This paper is based on work supported by the National Health Research Institutes (NHRI) in Taiwan under the Innovative Research Grant (IRG) (EX105-10523EI), the Taiwan Ministry of Science and Technology (MOST 103-2221-E-001-001-MY2, 104-2221-E-001-015-MY3, 105-2221-E-001-002-MY2), the Academia Sinica Thematic Project (AS-105-TP-A06), and the Research Program in Nanoscience and Nanotechnology. The authors would like to thank Ms. Rachel A. Lucas for proofreading the manuscript.

<ol>
	<li>Phillips, J. E., Burns, K. L., Le Doux, J. M., Guldberg, R. E., Garc&#237;a, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+graded+tissue+interfaces.">Engineering graded tissue interfaces.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (34), 12170-12175 (2008).</li><li>Wang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+signaling+mechanisms+underlying+polarity+and+chemotaxis.">The signaling mechanisms underlying polarity and chemotaxis.</a> Cold Spring Harb. Perspect Biol. 1 (4), 1-16 (2009).</li><li>Oh, S. H., Ward, C. L., Atala, A., Yoo, J. J., Harrison, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+generating+scaffolds+for+enhancing+engineering+tissue+survival.">Oxygen generating scaffolds for enhancing engineering tissue survival.</a> Biomaterials. 30 (5), 757-762 (2009).</li><li>Decaris, M. L., Lee, C. I., Yoder, M. C., Tarantal, A. F., Leach, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+oxygen+microenvironment+on+the+proangiogenic+potential+of+human+endothelial+colony+forming+cells.">Influence of the oxygen microenvironment on the proangiogenic potential of human endothelial colony forming cells.</a> Angiogenesis. 12, 303-311 (2009).</li><li>Chung, B. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+neural+stem+cell+growth+and+differentiation+in+a+gradient-generating+microfluidic+device.">Human neural stem cell growth and differentiation in a gradient-generating microfluidic device.</a> Lab Chip. 5 (4), 401-406 (2005).</li><li>Harris, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypoxia+-+a+key+regulatory+factor+in+tumor+growth.">Hypoxia - a key regulatory factor in tumor growth.</a> Nat. Rev. Cancer. 2 (1), 38-47 (2002).</li><li>Allen, J. W., Bhatia, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+steady-state+oxygen+gradients+in+vitro:+application+to+liver+zonation.">Formation of steady-state oxygen gradients in vitro: application to liver zonation.</a> Biotechnol. Bioeng. 82 (3), 253-262 (2003).</li><li>McCord, A. M., Jamal, M., Shankavaram, U. T., Lang, F. F., Camphausen, K., Tofilon, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiologic+oxygen+concentration+enhances+the+stem-like+properties+of+CD133++human+glioblastoma+cells+in+vitro.">Physiologic oxygen concentration enhances the stem-like properties of CD133+ human glioblastoma cells in vitro.</a> Mol. Cancer Res. 7 (4), 489-497 (2009).</li><li>Lo, J. F., Sinkala, E., Eddington, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+gradients+for+open+well+cellular+cultures+via+microfluidic+substrates.">Oxygen gradients for open well cellular cultures via microfluidic substrates.</a> Lab Chip. 10 (18), 2394-2401 (2010).</li><li>Chang, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+polydimethylsiloxane-polycarbonate+hybrid+microfluidic+device+capable+of+generating+perpendicular+chemical+and+oxygen+gradients+for+cell+culture+studies.">A polydimethylsiloxane-polycarbonate hybrid microfluidic device capable of generating perpendicular chemical and oxygen gradients for cell culture studies.</a> Lab Chip. 14 (19), 3762-3772 (2014).</li><li>Chen, Y. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+oxygen+gradients+in+microfluidic+devices+for+cell+culture+using+spatially+confined+chemical+reactions.">Generation of oxygen gradients in microfluidic devices for cell culture using spatially confined chemical reactions.</a> Lab Chip. 11 (21), 3626-3633 (2011).</li><li>Peng, C. C., Liao, W. H., Chen, Y. H., Wu, C. Y., Tung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+cell+culture+array+with+various+oxygen+tensions.">A microfluidic cell culture array with various oxygen tensions.</a> Lab Chip. 13 (16), 3239-3245 (2013).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Ann. Rev. Mate. Sci. 28, 153-184 (1998).</li><li>Friend, J., Yeo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+microfluidic+devices+using+polydimethylsiloxane.">Fabrication of microfluidic devices using polydimethylsiloxane.</a> Biomicrofluidics. 4 (2), 026502 (2010).</li><li>Cordelières, F. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Manual Tracking. , (2005).</li><li>Asano, Y., Horn, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Instructions Chemotaxis and Migration Tool 2.0. , (2013).</li><li>Chen, Y. H., Peng, C. C., Cheng, Y. J., Wu, J. G., Tung, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+nitric+oxide+gradients+in+microfluidic+devices+for+cell+culture+using+spatially+controlled+chemical+reactions.">Generation of nitric oxide gradients in microfluidic devices for cell culture using spatially controlled chemical reactions.</a> Biomicrofluidics. 7 (6), 064104 (2013).</li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

