Name: thin film composite silicon elastomers for cell culture and skin applications: manufacturing and characterization
Uploaded: 2018-07-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Thin Film Composite Silicon Elastomers for Cell Culture and Skin Applications: Manufacturing and Characterization at JoVE.com

מרטין Danner הוא הודה על סיועו בהכנת הדגימות והקמת תא לתרבות הליכים. המחברים רוצה להודות Biesterfeld Spezialchemie GmbH (המבורג, גרמניה), רוברט Radsziwill במיוחד עבור תמיכה שוטפת ודיונים. המחקר שהוביל את התוצאות הללו קיבלה מימון של המועצה האירופית למחקר תחת תכנית המסגרת השביעית (FP/2007-2013) ERC גרנט הסכם של האיחוד האירופי ש 340929.

<ol>
	<li>Lloyd, A. W., Faragher, R. G. A., Denyer, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ocular+biomaterials+and+implants.">Ocular biomaterials and implants.</a> Biomaterials. 22, 769-785 (2001).</li><li>Zhang, M., Wu, J., Wang, L., Xiao, K., Wen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+for+fabricating+multi-layer+PDMS+structures+for+3D+microfluidic+chips.">A simple method for fabricating multi-layer PDMS structures for 3D microfluidic chips.</a> Lab Chip. 10, 1199-1203 (2010).</li><li>Kwak, M. K., Jeong, H. E., Suh, K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rational+design+and+enhanced+biocompatibility+of+a+dry+adhesive+medical+skin+patch.">Rational design and enhanced biocompatibility of a dry adhesive medical skin patch.</a> Adv. Mater. 23, 3949-3953 (2011).</li><li>Gun Park, D., Chul Shin, S., Won Kang, S., Tae Kim, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+flexible+self+adhesive+patch+for+professional+heat+stress+monitoring+service.">Development of flexible self adhesive patch for professional heat stress monitoring service.</a> Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 4, 3789-3792 (2005).</li><li>Thomas, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicone+Adhesives+in+Healthcare+Applications.">Silicone Adhesives in Healthcare Applications.</a> Dow corning Lit. , (2013).</li><li>Fuard, D., Tzvetkova-Chevolleau, T., Decossas, S., Tracqui, P., Schiavone, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+poly-di-methyl-siloxane+(PDMS)+substrates+for+studying+cellular+adhesion+and+motility.">Optimization of poly-di-methyl-siloxane (PDMS) substrates for studying cellular adhesion and motility.</a> Microelectron. Eng. 85, 1289-1293 (2008).</li><li>Wang, Z., Volinsky, A. A., Gallant, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crosslinking+effect+on+polydimethylsiloxane+elastic+modulus+measured+by+custom-built+compression+instrument.">Crosslinking effect on polydimethylsiloxane elastic modulus measured by custom-built compression instrument.</a> J. Appl. Polym. Sci. 131, 41050 (2014).</li><li>Fischer, S. C. L., Kruttwig, K., Bandmann, V., Hensel, R., Arzt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+and+cellular+compatibility+of+silicone-based+skin+adhesives.">Adhesion and cellular compatibility of silicone-based skin adhesives.</a> Macromol. Mater. Eng. , 1-11 (2017).</li><li>Martina, D., Creton, C., Damman, P., Jeusette, M., Lindner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+of+soft+viscoelastic+adhesives+on+periodic+rough+surfaces.">Adhesion of soft viscoelastic adhesives on periodic rough surfaces.</a> Soft Matter. 8, 5350-5357 (2012).</li><li>Brown, X. Q., Ookawa, K., Wong, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+polydimethylsiloxane+scaffolds+with+physiologically-relevant+elastic+moduli:+Interplay+of+substrate+mechanics+and+surface+chemistry+effects+on+vascular+smooth+muscle+cell+response.">Evaluation of polydimethylsiloxane scaffolds with physiologically-relevant elastic moduli: Interplay of substrate mechanics and surface chemistry effects on vascular smooth muscle cell response.</a> Biomaterials. 26, 3123-3129 (2005).</li><li>Song, F., Ren, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stiffness+of+cross-linked+poly(dimethylsiloxane)+affects+bacterial+adhesion+and+antibiotic+susceptibility+of+attached+cells.">Stiffness of cross-linked poly(dimethylsiloxane) affects bacterial adhesion and antibiotic susceptibility of attached cells.</a> Langmuir. 30, 10354-10362 (2014).</li><li>Buxboim, A., Rajagopal, K., Brown, A. E. X., Discher, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+deeply+cells+feel:+methods+for+thin+gels.">How deeply cells feel: methods for thin gels.</a> J. Phys. Condens. Matter. 22, 194116 (2010).</li><li>Discher, D. E., Janmey, P., Wang, Y. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+cells+feel+and+respond+to+the+stiffness+of+their+substrate.">Tissue cells feel and respond to the stiffness of their substrate.</a> Science. 310, 1139-1143 (2005).</li><li>Engler, A. J., Sen, S., Sweeney, H. L., Discher, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrix+Elasticity+Directs+Stem+Cell+Lineage+Specification.">Matrix Elasticity Directs Stem Cell Lineage Specification.</a> Cell. 126, 677-689 (2006).</li><li>Roth, J., 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=Surface+functionalization+of+silicone+rubber+for+permanent+adhesion+improvement.">Surface functionalization of silicone rubber for permanent adhesion improvement.</a> Langmuir. 24, 12603-12611 (2008).</li><li>Thi&#233;baud, P., Lauer, L., Knoll, W., Offenh&#228;usser, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PDMS+device+for+patterned+application+of+microfluids+to+neuronal+cells+arranged+by+microcontact+printing.">PDMS device for patterned application of microfluids to neuronal cells arranged by microcontact printing.</a> Biosens. Bioelectron. 17, 87-93 (2002).</li><li>Tourovskaia, A., Figueroa-Masot, X., Folch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation-on-a-chip:+a+microfluidic+platform+for+long-term+cell+culture+studies.">Differentiation-on-a-chip: a microfluidic platform for long-term cell culture studies.</a> Lab Chip. 5, 14-19 (2005).</li><li>Peterson, S. L., McDonald, A., Gourley, P. L., Sasaki, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(dimethylsiloxane)+thin+films+as+biocompatible+coatings+for+microfluidic+devices:+Cell+culture+and+flow+studies+with+glial+cells.">Poly(dimethylsiloxane) thin films as biocompatible coatings for microfluidic devices: Cell culture and flow studies with glial cells.</a> J. Biomed. Mater. Res. - Part A. 72, 10-18 (2005).</li><li>Wan, Y., 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=Nanotextured+substrates+with+immobilized+aptamers+for+cancer+cell+isolation+and+cytology.">Nanotextured substrates with immobilized aptamers for cancer cell isolation and cytology.</a> Cancer. 118, 1145-1154 (2012).</li><li>Ross, A. M., Jiang, Z., Bastmeyer, M., Lahann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+aspects+of+cell+culture+substrates:+Topography,+roughness,+and+elasticity.">Physical aspects of cell culture substrates: Topography, roughness, and elasticity.</a> Small. 8, 336-355 (2012).