マイクロ流体プローブ：局在表面処理のための操作と使用方法
2009年6月4日
このビデオでは、マイクロ流体プローブを提示 1（MFP）。我々は、MFPをアセンブルする方法を詳細に説明、倒立顕微鏡上にそれをマウントして、基板の表面に対して相対的位置を合わせ、最後に緩衝溶液に浸漬基板の表面を処理するためにそれを使用する方法を示します。
本手順では、マイクロ流体プローブ（MFP）の組み立ておよび使用方法について解説します。MFPのマイクロ流体コンポーネントは、気密シリンジ、ガラスキャピラリーチューブ、Upchurch社製のマイクロタイトコネクタ、およびMFPヘッドで構成されています。このビデオでは、組み立てとアライメントにおける重要なステップについて説明します。
組み立てが完了したMFPは、表面のパターニングおよび処理のために、多種多様な基板や試薬とともに使用することができます。こんにちは、セシル・ペローです。私はカナダのモントリオールにあるマギル大学生物医学工学科のデビッド・イーカー研究室の博士研究員です。
こんにちは、Mohammad Kasimeです。私はマギル大学生物医学工学部のDavid Yの研究室で博士課程に在籍しています。こんにちは、David Yokerです。
私は生物医学工学科の助教です。本日は、マイクロ流体プローブの実演にお越しいただき、ありがとうございます。本日は、マイクロ流体プローブの操作および使用の手順についてご紹介します。当研究室では、この手順を表面処理やパターニングに利用しています。
それでは、プロトコルの手順を開始しましょう。試薬をガス密閉型ガラスシリンジに充填する際は、気泡が入らないようにプラスチック製シリンジと針を使用します。通常、注入には1～10 µLのシリンジを使用し、吸引にはその5～10倍の容量のシリンジを使用します。
次に、デッドボリュームの少ないナノタイトフィッティングを用いて、シリンジをキャピラリーチューブに接続します。その後、キャピラリーに液体を満たし、顕微鏡下で気泡がないか確認します。キャピラリー接続時の気泡混入を防ぐため、MFPチップにはあらかじめ緩衝液を満たしておきます。
最後に、キャピラリーをマイクロファブリケーションされたプロブヘッド内のPDMS接続パーツに差し込みます。これでMFPの組み立てが完了し、セットアップを開始する準備が整いました。基板を自家製のホルダーに挿入します。
顕微鏡ステージに固定されています。MFPと基板の間のギャップは、表面パターニングプロセスにおいて極めて重要です。マイクロメータネジで構成される3点支持を用いることで、水平アライメントをマイクロメータ精度の精度で調整できます。
基板をMFPの下で走査して処理する必要があるため、この手順が必要となります。MFPのセットアップを開始するには、プローブヘッドをプローブホルダーに固定し、倒立顕微鏡上部のプローブステーションに取り付けます。その後、シリンジを高精度シリンジポンプにセットします。
次に、一対のゴニオメーターを用いて、ニュートンリング（干渉縞とも呼ばれる）を観察しながら、MFPの台座（meza）と基板の整合を調整します。MFPを基板に接触させるとこれらのリングが現れ、接触点とリングの頻度によって傾きを判断します。MFPが表面と正確に整合すると、単一の干渉リングが表面全体に広がります。
この測定は、MFPと基板の間の距離を調整するためにも利用されます。MFPのセットアップが完了しましたので、次にMFPの操作に移ります。MFPの動作中は、LabVIEWソフトウェアによって分注が制御されます。
装置の動作は、目視およびCCDカメラを用いて確認します。本格的な吸引を開始する前に、少量の液体を注入し、吸引用シリンジが正しく配置されており、気泡が含まれていないことを確認してください。その後、MFPをバッファーに浸します。
ビーズの流動的な閉じ込め状態をモニタリングしながら、液体の注入を開始します。注入・吸引比は、試薬の周囲バッファーに対する拡散係数や、目的とする幾何学的な流れのパターンに応じて、1:3から1:10まで変化させます。これで、プローブをさまざまなアプリケーションに使用することが可能になります。
ここに示す表面パターンは、strep divideでフルオレセイン標識ビオチンを固定化したENCコートハイドロゲルガラススライドを用い、MFPによって作製されました。注入流速は1 nL/s、吸引流速は10 nL/sとし、それぞれ10 µLおよび50 µLのシリンジを使用しました。表面とプローブの間のギャップは5 µmでした。
MFPは、細胞や組織の局所的な染色および処理にも使用できます。流れの閉じ込めにより試薬の拡散が抑制され、細胞の精密な化学染色が可能になります。ここでは、線維芽細胞の単層を 100 µg/mL のダイで染色した例を示します。
以上で、マイクロ流体プローブの操作方法について説明しました。この手順を行う際は、システム内に気泡が入らないようにし、マイクロ流体プローブの表面が基板と平行であることを必ず確認してください。以上となります。
ご視聴ありがとうございました。実験の成功をお祈りいたします。
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概要
このビデオでは、マイクロ流体プローブ（MFP）の組み立てと使用方法について説明します。MFPを倒立顕微鏡に合わせるための重要な手順と、緩衝液に浸漬された基板表面の処理方法について解説します。
研究の主要構成要素
科学分野
- マイクロフルイディクス
- バイオメディカル工学
- 表面処理
背景
