Microfabricación de chip del tamaño de andamios para el cultivo de células en tres dimensiones

Hola, mi nombre es Stefan Re. Trabajo en el Instituto de Interfaces Biológicas y, en el siguiente artículo, verá el proceso de fabricación de un andamio microestructurado llamado ship, y estamos utilizando dos métodos diferentes para producir estos chips. Actualmente, un proceso de estampado cardíaco combinado con ciertos procesos posteriores y un proceso de conformado microtérmico, que fue desarrollado recientemente aquí en el centro de investigación llamado Squi. Ahora estamos en una tienda de sala limpia y lo que puede ver aquí en el lado derecho es una máquina típica de termoformado al vacío, y estamos utilizando este equipo para la fabricación del chip celular microestructurado. En primer lugar, estamos introduciendo un molde microestructurado.

Esto se monta aquí en una placa de este tipo, y pueden ver aquí dos moldes. Este molde se fabrica mediante mecanizado microscópico y está hecho de acero. Ahora estoy montando el molde de microestructura en la máquina.

Para el proceso de hotboxing, estamos utilizando placas de polímero como esta aquí, y normalmente utilizamos policarbonato o PMA para la producción del chip celular. Ahora estamos insertando la placa de polímero en la máquina, en el centro de la placa, y cerrando la herramienta. Después de cerrar la máquina, la cámara se evacúa, luego el molde de polea, o toda la herramienta, se calienta hasta la temperatura de conformado, y entonces el polímero caliente se prensa dentro del molde con la microestructura.

Luego de este procedimiento de moldeo, todo el molde se enfría y contamos con un proceso automático de desmoldeo dentro de esta máquina. Lo que pueden ver aquí es un chip celular moldeado con las piezas moldeadas, dos chips celulares y una capa residual típica, resultado del proceso de termoconformado y encamisado. Después de los pasos de termoconformado y encamisado, la capa residual de las piezas debe adelgazarse y finalmente eliminarse por completo.

Por lo tanto, para esto, se recortan las piezas del molde y luego se congelan en esta placa de montaje. Después del montaje, se realiza un fresado de la capa residual hasta un espesor determinado de la pieza, de modo que la cuadrícula de microestructura quede expuesta en la parte posterior. Durante el proceso de fresado, las paredes del microrecipiente se estabilizan mediante agua congelada.

Finalmente, obtenemos dos chips de células moldeados con rejillas autoportantes de contenedores MicroCon que están abiertos por ambos lados en la parte superior, y en la parte inferior realizamos la unión. Luego del proceso de fresado, colocamos una membrana porosa en la parte posterior de estos arreglos de contenedores MicroCon abiertos. Unimos una membrana de policarbonato perforada, disponible comercialmente, en la parte posterior del chip celular abierto para obtener arreglos de contenedores microporosos.

Para ello, estamos insertando membranas delgadas de polímero con bordes definidos en esta cámara. Las membranas tienen un espesor del orden de 10 micrones, y luego colocamos el chip celular encima de estas membranas. A continuación, cerramos esta cavidad, y en un primer paso se realiza el vacío en la cámara.

Luego inyectamos disolvente vaporizado para disolver la superficie del polímero, y al aplicar fuerza sobre esta pila, la membrana se une a la nave celular. En el último paso, se sella la cámara y extraemos la nave celular terminada. Recientemente hemos desarrollado una nueva técnica de fabricación para el sechi basada en un proceso de termoformado, y que está adaptada a escala microscópica, por lo tanto la llamamos micro termoformado.

Para la fabricación de un sechi poroso, estamos utilizando polifilms que fueron irradiados con iones pesados acelerados. Esto se realiza en colaboración con el caso en el Unilog en, y estos iones pesados generan trayectorias latentes en la película de polímero al atravesarla completamente. Durante el proceso de termoformado, estas trayectorias latentes se conservan para producir estos poros.

Luego, tras el proceso de formación, donde se graban estas pistas latinas hasta convertirlas en poros con un tamaño definido. Aquí puede observarse en el lado derecho la máquina adaptada: una máquina de moldeo por estampado en caliente adaptada para este proceso de microtermoformado.

La herramienta consta principalmente de tres partes: una placa superior y una placa inferior. Estas cuentan con conectores para presión de gas y evacuación, y una tercera parte actúa como techo. En el primer paso, se coloca una película delgada con un espesor aproximado entre 50 y cien micrones.

Luego cerramos la herramienta en un segundo paso. La cámara formada por estas dos placas y el techo se evacúa. Después de la evacuación, la película de polímero se prensa entre ambas placas y luego se calienta hasta la temperatura de conformado. Conformado.

La temperatura aquí está en el rango de la temperatura de transición vítrea, lo que significa que el polímero no está fundido, sino que tenemos un polímero en un estado elástico blando o en un estado elástico de caucho. En un paso posterior, entonces aplicamos una presión de gas. Aquí estamos utilizando nitrógeno como gas, y mediante este gas, la película de polímero elástica de caucho se estira dentro de los micromolde previamente evacuados.

Después de esta etapa de conformado, se enfría completamente la herramienta y se abre. Finalmente, la espuma polimérica con microestructura se desmolda manualmente. La ventaja de este nuevo proceso es que el número de pasos del proceso puede reducirse drásticamente en comparación con el proceso estándar de microinyección o el proceso de estampado en caliente.

Después de la termoformación de las películas poliméricas pesadas embutidas, estamos atacando selectivamente estas pistas de latón para formar poros con un tamaño definido. Para ello, utilizamos un dispositivo sencillo de vidrio en forma de altavoz, y las pistas de latón se atacan con hidróxido de sodio, controladas suavemente y calentadas hasta una temperatura de aproximadamente 60 grados. El procedimiento de atacado dura de una a varias horas, según el tamaño de poro deseado.

Aquí tenemos ahora los dos productos terminados: el chip celular caliente y prensado con la membrana de microporos en la parte posterior del chip celular moldeado, y en mi mano izquierda, el chip celular flexible de pared delgada termoformado. Y antes de utilizarlos en cultivo celular, se limpian y esterilizan mediante irradiación con rayos gamma.