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Bioingegneria

멀티 깊이 원형 단면 Endothelialized 마이크로 채널 - 온 - 칩의 개발을위한 절차

Published: October 21, 2013
doi:
10.3791/50771
, , ,
1Lane Department of Computer Science and Electrical Engineering,West Virginia University, 2Department of Cell Biology and Neuroscience,University of California at Riverside

Summary

마이크로 – 온 – 칩 플랫폼은 포토 리소그래피 리플 로우 레지스트 기술, 소프트 리소그래피, 그리고 미세 유체의 조합에 의해 개발되었다. endothelialized 마이크로 플랫폼은 생체 내 미세 혈관에서의 3 차원 (3D) 구조를 모방 제어 지속적인 혈류의 흐름에서 실행하고, 고품질의 실시간 영상을 허용하고 미세 혈관 연구에 적용 할 수 있습니다.

Abstract

생체 내 동물 연구는 더 많은 시간이 소요되는, 비싼, 그리고 관찰과 정량화가 매우 어려운됩니다 때문에 노력은 미세 혈관의 연구를위한 생체 분석의 개발에 초점을 맞추고있다. 세 가지 차원 (3D) 형상에 대해 생체 내 미세 혈관의 대표 및 지속적인 유체 흐름을 제공 할 때 그러나, 생체 미세 혈관 분석에서 기존의 제한이 있습니다. 포토 리소그래피 리플 로우 레지스트 기술, 소프트 리소그래피, 그리고 미세 유체의 조합을 사용하여, 우리는 멀티 깊이 원형 단면 endothelialized 개발 한 제어 연속 관류에 따라 생체 내 미세 혈관에서의 3D 형상을 모방하고 실행 마이크로 – 온 – 칩 흐름. 긍정적 인 리플 로우 레지스트는 반원형 단면 미세 네트워크와 마스터 몰드를 제조하는 데 사용되었다. REPL 개의 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 마이크로의 정렬 및 본딩마스터 금형 icated, 원통형 마이크​​로 네트워크를 만들었습니다. 마이크로의 직경은 잘 제어 할 수 있습니다. 또한, 칩 내부에 씨앗을 품고 기본 인간 제대 정맥 내피 세포 (HUVECs)는 세포 4 일 이주 사이의 기간 동안 지속적인 제어 관류에 따라 마이크로의 내부 표면을 지어 것으로 나타났다.

Introduction

미세 혈관은 혈액 순환 시스템의 일부로서, 혈액과 조직 사이의 상호 작용을 중재 신진 대사 활동을 지원, 조직의 미세 환경을 정의하고, 많은 건강과 병적 상태에 중요한 역할을한다. 체외에서 기능 미세 혈관의 재현부는 복잡한 혈관 현상의 연구 플랫폼을 제공 할 수 있습니다. 그러나, 내피 세포 마이 그 레이션 분석, 내피 관 형성 분석과 쥐 및 쥐 대동맥 링 분석 등의 생체 미세 혈관 분석, 종래의 입체 (3D) 형상과 연속 흐름 제어에 대해 생체 내 미세 혈관의를 다시 할 수 없습니다 1-8. 동물 모델과 같은 각막 신생 혈관 분석, 병아리 융모 막 혈관 분석 및 마트 리젤 플러그 분석 등의 생체 분석,에서를 사용하여 미세 혈관의 연구는 더 많은 시간이 소요되는 비용 높은 관찰과 quantifications에 대해 도전하고 있습니다윤리적 문제 1, 9-13 올립니다.

하지 않았을 등 쉽게 엄격하게 제어 생물학적 조건과 역동적 인 유체 환경과 같은 연구 14, 동물 생체에 관련된 높은 실험 비용과 복잡성을 축소 및 단축하면서 micromanufacturing 및 미세 유체 칩 기술의 발전은 생명 과학에 대한 통찰력의 다양한 활성화 기존의 거시적 기술로 할 수 있었다.

여기, 우리는 endothelialized를 구성하는 방법을 제시 마이크로 – 온 – 칩 생체 내 미세 혈관에서의 3D 형상을 모방하고 포토 리소그래피 리플 로우 레지스트 기술, 소프트 리소그래피, 그리고 미세 유체의 조합을 사용하여 제어 지속적인 혈류의 흐름에서 실행됩니다.

