Microfabricage van Chip-en kleinbedrijf Stellingen voor drie-dimensionale celkweek
Summary
We presenteren twee processen voor de microfabricage van poreuze polymeer chips voor drie-dimensionale celkweek. De eerste is hot embossing gecombineerd met een damp van oplosmiddelen lasproces. De tweede maakt gebruik van een recent ontwikkelde microthermoforming proces in combinatie met ion-Track technologie leidt tot een aanzienlijke vereenvoudiging van de productie.
Abstract
Het gebruik van microfabricage technologie is een voorwaarde om steigers van reproduceerbare geometrie en constante kwaliteit voor de drie-dimensionale celkweek te creëren. Deze technologieën bieden een breed spectrum van voordelen, niet alleen voor de productie, maar ook voor verschillende toepassingen. De grootte en de vorm van clusters gevormd cel kan worden beïnvloed door de exacte en reproduceerbare architectuur van de microfabricated steiger en dus de verspreiding weglengte van voedingsstoffen en gassen kunnen worden controlled.1 Dit is zonder twijfel een nuttig instrument om apoptose en necrose van voorkomen cellen als gevolg van een onvoldoende voedingsstoffen en gasvoorziening of verwijdering van cellulaire metabolieten.
Onze polymeer chip, genaamd CellChip, heeft de afmetingen van 2 x 2 cm met een centrale microstructured gebied. Dit gebied is onderverdeeld in een serie van maximaal 1156 microcontainers met een typische afmeting van 300 m kantlengte voor de kubieke ontwerp (cp-of CF-chip) of van 300 m diameter en diepte voor de ronde ontwerp (r-chip). 2
Tot nu toe was warm pregen of micro spuitgieten (in combinatie met de daaropvolgende moeizame bewerking van de onderdelen) gebruikt voor de fabricage van de microstructured chips. In principe, micro-spuitgieten is een van de weinige polymeer gebaseerde replicatie technieken die, tot nu toe in staat is voor massaproductie van polymeer microstructures.3 Echter, beide technieken hebben bepaalde ongewenste beperkingen als gevolg van de verwerking van een viskeuze polymeersmelt met de generatie van zeer dunne muren of geïntegreerd door middel van gaten. In het geval van de CellChip, dunne onderste lagen zijn nodig om het polymeer perforeren en kleine poriën van de gedefinieerde grootte te bieden naar de cellen te voorzien van kweekmedium, bijvoorbeeld door microfluïdische perfusie van de containers.
Om deze beperkingen te overwinnen en de productiekosten hebben we een nieuwe microtechnische aanpak ontwikkeld op basis van een down-schaal thermovormen proces te verminderen. Voor de productie van zeer poreus en dunwandige polymeer chips, gebruiken we een combinatie van zware ionenbestraling, microthermoforming en track etsen. In deze zogenaamde "SMART"-proces (Substrate Wijziging en replicatie door thermovormen) dunne polymere films zijn bestraald met energetische zware projectielen van enkele honderden MeV introductie van de zogenaamde "latente tracks" Vervolgens wordt de film in een rubber elastiek staat gevormd in drie dimensionale delen zonder te wijzigen of te gloeien van de tracks. Na de vorming proces, selectief chemisch etsen zet tenslotte de tracks in de cilindrische poriën van verstelbare diameter.
Protocol
Discussion
Hoewel de methoden voor de polymeer microreplicatie, zoals micro-spuitgieten of warme embossing, zijn geschikt voor het produceren van microstructuren, ze zijn niet echt effectief in het produceren van microstructuren met een geïntegreerde en een sterk gecontroleerde porositeit, zoals nodig is voor de CellChip. Grof structuren bijvoorbeeld kostbare bewerking van de wand dikte te verminderen voor een volgend laser perforatie of muren moeten volledig worden vervangen door track-geëtst membranen. SMART is een nieuwe en veelbelovende technolo…
Acknowledgements
De auteurs willen Dirk Herrmann, Oliver Wendt, Siegfried Horn, Hartmut Gutzeit, en Joerg Bohn bedanken voor hun substantiële hulp met betrekking tot de oplosmiddeldamp lassen. Verder willen we Michael Hartmann, Alex Gerwald, en Daniel Leisen erkennen voor hun technische bijstand.
Riferimenti
- Knedlitschek, G., Schneider, F., Gottwald, E., Schaller, T., Eschbach, E., Weibezahn, K. F. A tissue-like culture system using microstructures: influence of extracellular matrix material on cell adhesion and aggregation. J Biomech Eng. 121, 35-39 (1999).
- Gottwald, E., Giselbrecht, S., Augspurger, C., Lahni, B., Dambrowsky, N., Truckenmüller, R., Piotter, V., Gietzelt, T., Wendt, O., Pfleging, W., Welle, A., Rolletschek, A., Wobus, A. M., Weibezahn, K. F. A chip-based platform for the in vitro generation of tissues in three-dimensional organization. Lab Chip. 7, 777-785 (2007).
- Heckele, M., Schomburg, W. K. Review on micro molding of thermoplastic polymers. Journal of Micromechanics And Microengineering. 14, (2004).
- Giselbrecht, S., Gietzelt, T., Guber, A. E., Gottwald, E., Trautmann, C., Truckenmüller, R., Weibezahn, K. -. F. Microthermoforming as a novel technique for manufacturing scaffolds in tissue engineering (CellChips. IEE Proc.-Nanobiotechnol. 151, 151-157 (2004).
- Giselbrecht, S., Gietzelt, T., Gottwald, E., Trautmann, C., Truckenmüller, R., Weibezahn, K. -. F., Welle, A. 3D tissue culture substrates produced by microthermoforming of pre-processed polymer films. Biomed Microdevices. 8, 191-199 .
- Truckenmüller, R., Rummler, Z., Schaller, T., Schomburg, W. K. Low-cost thermoforming of micro fluidic analysis chips. Journal of Micromechanics and Microengineering. 12, 375-379 (2002).
- Truckenmüller, R., Giselbrecht, S. Microthermoforming of flexible, not buried hollow microstructures for chip-based life sciences applications. IEE Proc.-Nanobiotechnol. 151, 163-166 (2004).
- Fleischer, R. L., Price, P. B., Walker, R. M. Nuclear tracks in solids. , .