השלבים הקריטיים ביותר לפברק את PDMS מכשיר microfluidic עם סרט דק PC משובץ: (1) גירוש כל הבועות בעת הכנסת סרט PC לתוך PDMS מראש פולימר תוך בודה את שכבת PDMS-PC העליונה (2) ולוודא כל PDMS ריפוי תהליכים מבוצעים על משטח אופקי מפולס היטב. בניסויי נדידת תאים, השלבים הקריטיים ביותר הם: (1) ביטול הבועות בתוך המכשיר microfluidic, צינורות, משאבות מזרק במהלך הניסויים; (2) על מנת להבטיח כי המכשיר microfluidic מושם על משטח אופקי מפולס היטב במהלך ההדמיה תא חי עבור תצפית נדידת תאים; ו (3) שמירה על מכשיר לחות על ידי הוספת DDH 2 O כדי בצלחת פטרי במהלך הניסויים ולוודא כי המים לא התייבש. כדי לפברק את PDMS-PC ההיברידי microfluidic המכשיר בהצלחה ללא delamination, חשוב להסיר את כל הבועות במהלך fi PCכניסת lm. סרט PC יכול להיות מוכנס לאט מזווית (כ -15 עד 30 מעלות מן PDMS שטח מראש פולימר) כדי למנוע דור בועות במהלך ההחדרה של סרט PC לתוך PDMS מראש הפולימר. במידת צורך, הפולימר מראש PDMS כולו עם סרט PC המוטבע יכול להיות ממוקם בתוך תא הייבוש מחובר משאבת הוואקום במשך 10 דקות כדי להרחיק את בועות לכודים. אם הסרט PC צף למעלה לאחר תהליך ואקום, קצה פיפטה ניתן להשתמש כדי ללחוץ על הסרט PC למטה על שכבת PDMS נרפא. חזור על תהליכי הוואקום ולחץ במידת צורך. עבור ניסויי התא, חוסר בועות אוויר הוא קריטי עבור תרבית תאי microfluidic. יש לוודא שאין בועות אוויר מוכנסי התקנת microfluidic כולו (כולל משאבות מזרק, צינורות, ואת מכשיר microfluidic) בעת ביצוע חיבורים. אם בועות אוויר נוצרות בתוך ההתקנה microfluidic כתוצאה מהירידה של מסיסות גז תחת הטמפרטורה הגבוהה של experiments בתוך האינקובטור, כל הרכיבים הניסוי (כולל מזרקים צינורות) ריאגנטים (כולל את מדיום הגידול, pyrogallol, ו NaOH) ניתן להציב לתוך החממה מראש (לפחות 20 דקות לפני השימוש) שמטרתן לצמצם את השוני הטמפרטורה . מזרק משאבות לעתים קרובות לייצר חום מהפעלת המנועים בתוך המשאבות. זה בדרך כלל מקובל לפעול משאבות מזרק בתוך חממות; עם זאת, לעשות לבדוק את הטמפרטורה בחממה במהלך הניסויים. אם הטמפרטורה מרוממת במהלך הניסויים, נהלי קירור נוספים צריכות להתבצע. כמה שיטות קירור ריאליות יכולות להיות מועסקות, כגון הצבת קופסא הקרח לתוך החממה, צמצום מספר משאבות מזרק להציב בתוך האינקובטור, או באמצעות באינקובטור עם מערכת קירור כוח. מכשיר תרבית תאי microfluidic PDMS-המחשב שפותח במאמר זה הוא מסוגל לייצר הדרגתי כימי וחמצן בניצב מהימן FOמחקרי נדידת תאי r. המגבלה של המכשיר שפותח היא כי פרופילי שיפוע חמצן שנוצרו תלוי האיזון בין שטף חמצן, מונע על ידי הדחת תגובה כימית, ודיפוזיה חמצן מאטמוספרת הסביבה, דרך המכשיר, ועל המדיום. כתוצאה מכך, את פרופילי שיפוע חמצן לא ניתן לשלוט באופן שרירותי בתוך המכשיר. בהשוואה לפלטפורמות תרבית תאי microfluidic קיימים, המכשיר שפותח במאמר זה הוא הראשון מסוגל לבצע מחקרי תרבית תאים תחת שילובים של הדרגתיים כימיים וחמצן. המכשיר כולו יכול להיות מפוברק באמצעות תהליך הדפוס העתק ליתוגרפיה הרך הקונבנציונלי, ללא יישור מייגע ומכשור יקר. ההדרגתיים ניתן לדמות מספרי ומאופיין ניסיוני לספק תנאי microenvironment דמוי פיסיולוגיים יותר ללימודי תאים במבחנה. באמצעות שיטת תגובה הכימית מוגבלת מרחבית עם סרט PC בתור די גזמחסום ffusion, שיפוע החמצן יכול להיוצר ללא שימוש בלוני גז דחוסים ויחידות בקרת זרימת גז מתוחכמות. בנוסף, תוכנית ההתקנה דורשת רק כמויות קטנות של כימיקלים (פחות מ -10 מ&quot;ל ליום) כדי לשמור על הדרגתיים חמצן. מאז מתח שליטת חמצן מוגבלת מקומית סביב ערוץ microfluidic, ואינה להפריע את ריכוז חמצן הסביבה, ההתקנה כולו יכולה להיות ממוקמת בתוך תרבית תאי חממה קונבנציונלית ללא טמפרטורה נוספת, לחות, ומכשור בקרה 2 CO. כתוצאה מכך, המכשיר שפותח יש פוטנציאל גדול לשמש כמעט במעבדות ביולוגיות. בשל מגבלות טכניות, התנהגויות הסלולר תחת מתחי חמצן נחקרו לעתים רחוקות בספרות הקיימת. בעזרת המכשיר שפותח במאמר זה, תרבית תאים תחת הדרגתיים חמצן יכולה להתבצע באופן קליל שמקדם מחקרי תא מאוד תחת הדרגתיים חמצן. Furthermore, עיקרון פעולה דומה ניתן ליישם כדי ליצור הדרגתיים גזי אחרים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית, כמו פחמן דו חמצני ותחמוצת חנקן, על תרבית תאים במבחנה במחקרי 17. יכולות אלו מראות כי מכשיר microfluidic PDMS-PC מראה פוטנציאל גדול עבור יישומי תרבית תאים שונים, כוללים בדיקות סמים ובחלוקה של תאי מבחני הגירה, לקדם במחקרי תרבית תאים במבחנה.