Protocol

1. 포토 레지스트 마스터 금형의 석판 제작 다음 프로토콜은 30 ~ 60 μm의 사이 직경의 미세을 제작하는 과정을 보여줍니다. 작은 직경 (이하 30 μm의), 포토 레지스트의 단일 스핀 코팅 마이크로를 얻으려면이 필요합니다. 사용하기 전에 클린 24 시간에 4 ° C에서 냉장고에서 리플 로우 레지스트를 전송하고 실내 온도를 따뜻하게 할 수 있습니다. 실리콘 웨이퍼를…

Representative Results

멀티 깊이 마이크로 네트워크를 제조하는 우리의 접근 방식은 미세 크로스 섹션에게 15 반올림하는 생체 미세 혈관에서의 복잡한 3D 형상을 모방. 또한, 부모 분기 채널의 직경과 딸 채널은 대략 전체 채널 저항이 낮고 유속이 네트워크 16-18 전역에 균일 있도록 필요한 수준에서의 유체 흐름을 유지하기 위해 머레이의 법칙을 준수하십시오. 반원형 포토 레지스트 마스…

Discussion

1. 마스터 금형 제작

혈관의 형태 학적위한 설계 원칙 중 하나는 네트워크를 통해 혈관 직경의 분포는 최소의 에너지 고려에 의해 지배되는 진술 머레이의 법칙 16로 알려져 있습니다. 또한 분기점에서 부모 혈관의 직경 큐브 딸 혈관의 직경 큐브의 합에 해당된다는 진술 ( <img alt="식 1" fo:content-width="0.9in" fo:src="/files/ftp_upload/50771/50771eq1.jpg" src="/files/ftp_upload/50771/50771e…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 연구는 부분적으로 국립 과학 재단 (NSF 1,227,359)는 각각 국립 과학 재단 (EPS-1003907), 국립 과학 재단 (1007978) 후원 WVU 사전 사무실 및 WVU PSCoR에 의해 자금 WVU EPSCoR 프로그램에 의해 지원되었다. 미세 작업은 WVU 공유 연구 시설 (클린 룸 설비)과 웨스트 버지니아 대학의 칩 연구소 (마이크로 칩 연구소)에 미세 유체 통합 세포 연구로 이루어졌다. 공 촛점 이미징 WVU 현미경 이미징 시설에서 이루어졌다.

Materials

Reagent/Material
Reflow Photoresist AZ Electronic Materials AZP4620
Developer AZ Electronic Materials AZ 400K
PDMS Dow Corning Corporation Sylgard 184
MCDB 131 Culture Medium Invitrogen 10372-019
NacBlue Nuclei Staining Invitrogen H1399
PKH Red Stain Sigma MINI26 and PKH26GL
Fibronectin Gibco PHE0023
L-Glutamine Sigma G7513
Phosphate Buffered Saline Invitrogen 14040-133
HEPES Buffered Saline Solution Lonza CC-5024
Trypsin/EDTA Invitrogen 25300-062
Trypsin Neutralizing Solution Lonza CC-5002
PDMS Curing Agent Dow Corning Corporation Sylgard 184
Primary Human Umbilical Vein Endothelial Cells Lonza CC-2517
Fetal Bovine Serum Lonza 14-501F
Diluent C Sigma CGLDIL
Hoechst33342 Invitrogen, Molecular Probes R37605
Dextran Sigma 95771
3.5% Paraformaldehyde Electron Microscopy Science 15710-S
Equipment
Spinner Laurell Technologies Corporation WS-400BZ-6NPP/LITE
Desiccator BelArt Products 999320237
Inverted Microscope Nikon Eclipse Ti
Syringe Pump System Harvard Apparatus PHD Ultra
Laminar Biosafety Hood Thermo Scientific 1300 Series A2
Planetary Centrifugal Mixer Thinky ARE-310
Isotemp Oven Fisher Scientific 13-246-516GAQ
Optical Microscope Zeiss Invertoskop 40C
Plasma Cleaner Harrick Plasma PDC-32G
Hotplate Barnstead/Thermolyne Cimarec SP131635
Laser Scanning Confocal Microscope Zeiss LSM 510
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Keywords: Multi-depth Circular Cross-sectional MicrochannelsEndothelialized MicrochannelsIn Vitro Microvessels3D GeometryContinuous Fluid FlowPhotolithographic ReflowSoft LithographyMicrofluidicsPDMSPrimary Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs)Perfusion
check_url/it/50771?article_type=t

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Li, X., Mearns, S. M., Martins-Green, M., Liu, Y. Procedure for the Development of Multi-depth Circular Cross-sectional Endothelialized Microchannels-on-a-chip. J. Vis. Exp. (80), e50771, doi:10.3791/50771 (2013).
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