</li><li>Barreau, V., 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=Fibrillar+Elastomeric+Micropatterns+Create+Tunable+Adhesion+Even+to+Rough+Surfaces.">Fibrillar Elastomeric Micropatterns Create Tunable Adhesion Even to Rough Surfaces.</a> Adv. Funct. Mater. 26, 4687-4694 (2016).</li><li>Briggs, G. A. D., Briscoe, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+surface+topography+on+the+adhesion+of+elastic+solids.">The effect of surface topography on the adhesion of elastic solids.</a> J. Phys. D. Appl. Phys. 10, 2453-2466 (1977).</li><li>Dapp, W. B., L&#252;cke, A., Persson, B. N. J., M&#252;ser, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-affine+elastic+contacts:+Percolation+and+leakage.">Self-affine elastic contacts: Percolation and leakage.</a> Phys. Rev. Lett. 108, 1-4 (2012).</li><li>Putignano, C., Carbone, G., Dini, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+rough+contacts+in+elastic+and+viscoelastic+thin+layers.">Mechanics of rough contacts in elastic and viscoelastic thin layers.</a> Int. J. Solids Struct. 69, 507-517 (2015).</li><li>Laulicht, B., Langer, R., Karp, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quick-release+medical+tape.">Quick-release medical tape.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 18803-18808 (2012).</li><li>Kim, T., Park, J., Sohn, J., Cho, D., Jeon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired,+Highly+Stretchable,+and+Conductive+Dry+Adhesives+Based+on+1D-2D+Hybrid+Carbon+Nanocomposites+for+All-in-One+ECG+Electrodes.">Bioinspired, Highly Stretchable, and Conductive Dry Adhesives Based on 1D-2D Hybrid Carbon Nanocomposites for All-in-One ECG Electrodes.</a> ACS Nano. 10, 4770-4778 (2016).</li><li>Adamietz, I. 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=Effect+of+self-adhesive,+silicone-coated+polyamide+net+dressing+on+irradiated+human+skin.">Effect of self-adhesive, silicone-coated polyamide net dressing on irradiated human skin.</a> Radiat. Oncol. Investig. 2, 277-282 (1994).</li><li>White, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+atraumatic+soft+silicone+wound+dressing+use.">Evidence for atraumatic soft silicone wound dressing use.</a> Wounds UK. 1, 104-109 (2005).</li><li>Quan, M. B., Edwards, C., Marks, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+in+vivo+techniques+to+differentiate+photodamage+and+ageing+in+human+skin.">Non-invasive in vivo techniques to differentiate photodamage and ageing in human skin.</a> Acta Derm. Venereol. 77, 416-419 (1997).</li><li>Brown, X. Q., Ookawa, K., Wong, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+polydimethylsiloxane+scaffolds+with+physiologically-relevant+elastic+moduli:+Interplay+of+substrate+mechanics+and+surface+chemistry+effects+on+vascular+smooth+muscle+cell+response.">Evaluation of polydimethylsiloxane scaffolds with physiologically-relevant elastic moduli: Interplay of substrate mechanics and surface chemistry effects on vascular smooth muscle cell response.</a> Biomaterials. 26, 3123-3129 (2005).</li><li>Palchesko, R. N., Zhang, L., Sun, Y., Feinberg, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Polydimethylsiloxane+Substrates+with+Tunable+Elastic+Modulus+to+Study+Cell+Mechanobiology+in+Muscle+and+Nerve.">Development of Polydimethylsiloxane Substrates with Tunable Elastic Modulus to Study Cell Mechanobiology in Muscle and Nerve.</a> PLoS One. 7, e51499 (2012).</li><li>Johnston, I. D., McCluskey, D. K., Tan, C. K. L., Tracey, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+characterization+of+bulk+Sylgard+184+for+microfluidics+and+microengineering.">Mechanical characterization of bulk Sylgard 184 for microfluidics and microengineering.</a> J. Micromechanics Microengineering. 24, 35017 (2014).</li><li>Persson, B. N. J., Gorb, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+surface+roughness+on+the+adhesion+of+elastic+plates+with+application+to+biological+systems.">The effect of surface roughness on the adhesion of elastic plates with application to biological systems.</a> J. Chem. Phys. 119, 11437 (2003).</li><li>Peressadko, A. G., Hosoda, N., Persson, B. N. J. <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+surface+roughness+on+adhesion+between+elastic+bodies.">Influence of surface roughness on adhesion between elastic bodies.</a> Phys. Rev. Lett. 95, 1-4 (2005).</li><li>Purtov, J., 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=Measuring+of+the+hardly+measurable:+adhesion+properties+of+anti-adhesive+surfaces.">Measuring of the hardly measurable: adhesion properties of anti-adhesive surfaces.</a> Appl Phys A. 111, 183-189 (2013).</li><li>Kroner, E., Blau, J., Arzt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Note:+An+adhesion+measurement+setup+for+bioinspired+fibrillar+surfaces+using+flat+probes.">Note: An adhesion measurement setup for bioinspired fibrillar surfaces using flat probes.</a> Rev. Sci. Instrum. 83, 16101 (2012).</li><li>Sun, S., Li, M., Liu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+mechanical+properties+of+pressure+sensitive+adhesives.">A review on mechanical properties of pressure sensitive adhesives.</a> Int. J. Adhes. Adhes. 41, 98-106 (2013).</li><li>Webber, R. E., Shull, K. R., Roos, A., Creton, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+geometric+confinement+on+the+adhesive+debonding+of+soft+elastic+solids.">Effects of geometric confinement on the adhesive debonding of soft elastic solids.</a> Phys. Rev. E. 68, 21805 (2003).</li><li>Creton, C., Lakrout, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromechanics+of+flat-probe+adhesion+tests+of+soft+viscoelastic+polymer+films.">Micromechanics of flat-probe adhesion tests of soft viscoelastic polymer films.</a> J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 38, 965-979 (2000).</li><li>Tan, S. H., Nguyen, N. -. T., Chua, Y. C., Kang, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+plasma+treatment+for+reducing+hydrophobicity+of+a+sealed+polydimethylsiloxane+microchannel.">Oxygen plasma treatment for reducing hydrophobicity of a sealed polydimethylsiloxane microchannel.</a> Biomicrofluidics. 4, 32204 (2010).</li><li>Kim, B., Peterson, E. T. K., Papautsky, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+stability+of+plasma+oxidized+PDMS+surfaces.">Long-term stability of plasma oxidized PDMS surfaces.</a> Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 7, 5013-5016 (2004).</li><li>Briganti, E., 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=Silicone+based+polyurethane+materials:+A+promising+biocompatible+elastomeric+formulation+for+cardiovascular+applications.">Silicone based polyurethane materials: A promising biocompatible elastomeric formulation for cardiovascular applications.</a> J. Mater. Sci. Mater. Med. 17, 259-266 (2006).</li><li>Regehr, K. J., 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=Biological+implications+of+polydimethylsiloxane-based+microfluidic+cell+culture.">Biological implications of polydimethylsiloxane-based microfluidic cell culture.</a> Lab Chip. 9, 2132 (2009).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

