Name: three-dimensionally printed microfluidic cross-flow system for ultrafiltration/nanofiltration membrane performance testing
Uploaded: 2016-02-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing at JoVE.com

저자는 장치의 입체 인쇄 Stratasys의 (레호 보트, 이스라엘) 감사합니다. 우리는 막 샘플 Microdyne-디르 (독일)에 감사하고 있습니다. 이 연구는 CJA에 이스라엘 과학 재단 (부여 1천4백74에서 13 사이)에 의해 지원되었다

1. 디자인 및 미세 유체 테스트 시스템의 제작 <ol><li> 상단 및 CAD 프로그램의 하단 부분 (그림 1) : 두 개의 분리 된 부분으로 미세 유체 장치를 설계합니다. </li><li> 60mm 사각형으로 40mm를 그릴 사각형 도구를 사용하여 바닥 부분을 시작합니다. </li><li> 원 도구를 사용하여 한 구석에서 6.2 mm 직경의 원형은 가장자리에서 10mm를 중심으로 만듭니다. 선형 패턴 도구 6 홀의 총 20mm의 간격으로 사각형 구멍에 걸쳐 복제. </li><li> 필렛 도구를 사용하면 1mm의 반경 사각형을 필렛. </li><li> 밀어 내기 도구 (10) mm의 돌출. </li><li> 상면의 중앙에 직사각형 도구를 1mm로하고, 돌출 절단 도구를 30mm 직사각형을 만들기 유로 0.2 mm를 잘라. </li><li> 원 도구를 사용하여 유로의 단부에 직경 1mm의 원을 만든다. 그런 다음 줄 도구를 사용하여 가장 가까운 원을 연결하는 경로를 구성필렛 도구로 만든 4mm 반경을 포함하여 10mm 얼굴로 40mm. 스윕 컷 도구를이 경로를 따라 절단합니다. </li><li> 원 도구 유로의 중앙에 3.9 mm 직경의 원형을 만들고 피팅 있도록 돌출 절단 도구 8mm 잘라. </li><li> 반복 1.7 유로의 반대편 1.8 단계. </li><li> 상단 부분의 반복으로 1.2-1.5 단계를 반복합니다. 이어서 상면의 중앙에 사각형을 1mm 씩 30mm를 만들 직사각형 도구를 사용하여 투과 채널을 만들고 돌출 절단 공구를 사용하여 0.5 mm를 잘라. </li><li> 끝에서 투과 채널 5mm의 중앙에 1mm 원을 만들기 위해 원 도구를 사용합니다. 선 도구를 사용하여 필렛 도구로 만든 4mm 반경을 포함 6cm면에 의해 1cm의 하나 원을 연결하는 경로를 구성. 스윕 컷 도구를 사용하여 경로를 따라 절단합니다. </li><li> 원 도구를 전 8 mm의 투과 경로를 중심으로 추가로 3.9 mm 직경의 원을 만들고 잘라trude이 도구를 잘라. </li><li> 부분이 사각형 도구로 40mm 가장자리를, 상단에, 필렛 도구를 사용하여 4mm 반경을 추가 5mm로 사각형을 40mm를 만듭니다. 핸들 하향 3mm를 돌출 돌출 도구를 사용합니다. </li><li> 채널을 포함하는 각 부분의 얼굴에 부드러운 고무 폴리머로 도장 0.05 mm를 포함하는 하드 투명 폴리머를 사용하여 복합 소재 감광 3-D 프린터와 인쇄 부품. 제조업체의 표준 프로토콜, 교정 및 설정을 사용합니다. </li><li> 탭 스레드 (M5) 피드, 잔류 물에 넣고 구멍을 침투. 투과에 피팅 &quot;사료 및 보유 및 1/16에 피팅&quot;1/8을 연결하는 배관공의 테이프를 사용합니다. </li><li> 1/8 &quot;튜브 (그림 2)과 미세 유체 펌프 장치, 밸브, 압력 변환기 및 배압 조절기를 연결합니다. </li><li> 튜브 입구하기 위해 0.45 μm의 필터를 연결합니다. </li><li> 흐름 미터하고 비커를 균형에 1/16 &quot;튜브로 침투 방전입니다. </li><l난&gt; 넥타이 와이어와 3 방향 밸브 나사와 표준 서보와 레귤레이터를 배압에 연속 회전 서보를 연결합니다. </li><li> 서보 방패에 서보 및 전원 공급 장치를 연결합니다. </li><li> 마이크로 압력 센서, 스위치 및 서보 실드를 연결합니다. </li><li> 데이터 로깅 및 시스템 제어를위한 PC에 마이크로 컨트롤러, 균형, 플로우 미터와 펌프를 연결합니다. </li><li> 시리얼 포트에 데이터를 인쇄 균형을 구성합니다. </li></ol> 2. 