La sonda Microfluidic: funzionamento e utilizzo per l'elaborazione delle superfici localizzate
4 giugno 2009
In questo video vi presentiamo la sonda microfluidica 1 (MFP). Vi spieghiamo in dettaglio come assemblare il MFP, montarlo in cima a un microscopio invertito, e allinearlo rispetto alla superficie del substrato e, infine, mostrano come usarlo per elaborare una superficie substrato immerso in una soluzione tampone.
Questa procedura illustra come assemblare e utilizzare la sonda microfluidica o MFP. I componenti microfluidici della MFP sono siringhe ermetiche al gas, tubi capillari in vetro, connettori micro tight della Upchurch e la testa della MFP. Questo video presenterà i passaggi critici di assemblaggio e allineamento.
Una volta assemblato, il MFP può essere utilizzato con una vasta gamma di substrati e reagenti per la creazione di motivi e la lavorazione delle superfici. Ciao, sono Cecil Perot. Sono un ricercatore postdottorato nel laboratorio di David Yaker presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell'Università McGill di Montreal, in Canada.
Ciao, sono Mohammad Kasime. Sono un dottorando nel laboratorio di David Y del dipartimento di ingegneria biomedica della McGill University. Ciao, sono David Yoker.
Sono un professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica e oggi vorrei darvi il benvenuto alla nostra dimostrazione sul microsonda microfluidica. Oggi vi mostreremo una procedura relativa al funzionamento e all'uso della microsonda microfluidica. Utilizziamo questa procedura nel nostro laboratorio per la lavorazione e la definizione di modelli su superfici.
Cominciamo. Per iniziare questo protocollo, si utilizzano siringhe di plastica e aghi per riempire siringhe di vetro per gas con i reagenti, assicurandosi che non siano presenti bolle d'aria. In genere, utilizziamo una siringa da uno a 10 microlitri per l'iniezione e una siringa con un volume da cinque a dieci volte maggiore per l'aspirazione.
Successivamente, utilizzando raccordi nano a tenuta con volume morto ridotto, le siringhe vengono collegate a tubi capillari. I capillari vengono quindi riempiti e controllati alla ricerca di bolle d'aria al microscopio. Il chip MFP viene riempito in anticipo con soluzione tampone per evitare l'intrappolamento di bolle durante il collegamento dei capillari.
Infine, i capillari vengono inseriti nel pezzo di collegamento in PDMS presente nella testa di propulsione microfabbricata. Con il MFP ormai assemblato, siamo pronti per iniziare il suo allestimento. Il substrato viene inserito in un supporto realizzato in laboratorio.
È fissato alla piastra del microscopio. L'intervallo tra la MFP e il substrato è fondamentale per i processi di patterning superficiale. Mediante un supporto a tre punti costituito da viti micrometriche, l'allineamento orizzontale viene regolato con precisione micrometrica.
Questo è necessario perché il substrato viene processato mediante scansione al di sotto della MFP. Per iniziare l'allestimento della MFP, la testa della sonda viene fissata nel supporto della sonda e montata sulla stazione della sonda posta sopra un microscopio invertito. Le siringhe vengono quindi posizionate all'interno di pompe per siringhe ad alta precisione.
Successivamente, utilizzando una coppia di goniometri, l'allineamento della punta del MFP con il substrato viene regolato osservando gli anelli di Newton, noti anche come frange di interferenza. Questi anelli compaiono quando il MFP entra in contatto con il substrato; il punto di contatto e la frequenza degli anelli indicano l'inclinazione. Quando il MFP è allineato con la superficie, un unico anello di interferenza si estende su tutta la superficie.
Questa misura serve anche a calibrare la separazione tra la MFP e il substrato. Con la MFP configurata, siamo ora pronti a passare all'operazione della MFP. Durante il funzionamento, l'erogazione è controllata dal software LabVIEW.
Il funzionamento del dispositivo viene visualizzato ad occhio nudo e con una telecamera CCD. Prima di iniziare l'aspirazione vera e propria, iniettare un po' di liquido per assicurarsi che la siringa di aspirazione sia orientata correttamente e che non siano presenti bolle d'aria. Successivamente, la MFP viene immersa nel tampone.
Ora possiamo iniziare l'iniezione del liquido monitorando il confinamento del flusso delle perle. Il rapporto tra iniezione e aspirazione varia da uno a tre a uno a dieci, a seconda della diffusività del reagente con un buffer circostante e del modello di flusso geometrico desiderato. Infine, la sonda può ora essere utilizzata per una varietà di applicazioni.
I modelli superficiali mostrati qui sono stati ottenuti mediante la MFP con biotina marcata con fluoresceina su vetrini di vetro con idrogel ricoperti di streptavidina. La velocità di flusso di iniezione era di un nanolitro al secondo, mentre la velocità di flusso di aspirazione era di 10 nanolitri al secondo, utilizzando rispettivamente siringhe da 10 e 50 microlitri. La distanza tra la superficie e la sonda era di cinque micrometri.
La MFP può essere utilizzata anche per la colorazione e la lavorazione locale di cellule e tessuti. Il confinamento del flusso impedisce la diffusione del reagente e consente una colorazione chimica precisa delle cellule. Come mostrato qui, un monostrato di cellule di fibroblasti è stato colorato con 100 microgrammi per millilitro di dai.
Finora vi abbiamo mostrato come utilizzare la sonda microfluidica. Durante questa procedura, è necessario assicurarsi di evitare la formazione di bolle nel sistema e di verificare che la superficie della sonda microfluidica sia parallela al substrato. Questo è tutto.