ההתפלגות המרחבית של גורמים מסיסים מתח החמצן יכול לווסת מספר תפקודים תאיים חשובים in vivo 1, 2, 3, 4. כדי לחדד לחקור את השפיעו על תאים, פלטפורמת תרבית תאים במבחנה מסוגלת לייצר ביציבות הדרגתית כימי וחמצן היא מאוד רצויה. גורמים מסיסים שונים ממלאים תפקידים מרכזיים פעילויות ביולוגיות ולהשפיע התנהגות הסלולר. לאחרונה, בשל לקידום טכניקות microfluidic, מספר מכשירי microfluidic מסוגלים הדרגתיים כימי ליצירה ביציבות פותח כדי ללמוד תא גירה 5. יתר על כן, מספר מחקרים הראו גם את הצורך של מתח חמצן עבור בתרביות תאים במבחנה 6, 7, 8. למרות זאת,השליטה של ​​מתח חמצן עבור תרבית תאים בעיקר מסתמכת על כן כימי ישירים עבור חממות הדחה או תא חמצן עם בלוני גז בלחץ. בנוסף כימי ישיר משנה את תרבית תאים בינוניים ומשפיע על התגובות הסלולר. חממות מלאות חמצן דורשות עיצוב חממה מיוחד, בקרת זרימת גז מדויקת, כמויות גדולות של גז חנקן על מנת להשיג תנאים היפוקסיה. יתר על כן, הוא מעשי לשלוט הפריסה המרחבית של חמצן באמצעות התקנה זו, אשר מפגרת במחקר התנהגות הסלולר תחת מתחים והדרגות חמצן שונים. כדי להתגבר על המגבלות האלה, מספר מכשירי microfluidic פותח כדי ליצור הדרגתיים חמצן עבור יישומי תרבית תאים 9. עם זאת, רובם מופעלים באמצעות גזים בלחץ, והדבר עלול לגרום לבעיות אידוי בועה הדור. לכן, לעתים קרובות הם דורשים מכשור מתוחכם ולא יכול להיות אמין עבור studie תרבית תאים לטווח ארוךים. כדי להתגבר על האתגרים ולהמשיך ללמוד את יחסי הגומלין בין הדרגתיים כימיים וחמצן עבור נדידת תאים, פיתחנו מכשיר תרבית תאים microfluidic עשוי polydimethylsiloxane (PDMS) עם פוליקרבונט מוטבע (PC) סרט דק 10. המכשיר מורכב משתי שכבות ערוץ microfluidic מופרדים על ידי קרום PDMS. השכבה העליונה היא שכבת PDMS-PC עבור דור שיפוע חמצן; השכבה בתחתית עשויה PDMS עבור דור שיפוע כימי תרבית תאים. המכשיר יכול בו זמנית לייצר הדרגתי כימית וחמצן בניצב ללא שימוש בלוני גז ומערכות בקרת זרימה מתוחכמות. במכשיר, PDMS מספק שקיפות אופטית גדולה, חדירות גז, תאימות ביולוגית לתרבות הדמיה תא. סרט PC מוטבע משמש כמחסום דיפוזיה גז לבקרת מתח חמצן יעיל. באפיק microfluidic, השתמשנו בסדרה של ערוץ בצורת עקלתוןים כדי ליצור הדרגתיים כימיים. העיצוב נוצל בצורה רחבה כדי ליצור הדרגתיים כימי מכשירי microfluidic עבור יישומים שונים בשל האמינות שלה ועל הגדרת ניסוי קלה. יתר על כן, את פרופילי השיפוע הכימי יכולים להיות מתוכנן על ידי שינוי גיאומטריות הערוץ מראש עם סימולציה נומרית. עבור דור שיפוע חמצן, לקחנו את היתרון של שיטת התגובה הכימית המוגבלת מרחבית אשר פותחה בעבר במעבדה שלנו 10, 11, 12. החמצן ניתן שנלקח מן השטחים המיועדים בלי הקאת חנקן. לשימוש מעשי במעבדות ביולוגיות, הגדרת הניסוי כולו תואמת חממות תרבית תאים קונבנציונליות. על ידי שילוב שיטות אלה, אנחנו יכולים בו זמנית לייצר הדרגתיים כימיים וחמצן יציב ללא בלוני גז בצובר מכשור מתוחכם כדי ללמוד נדידת תאים.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1 ml Syringe</td>
			<td>Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ</td>
			<td>302104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 ml Microcentrifuge Tube</td>
			<td>Smartgene</td>
			<td>6011-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 ml Syringe</td>
			<td>Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ</td>
			<td>302151</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 ml Centrifuge Tube</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>Falcon 352096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>150 mm Petri-Dish</td>
			<td>Dogger Science</td>
			<td>DP-43151</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltrichlorosilane</td>
			<td>Alfa Aesar, Ward Hill, MA</td>
			<td>78560-45-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 ml Syringe</td>
			<td>Becton-Dickinson, Franklin Lakes, NJ</td>
			<td>302118</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#39;&#39; Silicon Dummy Wafer</td>
			<td>Wollemi Technical, Taoyuan, Taiwan</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td>
			<td>AH3102-000000-72EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AG Double Expose Mask Aligner</td>
			<td>M&#38;R Nano Technology, Taoyuan, Taiwan</td>
			<td>AG500-4D-D-V-S-H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic-Antimyotic solution</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>GIBCO 15240-062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biopsy punch</td>
			<td>Miltex, Plainsboro, NJ</td>
			<td>33-31</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blunt needle</td>
			<td>JensenGlobal, Santa Barbara, CA</td>
			<td>Gauge 14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bright-Line Hemocytometer</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO</td>
			<td>Z359629</td>
			<td>for cell counting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffered Oxide Etch</td>
			<td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td>
			<td>PH3101-000000-72EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Culture Incubator</td>
			<td>Caron, Marietta, OH</td>
			<td>6016-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>COMSOL Multiphysics</td>
			<td>COMSOL, Burlington, MA</td>
			<td>Ver. 4.3b</td>
			<td>for numerical simulation of chemical gradients in the device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-PBS</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>GIBCO 14190-144</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desicattor</td>
			<td>A-VAC Industries, Anaheim, CA</td>
			<td>35.10001.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/ F12+GlutaMax-1</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>GIBCO 10565-018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>GIBCO 10082</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronectin from Human Plasma</td>
			<td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO</td>
			<td>F2006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted Fluorescence Microscope</td>
			<td>Leica Microsystems, Wetzlar, Germany</td>
			<td>DMIL LED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol (IPA)</td>
			<td>ECHO Chemical, Miaoli, Taiwan</td>
			<td>CMOS112-00000-72EC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JuLi Smart Fluorescence Cell Imager</td>
			<td>NanoEnTek, Seoul, Korea</td>
			<td>DBJ01B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical Convention Oven</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>Lindberg Blue M MO1450C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Showa Chemical Industry, Tokyo, Japan</td>
			<td>1943-0150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma tretment system</td>
			<td>Nordson MARCH, Concord CA</td>
			<td>PX-250</td>
			<td>for oxygen plasma surface treatment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate (PC) film</td>
			<td>Quantum Beam Technologies, Tainan Taiwan</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimehtylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning, Midland, MI</td>
			<td>SYLGARD 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyrogallol</td>
			<td>Alfa Aesar, Ward Hill, MA</td>
			<td>A13405</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Removable Adhesive Putty</td>
			<td>3M</td>
			<td>860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sorvall Legend Mach 1.6R Tabletop Centrifuge</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin Coater</td>
			<td>ELS Technology, Hsinchu, Taiwan</td>
			<td>ELS 306MA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 2050</td>
			<td>MicroChem, Westborough, MA</td>
			<td>SU-8 2050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 Developer</td>
			<td>MicroChem, Westborough, MA</td>
			<td>Y020100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical blade</td>
			<td>Feather, Osaka, Japan</td>
			<td>5005093</td>
			<td>for PDMS cutting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>Chemyx, Houston, TX</td>
			<td>Fusion 400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T75 Cell Culture Flask</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>Nunc 156367</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue Solution, 0.4%</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>15250061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>ThermoFisher Scientific,Waltham, MA</td>
			<td>GIBCO 25200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon PTFE Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics, Akron, OH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics, Akron, OH</td>
			<td>621</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

