Herstellung von refraktiven Index passende Geräte für biomedizinische Mikrofluidik
Summary
Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von mikrofluidischen Geräten aus MY133-V2000, Artefakte zu beseitigen, die oft in Mikrokanälen durch unpassende Brechungsindizes zwischen Microchannel Strukturen und einer wässrigen Lösung entstehen. Dieses Protokoll verwendet einen Acryl-Halter, um die gekapselte Gerät, Verbesserung der Adhäsion chemisch und mechanisch zu komprimieren.
Abstract
Die Verwendung von mikrofluidischen Geräten entstanden als bestimmende Werkzeug für biomedizinische Anwendungen. In Kombination mit modernen mikroskopiertechniken können diese Geräte als Teil einer robusten Plattform in der Lage, simultane ergänzende Messungen implementiert werden. Die primäre Herausforderung durch die Kombination dieser beiden Techniken ist das Missverhältnis im Brechungsindex zwischen traditionell zu mikrofluidischen Geräten verwendeten Materialien und die wässrigen Lösungen in der Regel in der Biomedizin verwendet. Diese Diskrepanz kann optische Artefakte am Kanal oder Gerät Rand erstellen. Eine Lösung ist zur Verringerung der Brechungsindex des Materials verwendet, um das Gerät mit einem fluorierten Polymer wie MY133-V2000 dessen Brechungsindex ähnlich dem des Wassers ist zu fabrizieren (n = 1,33). Hier, der Bau eines mikrofluidischen Geräts gemacht aus MY133-V2000 mit weichen Lithographie Techniken demonstriert, mit O2 Plasma in Verbindung mit einer Acryl Halterung zur Erhöhung der Haftung zwischen dem Gerät und MY133-V2000 hergestellt und die Polydimethylsiloxan (PDMS) Substrat. Das Gerät wird dann von Bebrüten es gefüllt mit Zellkulturmedien für 24 h zu zeigen, die Fähigkeit des Geräts weiterhin Zelle Kulturbedingungen im Laufe eines typischen imaging Experiment getestet. Schließlich dient der quantitativen Phase Mikroskopie (QPM) zur Messung der Verteilung der Masse in den live adhärenten Zellen in der Microchannel. Auf diese Weise wird die erhöhte Präzision, aktiviert durch die Herstellung des Geräts aus einem niedrigen Brechungsindex Polymer wie MY133-V2000 anstelle der traditionellen weiche Lithographie Materialien wie PDMS, demonstriert. Insgesamt dieser Ansatz für die Herstellung von mikrofluidischen Geräten leicht integrierbar in bestehende weiche Lithographie Workflows um optische Artefakte zu reduzieren und Messgenauigkeit zu erhöhen.
Introduction
Die Entwicklung von mikrofluidischen Technologie ermöglichte eine Vielzahl neuer biomedizinischer Techniken, die die einzigartige Physik der mikroskopischen Skala fließt1,2nutzen. Dazu gehören die diagnostischen Techniken gebaut auf mikrofluidischen Plattformen, die klinisch relevante Biomarkern, einschließlich Zelle Steifigkeit3, oberflächenmarker-4und Wachstum5zu quantifizieren. Durch die Manipulation einzelner Zellen, mikrofluidischen Geräten auch einsetzbar, Biomarker Heterogenität, zum Beispiel als Indikator für Malignität6zu messen. Die Fähigkeit, mikrofluidische Anwendungen mit Mikroskopie zu verbinden das Dienstprogramm dieser Plattformen für Geräte, die simultane Messung von mehreren Biomarker ermöglicht weiter gestiegen7.
