Die Mikrofluidik-Probe: Betrieb und Nutzung für lokalisierte Oberflächenbearbeitung
4. Juni 2009
In diesem Video stellen wir Ihnen die mikrofluidischen Sonde 1 (MFP). Wir erklären im Detail, wie Sie die MFP montieren, montieren Sie ihn oben auf einem inversen Mikroskop, und richten Sie sie in Bezug auf die Substratoberfläche und schließlich zeigen, wie man es verwenden, um eine Substratoberfläche in einer Pufferlösung eingetaucht Prozess.
Dieses Verfahren zeigt, wie die mikrofluidische Sonde oder MFP montiert und verwendet wird. Die mikrofluidischen Komponenten des MFP bestehen aus gasdichten Spritzen, Glas-Kapillarrohren, Micro-Tight-Connectoren von Upchurch und dem MFP-Kopf. In diesem Video werden die entscheidenden Schritte der Montage und Ausrichtung vorgestellt.
Nach der Montage kann das MFP mit einer Vielzahl von Substraten und Reagenzien für die Oberflächenmusterung und -bearbeitung verwendet werden. Hallo, ich bin Cecil Perot. Ich bin Postdoktorand im Labor von David Yaker in der Abteilung für Biomedizinische Technik an der McGill-Universität in Montreal, Kanada.
Hallo, ich bin Mohammad Kasime. Ich bin Doktorand in Davids Y's Labor der Abteilung für biomedizinisches Ingenieurwesen an der McGill University. Hallo, ich bin David Yoker.
Ich bin Assistenzprofessor an der Abteilung für Biomedizinische Technik und möchte Sie heute herzlich zu unserer Demonstration der mikrofluidischen Sonde begrüßen. Heute zeigen wir Ihnen eine Prozedur zur Bedienung und Anwendung der mikrofluidischen Sonde. Diese Prozedur wenden wir in unserem Labor für die Oberflächenbehandlung und -strukturierung an.
Beginnen wir mit dem Protokoll. Plastikspritzen und -nadeln dienen dazu, gasdichte Glasspritzen mit Reagenzien zu füllen, wobei sichergestellt werden muss, dass keine Luftblasen vorhanden sind. Üblicherweise verwenden wir eine Spritze mit einem Volumen von ein bis 10 Mikroliter zum Injizieren und eine Spritze mit einem fünf- bis zehnmal größeren Volumen zum Aspirieren.
Danach werden die Spritzen unter Verwendung von Nano-Tight-Verbindungsstücken mit geringem Totvolumen an Kapillarrohre angeschlossen. Die Kapillaren werden anschließend unter dem Mikroskop gefüllt und auf Blasen überprüft. Der MFP-Chip wird vorab mit Pufferlösung gefüllt, um die Einschließung von Blasen beim Anschließen der Kapillaren zu verhindern.
Schließlich werden die Kapillaren in das PDMS-Verbindungselement im mikrofabrizierten Propellerkopf eingesteckt. Nachdem das MFP nun zusammengebaut ist, können wir mit der Einrichtung beginnen. Das Substrat wird in einen selbstgebauten Halter eingesetzt.
Am Mikroskoptisch ist ein MFP befestigt. Der Abstand zwischen dem MFP und dem Substrat ist entscheidend für die Oberflächenstrukturierungsprozesse. Mithilfe einer aus Mikrometerschrauben gebildeten Dreipunktauflage wird die horizontale Ausrichtung mit mikrometrischer Präzision justiert.
Dies ist notwendig, da das Substrat bearbeitet wird, indem es unterhalb der MFP gescannt wird. Um die Einrichtung der MFP zu beginnen, wird der Sondenkopf in der Sondenhaltung befestigt und auf der Sondenstation oben auf einem inversen Mikroskop montiert. Anschließend werden die Spritzen in hochpräzise Spritzenpumpen eingesetzt.
Danach wird mithilfe eines Paares Goniometer die Ausrichtung der Meza des MFP relativ zum Substrat durch Beobachtung der Newtonschen Ringe, auch Interferenzringe genannt, justiert. Diese erscheinen, wenn der MFP mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird; der Berührungspunkt und die Frequenz der Ringe dienen als Hinweis auf die Neigung. Wenn der MFP parallel zur Oberfläche ausgerichtet ist, erstreckt sich ein einzelner Interferenzring über die gesamte Oberfläche.
