li>
	<li>전단이 없는 문화실을 디자인합니다. 2단계 배양장치의 복제는 낮은 세포 배양 챔버(400 μm x 400 μm x 150 μm x 150...

<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>

다양한 미세유체 장치는 멀티플렉스 및 복합 실험을 수행하기 위해 개발되었다17,18,19,20. 예를 들어, 위상 오목의 배열로 만들어진 마이크로웰은 외부의 힘을 사용하지 않고 개별 세포를 트랩할 수 있으며, 작은 샘플 크기, 병렬화, 낮은 재료 비용, 빠른 반응, 고감도21,<sup clas...

높은 처리량 기술은 생물 의학 및 임상 연구에 매우 중요합니다. 수백만 개의 화학, 유전 적 또는 살아있는 세포 및 오르가노이드 테스트를 병렬로 수행함으로써 연구원은 생체 분자 경로를 조절하는 유전자를 신속하게 식별하고 특정 요구에 순차적인 약물 입력을 사용자 정의 할 수 있습니다. 로봇공학 1 및 마이크로 유체 칩은 장치 제어 프로그램과 결합하여 세포/조직 조작, 액체 처리, 이미징 및 데이터 처리/제어2,3을포함하는 복잡한 실험 절차를 자동화할 수 있도록 합니다. 따라서 원하는 처리량4,5에따라 수백 및 수천 개의 실험 조건을 단일 칩으로 유지할 수 있다.
이 프로토콜에서, 우리는 1500 배양 장치, 향상된 연동 펌프및 현장 믹싱 계수로 구성된 미세 유체 장치의 설계 및 제조 절차를 설명했습니다. 2 단계 세포 배양 챔버는 중간 교환 중에 불필요한 전단을 방지하여 장기적인 살아있는 세포 이미징을위한 방해받지 않는 배양 환경을 보장합니다. 연구 결과는 제안된 미세 유체 장치가 복잡한 생활 기계에 높은 처리량 연구를 위한 적당한 플랫폼이다는 것을 보여줍니다. 더욱이, 미세 유체 칩의 고급 기능은 생체 내 매우 복잡하고 역동적인 미세 환경 조건의 자동 재구성을 허용, 끊임없이 변화하는 사이토카인과 리간드 조성물6,7,96 웰 플레이트와 같은 기존의 플랫폼에 대한 수개월이 걸리는 완료.

<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

생체 내 환경 조건을 모방하는 것은 복잡한 생명 기계에 대한 시험관 내 연구에 매우 중요합니다. 그러나 살아있는 세포와 장기를 대상으로 하는 현재 기술은 로봇 공학과 같이 비용이 많이 들거나 나노리터 부피와 액체 조작의 밀리초 시간 정확도가 부족합니다. 당사는 1,500개의 배양 장치, 향상된 연동 펌프 및 현장 믹싱 계수로 구성된 미세 유체 시스템의 설계 및 제조를 소개합니다. 미세 유체 장치의 용량을 입증하기 위해 신경 줄기 세포 (NSC) 구는 제안 된 시스템에서 유지됩니다. 우리는 NSC 구가 1일째에 CXCL에 노출되고 2일째EGF에 노출되면 둥근 모양의 형태가 잘 유지되는 것을 관찰했습니다. 6개의 약물의 입력 순서의 변화는 NSC 스템니스(즉, Hes5 및 Dcx)에 대한 NSC 구및 발현 수준 대표 마커에 대한 형태학적 변화를 일으킨다. 이러한 결과는 동적 및 복잡한 환경 조건이 NSC 분화 및 자체 갱신에 큰 영향을 미치는 것을 나타내며, 제안된 미세 유체 장치는 복잡한 생명 기계에 대한 높은 처리량 연구를 위한 적합한 플랫폼입니다.

종래의 온칩 연동 펌프는 2000년 스티븐 퀘이크(Stephen Quake)에 의해 처음 설명되었으며, 이 펌프는 패턴 101, 100, 010, 011, 011, 001 8,10에의해 연동이 작동되었다. 숫자 0과 1은 3개의 수평 제어선의 "열기" 및 "닫기"를 나타냅니다. 3개 이상의 밸브(예: 5개)를 사용한 연구도11개보고되었다. 3개의 제어라인과 3개의 유동선으로 구성된 연동 펌프가...

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

우리는 1500 배양 장치, 향상된 연동 펌프의 배열및 현장 믹싱 계수로 구성된 복잡한 생명 기계에 대한 높은 처리량 연구를위한 미세 유체 시스템을 제시합니다. 미세 유체 칩은 생체 내 매우 복잡하고 역동적인 미세 환경 조건을 분석할 수 있게 해줍니다.

