Fabrikasjon av refraktiv-indeks-matchet enheter for biomedisinsk Microfluidics
Summary
Denne protokollen beskriver fabrikasjon av microfluidic enheter fra MY133-V2000 å fjerne gjenstander som ofte oppstår i microchannels på grunn av inkompatible refractive indeksene mellom microchannel strukturer og en vandig løsning. Denne protokollen bruker en akryl holderen komprimere innkapslede enheten, forbedre vedheft både kjemisk og mekanisk.
Abstract
Bruk av microfluidic enheter har dukket opp som et avgjørende verktøy for biomedisinsk programmer. Kombinert med moderne mikroskopi teknikker, kan disse enhetene implementeres som en del av en robust plattform kan lage samtidige komplementære målinger. Den primære challenge opprettet av kombinasjonen av disse to teknikker er manglende samsvar i brytningsindeks mellom materialene som tradisjonelt brukes til å gjøre microfluidic enheter og vandige løsninger vanligvis brukes i biomedisin. Denne konflikten kan opprette optiske gjenstander nær kanalen eller enheten. En løsning er å redusere brytningsindeks av materialet som brukes til å dikte opp enheten ved hjelp av en fluorholdige polymer som MY133-V2000 som brytningsindeks er lik som vann (n = 1,33). Her, bygging av en microfluidic enhet laget av MY133-V2000 med myk litografi teknikker er bevist, bruker O2 plasma sammen med en akryl holderen øke vedheft mellom MY133-V2000 fabrikkert enheten og polydimethylsiloxane (PDMS) substrat. Enheten er testet av rugende den fylt med celle kultur medier 24 h å demonstrere evnen til enheten å opprettholde celle kultur forhold i løpet av en typisk tenkelig eksperiment. Til slutt, kvantitativ fase mikroskopi (QPM) brukes til å måle fordelingen av masse i live tilhenger cellene i microchannel. På denne måten er økt presisjon, aktiveres av fabrikere enheten fra en lav indeks av refraction polymer som MY133-V2000 i stedet for tradisjonelle myk litografi materialer som PDMS, demonstrert. Samlet kan denne tilnærmingen for fabrikasjon microfluidic enheter lett integreres i eksisterende myk litografi arbeidsflyter for å redusere optisk gjenstander og øke måling presisjon.
Introduction
Utviklingen av microfluidic teknologi har aktivert en rekke nye biomedisinsk teknikker som utnytter den unike fysikken av mikroskopiske skala flyter1,2. Dette inkluderer de diagnostiske teknikkene bygget på microfluidic plattformer som kvantifisere klinisk relevante biomarkers, inkludert celle stivhet3, overflate markører4og vekst5. Ved å manipulere enkeltceller, kan microfluidic enheter også brukes til å måle biomarkør heterogenitet, for eksempel som en indikator på malignitet6. Muligheten til å kombinere microfluidic programmer med mikroskopi ytterligere økt nytten av disse plattformene med slik at enheter som måler flere biomarkers samtidig7.
QPM er en mikroskopi teknikk som måler faseskift som lyset passerer gjennom og samhandler med saken inne gjennomsiktig prøver. Masse enkeltceller kan beregnes fra QPM mål, ved hjelp av kjente forholdet mellom brytningsindeksen og biomasse tetthet8,9. Tidligere arbeid har vist at QPM er i stand til å måle klinisk relevante parametere som celle vekst10,11 og celle mekaniske egenskaper via lidelse styrke12. Kombinert med microfluidics, kan QPM potensielt brukes til å måle celle atferd i en svært kontrollert miljø i vitro. En av de viktigste utfordringene kombinere QPM med microfluidics er den høy brytningsindeksen av de fleste polymerer brukes til å konstruere microfluidic kanaler via myk litografi13.
En viktig kombinasjonen av microfluidics med ulike mikroskopi teknikker er misforholdet mellom brytningsindeks av enheten i forhold til brytningsindeks vann14,15. En metode å løse dette er ved hjelp av en lav brytningsindeks polymer som CYTOP16 eller MY133-V200013. Sistnevnte er en fluorholdige ultrafiolett (UV)-helbredelig acrylate polymer som har en brytningsindeks ligner på vann (n = 1,33) og som er kompatibel med myk litografi teknikker, slik at en glatt integrasjon i mange etablerte microfluidic enheten fabrikasjon arbeidsflyter. Dette gjør MY133-V2000 ikke bare egnet for microfluidic apparat fabrikasjon, men også gjør at den kan lett bli kombinert med QPM og andre mikroskopi tilnærminger, for å måle celle atferd både kolonien og på en enkeltcelle skala. MY133-V2000 eliminerer gjenstander på grunn av fase pakke dem ut ved å produsere liten, om noen, faseskift som lyset passerer gjennom vann-MY133-grensesnittet.