QPM ist eine Mikroskopie-Technik, die die Phasenverschiebung misst wie Licht durchläuft und mit der Materie im Inneren transparenten Proben interagiert. Die Masse der einzelnen Zellen kann von QPM Messungen berechnet werden, mithilfe der bekannten Beziehung zwischen Brechungsindex und der Biomasse Dichte8,9. Bisherigen Arbeit hat gezeigt, dass QPM in der Lage ist, klinisch relevante Parameter wie z. B. Zelle Wachstum10,11 und Zelle mechanische Eigenschaften über Unordnung Stärke12messen. In Kombination mit Mikrofluidik QPM potenziell lässt sich Zelle Verhalten in einem sehr kontrollierten Umgebung in Vitrozu messen. Eines der primären Herausforderungen QPM mit Mikrofluidik zu verbinden ist hohen Brechungsindex von den meisten Polymeren verwendet, mikrofluidische Kanäle über weiche Lithographie13zu konstruieren.
Eine wichtige Herausforderung für die Kombination von Mikrofluidik mit verschiedenen mikroskopiertechniken ist das Missverhältnis zwischen der Brechungsindex des Materials im Verhältnis zu der Brechungsindex von Wasser14,15Gerät. Eine Methode, um dies zu beheben ist die Verwendung von einem niedrigen Brechungsindex Polymer wie CYTOP16 oder MY133-V200013. Letzteres ist eine fluorierte ultravioletten (UV)-heilbar Acrylat Polymer, das hat einen Brechungsindex ähnlich wie Wasser (n = 1,33) und mit weichen Lithographie Techniken, so dass für eine reibungslose Integration in vielen etablierten mikrofluidischen kompatibel ist Gerät-Fertigung-Workflows. Dies macht MY133-V2000 nicht nur geeignet für mikrofluidischen Gerät Fertigung, sondern auch ermöglicht es leicht kombinierbar mit QPM und andere Ansätze Mikroskopie Zelle Verhalten in der Kolonie und auf einer einzelligen Skala zu messen. MY133-V2000 beseitigt Artefakte durch Phase Auspacken durch wenig, wenn überhaupt, Phasenverschiebung als Licht durchläuft die Wasser-MY133-Schnittstelle herzustellen.
Obwohl das Missverhältnis im Brechungsindex zu eliminieren, ist eine große Herausforderung, die verbunden sind mit den Geräten hergestellt aus fluorierten Polymeren, z. B. MY133-V2000, die geringe Einhaltung von anderen Materialien wie Glas oder PDMS. Die vorliegende Arbeit zeigt die Herstellung einer MY133-V2000 mikrofluidischen Vorrichtung mit weichen Lithographie. Mit O2 Plasma zur Behandlung von der Oberfläche des Kanals und der PDMS Substrat kombiniert mit einem Custom-fabrizierten Acryl Halter sorgt dafür, dass das Gerät hält sich an das Substrat, Schaffung eines verschlossenen Kanals. Dieses Gerät eignet sich für Zellkultur und QPM, die Masse von Zellen in den Kanal zu messen, die wichtige Anwendungen zur Messung des Wachstums von lebenden Zellen und den intrazellulären Transport von Zelle Biomasse hat klinischen Relevanz, die beide in der Diagnostik haben Medizin und Drug Discovery.
Protocol
Representative Results
Discussion
MY133-V2000 kann als Alternative zu traditionellen weiche Lithographie Herstellung Materialien wie PDMS verwendet werden. Bisherigen Arbeit hat gezeigt, dass Materialien mit einem hohen Brechungsindex, wie PDMS, bedeutende Artefakte in der Nähe der Kanalwände aufgrund der unpassende Indizes der Brechung zwischen der Herstellung Material und die wässrige Lösung in den Kanal einführen 13. MY133-V2000 ermöglicht die Anpassung der Brechungsindex des mikrofluidischen zu den wässrigen Lösungen h…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der University of Utah, das Amt des Vizepräsidenten für Forschung, sowie durch Mittel in Verbindung mit erteilen P30 CA042014 verliehen, dem Huntsman Cancer Institute und der CRR-Programm am Huntsman Cancer Institute unterstützt.
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).