고처리량 미세 유체 장치를 사용하여 동적 환경 조건의 생성

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

마이크로 환경은 사이토카인, 리간드 농도 및 조성물을 변화시키는 것을 포함하여 매우 복잡하고 역동적인 것을 가능하게 합니다. 유사한 배양 환경을 조성하는 것은 줄기 세포 분화, 면역 반응 및 칩 플랫폼에서 장기의 개발과 같은 복잡한 생명 기계에 대한 체외 연구에 매우 중요합니다. 그러나 나노리터 부피 및 밀리초 정확도의 화학 신호를 생성하고 전달하는 것은 파이펫팅과 같은 기존의 생물 의학 접근법을 사용하기가 어렵습니다.이러한 과제를 해결하기 위해 동적 결합 및 순차적 신호 입력의 대체 이미지 수집 생성을 할 수 있는 문화 플랫폼이 수요가 많습니다. 이 프로토콜에서는 미세 유체 장치의 설계 및 제조 절차가 제시됩니다. 제안된 미세 유체 칩은 1500배양양장치, 향상된 연동 펌프 배열 및 현장 혼합 계수로 구성되어 있습니다.우리는 플랫폼이 단일 세포 2 차원 세포 인구와 3 차원 신경 구에 대한 연구에 적합하다는 것을 보여줍니다. 칩에 복잡하고 역동적인 환경 조건은 신경 줄기 세포 분화 및 자기 재생에 큰 영향을 미칩니다. 디자인 및 제작 절차의 세부 사항은 다음과 같습니다.AutoCAD 소프트웨어를 사용하여 칩 설계가 수행되었습니다. 현미경에 플레이트 홀더의 크기에 맞게, 미세 유체 칩은 크기가 약 7 x 5 센티미터이며 1, 500 배양 챔버로 구성되어 있습니다. 중요한 특징 중 하나는 8개의 유량 채널과 200마이크로미터 폭 제어 채널로 구성된 연동 펌프를 갖추고 있다는 것입니다.제어와 유량 채널 사이의 중복 면적의 증가는 2002년 스티븐 퀘이크가 제안한 연동 펌프에 비해 16배 증가하여 펌핑 사이클당 약 15나노리터 액체및 펌핑 사이클당 1, 500개의 독립적인 환경 조건을 칩에 병렬로 유지해야 할 필요성에 충분합니다. 장치의 또 다른 중요한 부분은 전단없는 문화 환경을 유지할 수있는 2 층 배양 챔버입니다. 원치 않는 전단 응력은 상단 레이어를 통해 빠르게 지시하여 방지됩니다.세포, 조직 및 중요한 조건부 배지는 아래층에서 그대로 유지됩니다. 수치 시뮬레이션은 액체가 배양 챔버를 통해 지시될 때 왼쪽에서 오른쪽으로 있음을 시사합니다. 전단 력을 효과적으로 방지할 수 있습니다.초당 10 밀리미터의 입력 유량 또는 마이크로미터 크기의 조직에서도 배양 장치의 바닥에 방해받지 않고 남아 있습니다. 우리는 UV 리소그래피를 사용하여 복제 성형 또는 실리콘 웨이퍼를 제작했습니다. 높이 25마이크로미터의 유체 채널과 무게 100 마이크로미터의 유체 채널은 SU-8 3025 네거티브 포토레지스트를 사용하여 생산됩니다.75 마이크로미터와 150 마이크로미터높이의 배양챔버는 SU-8 3075 포토레지스트를 사용하여 제작되었다. AZ50X 포지티브 포토레지스트는 좋은 연결을 보장하기 위해 제어 채널과 겹치는 둥근 모양의 웰 피처에 사용됩니다. 마이크로플루딕 칩을 생성하기 위해 패턴 및 빈 실리콘 웨이퍼를 TMCS로 먼저 처리했습니다.PDMS 10 대 1의 상이한 수량의 단량은 0.85 메가파스칼에서 진공 챔버에서 1~2시간 동안 철저하게 혼합및 분해하였다. 제어 층은 2, 200 RPM에서 스핀 코팅 PDMS에 의해 얻어졌다. 실리콘 웨이퍼는 인큐베이터로 옮겨져 80센티미터에서 60분 동안 배양했습니다.서로 다른 층은 맞춤형 광학 장치와 플라즈마 에칭 기계를 사용하여 함께 정렬및 결합되었습니다. 입구 구멍은 80 센티미터에서 또 다른 두 시간 열 접합 후 펀치했다. 칩은 PDMS 코팅 커버 슬립에 결합되었다, 이는 96 웰 플레이트의 동일한 크기이며 사용하기 전에 80 중심에서 적어도 12 시간 동안 경화.작동을 위해 제어 채널은 플라스틱 튜브를 통해 소형 공압 솔레노이드 밸브에 연결되었습니다. 모든 페추매틱 웰을 선회하는 것은 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 사용자 지정 MATLAB 프로그램에 의해 제어되었습니다. 푸시업 PDMS 멤브레인 밸브의 최적의 종결 압력은 각 칩에 대해 개별적으로 결정되었으며, 이는 일반적으로 25PSI에서 30PSI사이입니다.일련의 웰을 동적으로 결합하고 순차적인 입력을 모두 돌리면 칩에서 생성될 수 있다. 세포는 80%의 수렴으로 수확되었고, 밀리리터당 전력 6에 대한 밀도에서 배양 배지 DMEM으로 재장축되었고, 이어서 이를 함유하는 세포를 가압하여 칩에 적재하였다. 신경 줄기 세포의 부착 및 현탁액 배양 모두에 대해, 세포를 수집하고 구체는 칩에 직접 로드되었다.이미지 수집을 위해 자동 번역 단계와 디지털 보완 금속 -산화물 반도체 카메라가있는 반전 된 현미경이 사용되었습니다. 단계 및 이미지 수집은 4배 의 객관적 렌즈로 예비 이미징을 얻기 위해 왼쪽 상단 모서리와 오른쪽 아래 모서리 챔버를 선택점으로 제어하고 번역 단계를 순서대로 포인트로 이동하여 제어되었다. 