Diese Maßnahme dient auch dazu, den Abstand zwischen der MFP und dem Substrat zu kalibrieren. Nachdem die MFP eingerichtet ist, können wir nun mit dem Betrieb der MFP fortfahren. Während des Betriebs wird die Dosierung über die Lab-View-Software gesteuert.
Der Gerätebetrieb wird visuell und mit einer CCD-Kamera überwacht. Vor dem eigentlichen Aspirationsvorgang etwas Flüssigkeit einspritzen, um sicherzustellen, dass die Aspirationspritze korrekt ausgerichtet ist und keine Blasen vorhanden sind. Anschließend wird die MFP in den Puffer eingetaucht.
Jetzt können wir die Injektion der Flüssigkeit beginnen, während wir die eingeschlossene Strömung der Kügelchen überwachen. Das Injektions-Aspirations-Verhältnis variiert zwischen eins zu drei und eins zu 10, abhängig von der Diffusivität des Reagenz mit einem umgebenden Puffer und dem gewünschten geometrischen Strömungsmuster. Schließlich kann die Sonde nun für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden.
Die hier gezeigten Oberflächenmuster wurden mittels der MFP mit fluoresceinmarkiertem Biotin auf Streptavidin, ENC-beschichteten Hydrogel-Glasobjektträgern erzielt. Die Injektionsflussrate betrug ein Nanoliter pro Sekunde und die Aspirationsflussrate 10 Nanoliter pro Sekunde, unter Verwendung von jeweils 10-Mikroliter- und 50-Mikroliter-Spritzen. Der Abstand zwischen Oberfläche und Sonde betrug fünf Mikrometer.
Der MFP kann auch zur lokalen Färbung und Bearbeitung von Zellen und Geweben verwendet werden. Die Flusskonfination verhindert die Diffusion des Reagenz und ermöglicht eine präzise chemische Färbung der Zellen. Wie hier gezeigt, wurde eine Zellschicht aus Fibroblasten mit 100 Mikrogramm pro Milliliter Dai gefärbt.
Wir haben Ihnen nun gezeigt, wie man die mikrofluidische Sonde bedient. Bei diesem Verfahren müssen Sie darauf achten, Luftblasen im System zu vermeiden, und sicherstellen, dass die Oberfläche der mikrofluidischen Sonde parallel zum Substrat liegt. Das war's.
Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.
Sehen Sie sich das vollständige Transkript an und erhalten Sie Zugang zu Tausenden wissenschaftlicher Videos
Übersicht
Dieses Video zeigt den Aufbau und die Verwendung der mikrofluidischen Sonde (MFP). Es behandelt die entscheidenden Schritte zur Ausrichtung der MFP an einem inversen Mikroskop und zur Bearbeitung von Substratoberflächen, die in einer Pufferlösung eingetaucht sind.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Mikrofluidik
- Bioingenieurwesen
- Oberflächenbearbeitung
Hintergrund
- Der MFP besteht aus gasdichten Spritzen, Glas-Kapillarrohren und mikrodichten Verbindungsstücken.
- Er ist für verschiedene Substrate und Reagenzien konzipiert.
- Eine sachgemäße Montage und Ausrichtung sind entscheidend für eine effektive Nutzung.
- Der MFP kann die Oberflächenmusterung und -bearbeitung erleichtern.
Zweck der Studie
- Eine detaillierte Anleitung zur Montage des MFP bereitzustellen.
- Die Ausrichtung des MFP an einem Mikroskop zu demonstrieren.
- Die Anwendung des MFP in der Substratverarbeitung zu veranschaulichen.
Verwendete Methoden
- Montage der MFP-Bauteile.
- Befestigung des MFP an einem inversen Mikroskop.
- Ausrichtung des MFP relativ zur Substratoberfläche.
- Behandlung von Substratoberflächen in einer Pufferlösung.
Hauptergebnisse
- Das MFP kann effektiv zusammengebaut und ausgerichtet werden.
- Es ermöglicht die vielseitige Bearbeitung verschiedener Substrate.
- Erfolgreiche Oberflächenstrukturierungstechniken wurden demonstriert.
- Die Bedeutung einer präzisen Ausrichtung für optimale Ergebnisse wurde hervorgehoben.
Schlussfolgerungen
- Das MFP ist ein wertvolles Werkzeug für Forscher auf dem Gebiet der biomedizinischen Technik.
- Eine korrekte Montage und Ausrichtung sind entscheidend für die Funktionsfähigkeit.