Selv om eliminere feil i brytningsindeks, er en stor utfordring tilknyttet enhetene fabrikkert fra fluorholdige polymerer, som MY133-V2000, den lave tilslutning til andre materialer som glass eller PDMS. Den nåværende arbeidet viser fabrikasjon av en MY133-V2000 microfluidic enheten bruker myke litografi. O2 plasma sikrer for å behandle overflaten av både kanalen og PDMS substrat kombinert med en tilpasset fremstille akryl holderen at enheten overholder underlaget, oppretter en lukket kanal. Denne enheten er egnet for cellekultur og QPM å måle massen av celler i kanalen, som har viktige programmer for å måle veksten av levende celler og intracellulær transport av cellen biomasse, begge har klinisk relevans i diagnose medisin og narkotika funn.
Protocol
Representative Results
Discussion
MY133-V2000 kan brukes som et alternativ til tradisjonelle myk litografi fabrikasjon materialer som PDMS. Tidligere arbeid har vist at materialer med en høy indeks av refraction, som PDMS, innføre betydelig gjenstander i nærheten av kanalen veggene på grunn av inkompatible indekser refraksjonen mellom fabrikasjon materialet og vannoppløsning inne kanalen 13. MY133-V2000 gjør matchende brytningsindeks av microfluidic enheten til den vandige løsninger ofte brukt i biomedisinsk applikasjoner. …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av University of Utah office Vice President for forskning og midler i forbindelse med gi P30 CA042014 tildelt Huntsman Cancer Institute og CRR programmet ved Huntsman Cancer Institute.
Materials
| MY133-V2000 | MY Polymers | MY133-V2000 | |
| Sylgard 184 | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | |
| Fisher Premium microscope slides | Fisher Scientific | 12-544-4 | |
| .118"(3.0mm) x 12" x 12" Acrylic Sheet | United States Plastic Corp | 44290 | |
| .060"(1.5mm) x 12" x 12" Acrylic Sheet | United States Plastic Corp | 44200 | |
| SCIGRIP 3 Very Fast Set Acrylic Cement | United States Plastic Corp | 45735 | |
| Standard Aluminum Foil (.6 mm thick) | VWR | 89107-726 | |
| Kim Wipes | Fisher Scientific | 06-666 | |
| Insta-Cure+ Super Glue | Bob Smith Industries | BSI-109 | |
| 1/8" PVC tubing | McMaster Carr | 5231K55 | |
| McCormick Food Coloring | Target | 13353207 | |
| X-Acto #1 Precision Knife | X-Acto | X3201 | |
| X-Acto #18 Heavyweight wood chiseling blade | X-Acto | X218 | |
| VWR Razor Blades | VWR | 55411-055 | |
| Surface Treated Cell Culture Dishes | Fisher Scientific | FBO12922 | |
| Fibronectin Human Plasma | Sigma-Aldritch | F0895-1MG | |
| Trypsin-EDTA 10x | Fisher Scientific | 15-400-054 | |
| Corning Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Fisher Scientific | MT21030CM | |
| Gibco Penicillin-Streptomycin | Fisher Scientific | 15-140-148 | |
| HyClone Nonessential Amino Acids 100x | Fisher Scientific | SH3023801 | |
| Fetal Bovine Serum | Omega Scientific | FB-12 | |
| Corning DMEM with L-glutamine and glucose | Fisher Scientific | MT10013CV | |
| Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane | Sigma-Aldritch | 448931 | Reacts violently with water |
| Ethanol, 200 proof Decon Labs | Fisher Scientific | 04-355-223 | |
| Acetone | Fisher Scientific | A18P-4 | |
| Bel-Art 42025 Plastic Dessicator | Cole-Parmer | EW-06514-30 | |
| Epilog Fusion Laser Cutter, 120 W | Epilog Laser | Epilog Fusion M2 32 Laser | |
| Isotemp Stirring Hotplate | Fisher Scientific | SP88850200 | |
| Ateco 14111 1.5 inch stainless steel cutter | Ateco | 14111 | |
| Pyrex Glass Cell Culture Dish | Fisher Scientific | 08-747B | |
| Radio Frequency Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | Used with Oxygen gas |
| Black Hole Laboratories Digivac | Black Hole Laboratories | Model 215 | |
| Intelli-Ray Ultraviolet Oven | Uvitron | UVO338 | |
| Compact Spin Coater | MTI Corporation | VTC-100A | |
| Fisher Brand Isotemp Oven | Fisher Scientific | 15-103-0510 | Forced Air Convection |
| Gilson Positive Displacement Pipette P1000 | Fisher Scientific | FD10006G | |
| HeraCell VIOS 160i | Fisher Scientific | 13 998 212PM |
Riferimenti
- Zare, R. N., Kim, S. Microfluidic platforms for single-cell analysis. Annual Review Biomedical Engineering. 12, 187-201 (2010).
