Арт. RECIRCULATION PACK
Возможность переключать медикаменты за секунды или меньше в микрофлюидных чипах позволяет изучать клеточный ответ. Для культур клеток в микрофлюидных устройствах актуально использование безимпульсных шприцевых насосов. Однако эти устройства управления потоком обычно не подходят для быстрого переключения потока в микрофлюидных устройствах из-за требований системы. Существует несколько типов микрофлюидных устройств, которые обеспечивают быстрое изменение потока (<1 секунды) среды для культивирования клеток. Быстрое изменение потока может быть выполнено на микрофлюидном чипе, имеющим один прямой канал, несколько каналов или, можно использовать конфигурацию для выполнения гидродинамического фокусирования.
Базовый микрожидкостный чип для культивирования клеток с узкими микроканалами
|
|
Конфигурация 1 В этой конфигурации клетки вводятся с помощью шприца высокого давления или ручного шприца внутрь плотно расположенных каналов размерами немного меньше, чем клетки. После захвата клеток среду или медикаменты перфузирует при более низком давлении через микроканалы. Этот тип устройства можно использовать для классической клеточной культуры в микрофлюидном чипе с обновлением среды. Чтобы быстро изменить среду для культивирования клеток, вы можете добавить клапаны перед микрочипом. |
Для культуры клеток с обновлением среды вы можете использовать насос или шприц, жесткие трубки и резервуар для жидкости, содержащий среду или лекарство. Также, можно добавить датчик потока, чтобы регулировать давление в зависимости от требуемого расхода.
Конфигурация 2
На рисунке ниже микрочип имеет два входа. Клетки захватываются тем же способом, что и выше. В этом случае, когда препарат вводится с одной стороны, другая сторона закрывается электромеханическим клапаном. Это обеспечивает более быструю смену препарата без обратного потока во входных каналах.
Преимущества микрофлюидного чипа для культивирования клеток с плотно расположенными микроканалами
- Простота изготовления однослойного микрофлюидного устройства из PDMS.
- Такие микрочипы совместимы с неслипающимися клетками, такими как бактерии, дрожжи, черви.
- Этот тип микрофлюидного устройства для культивирования клеток может использоваться с базовой настройкой управления потоком.
Микрофлюидный чип для культивирования клеток с несколькими входами и ламинарным потоком
В микрофлюидных устройствах потоки являются ламинарными, а турбулентность отсутствует. Можно использовать ламинарные свойства микрофлюидного потока для переключения среды. Для этого потребуются микрочипы с несколькими входами, например, каналы с Y-образной формой.
Изменяя давление на входе в устройство, граница ламинарного потока перемещается, изменяя тип среды, контактирующей с клетками. Поскольку все впускные отверстия уже находятся под давлением, а каналы заполнены медикаментами, смена среды происходит очень быстро (около 100 мс).
Использование трех входов позволяет зажать центральный поток между двумя боковыми потоками. В зависимости от условий, центральный поток может иметь ширину до 50 нанометров. Этот метод, называемый гидродинамической фокусировкой, и также позволяет обрабатывать медикаментами только определенную часть клетки.
Для гидродинамической фокусировки потока вы можете использовать один контроллер давления с тремя отверстиями и тремя резервуарами для жидкости, содержащими среду или лекарства. Можно добавить датчик потока, чтобы регулировать давление в зависимости от требуемого расхода.
Преимущества микрофлюидного чипа для культивирования клеток с несколькими входами, использующего ламинарный поток:
- Простота изготовления однослойного микрофлюидного устройства из PDMS.
- Эти устройства совместимы с клетками с высокой клеточной адгезией
- Небольшая установка, необходимая для управления потоком
- Среднее время переключения составляет около 100 мсек.
Микрофлюидный чип для культивирования клеток с Y-каналом, использующий ламинарный поток и узкие микроканалы
Для клеток, не обладающих высокой клеточной адгезией, также можно совмещать ламинарный поток и захват клеток. В этом случае клетки вводятся с использованием высокого давления для их захвата в узких микроканалах. Затем оба входа устанавливаются на разное давление. Изменение давления приводит к изменению границы раздела жидкостей и введению нового препарата в захваченные клетки. Однако клетки в микроканалах нарушают предсказуемость расположения границы раздела сред.
Для переключения ламинарного потока вы можете использовать два насоса и два резервуара для жидкости, содержащие среду или препарат. Можно добавить датчик потока, чтобы регулировать давление в зависимости от требуемой скорости потока.
Лечение препаратами с использованием диффузии
Сначала клетки вводятся в микроканалы или камеру. Затем выходы камеры закрываются, и в основной канал вводятся среда или препарат. Препарат диффундирует в камеры с клетками. Время диффузии зависит от размера молекулы препарата и длины промежутка, разделяющего камеры и основной канал.
Возможны другие конфигурации для похожих задач изменения среды. Можно использовать насос, резервуары для жидкости, содержащие среду или препарат, и клапаны. При смене лекарства входные отверстия камер должны быть заблокированы заглушками или клапанами. Можно добавить датчик потока, чтобы регулировать давление в зависимости от требуемого расхода.
Лечение препаратами с использованием диффузных и узких микроканалов
Введение препаратов с одной стороны
В этом случае канал, содержащий клетки тоньше (5 мкм), чем канал, используемый для циркуляции жидкости (50 мкм). Сначала клетки вводят под высоким давлением. После блокировки выходных отверстий среда перфузируется при низком давлении. В этом случае пользователь перфузирует среду только с одной стороны и перекрывает выходы на другой стороны.
Введение препаратов с двух сторон
В этом случае пользователь выполняет перфузию с обеих сторон. Это сокращает время диффузии в каналах ячеек, но становится труднее контролировать нежелательные потоки, идущие через каналы для клеток.