- Dieses Video dient als umfassende Anleitung zur Verwendung des MFP.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die mikrofluidische Sonde ermöglicht eine präzise, lokal begrenzte Reagenzlieferung für die Oberflächenbehandlung, ohne dass geschlossene mikrofluidische Kanäle erforderlich sind, und unterstützt so die skalierbare und reproduzierbare Assay-Entwicklung. Diese Fähigkeit verbessert die Target-Validierung und das phänotypische Screening, indem sie kontrollierte Mikroumgebungen für zelluläre und molekulare Wechselwirkungen bereitstellt. Sie bietet eine wiederverwendbare Plattform für die Oberflächenmusterung mit hoher Auflösung, verringert den Reagenzverbrauch und verbessert die experimentelle Durchsatzleistung in frühen Entdeckungsworkflows.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch lokalisierte Applikation von Reagenzien auf Substrate.
- Operativer Wert: Unterstützt die biologische Risikominimierung, indem Mikrojets auf bestimmte Oberflächenbereiche begrenzt werden, um eine präzise molekulare Musterung zu erreichen.
- Prädiktiver Wert: Erleichtert die funktionelle Validierung von Zielstrukturen, indem eine kontrollierte Abgabe von Liganden oder Inhibitoren auf definierte Bereiche ermöglicht wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme für die nachgeschaltete Analyse durch lokalisierte Oberflächenmodifikation vor.
- Operativer Wert: Verbessert die Standardisierung und Reproduzierbarkeit von Assays durch präzise Strömungskonfinierung und Abtastfähigkeit.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Bereitschaft zur Analyse über große Substratflächen hinweg durch Abtasten der Sonde und unterstützt die Wiederverwendung der Plattform.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Unterstützt krankheitsrelevante Systeme, indem lokalisierte Färbung und Verarbeitung von Zellen und Geweben ermöglicht werden.
- Mechanistische Ent风险minimierung: Ermöglicht eine präzise chemische Färbung von Zellen, wie Fibroblasten-Monolagen, zur Beurteilung der Targetbindung.
- Vorhersagegenauigkeit: Bietet quantitative Kontrolle über die Reagenzzufuhr und verbessert dadurch die Zuverlässigkeit präklinischer Messwerte.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die mikrofluidische Sonde integriert sich in den Entdeckungsprozess von der frühen Target-Validierung über die Assay-Entwicklung bis hin zum präklinischen Screening und unterstützt iterative Design- und Testzyklen.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt Hypothesentests und die Aufklärung von Wegen durch lokalisierte Reagenzienzufuhr auf Substraten.
- Screening: Ermöglicht die Bereitschaft für Assays durch reproduzierbare Mikrojet-Konfinierung und Abtastung über Oberflächen hinweg.
- Analytik: Liefert quantitative Ergebnisse wie Durchflussratenkontrolle und räumliche Musterbildung zur Analyse vergleichender Bedingungen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Weiterentwicklung durch lokalisierte Zell- und Gewebeprozessierung unter gepufferten Bedingungen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als wiederverwendbares System für mehrere Substrate und Reagenzien und verringert so den Bedarf an Einweg-Mikrofluidik-Chips.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit, Zielvalidierung, Verringerung mechanistischer Mehrdeutigkeiten bei oberflächenbasierten Assays.
- Operationaler Wert: Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit lokalisierten Oberflächenprozessierens.
- Strategischer Wert: Bessere Go/No-Go-Entscheidungen, Kapital-Effizienz und verringertes biologisches Risiko in späteren Phasen durch frühzeitige Risikominimierung.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierungs- und Weiterentwicklungsentscheidungen basierend auf präziser räumlicher molekularer Abgabe.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Montage mikrofluidischer Systeme, der Ausrichtung von Mikroskopen und der Bedienung von Spritzenpumpen.
- Benötigt gasdichte Spritzen, Glas-Kapillaren, mikrodichte Verbinder und ein umgekehrtes Mikroskop mit CCD-Visualisierung.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über Teamgrenzen hinweg bei der Probenausrichtung, der Kontrolle der Durchflussrate und der blasenfreien Flüssigkeitsführung voraus.
- Beinhaltet Anpassungen je nach Substrattyp, einschließlich Hydrogel-Glasobjektträgern und zellbeschichteten Oberflächen.
- Eingeschränkt durch die Notwendigkeit einer präzisen Spaltsteuerung (z. B. 5 Mikrometer) und der Ausrichtung mithilfe von Newtonschen Ringen, um die Strömungsführung zu gewährleisten.