- Neuzi, P., Giselbrecht, S., Lange, K., Huang, T. J., Manz, A. Revisiting lab-on-a-chip technology for drug discovery. Nature Reviews Drug Discovery. 11 (8), 620-632 (2012).
- Xu, W., et al. Cell stiffness is a biomarker of the metastatic potential of ovarian cancer cells. PLoS ONE. 7 (10), 46609 (2012).
- Karakas, H. E., et al. A microfluidic chip for screening individual cancer cells via eavesdropping on autophagy-inducing crosstalk in the stroma niche. Scientific Reports. 7 (1), 2050 (2017).
- DeBerardinis, R. J., Lum, J. J., Hatzivassiliou, G., Thompson, C. B. The biology of cancer: metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation. Cell Metabolism. 7 (1), 11-20 (2008).
- Yin, H., Marshall, D. Microfluidics for single cell analysis. Current Opinion in Biotechnology. 23 (1), 110-119 (2012).
- Kemper, B., et al. Monitoring of laser micromanipulated optically trapped cells by digital holographic microscopy. Journal of Biophotonics. 3 (7), 425-431 (2010).
- Barer, R. Interference micorscopy and mass determination. Nature. 169 (4296), 366-367 (1952).
- Zangle, T. A., Teitell, M. A. Live-cell mass profiling: an emerging approach in quantitative biophysics. Nature Methods. 11 (12), 1221-1228 (2014).
- Chun, J., et al. Rapidly quantifying drug sensitivity of dispersed and clumped breast cancer cells by mass profiling. Analyst. 137 (23), 5495-5498 (2012).
- Reed, J., et al. Live cell interferometry reveals cellular dynamism during force propagation. Acs Nano. 2 (5), 841-846 (2011).
- Eldridge, W. J., Steelman, Z. A., Loomis, B., Wax, A. Optical Phase Measurements of Disorder Strength Link Microstructure to Cell Stiffness. Biophysical Journal. 112 (4), 692-702 (2017).
- Kim, D. N. H., Kim, K. T., Kim, C., Teitell, M. A., Zangle, T. A. Soft lithography fabrication of index-matched microfluidic devices for reducing artifacts in fluorescence and quantitative phase imaging. Microfluidics and Nanofluidics. 22 (1), 11 (2018).
- Byron, M. L., Variano, E. A. Refractive-index-matched hydrogel materials for measuring flow-structure interactions. Experiments in Fluids. 54 (2), 6 (2013).
- Ogawa, T., Hanada, Y. Microfabrication of the UV transparent polymer CYTOP using a conventional pulsed green laser. Applied Physics a-Materials Science & Processing. 122 (3), 6 (2016).
- Hanada, Y., Ogawa, T., Koike, K., Sugioka, K. Making the invisible visible: a microfluidic chip using a low refractive index polymer. Lab on a Chip. 16 (13), 2481-2486 (2016).
- Zangle, T. A., Burnes, D., Mathis, C., Witte, O. N., Teitell, M. A. Quantifying biomass changes of single CD8+ T cells during antigen specific cytotoxicity. PLoS One. 8 (7), 68916 (2013).
- Huang, D., et al. High Speed Live Cell Interferometry: A New Method for Rapidly Quantifying Tumor Drug Resistance and Heterogeneity. Analytical Chemistry. 90 (5), 3299-3306 (2018).
- Mir, M., Bergamaschi, A., Katzenellenbogen, B. S., Popescu, G. Highly sensitive quantitative imaging for monitoring single cancer cell growth kinetics and drug response. PLoS ONE. 9 (2), 89000 (2014).