העיצוב של מבנים מרוכבים מאפשרת התאמת פשוטה תכונות החומר, כגון מודול האלסטיות או העובי של הדגימות. האלסטיות של PDMS ניתן לשנות ביעילות על ידי שינוי היחס ערבוב בין שני מרכיביה או ייצור של תערובות באמצעות30,אלסטומר סיליקון שונים31במגוון רחב. השיטות המתואר אינם מוגבלים של PDMS בשימוש החקירה הנוכחית, אך במיוחד את הביצועים דבק חזק תלוי בסוג ספציפי משמש. שלב קריטי בתוך פרוטוקול זה הוא תהליך הייצור של הסרטים ללא הפרדות צבע (איור 1). זה הוצג כי עובי של הסרטים משפיעה באופן משמעותי את אופן הפעולה של הידבקות של הסרטים על מצעים שונים, כולל עור (איור 5 , איור 6). בנוסף, עובי הסרט זמן וטמפרטורה במהלך תהליך הייבוש משפיע על תכונות החומר32. לכן, פרמטרים כמו העובי של השכבות פולימריים צריך להיות בזהירות הותאם לאמת.
ניתוח של המאפיינים דבק של הסרטים דק בוצעה עם כוח נורמלי אדהזיה מדידות באמצעות שני מצעים זכוכית עם חספוס פני שטח שונים עד רה = 0.338 מיקרומטר (איור 3). באופן כללי, חספוס משפיע באופן משמעותי את הידבקות של משטחים, במיוחד של חומר אלסטי33,34. המראה המחוספס של זכוכית יכולים להיות מגוונים בקלות על ידי שפשוף עם נייר זכוכית בגדלים שונים בקשיחות, לכן מתן אפשרות הזיוף של סובסטרטים מפגין חספוס גבוה יותר ערכים21. בנוסף, חומרים אחרים, לדוגמה שרף אפוקסי יכול לשמש לייצור מצעים15,35. ייתכן אסטרטגיית שינוי חשוב של פרוטוקול שהוצגו. לדוגמה, אם סובסטרטים מפגין אנרגיות חינם משטח שונים הדרושים או ספציפיים נדרשים topographies. . משוך את הלחץ והעבודה של הפרדה בין הסרטים דק מתוצרת PDMS, הסוכן המיוחד נותחו עם מלכודת לפי הזמנה (אדהזיה מאקרוסקופית מדידה התקן (MAD, איור 4)). 36 אופטי היישור של סובסטרט, indenter הוא שלב קריטי לניתוח של תוצאות המדידה. לכן, כוונון של זווית הטיה צריכה להתבצע עם מד זווית, מדויק ככל האפשר. אפשר להשיג בדייקנות די בהבאת באופן ידני את המצע במגע עם המשטח הסרט עד איש קשר אופקי מושגת.
בפרוטוקול הנוכחי הזמן נשמר קבוע בשנייה אחת (איור 5 , איור 7). במיוחד עבור החקירה הביצועים דבק של הקרום על משטח מחוספס המצע, הרחבה של הזמן מספק מידע נוסף. לדוגמה, עלייה בלחץ משיכה-off עם הגדלת זמן כבר דווח על8. בנוסף המדידות שבוצעו בפרוטוקול הנוכחי, שיטות אחרות, לדוגמה קליפת בדיקות יכול להתבצע, המאפשרת חקירה מקיפה של ביצועי אדהזיה37.
המאפיינים דבק של סרטים ללא הפרדות צבע מציג סרטים שונים בעוביים של הדבק העור הרך היו נחושים (איור 7). התוצאות שלנו עולים בקנה אחד עם נתונים שפורסמו, להראות את זה ירידה של עובי הסרט להוביל גידול של הלחץ משיכה-off של הכליאה, קרי, היחס בין המצע קוטר עובי הסרט, עולה38,39 . בהתבסס על תוצאות אלה ואת הנתונים מתואר איור7, אנו מסיקים סרטים ללא הפרדות צבע עם עובי סך של – 100 מיקרומטר (עובי השכבה הסוכן המיוחד של – 60 מיקרומטר המוחלים על סרט PDMS עם עובי של – 40 µm) התערוכה אדהזיה חיוביות p מאפייני על משטחים קשים.
לאחר מכן, בוצעו ניסויים הקשורים אפיון ביולוגי על סרטים ללא הפרדות צבע וטהור וטיפל פלזמה סרטים ללא הפרדות צבע (איור 8). טיפול פלזמה אלסטומרים סיליקון היא טכניקה שימושית לעיתים קרובות, תכליתי כדי להגדיל את מאפייני הידרופילית משטחים וקידום מצורף הסלולר וסלולר הפצת40,41. סיליקונים ידועה רעילות נמוכה, biostability גבוהה אך עשוי להכיל מונומרים שיורית או זרזים אשר עשויים להשפיע על תהליכים פיזיולוגיים, המוביל גם42,cytotoxicity43. הניסויים מתנהל הבחנו פחות מ 5% cytotoxicity באמצעות שחרור LDH אינדיקטור ואת וזמינותו אי-הכללה של Trypan Blue. בפרוטוקול שהוצגו, הסלולר האוכלוסייה, לרבות אגרגטים הסלולר מנותק טופס שהשטח נותחה לניתוח התפשטות (איור 9B). שינוי של הפרוטוקול יכול לייצר יותר הבדיל תוצאות. עבור כל דגימה, תגובת שיקוע המכילות צבירות הסלולר מנותקת יכול להיות הועבר צינור התגובה נפרדים, לא בשילוב עם התאים enzymatically להסיר מן השטח פולימר. זה לאפשר את ההערכה המדויקת של תאים מחוברת אל פני השטח ולחשוף בסופו של דבר החלטה מפורטת יותר של השפעת פולימרים על תהליך אדהזיה הסלולר. בנוסף לשיטות immunocytochemical המובאים כאן, תאים עשוי להיות שנקטפו לחקירה עם שיטות immunoblot, המאפשר הערכה כמותית מפורטת של ביטוי חלבון.
לסיכום, הקמנו תנאי הייצור לייצור של סרטים ללא הפרדות צבע אלסטומריים רזה עבור יישומים במחקר התרבות התא מתקדם. בנוסף, אלה סרטים רזה בעלי הסתגלות גבוהה העור חספוס, המאפשרת עיצוב מתוחכם של העור דבקים.