polydimethylsiloxane-polycarbonate microfluidic devices for cell migration studies under perpendicular chemical and oxygen gradients

מאמר זה מדווח על המכשיר microfluidic עשוי polydimethylsiloxane (PDMS) עם פוליקרבונט מוטבע (PC) סרט דק ללמוד נדידת תאים תחת שילובים של הדרגתיים כימיים וחמצן. שני מילויים הכימיים וחמצן יכולים להשפיע נדידת תאים מאוד in vivo; עם זאת, עקב מגבלות טכניות, מעט מאוד מחקר שבוצע לחקור התופעות שלהם במבחנה. המכשיר שפותח במחקר זה מנצל סדרה של תעלות בצורה מתפתלות כדי ליצור ההדרגתיים הכימי הרצויה ומנצל שיטת תגובה הכימית מוגבלת מרחבית עבור דור שיפוע חמצן. הכיוונים של הדרגתיים הכימיים וחמצן הם ניצבים זה לזה כדי לאפשר פרשנות תוצאת הגירה פשוטה. על מנת לייצר הדרגתיים החמצן ביעילות עם צריכה כימית מינימאלית, הסרט הדק PC המשובץ מנוצל כמחסום דיפוזיה גז. מכשיר microfluidic פתחניתן ומונע משאבה מזרק והניח לתוך תא חממה קונבנציונלית במהלך ניסויי נדידת תאים כדי לאפשר פישוט התקנה ותנאי תרבית תאים מותאמים. בניסויי תא, השתמשנו במכשיר ללמוד הגירות של תאי אפיתל בסיס המכתשית אדם adenocarcinomic, A549, תחת שילובים הכמוקין (גורם תאים שמקורם סטרומה, SDF-1α) והדרגות חמצן. תוצאות הניסוי הראו כי המכשיר יכול ליצור הדרגתיים chemokine וחמצן בניצב ביציבות והוא תואם עם תאים. תוצאות המחקר מצביעות על כך הגירה הדרגתית חמצן עשוי לשחק תפקיד חיוני המנחה נדידת תאים, והתנהגות הסלולר תחת שילובים של הדרגתיים לא ניתן לחזות מאלה תחת הדרגתיים יחידים. המכשיר מספק כלי רב עצמה ומעשית לחוקרים ללמוד אינטראקציות בין הדרגתיים הכימיים חמצן תרבית תאים, אשר יכול לקדם מחקרי נדידת תאים טובים יותר in vivo-כמו microenvironments.