- MFPは、気密シリンジ、ガラスキャピラリーチューブ、およびマイクロタイトコネクタで構成されています。
- さまざまな基板および試薬に使用できるように設計されています。
- 効果的に使用するには、適切な組み立てとアライメントが不可欠です。
- MFPを用いることで、表面パターニングや処理を容易に行うことができます。
研究目的
- MFPの組み立てに関する詳細なガイドを提供すること。
- MFPと顕微鏡の調整方法を実演すること。
- 基材処理におけるMFPの活用方法を示すこと。
使用方法
- MFPコンポーネントの組み立て。
- 倒立顕微鏡へのMFPの取り付け。
- 基板表面に対するMFPの調整。
- 緩衝液中での基板表面の処理。
主な結果
- MFPを効果的に組み立て、アライメントすることが可能である。
- さまざまな基板の汎用的な処理が可能である。
- 表面パターニング技術の成功を実証した。
- 最適な結果を得るための精密なアライメントの重要性を強調した。
結論
- MFPは、生物医学工学の研究者にとって非常に有用なツールです。
- その機能を十分に発揮させるためには、適切な組み立てとアライメントが不可欠です。
- このビデオは、MFPを使用するための包括的なガイドとして提供されています。
よくある質問
産業界における重要性
このマイクロ流体プローブにより、密閉されたマイクロ流体チャネルを必要とせずに、表面処理のための精密かつ局所的な試薬供給が可能となり、拡張性と再現性のあるアッセイ開発が支援されます。この機能は、細胞および分子相互作用のための制御された微小環境を提供することで、ターゲットバリデーションおよび表現型スクリーニングを向上させます。また、高解像度の表面パターニングのための再利用可能なプラットフォームを提供し、初期創薬ワークフローにおける試薬消費量の削減と実験スループットの向上を実現します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 基材上への局在的な試薬沈着により、治療仮説の検証を可能にします。
- 運用上の価値： マイクロジェットを特定の表面積に限定することで精密な分子パターニングを行い、生物学的なリスク低減を支援します。
- 予測的価値： 限定された領域へのリガンドまたは阻害剤の制御された送達を可能にし、機能的なターゲットの妥当性確認を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値：局所的な表面修飾により、ダウンストリームのスクリーニングに向けた検証済み生物学的システムを調製します。
- 運用的価値：精密なフロー閉じ込めとスキャン機能により、アッセイの標準化と再現性を向上させます。
- 拡張性：プローブをスキャンすることで広範囲の基板領域におけるスクリーニング準備を可能にし、プラットフォームの再利用を支援します。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- トランスレーショナルな連続性：細胞および組織の局所的な染色と処理を可能にすることで、疾患関連システムをサポートします。
- メカニズムの低リスク化：線維芽細胞単層などの細胞に対して精密な化学染色を行い、ターゲットへの結合能を評価できます。
- 予測の信頼性：試薬投与の定量的な制御を可能にし、前臨床リードアウトの信頼性を向上させます。
パイプラインおよびワークフローの統合
マイクロフルイディクスプローブは、初期のターゲット検証からアッセイ開発、そして前臨床スクリーニングに至る創薬の連続的なプロセスに組み込まれ、反復的な設計および試験サイクルを支援します。
- 探索生物学：基材上への局所的な試薬送達により、仮説検定およびパスウェイの解明を支援します。
- スクリーニング：再現性のあるマイクロジェットの閉じ込めと表面走査により、アッセイの準備を可能にします。
- 分析：流速制御や空間パターニングなどの定量的出力を提供し、条件間の比較分析を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：緩衝条件下での局所的な細胞および組織処理を通じて、前臨床への継続性を繋げます。
- エンタープライズ再利用：多様な基材や試薬に利用可能な再利用可能なプラットフォームとして機能し、使い捨てマイクロ流体チップの必要性を低減します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 予測精度の向上、標的バリデーション、表面ベースのアッセイにおけるメカニズムの不確実性の低減。
- 運用的価値： 局所的な表面処理の標準化、再現性、およびスケーラビリティの向上。
- 戦略的価値： 早期のリスク低減による、より適切なGo/No-go判断、資本効率の向上、および後期の生物学的リスクの軽減。
- ポートフォリオへの影響： 精密な空間的分子デリバリーに基づく、リスク調整後の優先順位付けおよび開発推進の意思決定。
実施上の検討事項
- マイクロ流体アセンブリ、顕微鏡の調整、およびシリンジポンプの操作に関する専門知識が必要です。
- ガスタイトシリンジ、ガラスキャピラリー、マイクロタイトコネクター、およびCCD可視化機能を備えた倒立顕微鏡に依存します。
- プローブの調整、流量制御、および気泡のない流体ハンドリングについて、チーム間での標準化が必要です。
- ハイドロゲルガラススライドや細胞コーティング表面など、基板の種類に応じた適応上の検討事項が含まれます。
- 流路の閉じ込めを確実にするため、精密なギャップ制御（例：5 micrometers）およびニュートンリングによる調整が必要な点に制限があります。