פרוטוקול זה, מוצגים נתונים היסטוריים שיטות לייצור סרטי elastomer דק. הטכניקה הנפוצה הרופא להב שימש לייצור של סרטים רזה ללא הפרדות צבע. הטכניקה הייצור בוצע foils polyethylenterephtalate (PET), המאפשר ייצור עוקבות של הסרטים האלה בקנה מידה גדול. הדגש של פרוטוקול זה הוא להערכת הפארמצבטית, מדויק ייצור של שכבות שונות של הסרטים ללא הפרדות צבע ונחישות המאפיינים ביולוגית והצמדות של התיקון הסופי ללא הפרדות צבע. Poly-(dimethylsiloxane) elastomer סיליקון (PDMS) נמצא בשימוש נרחב ביו טכנולוגיה, לרבות ייצור דבקים העור, מיקרופלואידיקה יישומי מחקר נוסף שדות1,2,3 ,4. לאחרונה, מחלקת נוספת של PDMS, שנקרא עור רך דבקים (אורית רובינשטיין) כבר הציג, במיוחד לעור עדין מליטה, בטל את הבחירה מליטה.
אורית רובינשטיין סיליקון הם אלסטומרים ויניל functionalized, שונות של פולימרים מקבילה על ידי העדר של חיזוק סיליקה5. דומה אחרים PDMS, הסוכן המיוחד של מודול האלסטיות ניתן להתאים במגוון רחב על ידי הכוח ויסות ריכוז מחדש או ריפוי הזמן6,7,8. שינוי זה האלסטיות של אלסטומרים סיליקון משפיע על תכונות דבק של החומר באופן משמעותי, יש גם השלכות עמוקות על תאים prokaryotic ו האיקריוטים תרבותי על פני9,10 , 11. במישור הביולוגי הסלולר, זה הוצג, כי התאים האיקריוטים להגיב על רמת האות התמרה חושית של אפנון של הגמישות מטריקס או עובי משטח9,10,12 13, ,14. לכן, קיים עניין רחב ביישומים התרבות התא של פולימרים עם תכונות מכניות tunable. חשוב לציין, האנרגיה משטח נמוך מהותית של אלסטומרים סיליקון מבוסס אינה מספקת תנאים אופטימליים תרבית תאים של התאים האיקריוטים. טיפול בחמצן פלזמה היא טכניקה בשימוש נרחב כדי להגדיל את PDMS משטח אנרגיה נמוכה באופן זמני, המוביל שיפור כוחו למשוך-off, ירד משטח ספיחה של מולקולות, בעוד במקביל לקידום מצורף, הפצת ו התפשטות התאים האיקריוטים15,16,17,18.
בנוסף לתכונות חומרים, הטופוגרפיה משטח משפיע באופן משמעותי אדהזיה הסלולר ועל האינטראקציה דבק בין שני חומרים19,20,21,22. חספוס פני השטח יש מספר השפעות על היווצרות הקשר בין שני משטחים: הפחתה של איזור המגע, גבוהה לאחסן אנרגיה אלסטית סביב asperities כמו גם השפעה על התפשטות סדק יכול לשנות את ההדבקה23, 24. הידבקות של קרום מודבק על העור האנושי הוא שדה יישום המתעוררים, למשל, הפצע תחבושות, קיבוע של אלקטרודות א או אחרים מכשירים אלקטרוניים שכאלו25,26,27, 28. כדי למדוד את ביצועי דבק של העצמי-דבקים ביחס טופוגרפיית השטח, מצעים זכוכית עם דרגות שונות של חספוס יכול לשמש אדהזיה נורמלי מידות8,21. כאן, שתי זכוכית סובסטרטים נבחרו לחקור את מאפייני הסרטים פולימר דביק. סרטים הראשון, משולב עם שכבה גיבוי PDMS על יחס ערבוב של חלקים במשקל 10 עד 1 מכוסה על ידי PDMS עם יחס ערבוב שונים מאופיינים. בשלב השני שכבה SSA דבק הוכן עם משקל שווה כמויות של שני הרכיבים, עם עובי הסרט על גבי סרט PDMS תמיכה.