PDMS-PC מפוברק מכשיר תרבית תאים microfluidic היברידית. תאנה. 1 מציג תמונה להמחשה בלבד של מכשיר microfluidic. השכבה התחתונה מכילה ארבע רמות של תעלות בצורה מתפתלות כדי לייצר פתרונות מ ריאגנטים הציג שני פתחי כניסה מופרדים עם שישה יחסי ערבוב שונים. באופן תיאורטי, את ששת יחסי ערבוב שונים 1: 0, 4: 1, 3: 2, 2: 3, 1: 4, ו -0: 1 (משמאל: מימין) בין שני הפתרונות הציג פתחי הכניסה. ההדרגתיים הכימי נבנה על ידי ששת פתרונות ערבוב היחס השונים יכול להיות שנוצר בתא תרבית תאים, ממוקם במורד זרם. השכבות העליונות ותחתונות מופרדות על ידי קרום PDMS. בשכבה העליונה, ריאגנטים עבור התגובה הכימית הדחת החמצן מוכנסים ערוץ microfluidic משתי צריכת אוויר נפרדת. ריאגנטים מעורבבים זה בזה על התגובה מיד לפני זורם על גבי תא תרבית תאים כדיscavenge החמצן מהערוץ התחתון, ללא קשר כימי ישיר. סרט PC המוטבע, עם מקדם דיפוזיה גז קטן יותר בהשוואת PDMS, משמש כמחסום דיפוזיה שגורם הדחת חמצן יעילה יותר. חמצן בהדרגה מפזר בחזרה לתא תרבית תאים באמצעות PDMS באזור במורד הזרם כדי ליצור שיפוע חמצן לאורך כיוון הזרימה. מאז התגובה הכימית הדחת חמצן מוגבלת מרחבית, מתחי חמצן מקומיים בלבד מושפעים. כתוצאה מכך, המכשיר יכול להיות מנוצל תא חממה קונבנציונלית ללא שינוי מתח החמצן הגלובלי שלה. בניסויי ההגירה, תאים הם זורעים בתוך חדר תרבית תאים לצורך ההשגחה. מדיום הצמיחה ריאגנטים כימי פוגשים את המכשיר באמצעות משאבות מזרק עם ספיקות לשלוט באופן מדויק. אפיון של הדרגתיים כימיים וחמצן שנוצר בתוך המכשיר. בשל tהוא למינרית לזרום אופי מיקרופלואידיקה, התנהגויות זרימת ניתן לחזות באמצעות דינמיקה fluidic חישובית סימולציה (CFD). במאמר זה, בנינו מודל 3D ובצעו הסימולציה באמצעות תוכנת מודלי multiphysics זמינה מסחרי. תאנה. 2 (א) מציג השוואה בין פרופילי ריכוז והעמסת מאופיין ניסיוני לרוחב חדר תרבית תאים בהתבסס על מדידות עוצמת קרינה ואת תוצאות הסימולציה נומרית. ההסכם בין תוצאות סימולציה והניסיוניות עולה כי מודל CFD יכול גם להעריך את הדרגתיים הכימיים שנוצרו בתוך המכשיר. תאנה. 2 (ב) מגרש שיפוע SDF-1α המדומה שנוצר בתא תרבית תאים. תאנה. 3 מציגים את תוצאות אפיון שיפוע חמצן על ידי זורם לצבוע קרינה רגישה-חמצן בתוך תא תרבית תאים לפני ניסויי התא. התוצאה מעידה כי gradi חמצןאף אוזן גרון, החל בערך 1 ל -16%, ניתן לקבוע באמצעות הפרוטוקול הנ&quot;ל. תוצאות נדידת תאים. כמו הפגנה, ביצענו מחקרים נדידת תאים A549 מתחת לגיל 4 שילובים הכמוקין (-1α SDF) והדרגות חמצן: (1) לא chemokine ולא הדרגתיים חמצן כביקורת, (2) עם שיפוע chemokine וללא שיפוע חמצן, (3) עם שיפוע חמצן וללא שיפוע chemokine, ו- (4) עם שני chemokine והדרגות חמצן. תאנה. 4 מראה את התמונה של הגדרת הניסוי כולו. הניסויים כל בוצעו בתוך תרבית תאי חממה קונבנציונלית עם ההתקנה כולה (כולל מכשירי microfluidic, משאבות מזרק, ומיקרוסקופי הדמית תא חיים) להציב בתוכו. תוצאות נדידת תאים מוצגות בתרשים. 5. תאנה. 5 (א) מציג את התמונות שנאספו במהלך הניסויים באמצעות הדמיה תא חי ana<html> Lyzer, ו איור. 5 (ב) ו- (ג) מגרשים מסלולי נדידת תאים ותנועות ממוצעים לפי ארבעה שילובים ונותחו על ידי תוכנת ImageJ עם התוספים. התוצאות מראות כי מרחק נדידת תאים הממוצע בבקרה שואף לאפס, אשר טוענת תנועה אקראית של התאים בניסוי. לעומת זאת, עם שיפוע chemokine בלבד, התנועה הממוצעת של התאים הוא פונה לצד השמאלי, שבו הריכוז-1α SDF גבוה. התוצאות מצביעות על התנהגות chemotaxis SDF-1α של תאי A549, אשר דווח בעבר. בניסוי עם מילויי חמצן בלבד, התנועה הממוצעת של התאים היא כלפי מעלה, שבו מתח החמצן נמוך. עוד מעניין, בניסוי עם מילויי chemokine וחמצן בניצב, התנועה הממוצעת של התאים היא כלפי מעלה ללא כל תנועה ברורה בכיוון האופקי (כיוון שיפוע chemokine). together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55292/55292fig1.jpg" /> איור 1: התקן תרבית תאים microfluidic מפוברק PDMS-PC. (א) צילום הניסיון של המכשיר המפוברק מסוגל לייצר הדרגתי כימית וחמצן בניצב מהימן ללימודי נדידת תאים. ערוץ השיפוע הכימי מלא צבעי מאכל כחולים וצהובים כדי להדגים את דור השיפוע בתוך חדר תרבית תאים. ערוץ שיפוע החמצן מלא צבע מאכל אדום. הבר קנה המידה הוא 1 ס&quot;מ. (ב) סכמטי של המכשיר microfluidic. השכבה העליונה היא מפוברקת באמצעות PDMS עם שכבת PC מוטבעת כמחסום דיפוזיה גז לבקרת שיפוע חמצן יעיל בתוך חדר תרבית תאים. (ג) תבניות ההורים עבור הייצור של שכבות העליונות ותחתונות. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55292/55292fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי</a>לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55292/55292fig2.jpg" /> איור 2: שיפוע כימי בתוך המכשיר סלולארי התרבות microfluidic. (א) מדומה מספרי ניסיוני מאופיין מפל ריכוזים והעמסה בתוך חדר תרבית תאים לרוחב חדר תרבית תאים (בכיוון Y). הדמיון בין הדרגתיים נמדדו המדומים בניסוי עולה כי הסימולציה יכולה גם לחזות את השיפוע הכימי. הבלעת האיור מציגה את המודל תלת-ממדי (3D) שנבנה הסימולציה. (ב) תוצאת סימולציה נומרית של שיפוע chemokine-1α SDF לרוחב חדר תרבית תאים ללימודי נדידת תאים. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55292/55292fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג</a>גרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55292/55292fig3.jpg" /> איור 3: שיפוע חמצן בתוך מכשיר תרבית תאי microfluidic. ניסיוני נמדד הדרגתי חמצן בתוך תא תרבית תאים לאורך כיוון הזרימה. ההדרגתיים נאמדו באמצעות צבע פלואורסצנטי ניתוח תמונה רגיש-חמצן. הדרגתיים, משמאל לימין של החדר, מאופיינים, ואת התוצאות מראות פרופילים שיפוע עקבי לרוחב של החדר. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55292/55292fig4.jpg" /> איור 4: תמונות של הגדרת הניסוי. ההתקנה כולה, כולל מכשירי microfluidic, משאבות מזרק, ו מיקרוסקופ הדמית תא חי, ממוקמת בתוך תרבית תאי חממה קונבנציונלית עבור אופטימיזציהתנאי תרבית תאים במהלך הניסויים. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55292/55292fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/55292/55292fig5.jpg" /> איור 5: נדידת תאים תוצאות המחקר תחת הדרגתיים SDF-1α וחמצן בניצב. (א) תמונות שנתפסו לפני ואחרי מחקר נדידת תאי 12 שעות. שבילי נדידת תאים ניתן לנתח מתמונות הזמן שפקע שנתפסו באמצעות מיקרוסקופ הדמית תא החי. (ב) שבילי נדידת תאים ותנועת ההגירה הממוצעת נתחה מן התמונות שנתפסו תחת 4 שילובי שיפוע שונים: אין שיפוע, שיפוע chemokine בלבד, שיפוע חמצן בלבד, ושניהם הדרגתיים chemokine וחמצן. התמונות נתפסו כל 15 דק &#39;. סרגל הסולם הוא 250 מיקרומטר. (ג) מגרשים של מרחקי נדידת תאים הממוצעים (שיפוע חמצן) בניצב ואופקי (שיפוע chemokine) הוראות לפי ארבעה שילובי שיפוע שונים. הנתונים באים לידי ביטוי כממוצע ± סטיית תקן, המתקבל שלושה סטים ניסיוני עצמאי, ו -10 תאים נותחו בכל ניסוי. הסטטיסטיות משמעותי השונות (מבחן t המזווג, p &lt;0.01) התוצאות מיועדות על ידי אותיות שונות (A ו- B). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55292/55292fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients at JoVE.com

Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients

The control of chemical and oxygen gradients is essential for cell cultures. This paper reports a polydimethylsiloxane-polycarbonate (PDMS-PC) microfluidic device capable of reliably generating combinations of chemical and oxygen gradients for cell migration studies, which can be practically utilized in biological labs without sophisticated instrumentation.

Polydimethylsiloxane-פוליקרבונט התקני microfluidic הכימי בניצב תחת מחקרי נדידת תאים והדרגות חמצן

This paper reports a microfluidic device made of polydimethylsiloxane (PDMS) with an embedded polycarbonate (PC) thin film to study cell migration under ...

polydimethylsiloxane-polycarbonate-microfluidic-devices-for-cell

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

14.1K Views.  Academia Sinica. The control of chemical and oxygen gradients is essential for cell cultures. This paper reports a polydimethylsiloxane-polycarbonate (PDMS-PC) microfluidic device capable of reliably generating combinations of chemical and oxygen gradients for cell migration studies, which can be practically utilized in biological labs without sophisticated instrumentation.

Video: Polydimethylsiloxane-polycarbonate Microfluidic Devices for Cell Migration Studies Under Perpendicular Chemical and Oxygen Gradients

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are available for microfluidic devices using soft lithography techniques 1-3. Microfluidic devices have been used for sub-cellular imaging 4,5, in vivo laser microsurgery 2,6 and cellular imaging 4,7. In vivo imaging requires immobilization of organisms. This has been achieved using suction 5,8, tapered channels 6,7,9, deformable membranes 2-4,10, suction with additional cooling 5, anesthetic gas 11, temperature sensitive gels 12, cyanoacrylate glue 13 and anesthetics such as levamisole 14,15. Commonly used anesthetics influence synaptic transmission 16,17 and are known to have detrimental effects on sub-cellular neuronal transport 4. In this study we demonstrate a membrane based poly-dimethyl-siloxane (PDMS) device that allows anesthetic free immobilization of intact genetic model organisms such as Caenorhabditis elegans (C. elegans), Drosophila larvae and zebrafish larvae. These model organisms are suitable for in vivo studies in microfluidic devices because of their small diameters and optically transparent or translucent bodies. Body diameters range from ~10 &mu;m to ~800 &mu;m for early larval stages of C. elegans and zebrafish larvae and require microfluidic devices of different sizes to achieve complete immobilization for high resolution time-lapse imaging. These organisms are immobilized using pressure applied by compressed nitrogen gas through a liquid column and imaged using an inverted microscope. Animals released from the trap return to normal locomotion within 10 min.
We demonstrate four applications of time-lapse imaging in C. elegans namely, imaging mitochondrial transport in neurons, pre-synaptic vesicle transport in a transport-defective mutant, glutamate receptor transport and Q neuroblast cell division. Data obtained from such movies show that microfluidic immobilization is a useful and accurate means of acquiring in vivo data of cellular and sub-cellular events when compared to anesthetized animals (Figure 1J and 3C-F 4).
Device dimensions were altered to allow time-lapse imaging of different stages of C. elegans, first instar Drosophila larvae and zebrafish larvae. Transport of vesicles marked with synaptotagmin tagged with GFP (syt.eGFP) in sensory neurons shows directed motion of synaptic vesicle markers expressed in cholinergic sensory neurons in intact first instar Drosophila larvae. A similar device has been used to carry out time-lapse imaging of heartbeat in ~30 hr post fertilization (hpf) zebrafish larvae. These data show that the simple devices we have developed can be applied to a variety of model systems to study several cell biological and developmental phenomena in vivo.

