Микротехнологий из Чип размером Строительные леса для трехмерного клеточного культивирования

Здравствуйте, меня зовут Стефан Ре. Я работаю в Институте биологических интерфейсов, и в данной статье вы ознакомитесь с процессом изготовления микроструктурированного каркаса, называемого чипом. Для производства этих чипов мы используем два различных метода: горячее тиснение в сочетании с определенными последующими процессами и метод микротермоформования, который был недавно разработан здесь, в исследовательском центре Squi. Сейчас мы находимся в палатке чистого помещения, и справа вы видите типичную машину для горячего тиснения в вакууме; мы используем это оборудование для изготовления микроструктурированного клеточного чипа. Прежде всего, мы вводим микроструктурированную форму.

Форма закреплена здесь в такой пластине, и вы можете видеть две формы. Эта форма изготовлена методом микромеханической обработки из латуни. Сейчас я устанавливаю форму с микроструктурой в аппарат.

Для процесса горячего тиснения мы используем полимерные пластины, подобные этой; обычно для изготовления чипа-ячейки применяются поликарбонат или ПМА. Теперь мы вставляем полимерную пластину в машину, центрируя ее, и закрываем инструмент. После закрытия машины камера вакуумируется, затем форма или весь инструмент нагреваются до температуры формования, после чего разогретый полимер прижимается к форме с микроструктурой.

После завершения процедуры формования вся форма охлаждается, после чего в данном аппарате запускается автоматический процесс извлечения. Перед вами отформованный чип с ячейками, состоящий из двух чипов и типичного остаточного слоя, который образуется в результате процесса горячего прессования. После этапов горячего прессования остаточный слой на деталях необходимо истончить и, в конечном итоге, полностью удалить.

Для этого детали формы обрезаются, а затем замораживаются на данной монтажной пластине. После монтажа остаточный слой фрезеруется до определенной толщины детали, чтобы с обратной стороны открылась сетка микроструктуры. В процессе фрезерования стенки микроконтейнеров стабилизируются замерзшей водой.

В итоге мы получаем два отлитых чипа с автономными сетками контейнеров MicroCon, которые открыты сверху и снизу. После процесса фрезерования мы прикрепляем пористую мембрану к тыльной стороне этих открытых массивов контейнеров MicroCon. Мы приклеиваем доступную в продаже перфорированную поликарбонатную мембрану к задней части открытого чипа для получения массивов микропористых контейнеров.

Для этого мы вставляем в данную камеру тонкие полимерные трековые мембраны. Толщина мембран составляет около 10 microns, затем поверх них мы помещаем чип с клетками. После этого полость закрывается, и на первом этапе из камеры откачивается воздух.

Затем мы вводим испаренный растворитель для размягчения поверхности полимера, и при приложении усилия к этому стеку мембрана прикрепляется к чипу ячейки. На заключительном этапе камеру разгерметизируют, и мы извлекаем готовый чип ячейки. Недавно мы разработали новый метод изготовления чипа на основе процесса термоформования, который был адаптирован для микромасштаба, поэтому мы назвали его микротермоформованием.

Для изготовления пористой мембраны мы используем полимерные пленки, подвергнутые облучению ускоренными тяжелыми ионами. Это осуществляется в сотрудничестве с центром Unilog; тяжелые ионы создают латентные треки в полимерной пленке, полностью проходя сквозь нее. В процессе термоформования эти латентные треки сохраняются, что приводит к образованию пор.

Затем следует процесс формирования, при котором эти латинские дорожки подвергаются травлению для создания пор определенного размера. Справа вы видите модифицированную установку. Это аппарат для горячего эмбоссинга, адаптированный для данного процесса микротермического формирования.

Инструмент состоит в основном из трех частей: верхней и нижней пластин. Они оснащены коннекторами для подачи газа под давлением и вакуумирования, а третья часть представляет собой своего рода крышку. На первом этапе мы помещаем тонкую пленку толщиной примерно от 50 до 100 микрон.

Затем мы закрываем инструмент и переходим ко второму этапу. Камера, образованная этими двумя пластинами и верхней крышкой, подвергается вакуумированию. После эвакуации воздуха полимерная пленка сжимается между этими двумя пластинами, после чего мы нагреваем её до температуры формования. Формование.

Температура здесь находится в диапазоне температуры стеклования, что означает, что полимер не расплавлен, а находится в высокоэластичном или резиноподобном состоянии. На следующем этапе мы прикладываем давление газа. В качестве газа здесь используется азот, с помощью которого высокоэластичная полимерная пленка растягивается в предварительно вакуумированные микроформы.

После этого этапа формования весь инструмент охлаждают, а затем открывают. Наконец, микроструктурную полимерную пену извлекают из формы вручную. Преимуществом этого нового процесса является то, что количество этапов обработки может быть значительно сокращено по сравнению со стандартным процессом микролитья под давлением или процессом горячего тиснения.

После термоформования плотных полимерных пленок с нанесенным металлическим слоем мы подвергаем эти металлические дорожки селективному травлению для создания пор заданного размера. Для этого используется простая установка из стеклянных сосудов; металлические дорожки травились гидроксидом натрия при осторожном перемешивании и нагреве до температуры примерно 60 °C. Процедура травления длится от одного до нескольких часов в зависимости от требуемого размера пор.

Перед нами два готовых изделия: литой чип для культивирования клеток с микропористой мембраной на тыльной стороне и термоформованный гибкий тонкостенный чип для клеток в моей левой руке. Перед использованием в клеточных культурах они проходят очистку и стерилизацию гамма-облучением.