<table><tbody><tr><td>2-Propanol, 97%</td><td>Stockmeier Chemie</td><td>1000452610000</td><td>Isopropanol</td></tr><tr><td>Abrasive diamnod hand pad</td><td>Bohle</td><td>MO 5007522</td><td>Grit: 220</td></tr><tr><td>Accutase</td><td>Capricorn Scientific</td><td>ACC-1B</td><td></td></tr><tr><td>Albumin Fraktion V</td><td>Roth</td><td>0163.2</td><td>BSA</td></tr><tr><td>Alexa Fluor 488 Phalloidin</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>A12379</td><td>highly toxic</td></tr><tr><td>Aquamount</td><td>Polysciences</td><td>18606-20</td><td>water soluble mounting medium</td></tr><tr><td>CytoTox-ONE Homogeneous Membrane Integrity Assay</td><td>Promega</td><td>G7890</td><td></td></tr><tr><td>DPBS, without Ca&lt;sup&gt;2+&lt;/sup&gt;, Mg&lt;sup&gt;2+&lt;/sup&gt;</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>14190094</td><td></td></tr><tr><td>Fetal bovine serum gold</td><td>GE Health Care Life Science</td><td>A15-151</td><td>FBS</td></tr><tr><td>Goniometer OCA35</td><td>Dataphysics</td><td></td><td>for the determination of the static water contact angle</td></tr><tr><td>Hoechst Dye 33342</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B1155-100MG</td><td>bisBenzimide H 33342 trihydrochloride, highly toxic</td></tr><tr><td>Microscope Axiovert 25</td><td>Zeiss</td><td></td><td>Microscope used for cell culture documentation</td></tr><tr><td>Microscope Eclipse LV100ND</td><td>Nikon</td><td></td><td>Microscope used for film thickness determination</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde, aqueous solution 16%</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>RT 15710</td><td>electron microscopy grade</td></tr><tr><td>penicillin und streptomycin solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4333-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Phenom XL Scanning Electron Microscope (SEM)</td><td>Phenom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly-(vinyl alcohol) 4-88, MW 31000</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>81381-1KG</td><td>Mowiol 4-88</td></tr><tr><td>Poly-dimethyl siloxanes, Sylgard 184</td><td>Dow Corning</td><td>(400)000108351397</td><td>PDMS</td></tr><tr><td>RPMI 1640 basal medium</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>21875034</td><td></td></tr><tr><td>soft skin adhesive (SSA)</td><td>Dow Corning</td><td>(400)000108251792</td><td>MG 7-9800 Soft Skin Adhesive (SSA)</td></tr><tr><td>speed mixer DAC 600.2 VAC-P</td><td>Hauschild</td><td></td><td></td></tr><tr><td>stylus profilomter</td><td>Zeiss</td><td></td><td>Model: SURFCOM 1500SD3</td></tr><tr><td>Tecan Infinite M200 pro</td><td>Tecan</td><td></td><td>fluorescence plate reader</td></tr><tr><td>Triton X 100</td><td>Calbiochem</td><td>648466</td><td></td></tr><tr><td>Trypan Blue solution</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8154-100ML</td><td>highly toxic</td></tr><tr><td>Trypsin/EDTA solution</td><td>PAN-Biotech</td><td>P10-023500</td><td>0.05% Trypsin, 0.02% EDTA in PBS</td></tr><tr><td>UV glue</td><td>Bohle</td><td>BO MV76002</td><td>medium viscosity</td></tr></tbody></table>

thin film composite silicon elastomers for cell culture and skin applications: manufacturing and characterization