Simple Microfluidic Devices for in vivo Imaging of C. elegans, Drosophila and Zebrafish

A simple microfluidic device has been developed to perform anesthetic free in vivo imaging of C. elegans, intact Drosophila larvae and zebrafish larvae. The device utilizes a deformable PDMS membrane to immobilize these model organisms in order to perform time lapse imaging of numerous processes such as heart beat, cell division and sub-cellular neuronal transport. We demonstrate the use of this device and show examples of different types of data collected from different model systems.

התקני microfluidic פשוטים עבור<em&gt; In vivo</em&gt; הדמיה של<em&gt; ג elegans</em&gt;,<em&gt; דרוזופילה</em&gt; ודג זברה

Micro fabricated fluidic devices provide an accessible micro-environment for in vivo studies on small organisms. Simple fabrication processes are ...

Creating Adhesive and Soluble Gradients for Imaging Cell Migration with Fluorescence Microscopy

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as growth factors. Here, we outline a method to create opposing gradients of adhesive and soluble cues in a microfluidic chamber, which is compatible with live cell imaging. A copolymer of poly-L-lysine and polyethylene glycol (PLL-PEG) is employed to passivate glass coverslips and prevent non-specific adsorption of biomolecules and cells. Next, microcontact printing or dip pen lithography are used to create tracks of streptavidin on the passivated surfaces to serve as anchoring points for the biotinylated peptide arginine-glycine-aspartic acid (RGD) as the adhesive cue. A microfluidic device is placed onto the modified surface and used to create the gradient of adhesive cues (100% RGD to 0% RGD) on the streptavidin tracks. Finally, the same microfluidic device is used to create a gradient of a chemoattractant such as fetal bovine serum (FBS), as the soluble cue in the opposite direction of the gradient of adhesive cues.

A method for the assembly of adhesive and soluble gradients in a microscopy chamber for live cell migration studies is described. The engineered environment combines antifouling surfaces and adhesive tracks with solution gradients and therefore allows one to determine the relative importance of guidance cues.

יצירת Gradients הדבק והמסיס לנדידת תאי דימות באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this purpose, the cells are passively trapped in the middle of a microchamber. Upon activation of the control layer, the cell is isolated from the surrounding volume in a small chamber. The surrounding volume can then be exchanged without affecting the isolated cell. However, upon short opening and closing of the chamber, the solution in the chamber can be replaced within a few hundred milliseconds. Due to the reversibility of the chambers, the cells can be exposed to different solutions sequentially in a highly controllable fashion, e.g. for incubation, washing, and finally, cell lysis. The tightly sealed microchambers enable the retention of the lysate, minimize and control the dilution after cell lysis. Since lysis and analysis occur at the same location, high sensitivity is retained because no further dilution or loss of the analytes occurs during transport. The microchamber design therefore enables the reliable and reproducible analysis of very small copy numbers of intracellular molecules (attomoles, zeptomoles) released from individual cells. Furthermore, many microchambers can be arranged in an array format, allowing the analysis of many cells at once, given that suitable optical instruments are used for monitoring. We have already used the platform for proof-of-concept studies to analyze intracellular proteins, enzymes, cofactors and second messengers in either relative or absolute quantifiable manner.

In this article we present a microfluidic chip for single cell analysis. It allows the quantification of intracellular proteins, enzymes, cofactors, and second messengers by means of fluorescent assays or immunoassays.&#160;

שבב microfluidic לניתוח הכימי תכליתי של תאים בודדים

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this ...

Microfabrication of Nanoporous Gold Patterns for Cell-material Interaction Studies

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, biomedical device coatings, and drug delivery tools. Nanoporous gold (np-Au), produced by a nano-scale self-assembly process, is a relatively new material that exhibits large effective surface area, high electrical conductivity, and catalytic activity. These properties have made np-Au an attractive material to scientific community. Most studies on np-Au employ macro-scale specimens and focus on fundamental science of the material and its catalytic and sensor applications. The macro-scale specimens limit np-Au's potential in miniaturized systems, including biomedical devices. In order to address these issues, we initially describe two different methods to micropattern np-Au thin films on rigid substrates. The first method employs manually-produced stencil masks for creating millimeter-scale np-Au patterns, while the second method uses lift-off photolithography to pattern sub-millimeter-scale patterns. As the np-Au thin films are obtained by sputter-deposition process, they are compatible with conventional microfabrication techniques, thereby amenable to facile integration into microsystems. These systems include electrically-addressable biosensor platforms that benefit from high effective surface area, electrical conductivity, and gold-thiol-based surface bioconjugation. We describe cell culture, immunostaining, and image processing techniques to quantify np-Au's interaction with mammalian cells, which is an important performance parameter for some biosensors. We expect that the techniques illustrated here will assist the integration of np-Au in platforms at various length-scales and in numerous applications, including biosensors, energy storage systems, and catalysts.

We report on techniques to micropattern nanoporous gold thin films via stencil printing and photolithography, as well as methods to culture cells on the microfabricated patterns. In addition, we describe image analysis methods to characterize morphology of the material and the cultured cells using scanning electron and fluorescence microscopy techniques.

Microfabrication של דפוסי זהב Nanoporous לסלולרי מהותי מחקרי אינטראקציה

Nanostructured materials with feature sizes in tens of nanometers have enhanced the performance of several technologies, including fuel cells, biosensors, ...

Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the first, synthesis of ultra-small copper nanoclusters is described. The second example provides their utility for investigating time resolved kinetics of chemical reactions by analyzing gold nanoparticle formation using in situ X-ray absorption spectroscopy. The final example demonstrates continuous flow catalysis of reactions inside millifluidic channel coated with nanostructured catalyst.