테스트 할 막 준비 <ol><li> X 8mm 40mm로 세포막을 잘라. </li><li> 초음파로 초순수 (3 × 10 분)에서 막을 적시. </li><li> 그런 다음 1 시간 동안 50/50 초순수 / 에탄올 막을 담가. </li><li> 4 ° C에서 초순수에서 초순수 및 저장과 세포막을 씻어. (8) </li></ol> 3. 준비 솔루션은 나노 여과 막으로 테스트 할 <ol><li> 삼각 플라스크에 초순수 물 500㎖를 추가합니다. 그런 다음 BSA의 0.04 g을 추가염화나트륨의 D 0.29 g. </li><li> 별도의 삼각 플라스크에 초순수 물 500㎖를 추가합니다. 그런 다음 황산 0.6 g을 추가합니다. </li><li> 세 번째 삼각 플라스크에 초순수 물 500㎖를 추가합니다. 그런 다음 염화나트륨 0.29 g을 추가합니다. </li><li> 삽입 볶음 접시에 각각의 플라스크와 장소 플라스크에 막대를 저어. 500 rpm에서 5 분 동안 혼합한다. </li></ol> 4. 나노 오염 실험을 수행 참고 : RT (약 24 ° C)에서 실험을 수행합니다. 제 유량계에 연결되지 않은 세포를 유동 밸브를 폐쇄하여 단일 막을 측정하기위한 시스템을 구성. <ol><li> 초순수 저장하고 황산 용액에 다른 입구 관 (그림 2)에 하나의 펌프 입구 튜브를 삽입합니다. </li><li> 시스템에서 모든 공기 방울을 제거하기 위해 튜브를 통해 물과 황산 용액을 그리 주사기를 사용한다. </li><li> 더불어, 플로우 셀의 하단 부분에 나노 막을 삽입플로우 셀의 상단 부분에 공급 채널​​과 장소를 향해 활성면. </li><li> 손으로 너트를 고정 누출을 최소화하기 위해 다음 렌치로 균일하게 조입니다. </li><li> 저장 선택 스위치와 초순수를 선택한다. </li><li> 2 ml / 분으로 펌프 유량을 설정하고 펌프를 시작합니다. </li><li> 4 줄에 압력 조절기를 조정합니다. </li><li> 저수지에게 물이 저수지로 시작하는 모든 45 분을 전환하는 실험 매개 변수를 설정합니다. </li><li> 자동으로 저장 스위치를 설정하고 실험을 시작합니다. </li><li> 60 분에서 다음 30 분 동안 튜브에 황산 투과를 수집합니다. </li><li> 91 분에 플라스크 BSA와 염화나트륨 용액을 함유 황산 플라스크를 교체합니다. </li><li> 신속하게 펌프를 중지하고 튜브에 황산 남은을 제거하기 위해 입구 튜브를 통해 BSA 솔루션을 그릴 주사기를 사용합니다. 그런 다음 다시 펌프를 시작합니다. </li><li> 150 분에서 BSA는 다음 30 분 동안 튜브에 침투 수집합니다. </li><li> 225 분 후, 시스템을 종료하고 나노 제거<html> 플로우 셀로부터 여과막. </li><li> 주사기를 사용하여, 초순수로 시험 용액 유입 관을 세척. </li><li> 반복 테스트를 각 추가 막에 대한 4.1-4.15 단계를 반복합니다. </li><li> 염화나트륨 만 시험, 반복 4.1-4.10 및 4.14-4.16 NaCl 용액에 황산 용액을 교체하고 90 분 대신 225 분 후 실험을 종료 단계를 반복합니다. </li></ol> 나노 여과 막 5. 계산 소금 거부 <ol><li> 초순수 텐쇼 시험 셀의 전극을 헹군다. </li><li> 피펫, 시험 전지 전극 상에 황산 용액 5 μL 입금. </li><li> 용액 녹음 저항. </li><li> 반복 5.1-5.3 네 번 단계 평균값을 계산한다. </li><li> 반복 각 솔루션 수집 침투 염화나트륨 및 BSA / 염화나트륨 솔루션뿐만 아니라에 대한 5.1-5.4 단계를 반복합니다. </li><li> 식 (1)과 염 제거율을 계산합니다 : 6eq1.jpg &quot;/&gt; 여기서 Ω들 시험 용액의 저항이며, Ω p를 투과의 저항이다. 