פרוטוקול זה, אנו מציגים שיטות כדי לפברק elastomer דק מרוכב הסרטים ליישומים תרבות מתקדמת תא לפיתוח של העור דבקים. שני-(dimethyl siloxanes) פולי שונים (PDMS, עור רך דביק (הסוכן המיוחד)), שימשו בחקירת עומק של השפעות ביולוגיות ומאפיינים דבק. הסרטים מרוכב מורכב שכבה גמישה גיבוי וציפוי העליון דבק. שתי שכבות יוצרו על ידי הרופא להב יישום הטכניקה. בחקירה נוכח, ההתנהגות דבק של הסרטים ללא הפרדות צבע נחקר פונקציה של עובי השכבה או וריאציה של האלסטיות של השכבה העליונה. האלסטיות של PDMS שונתה על ידי שינוי הבסיס אל crosslinker יחס ערבוב. בנוסף, העובי של הסוכן המיוחד סרטים מגוונים כ – 16 מיקרומטר על 320 µm. סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), מיקרוסקופ אופטי שימשו מדידות עובי. מאפייני elastomer סרטי דבק חזק תלויים עובי הסרט, האלסטיות של פולימרים, המשטח. לכן, נחקר אדהזיה נורמלי של הסרטים האלה על מצעים זכוכית מפגין משטחים חלק ומחוספס. משוך את הלחץ והעבודה של ההפרדה תלויות יחס ערבוב של אלסטומרים סיליקון.
בנוסף, העובי של הדבק עור רך הממוקמת מעל שכבה תומכת גיבוי מגוונים על מנת לייצר תיקונים עבור יישומים העור. Cytotoxicity, התפשטות והצמדות הסלולר fibroblasts מאתר L929 על סרטים PDMS (ערבוב יחס 10:1), הסוכן המיוחד סרטים (ערבוב יחס 50: 50) נערכו. אנו הראו כאן, בפעם הראשונה, השוואת לצד סרטים ללא הפרדות צבע רזה מיוצרים בשני פולימרים, להציג את החקירה של תכונותיהם ביולוגית, דבק.

Watch this Scientific Journal Video about Thin Film Composite Silicon Elastomers for Cell Culture and Skin Applications: Manufacturing and Characterization at JoVE.com

Thin Film Composite Silicon Elastomers for Cell Culture and Skin Applications: Manufacturing and Characterization

פרוטוקול עבור תהליך הייצור של מבנים מרוכבים פולימריים סרט דק פו-טי של יאנג שונים מודולים או בעוביים מוצג. סרטים מיוצרים ללימודי תרבות תא מתקדם או דבקים העור.

דק אלסטומרים סיליקון מורכב הסרט תרבית תאים ואפליקציות עור: ייצור ואפיון

In this protocol, we present methods to fabricate thin elastomer composite films for advanced cell culture applications and for the development of skin ...

thin-film-composite-silicon-elastomers-for-cell-culture-skin

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

10.6K Views.  INM - Leibniz Institute for New Materials. פרוטוקול עבור תהליך הייצור של מבנים מרוכבים פולימריים סרט דק פו-טי של יאנג שונים מודולים או בעוביים מוצג. סרטים מיוצרים ללימודי תרבות תא מתקדם או דבקים העור.

Video: Thin Film Composite Silicon Elastomers for Cell Culture and Skin Applications: Manufacturing and Characterization

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

פלטפורמות microfabricated לתרבות Cell דינמי מכאני

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Bioengineering

Directed Cellular Self-Assembly to Fabricate Cell-Derived Tissue Rings for Biomechanical Analysis and Tissue Engineering

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do not have suitable autologous donor vessels due to disease progression or previous harvest. The aim of vascular tissue engineering is to develop a suitable alternative source for these bypass grafts. In addition, engineered vascular tissue may prove valuable as living vascular models to study cardiovascular diseases. Several promising approaches to engineering blood vessels have been explored, with many recent studies focusing on development and analysis of cell-based methods.2-5 Herein, we present a method to rapidly self-assemble cells into 3D tissue rings that can be used in vitro to model vascular tissues.
To do this, suspensions of smooth muscle cells are seeded into round-bottomed annular agarose wells. The non-adhesive properties of the agarose allow the cells to settle, aggregate and contract around a post at the center of the well to form a cohesive tissue ring.6,7 These rings can be cultured for several days prior to harvesting for mechanical, physiological, biochemical, or histological analysis. We have shown that these cell-derived tissue rings yield at 100-500 kPa ultimate tensile strength8 which exceeds the value reported for other tissue engineered vascular constructs cultured for similar durations (&lt;30 kPa).9,10 Our results demonstrate that robust cell-derived vascular tissue ring generation can be achieved within a short time period, and offers the opportunity for direct and quantitative assessment of the contributions of cells and cell-derived matrix (CDM) to vascular tissue structure and function.

This article outlines a versatile method to create cell-derived tissue rings by cellular self-assembly. Smooth muscle cells seeded into ring-shaped agarose wells aggregate and contract to form robust three-dimensional (3D) tissues within 7 days. Millimeter-scale tissue rings are conducive to mechanical testing and serve as building blocks for tissue assembly.

בימוי נייד הרכבה עצמית לפברק Cell-נגזר טבעות רקמות לניתוח biomechanical הנדסת רקמות

Each year, hundreds of thousands of patients undergo coronary artery bypass surgery in the United States.1 Approximately one third of these patients do ...

