Fabrication de dispositifs de réfraction-index-assortie de microfluidique biomédicale
Summary
Ce protocole décrit la fabrication des dispositifs microfluidiques de MY133-V2000 pour éliminer les artefacts qui se posent souvent en microcanaux en raison des indices de réfraction incompatible entre les structures de microcanaux et une solution aqueuse. Ce protocole utilise un support acrylique pour compresser l’appareil encapsulé, améliorant l’adhérence chimiquement et mécaniquement.
Abstract
L’utilisation de dispositifs microfluidiques a émergé comme un outil déterminant pour des applications biomédicales. Lorsqu’il est combiné avec des techniques de microscopie moderne, ces dispositifs peuvent être implémentées dans le cadre d’une plate-forme robuste capable de prendre des mesures complémentaires simultanées. Le défi principal créé par la combinaison de ces deux techniques est la disparité dans l’indice de réfraction entre les matériaux utilisés traditionnellement pour fabriquer des dispositifs microfluidiques et les solutions aqueuses généralement utilisées en biomédecine. Ce décalage peut créer des artéfacts optiques près des bords de canal ou le périphérique. Une solution consiste à réduire l’indice de réfraction du matériau utilisé pour fabriquer le dispositif à l’aide d’un polymère fluoré tels que MY133-V2000, dont l’indice de réfraction est similaire à celle de l’eau (n = 1,33). Ici, la construction d’un dispositif microfluidique fabriqué à partir de MY133-V2000 en utilisant des techniques de lithographie douce est démontrée, à l’aide de plasma2 O en conjonction avec un support acrylique pour augmenter l’adhérence entre le dispositif de MY133-V2000 fabriqué et la substrat de polydiméthylsiloxane (PDMS). L’appareil est ensuite testé en incubant il rempli de milieux de culture cellulaire pendant 24 heures afin de démontrer la capacité de l’appareil pour maintenir des conditions de culture cellulaire au cours d’une expérience d’imagerie typique. Enfin, la microscopie quantitative phase (QPM) est utilisée pour mesurer la distribution de masse dans les cellules vivantes adhérentes dans le microcanaux. De cette façon, la précision accrue, activée par la fabrication du dispositif d’un polymère de faible indice de réfraction tels que MY133-V2000 en remplacement de matériaux traditionnels Lithographie douce comme le PDMS, est démontrée. Dans l’ensemble, cette approche de fabrication des dispositifs microfluidiques peut être facilement intégrée dans les workflows existants de lithographie douce afin de réduire les artefacts optiques et augmenter la précision de mesure.
Introduction
Le développement d’une technologie microfluidique a permis un large éventail de nouvelles techniques biomédicales qui s’appuient sur la physique unique de flux à l’échelle microscopique1,2. Cela inclut les techniques diagnostiques construites sur des plateformes microfluidiques qui quantifient les biomarqueurs cliniquement pertinents, y compris la cellule rigidité3marqueurs de surface4et5de la croissance. En manipulant les cellules individuelles, Dispositifs microfluidiques permet également de mesurer l’hétérogénéité biomarqueur, par exemple comme un indicateur de malignité6. La possibilité de combiner des applications microfluidic microscopie a augmenté davantage l’utilité de ces plateformes en permettant à des appareils qui mesurent différents biomarqueurs simultanément7.
QPM est une technique de microscopie qui mesure le décalage de phase comme lumière traverse et interagit avec la matière à l’intérieur des échantillons transparents. La masse de cellules individuelles peut être calculée à partir des mesures QPM, en utilisant la relation connue entre l’indice de réfraction et la densité de biomasse8,9. Travaux antérieurs ont montré que QPM est capable de mesurer des paramètres cliniquement pertinents tels que la cellule croissance10,11 et cellule propriétés mécaniques par trouble force12. Lorsqu’il est combiné avec la microfluidique, QPM est potentiellement utilisable pour mesurer le comportement de cellules dans un milieu hautement contrôlé en vitro. L’un des principaux défis alliant QPM microfluidique est l’indice de réfraction élevé de la plupart des polymères utilisés pour construire la microfluidique canaux via Lithographie douce13.
Un défi important pour la combinaison de microfluidique avec diverses techniques de microscopie est le décalage entre l’indice de réfraction du matériau périphérique par rapport à l’indice de réfraction de l’eau14,15. Une méthode pour remédier à cette passe par l’utilisation d’un polymère de faible indice de réfraction tels que CYTOP16 ou MY133-V200013. Ce dernier est un fluorés ultraviolet (UV)-polymère acrylate DURCISSABLE qui a un indice de réfraction similaire à l’eau (n = 1,33) et qui est compatible avec des techniques de lithographie douce, permettant une intégration en douceur en microfluidique établie beaucoup processus de fabrication de dispositif. Ceci rend MY133-V2000 non seulement destinée à la fabrication de dispositifs microfluidiques, mais aussi lui permet d’être facilement combinés avec QPM et autres méthodes de microscopie, pour mesurer le comportement de cellules aussi bien dans la colonie et sur une échelle de cellule unique. MY133-V2000 élimine les artefacts en raison de la phase de déballage en produisant peu ou pas, décalage de phase comme lumière traverse l’interface eau-MY133.
Bien qu’éliminer les différences d’indice de réfraction, un des principaux défis associés avec les dispositifs fabriqués à partir de polymères fluorés, tels que MY133-V2000, sont la faible adhésion à d’autres matériaux comme le verre ou PDMS. Le présent travail montre la fabrication d’un dispositif de microfluidique de MY133-V2000 utilisant Lithographie douce. À l’aide de plasma2 O pour traiter la surface de la chaîne et le PDMS substrat combiné avec un support acrylique fabriqués sur mesure garantit que l’appareil respecte au substrat, créant un canal scellé. Cet appareil est adapté pour la culture cellulaire et QPM pour mesurer la masse des cellules dans le canal, qui a des applications importantes pour mesurer la croissance de cellules vivantes et le transport intracellulaire de biomasse cellulaire, qui ont tous deux la pertinence clinique de diagnostic médecine et découverte de médicaments.
Protocol
Representative Results
Discussion
MY133-V2000 peut être utilisé comme une alternative aux matériaux de fabrication de la lithographie douce traditionnelle comme le PDMS. Travaux antérieurs ont démontré que les matériaux ayant un indice de réfraction élevé, comme le PDMS, introduisent artefacts importants près des murs du canal en raison de l’indices de réfraction incompatible entre le matériau de fabrication et de la solution aqueuse à l’intérieur du canal 13. MY133-V2000 permet correspondant à l’indice de r?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par l’Université de l’Utah, Bureau du vice-président pour la recherche, ainsi que par des fonds en collaboration avec grant P30 CA042014, attribué à l’Institut de Cancer de Huntsman et au programme à l’Institut de Cancer de Huntsman CRR.
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 |
References
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