저항 직접 염 농도에 상관 용액의 도전율에 반비례한다. </li></ol> 6. 솔루션을 준비 한외 여과 막으로 테스트 할 <ol><li> 4 L 비커에 초순수의 1 L를 추가합니다. 그런 다음 BSA의 0.32 g을 추가합니다. </li><li> 볶음 접시에 비커와 장소에 교반 막대를 삽입합니다. 500 rpm에서 5 분 동안 혼합한다. </li><li> 비커 500 rpm에서 5 분간 다시 혼합하는 초순수의 추가 3 L을 추가합니다. </li></ol> 7. 한외 여과 오염 실험을 수행 참고 : RT (약 24 ° C)에서 실험을 수행합니다. 먼저 세포를 흐르게 모든 밸브를 개방함으로써 병렬 사 멤브레인을 측정하도록 시스템을 구성. <ol><li> 번째로 초순수 저장조 및 기타 흡입 튜브로 한 펌프 입구 튜브를 배치전자 BSA 용액 (그림 2). </li><li> 시스템에서 모든 공기 방울을 제거하기 위해 튜브를 통해 물과 BSA 용액을 그리 주사기를 사용한다. </li><li> 공급 채널​​을 향해 활성 측면으로 유동 세포의 하단 부분에 한외 여과막을 삽입하고, 미세 유체 소자의 상부 반쪽 전지를 닫는다. </li><li> 고정 너트는 손으로 후 렌치로 균일하게 조입니다. 부적절한 체결 누수가 발생할 수 있습니다. </li><li> 저장 스위치를 사용하여 초순수를 선택합니다. </li><li> 8 ㎖ / 분으로, 펌프 유량을 설정하고 펌프를 시작한다. </li><li> 0.4 술집에 압력 조절기를 조정합니다. </li><li> 제조사의 프로토콜에 따라 데이터 수집 소프트웨어 막의 플럭스 값을 모니터한다. </li><li> 플럭스의 평균 ± 10 % 200 LMH 때까지 압력 조정기를 조정한다. </li><li> 플럭스는 20 % ± 200 LMH이 아닌 경우 개인 멤브레인을 교체합니다. </li><li> 실험 실행 매개 변수를 입력합니다. 먼저 초순수 rese을 선택200 ± 20 LMH의 일정한 유속으로 60 분 동안 rvoir. 그리고, 압력 조정기의 수동 제어와 420 분간 BSA 저장조를 선택한다. 마지막으로, 실험의 끝에 세척 시스템 압력 조정기의 수동 제어와 함께 15 분 동안 초순수 저장조를 선택한다. </li><li> 자동으로 저장 스위치를 설정하고 실험을 시작합니다. </li><li> 실행 완료 후, 아래로 시스템을 종료하고 유동 세포에서 세포막을 제거합니다. </li><li> 초순수 주사기 세척 펌프 도입 관. </li></ol>

<ol>
	<li>Guo, W., Ngo, H. -. H., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mini-review+on+membrane+fouling.">A mini-review on membrane fouling.</a> Bioresource technol. 122, 27-34 (2012).</li><li>Fane, A. G., Fell, C. J. D. <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+of+fouling+and+fouling+control+in+ultrafiltration.">A review of fouling and fouling control in ultrafiltration.</a> Desalination. 62, 117-136 (1987).</li><li>Tang, C. Y., Chong, T. H., Fane, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+interactions+and+fouling+of+NF+and+RO+membranes:+a+review.">Colloidal interactions and fouling of NF and RO membranes: a review.</a> Adv. colloid interfac. 164 (1-2), 126-143 (2011).