20x로 4x 목표 렌즈를 변경하고 광 강도, 노출 시간, 등 세테라를 포함한 이미징 파라미터를 조정합니다.그런 다음 각 챔버의 위치가 13x15 챔버 매트릭스로 남기거나 프로그램에 의해 자동으로 정의되도록 선택 점을 찾습니다. 챔버의 좌표를 결정하면 번역 단계는 X, Y, Z 초점 평면을 미세 조정할 수있는 각 챔버로 이동합니다. 이미징 주기의 간격과 지속 시간을 설정합니다.경로를 저장한 다음 이미징을 시작합니다. 이 시스템은 신경 줄기 세포 구형의 과정의 밝은 필드에서 신경 줄기 세포 분화 및 형광 필드와 같은 다양한 표적 동적 추적에 사용할 수 있습니다. 데이터 분석.사용자 지정 MATLAB 프로그램을 사용하여 nd2에서 Tif로 형식을 변경합니다. 그리고 점에 따라 데이터를 나눕니다. 분석할 대상을 선택하는 것은 세포 또는 조직이다.임계값, 개체 크기, 노이즈 크기를 해석합니다. 또는 단계별 분석을 최적의 매개 변수로 선택할 수 있습니다. 그런 다음 모든 데이터를 분석합니다.결과를 MAT 형식으로 저장한 후 플롯을 사용하여 결과 또는 추적을 그립니다. 본 논문에서, 우리는 살아있는 세포 미세 환경 동적 제어를 위한 광석 촬영 기술을 기반으로 하는 고처리량 미세 유체 칩 시스템의 프로토콜 및 배양에 대해 설명했습니다. 우리는 또한 PDMS 멤브레인 밸브의 폐쇄 압력과 챔버의 병렬로 유체의 스핀 제어와 같은 신중하게 제어해야하는 몇 가지 매개 변수를 설명했습니다.전통적인 세포 내 체외 배양에서 세포 배양 환경의 치료는 수동으로 수행되며, 이는 시간이 많이 걸리고 힘들고 유체가 채워져 표준 제어가 쉽지 않다. 특히 몇 분 간의 솔루션. 입력 생성, 면역 약물 농도 및 큰 소비와 같은 몇 가지 문제가 있습니다.그러나, 당사의 미세유체 시스템을 이용하여, 고정 용량의 단일 유체 동등한 양의 균일한 농도로 자극기로 반복할 수 있으며, 서로 다른 배양챔버에서 상이한 배양을 동시에 비교할 수 있다. 일부 미니어처 측두해상도 백 자극과 유체 조절을 통해 해상도를 하위설정하는 다른. 또한, 우리의 시스템은 간단한 작업에 의해 비교 실험 결과의 큰 숫자를 얻을 수 있습니다.우리의 시스템은 확산의 원리에 기초하고, 세포 미세 환경에 최소한의 기계적 장애를 만듭니다. 보다 안정적인 세포 마이크로환경 칩을 위해 배양층의 깊이로서 완충층의 목록을 늘리거나 중간 교환의 입력 유체를 감소시킬 수 있으며, 이는 세포 거동에 대한 연구를 위해 여기에 있을 압력을 감소시킬 것이다. 이 연구는 3T3 및 NSC 세포의 배양만 을 검토했다는 것을 주목해야 합니다.다른 세포 또는 세포주에 대 한, 배양 조건 그것을 조정 하는 우리의 매개 변수와 비교.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

종양 Microenvironment를 재현을위한 마이크로 유체 장치<em&gt; 체외에서</em

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

연구

생체공학

High-throughput Protein Expression Generator Using a Microfluidic Platform

마이크로 유체 플랫폼을 사용하여 높은 처리량 단백질 표현 생성기

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

여러 고유 긴장 유학을위한 마이크로 유체 장치

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

높은 처리량 마이크로 유체 신속하고 저렴한 비용으로 프로토 타입 포장 방법

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

미세 유체 제트를 사용하여 지질 이중층 소포 세대

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

마이크로 기둥 미세 유체 장치에서 바이오 필름 보리 형성을위한 프로토콜

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

높은 처리량의 사용<em&gt; 체외</em&gt; 미세 유체 시스템 구강 다중 종의 바이오 필름을 개발하는

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

폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 공동 축류 초점 장치를 사용하여 이중 에멀젼 생성

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

높은 처리량 단일 세포의 분리 및 문화를위한 미세 유체 플랫폼

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

고처리량 미세유체 압축 시스템을 통한 다세포 유기체의 기계자극

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