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment 1,2 . These materials are desirable because they possess highly controllable dimensional and material characteristics, are biocompatible and promote cell adhesion, can be modified through topographic patterning or by chemically altering the surface, and can be used as a depot for biologically active molecules for drug delivery related applications 3-8 . In addition, silk films are relatively straightforward to custom design, can be designed to dissolve within minutes or degrade over years in vitro or in vivo, and are produce with the added benefit of being transparent in nature and therefore highly suitable for imaging applications 9-13. The culture system methodology presented here represents a scalable approach for rapid assessments of cell-silk film surface interactions. Of particular interest is the use of surface patterned silk films to study differences in cell proliferation and responses of cells for alignment 12,14 . The seeded cultures were cultured on both micro-patterned and flat silk film substrates, and then assessed through time-lapse phase-contrast imaging, scanning electron microscopy, and biochemical assessment of metabolic activity and nucleic acid content. In summary, the silk film in vitro culture system offers a customizable experimental setup suitable to the study of cell-surface interactions on a biomaterial substrate, which can then be optimized and then translated to in vivo models. Observations using the culture system presented here are currently being used to aid in applications ranging from basic cell interactions to medical device design, and thus are relevant to a broad range of biomedical fields.

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are a novel class of biomaterials readily customizable for an array of biomedical applications. The presented silk film culture system is highly adaptable to a variety of in vitro analyses. This system represents a biomaterial design platform offering in vitro optimization before direct translation to in vivo models.

סרט משי תרבות מערכת במבחנה ניתוח ביולוגי עיצוב

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment ...

Silicon Microchips for Manipulating Cell-cell Interaction

The role of the cellular microenvironment is recognized as crucial in determining cell fate and function in virtually all mammalian tissues from development to malignant transformation.&nbsp; In particular, interaction with neighboring stroma has been implicated in a plethora of biological phenomena; however, conventional techniques limit the ability to interrogate the spatial and dynamic elements of such interactions.
In Micromechanical Reconfigurable Culture (RC), we employ a micromachined silicon substrate with moving parts to dynamically control cell-cell interactions through mechanical repositioning. Previously, this method has been applied to investigate intercellular communication in co-cultures of hepatocytes and non-parenchymal cells, demonstrating time-dependent interactions and a limited range for soluble signaling 1.
Here, we describe in detail the preparation and use of the RC system. We begin by demonstrating the handling of the device parts using tweezers, including actuating between the gap and contact configurations (cell populations separated by a narrow 80-&micro;m gap, or in direct intimate contact). Next, we detail the process of preparing the substrates for culture, and the multi-step cell seeding process required for obtaining confluent cell monolayers. Using live microscopy, we then illustrate real-time manipulation of cells between the different possible experimental configurations. Finally, we demonstrate the steps required in order to regenerate the device surface for reuse: toluene and piranha cleaning, polystyrene coating, and oxygen plasma treatment.

This article describes an experimental approach for dynamic regulation of cell-cell interactions between adherent cells on a micrometer scale. Manipulation of intercellular communication between hepatocytes and stromal cell is demonstrated. The developed platform enables investigation of cell-cell interactions in a variety of biological processes, including development and pathogenesis.

הסיליקון מיקרוצ&#39;יפים עבור מניפולציה Cell-cell אינטראקציה

The role of the cellular microenvironment is recognized as crucial in determining cell fate and function in virtually all mammalian tissues from ...

Biology

Study of Cell Migration in Microfabricated Channels

The method described here allows the study of cell migration under confinement in one dimension. It is based on the use of microfabricated channels, which impose a polarized phenotype to cells by physical constraints. Once inside channels, cells have only two possibilities: move forward or backward. This simplified migration in which directionality is restricted facilitates the automatic tracking of cells and the extraction of quantitative parameters to describe cell movement. These parameters include cell velocity, changes in direction, and pauses during motion. Microchannels are also compatible with the use of fluorescent markers and are therefore suitable to study localization of intracellular organelles and structures during cell migration at high resolution. Finally, the surface of the channels can be functionalized with different substrates, allowing the control of the adhesive properties of the channels or the study of haptotaxis. In summary, the system here described is intended to analyze the migration of large cell numbers in conditions in which both the geometry and the biochemical nature of the environment are controlled, facilitating the normalization and reproducibility of independent experiments.

A quantitative method to study spontaneous migration of cells in a one-dimensional confined microenvironment is described. This method takes advantage of microfabricated channels and can be used to study migration of large number of cells under different conditions in single experiments.

חקר נדידת תאים בערוצי Microfabricated

The method described here allows the study of cell migration under confinement in one dimension. It is based on the use of microfabricated channels, which ...

Stretching Micropatterned Cells on a PDMS Membrane

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch cells plated on a PolyDiMethylSiloxane (PDMS) membrane, compatible with imaging. This technique is reproducible and versatile. The PDMS membrane can be micropatterned in order to confine cells or tissues to a specific geometry. The first step is to print micropatterns onto the PDMS membrane with a deep UV technique. The PDMS membrane is then mounted on a mechanical stretcher. A chamber is bound on top of the membrane with biocompatible grease to allow gliding during the stretch. The cells are seeded and allowed to spread for several hours on the micropatterns. The sample can be stretched and unstretched multiple times with the use of a micrometric screw. It takes less than a minute to apply the stretch to its full extent (around 30%). The technique presented here does not include a motorized device, which is necessary for applying repeated stretch cycles quickly and/or computer controlled stretching, but this can be implemented. Stretching of cells or tissue can be of interest for questions related to cell forces, cell response to mechanical stress or tissue morphogenesis. This video presentation will show how to avoid typical problems that might arise when doing this type of seemingly simple experiment.

This manuscript presents a technique to apply or release forces on adherent cells or tissues using unidirectional stretching.

מתיחת תאי micropatterned בממברנה PDMS

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues  play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch  cells plated on a ...

