Изготовление приборов рефракционной соответствует индекс для биомедицинских микрофлюидика
Summary
Этот протокол описывает изготовление microfluidic приборы от MY133-V2000 для устранения артефактов, которые часто возникают в микроканалов из-за преломления между микроканальные структуры и водный раствор. Этот протокол использует Акриловый держатель для сжатия инкапсулированные устройство, улучшение адгезии, химически и механически.
Abstract
Использование устройств microfluidic стала определяющим инструментом для биомедицинских приложений. В сочетании с методами современной микроскопии, эти устройства могут осуществляться как часть надежной платформы способны сделать одновременных дополнительных измерений. Основная задача, созданная комбинации этих двух методов является несоответствие в преломления между материалов, традиционно используемых сделать microfluidic приборы и водные растворы, обычно используется в биомедицине. Это несоответствие может создавать оптических артефакты по краям канала или устройства. Одно из решений заключается в том, чтобы сократить показатель преломления материала, используемого для изготовления устройства с помощью фторсодержащих полимерных таких MY133-V2000 индексом преломления похож на воды (n = 1,33). Здесь, свидетельствует строительство microfluidic устройства, сделанные из MY133-V2000 методами мягкой литографии, используя O2 плазмы в сочетании с Акриловый держатель для повышения адгезии между устройством MY133-V2000 сфабрикованы и Полидиметилсилоксан (PDMS) субстрат. Устройство затем проверяется инкубации он наполнен СМИ культуры клеток для 24 h продемонстрировать способность устройства для поддержания условий культуры клеток в течение типичного изображений эксперимента. Наконец количественную фазу микроскопии (QPM) используется для измерения распределения массы внутри живой адэрентных клеток в микроканальные. Таким образом, повышение точности, активизируемые изготовления устройства с низким показателем преломления полимера как MY133-V2000 вместо традиционной литографии мягкие материалы, такие как PDMS, продемонстрировал. В целом этот подход для изготовления microfluidic приборы могут быть легко интегрированы в существующие мягкой литографии рабочие процессы для того, чтобы уменьшить оптических артефакты и повысить точность измерения.
Introduction
Развитие технологии microfluidic позволило широкий спектр новых биомедицинских методов, которые используют уникальный физики микроскопическом масштабе потоков1,2. Это включает в себя методы диагностики, построенный на microfluidic платформ, которые количественно оценить клинически значимые биомаркеров, включая ячейки жесткость3, поверхностных маркеров4и рост5. Манипулируя единичных клеток, microfluidic приборы также может использоваться для измерения биомаркер неоднородность, например как индикатор злокачественности6. Возможность комбинировать microfluidic приложений с помощью микроскопии увеличить полезность этих платформ, позволяя для устройств, которые измеряют Биомаркеры одновременно7.
QPM является методом микроскопии что меры фазовый сдвиг, как свет проходит через и взаимодействует с вопросом внутри прозрачной образцов. Масса отдельных ячеек можно рассчитать QPM измерений, используя известные отношения между преломления и плотность биомассы,8,,9. Предыдущая работа показала, что QPM способна измерения клинически значимых параметров, таких как клетки роста10,11 и клеток механических свойств через расстройство прочность12. При сочетании с микрофлюидика, QPM потенциально может использоваться для измерения поведение ячейки в очень контролируемой среды в пробирке. Одна из основных задач, стоящих перед сочетаются микрофлюидика QPM является высокий показатель преломления большинства полимеров, используется для создания каналов microfluidic через мягкие литографии13.
Важной задачей, стоящей перед сочетанием микрофлюидика с различными технологиями микроскопии является несоответствие между преломления материала устройства по отношению к преломления воды14,15. Один из способов решения этой проблемы является использование низкий показатель преломления полимера CYTOP16 или MY133-V200013. Последний является фторированные ультрафиолетового (УФ)-полимер уретанакрилата излечима, имеющий преломления похож на воде (n = 1,33) и это совместимо с мягкой литографии методы, позволяя гладкой интеграции многих установленных microfluidic для рабочие процессы изготовления устройства. Это делает MY133-V2000 подходит не только для изготовления microfluidic устройства, но и позволяет его легко сочетаться с QPM и другие подходы, микроскопия, чтобы измерить поведение клеток как в колонии, так и в масштабах одной ячейки. MY133-V2000 устраняет артефакты из-за этап, разверток, производя мало, если таковые имеются, фазовый сдвиг, как свет проходит через интерфейс воды MY133.
Хотя устранение несоответствия в преломления, одна из основных задач, связанные с устройствами, изготовленный из фторопластов, например MY133-V2000, является низкой приверженности других материалов, таких как стекло или PDMS. Настоящая работа демонстрирует изготовление MY133-V2000 microfluidic устройства с помощью мягкой литографии. Использование O2 плазмы для лечения поверхности канала и PDMS субстрата, в сочетании с пользовательские сфабрикованы Акриловый держатель гарантирует, что устройство придерживается к подложке, создание закрытых канала. Это устройство идеально подходит для культуры клеток и QPM для измерения массы клеток в канале, который имеет важные приложения для измерения роста живых клеток и внутриклеточного транспорта биомассы клеток, оба из которых имеют клиническое значение в диагностике Обнаружение медицины и наркотиков.
Protocol
Representative Results
Discussion
MY133-V2000 может использоваться как альтернатива традиционной мягкой литографии изготовление материалов, таких как PDMS. Предыдущая работа показала, что материалы с высоким показателем преломления, например PDMS, ввести значительные артефакты возле стены канала связи не соответствующих пок?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана в университете штата Юта, канцелярии вице-президента для проведения исследований, а также средств в сочетании с Грант Р30 CA042014 института рака охотник и программе Оро в институте рака егерь присуждена.
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
- 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).