</li><li>De Jong, J., Lammertink, R. G. H., Wessling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membranes+and+microfluidics:+a+review.">Membranes and microfluidics: a review.</a> Lab on a chip. 6 (9), 1125-1139 (2006).</li><li>Haas, R., Gutman, 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=Glycosphingolipids+Enhance+Bacterial+Attachment+and+Fouling+of+Nanofiltration+Membranes.">Glycosphingolipids Enhance Bacterial Attachment and Fouling of Nanofiltration Membranes.</a> Environ. Sci. Technol. Lett. 2, (2015).</li><li>Nabe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+polysulfone+ultrafiltration+membranes+and+fouling+by+BSA+solutions.">Surface modification of polysulfone ultrafiltration membranes and fouling by BSA solutions.</a> J. Membr. Sci. 133 (1), 57-72 (1997).</li><li>Ang, W., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+(BSA)+fouling+of+reverse+osmosis+membranes:+Implications+for+wastewater+reclamation.">Protein (BSA) fouling of reverse osmosis membranes: Implications for wastewater reclamation.</a> J. Membr. Sci. 296 (1-2), 83-92 (2007).</li><li>Bernstein, R., Belfer, S., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+dense+membranes+using+radical+graft+polymerization+enhanced+by+monomer+filtration.">Surface modification of dense membranes using radical graft polymerization enhanced by monomer filtration.</a> Langmuir. 26 (14), 12358-12365 (2010).</li><li>Kaufman, Y., Kasher, R., Lammertink, R. G. H., Freger, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+NF/RO+separation:+Cell+design,+performance+and+application.">Microfluidic NF/RO separation: Cell design, performance and application.</a> J. Membr. Sci. 396, 67-73 (2012).</li><li>Kaufman, 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=Towards+supported+bolaamphiphile+membranes+for+water+filtration:+Roles+of+lipid+and+substrate.">Towards supported bolaamphiphile membranes for water filtration: Roles of lipid and substrate.</a> J. Membr. Sci. 457, 50-61 (2014).</li></ol>

저자는 공개 아무것도 없어.