Grazie per aver guardato e buona fortuna con i vostri esperimenti.
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Panoramica
In questo video viene illustrata l'assemblaggio e l'utilizzo della sonda microfluidica (MFP). Vengono trattati i passaggi fondamentali per allineare la MFP con un microscopio invertito ed elaborare superfici di substrato immerse in una soluzione tampone.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Microfluidica
- Ingegneria Biomedica
- Trattamento delle Superfici
Sfondo
- Il MFP è composto da siringhe ermetiche, tubi capillari di vetro e connettori micro-ermetici.
- È progettato per l'uso con vari substrati e reagenti.
- Un assemblaggio e un allineamento corretti sono fondamentali per un utilizzo efficace.
- Il MFP può facilitare la creazione di motivi su superfici e il relativo trattamento.
Scopo dello studio
- Fornire una guida dettagliata per il montaggio del MFP.
- Dimostrare l'allineamento del MFP con un microscopio.
- Illustrare l'applicazione del MFP nell'elaborazione dei substrati.
Metodi Utilizzati
- Assemblaggio dei componenti del MFP.
- Montaggio del MFP su un microscopio invertito.
- Allineamento del MFP rispetto alla superficie del substrato.
- Trattamento delle superfici del substrato in una soluzione tampone.
Risultati principali
- Il MFP può essere assemblato e allineato in modo efficace.
- Consente una lavorazione versatile di diversi substrati.
- Tecniche dimostrate con successo per la creazione di motivi superficiali.
- È stata evidenziata l'importanza di un allineamento preciso per risultati ottimali.
Conclusioni
- Il MFP è uno strumento prezioso per i ricercatori in ingegneria biomedica.
- Un assemblaggio e un allineamento corretti sono essenziali per il suo funzionamento.
- Questo video rappresenta una guida completa per l'utilizzo del MFP.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Management
Il microdispositivo a sonda consente una distribuzione precisa e localizzata di reagenti per la lavorazione di superfici, senza richiedere canali microfluidici chiusi, favorendo lo sviluppo di saggi scalabili e riproducibili. Questa capacità migliora la validazione degli obiettivi e il screening fenotipico permettendo microambienti controllati per le interazioni cellulari e molecolari. Offre una piattaforma riutilizzabile per la definizione di motivi superficiali ad alta risoluzione, riducendo il consumo di reagenti e migliorando la produttività sperimentale nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche mediante il deposito localizzato di reagenti su substrati.
- Valore operativo: Supporta la riduzione del rischio biologico confinando microgetti ad aree superficiali specifiche per un impaginamento molecolare preciso.
- Valore predittivo: Facilita la validazione funzionale del bersaglio permettendo un rilascio controllato di ligandi o inibitori in regioni definite.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Prepara sistemi biologici validati per analisi successive mediante modifica localizzata della superficie.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione e la riproducibilità dei saggi grazie al confinamento preciso del flusso e alla capacità di scansione.
- Scalabilità: Consente la predisposizione per analisi su ampie aree del substrato mediante scansione della sonda, supportando il riutilizzo della piattaforma.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Continuità traslazionale: Supporta sistemi rilevanti per le malattie consentendo la colorazione e la lavorazione localizzata di cellule e tessuti.
- De-risking meccanicistico: Permette una colorazione chimica precisa di cellule, come monociti di fibroblasti, per valutare l'interazione con il bersaglio.
- Conferma predittiva: Fornisce un controllo quantitativo sulla somministrazione dei reagenti, migliorando l'affidabilità dei risultati preclinici.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
La sonda microfluidica si integra nel percorso di scoperta, dalla validazione iniziale della proteina bersaglio fino allo sviluppo del saggio e allo screening preclinico, supportando cicli iterativi di progettazione e verifica.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi mediante il rilascio localizzato di reagenti su substrati.
- Screening: Permette la prontezza del saggio grazie al confinamento riproducibile del microgetto e alla scansione su superfici.
- Analisi: Fornisce output quantitativi come il controllo della portata e il patterning spaziale per l'analisi comparativa delle condizioni.
- Ricerca traslazionale: Si collega alla continuità preclinica attraverso l'elaborazione localizzata di cellule e tessuti in condizioni tampone.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come piattaforma riutilizzabile per multipli substrati e reagenti, riducendo la necessità di chip microfluidici monouso.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva, validazione degli obiettivi, riduzione dell'ambiguità meccanicistica nei saggi basati su superfici.
- Valore operativo: Standardizzazione, riproducibilità e scalabilità della lavorazione localizzata delle superfici.
- Valore strategico: Decisioni più efficaci di avanzamento o interruzione, efficienza del capitale e riduzione del rischio biologico in fasi avanzate grazie alla riduzione precoce dei rischi.
- Impatto sul portafoglio: Prioritizzazione e decisioni di avanzamento corrette per rischio basate su un rilascio molecolare spazialmente preciso.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'assemblaggio di microfluidica, nell'allineamento della microscopia e nell'uso delle pompe per siringhe.
- È vincolato all'impiego di siringhe a tenuta stagna, capillari di vetro, connettori micro-tight e microscopio invertito con visualizzazione CCD.
- Necessita di standardizzazione tra i gruppi di lavoro per l'allineamento delle sonde, il controllo della portata e la manipolazione dei fluidi senza bolle.
- Comporta considerazioni di adattamento per diversi tipi di substrati, inclusi vetrini con idrogel e superfici rivestite di cellule.
- È limitato dalla necessità di un controllo preciso del gap (ad esempio, 5 micrometri) e dell'allineamento mediante gli anelli di Newton per garantire il confinamento del flusso.