Millifluidic devices are utilized for controlled synthesis of nanomaterials, time-resolved analysis of reaction mechanisms and continuous flow catalysis.

Millifluidics לסינתזה כימית וזמן נפתר מכניסטית לימודים

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

לוחץ תא כחזק, Microfluidic תאית פלטפורמה להצגה

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

Layer-by-layer Collagen Deposition in Microfluidic Devices for Microtissue Stabilization

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D culture of cells in collagen type I gels helps to stabilize cell morphology and function, which is necessary for creating microfluidic tissue models in microdevices. Translating traditional 3D culture techniques for tissue culture plates to microfluidic devices is often difficult because of the limited channel dimensions. In this method, we describe a technique for modifying native type I collagen to generate polycationic and polyanionic collagen solutions that can be used with layer-by-layer deposition to create ultrathin collagen assemblies on top of cells cultured in microfluidic devices. These thin collagen layers stabilize cell morphology and function, as shown using primary hepatocytes as an example cell, allowing for the long term culture of microtissues in microfluidic devices.

The creation of functional microtissues within microfluidic devices requires the stabilization of cell phenotypes by adapting traditional cell culture techniques to the limited spatial dimensions in microdevices. Modification of collagen allows the layer-by-layer deposition of ultrathin collagen assemblies that can stabilize primary cells, such as hepatocytes, as microfluidic tissue models.

קולגן שכבת הפקדת-ידי שכבה במכשירי microfluidic לMicrotissue ייצוב

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol adhesive through a metal stencil, the overall amount of adhesive used in assembling paper microfluidic devices can be significantly reduced. We show on a simple 4-layer planar paper microfluidic device that the optimal adhesive application technique and device construction style depends heavily on desired performance characteristics. By moderately increasing the overall area of a device, it is possible to dramatically decrease the wicking time and increase device success rates while also reducing the amount of adhesive required to keep the device together. Such adhesive application also causes the adhesive to form semi-permanent bonds instead of permanent bonds between paper layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use. Nonplanar 3D origami devices also benefit from the semi-permanent bonds during folding, as it reduces the likelihood that unrelated faces may accidently stick together. Like planar devices, nonplanar structures see reduced wicking times with patterned adhesive application vs uniformly applied adhesive.

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct 3D paper microfluidic devices. This method of adhesive application forms semi-permanent bonds between layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use and to ease folding complex nonplanar structures.

באמצעות דפוסים דבקים כדי לבנות התקני 3D נייר Microfluidic

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Microfluidic Buffer Exchange for Interference-free Micro/Nanoparticle Cell Engineering

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic properties, enable bio imaging and control cell phenotype. A critical yet inadequately addressed issue is the significant number of particles that remain unbound after cell labeling which cannot be readily removed by conventional centrifugation. This leads to an increase in bio imaging background noise and can impart transformative effects onto neighboring non-target cells. In this protocol, we present an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy termed as Dean Flow Fractionation (DFF) to efficiently separate labeled cells from free NPs in a high throughput manner. The developed spiral microdevice facilitates continuous collection (&#62;90% cell recovery) of purified cells (THP-1 and MSCs) suspended in new buffer solution, while achieving &#62;95% depletion of unbound fluorescent dye or dye-loaded NPs (silica or PLGA). This single-step, size-based cell purification strategy enables high cell processing throughput (106 cells/min) and is highly useful for large-volume cell purification of micro/nanoparticle engineered cells to achieve interference-free clinical application.

This protocol describes the use of an inertial microfluidics-based buffer exchange strategy to purify micro/nanoparticle engineered cells with efficient depletion of unbound particles.

Microfluidic מאגר Exchange להנדסת תאים ללא התערבות מיקרו / Nanoparticle

Engineering cells with active-ingredient-loaded micro/nanoparticles (NPs) is becoming an increasingly popular method to enhance native therapeutic ...

Designing Microfluidic Devices for Studying Cellular Responses Under Single or Coexisting Chemical/Electrical/Shear Stress Stimuli

Microfluidic devices are capable of creating a precise and controllable cellular micro-environment of pH, temperature, salt concentration, and other physical or chemical stimuli. They have been commonly used for in vitro cell studies by providing in vivo like surroundings. Especially, how cells response to chemical gradients, electrical fields, and shear stresses has drawn many interests since these phenomena are important in understanding cellular properties and functions. These microfluidic chips can be made of glass substrates, silicon wafers, polydimethylsiloxane (PDMS) polymers, polymethylmethacrylate (PMMA) substrates, or polyethyleneterephthalate (PET) substrates. Out of these materials, PMMA substrates are cheap and can be easily processed using laser ablation and writing. Although a few microfluidic devices have been designed and fabricated for generating multiple, coexisting chemical and electrical stimuli, none of them was considered efficient enough in reducing experimental repeats, particular for screening purposes. In this report, we describe our design and fabrication of two PMMA-based microfluidic chips for investigating cellular responses, in the production of reactive oxygen species and the migration, under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli. The first chip generates five relative concentrations of 0, 1/8, 1/2, 7/8, and 1 in the culture regions, together with a shear stress gradient produced inside each of these areas. The second chip generates the same relative concentrations, but with five different electric field strengths created within each culture area. These devices not only provide cells with a precise, controllable micro-environment but also greatly increase the experimental throughput.

Micro-fabricated devices integrated with fluidic components provide an in vitro platform for cell studies mimicking the in vivo micro-environment. We developed polymethylmethacrylate-based microfluidic chips for studying cellular responses under single or coexisting chemical/electrical/shear stress stimuli.

עיצוב מכשירי microfluidic ללימוד ותגובות ניידות תחת בית או להתאבדות כימית / חשמל / שאר מתח גירויים

Microfluidic devices are capable of creating a precise and controllable cellular micro-environment of pH, temperature, salt concentration, and other ...