Fabrication and Characterization of a Conformal Skin-like Electronic System for Quantitative, Cutaneous Wound Management

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of cutaneous wound healing on the skin. Existing methods, however, still rely on visual inspections through various microscopic tools and devices that normally include high-cost, sophisticated systems and require well trained personnel for operation and data analysis. Here, we describe methods and protocols to fabricate a conformal, skin-like electronics system that enables conformal lamination to the skin surface near the wound tissues, which provides recording of high fidelity electrical signals such as skin temperature and thermal conductivity. The methods of device fabrication provide details of step-by-step preparation of the microelectronic system that is completely enclosed with elastomeric silicone materials to offer electrical isolation. The experimental study presents multifunctional, biocompatible, waterproof, reusable, and flexible/stretchable characteristics of the device for clinical applications. Protocols of clinical testing provide an overview and sequential process of cleaning, testing setup, system operation, and data acquisition with the skin-like electronics, gently mounted on hypersensitive, cutaneous wound and contralateral tissues on patients.

This article presents methods to fabricate and characterize a conformal, skin-like electronic system and protocols for the use in clinical applications, particularly on cutaneous wound management.

ייצור ואפיון של מערכת אלקטרונית כמו-עור קונפורמי לניהול כמותי, עורית פצע

Recent advances in the development of electronic technologies and biomedical devices offer opportunities for non-invasive, quantitative assessment of ...

Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block co-polymers featuring cholesterol units as side-chain pendant groups, resulting in smectic-A (SmA) liquid crystal elastomers (LCEs). Foam-like scaffolds, prepared using metal templates, feature interconnected microchannels, making them suitable as 3D cell culture scaffolds. The combined properties of the regular structure of the metal foam and of the elastomer result in a 3D cell scaffold that promotes not only higher cell proliferation compared to conventional porous templated films, but also better management of mass transport (i.e., nutrients, gases, waste, etc.). The nature of the metal template allows for the easy manipulation of foam shapes (i.e., rolls or films) and for the preparation of scaffolds of different pore sizes for different cell studies while preserving the interconnected porous nature of the template. The etching process does not affect the chemistry of the elastomers, preserving their biocompatible and biodegradable nature. We show that these smectic LCEs, when grown for extensive time periods, enable the study of clinically relevant and complex tissue constructs while promoting the growth and proliferation of cells.

This study presents a methodology to prepare 3D, biodegradable, foam-like cell scaffolds based on biocompatible side-chain liquid crystal elastomers (LCEs). Confocal microscopy experiments show that foam-like LCEs allow for cell attachment, proliferation, and the spontaneous alignment of C2C12s myoblasts.

סינתזה של ביולוגית Liquid Crystal אלסטומר קצף כמו פיגומים Cell עבור תא תרבויות מרחבי 3D

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...

Ultrathin Porated Elastic Hydrogels As a Biomimetic Basement Membrane for Dual Cell Culture

The basement membrane is a critical component of cellular bilayers that can vary in stiffness, composition, architecture, and porosity. In vitro studies of endothelial-epithelial bilayers have traditionally relied on permeable support models that enable bilayer culture, but permeable supports are limited in their ability to replicate the diversity of human basement membranes. In contrast, hydrogel models that require chemical synthesis are highly tunable and allow for modifications of both the material stiffness and the biochemical composition via incorporation of biomimetic peptides or proteins. However, traditional hydrogel models are limited in functionality because they lack pores for cell-cell contacts and functional in vitro migration studies. Additionally, due to the thickness of traditional hydrogels, incorporation of pores that span the entire thickness of hydrogels has been challenging. In the present study, we use poly-(ethylene-glycol) (PEG) hydrogels and a novel zinc oxide templating method to address the previous shortcomings of biomimetic hydrogels. As a result, we present an ultrathin, basement membrane-like hydrogel that permits the culture of confluent cellular bilayers on a customizable scaffold with variable pore architectures, mechanical properties, and biochemical composition.

Current bilayer culture models do not allow for functional in vitro studies that mimic in vivo microenvironments. Using polyethylene glycol and a zinc oxide templating method, this protocol describes the development of an ultrathin biomimetic basement membrane with tunable stiffness, porosity, and biochemical composition that closely mimics in vivo extracellular matrices.

תרבית תאים זגוגית אלסטי Porated Hydrogels כמו קרום המרתף ביונים עבור כפול

The basement membrane is a critical component of cellular bilayers that can vary in stiffness, composition, architecture, and porosity. In vitro studies ...

Generation of a Simplified Three-Dimensional Skin-on-a-chip Model in a Micromachined Microfluidic Platform

This work presents a new, cost-effective, and reliable microfluidic platform with the potential to generate complex multilayered tissues. As a proof of concept, a simplified and undifferentiated human skin containing a dermal (stromal) and an epidermal (epithelial) compartment has been modelled. To accomplish this, a versatile and robust, vinyl-based device divided into two chambers has been developed, overcoming some of the drawbacks present in microfluidic devices based on polydimethylsiloxane (PDMS) for biomedical applications, such as the use of expensive and specialized equipment or the absorption of small, hydrophobic molecules and proteins. Moreover, a new method based on parallel flow was developed, enabling the in situ deposition of both the dermal and epidermal compartments. The skin construct consists of a fibrin matrix containing human primary fibroblasts and a monolayer of immortalized keratinocytes seeded on top, which is subsequently maintained under dynamic culture conditions. This new microfluidic platform opens the possibility to model human skin diseases and extrapolate the method to generate other complex tissues.

Here, we present a protocol to generate a three-dimensional simplified and undifferentiated skin model using a micromachined microfluidic platform. A parallel flow approach allows the in situ deposition of a dermal compartment for the seeding of epithelial cells on top, all controlled by syringe pumps.

יצירת דגם תלת מימדי תלת מימדי של עור על שבב בפלטפורמה מיקרופלואידית מיקרו-מכונות

This work presents a new, cost-effective, and reliable microfluidic platform with the potential to generate complex multilayered tissues. As a proof of ...