이 프로토콜은 나노 여과 및 한외 여과 막 테스트 삼차원 미세 인쇄 횡류 장치의 설계를 설명한다. 최근에는 나노 여과막 컨디셔닝이 프로토콜의 변화의 성공을 나타내는 후속 세균 배양 분사 글리 고스 및 리포 폴리 사카 라이드 및 막 성능 차이 오염있다.이 기술을 채용 한 5 미래의 애플리케이션은 다른 foulants와 막 성능의 변화를 평가하는데 사용될 수있다 . 큰 흐름 세포에 비해이 미세 유체 장치는 훨씬 덜 테스트 솔루션을 필요로 크게 foulants 및 화합물, 한정된 수량 만 사용할 수 있습니다이 특히에 대한 비용을 줄일 수 있습니다. 작은 형식은 실험실 규모의 시험에 편리하게 및 높은 처리량 테스트에 순종 할 수있다. 미세 횡류 장치의 디자인 THR 이루어졌다입체 인쇄의 중요한 이점이다 깨닫지 못하고 있거나 남의 반복 프로토. 일반 장치 설계 기능을 나노 막 용도에 사용 이전에 발행 된 미세 횡류 장치에 기초 하였다. 9,10- 가장 중요한 설계 차이 피드 및 채널 투과 오프셋되지 않은 것으로했으나 서로 직접 중첩하고, 두께 부, 물 밀봉 방법. 물 누출의 방지는 다중 재료 감광 3 차원 프린터를 통해 인쇄 장치를 디자인 프로세스에서 극복되었다 큰 문제였다. 이것은 얇은 소프트 폴리머 막과 접촉 하였다 장치의 표면에있을 수 있었다. 장치에서 막 균일하게 6 너트 (M6)를 체결 배치 한 후, 물 누출을 방지 하였다. 유출 물에 대한 다른 잠재적 영역은 공급 물 유입구와 배출구 튜브 보유 접속점이며, 승무원의 테이프를 사용하는 것을 방지 할 수 있고조심하는 것은 이상 스레딩을 손상 것이다 튜브의 연결을 강화하지. 이 장치는 누설없이 5 줄에 압력까지 테스트되었습니다. 또한 초순수 모든 용액의 제조에 사용되는 것이 중요하다. 다른 소스에서 물이 막 성능의 감소를 야기 알 수없는 오염 물질을 포함 할 수있다. 또한, 필터 (0.45 mm) 시스템 내 입자상 물질이 없음을 보장하기 위해 공급 튜브에 부착된다. 투과 유량계보다 정확하게 나노 막을 이용한 대표적인 실험에서 낮은 플럭스 값을 측정하기 위해 사용되었다. 4 바의 고정 압력. 이전 글리 고스 연구를 기반으로 선택되었다 다른 막 쿠폰을 사용하여 5 반복 측정은 평균되었다. 한외 여과막을 사용하는 대표적인 실험에서, 막의 초기 순수 플럭스는 0.4 bar의 압력을 사용하여 측정 하였다. 막에서에 자속을 투과멤브레인은 크게 따라서 각 막의 플럭스 플럭스 차이가 ± 20 %보다 크지되었는지 확인하기 위해 조사 하였다 다를 수 있습니다. 원하는 초기 광속 값의 범주 밖에있는 막 새로운 멤브레인 쿠폰으로 대체되었다. 다른 초기 광속 테스트 막은 다른 속도 파울 수 있으므로 오염 연구에서 일정한 플럭스 정압보다 선호 될 수있다. 압력 후 200 LMH 원하는 평균 초기 투과 플럭스 조정하지만, 이러한 초기 시작 조건이 필요한 실험 조건에 따라 선택 될 수 있고, ± 10 %. 이후 공급 용액의 조성 변화 및 ​​자속 변화를 모니터링 멤브레인의 성능 특성에 대한 통찰력을 제공한다.

<html> 멤브레인 기술은 벌크 용액에서 용질의 분리를 요구하는 산업 및 다른 프로세스 일체 그러나 막 오염이 큰 지속적인 도전이다. 막 오염 폐수의 크기 기반 분리 한외 여과막의 사용을 포함 발생 하나 일반적인 예로, 염수 또는 해수 이온 큰 용질의 분리 2 박막 복합체 멤브레인. 파울 3 특성 표시는 차압 상승 플럭스의 감소를 포함한다. 이것은 멤브레인의 생산성을 감소 의한 화학적 또는 기타 세정 프로토콜의 수명을 단축시킨다. 따라서 멤브레인 성능은 오염 평가 및 메커니즘과 오염,의 생물 연료와 세포막에 biofilm 형성의 효과를 이해하는 좋은 지표이다. 또한, 성능 평가는 새로운 막의 설계 또는 수정 중요하다. EFT &quot;&gt; 미세 유체 장치의 멤브레인의 사용에 대한 관심은 지난 10 년 동안 성장하고있다. (4) 최근에, 우리는 나노 멤브레인의 표면을 오염의 미생물 구성 요소 리포 폴리 사카 라이드의 효과 및 글리을 공부하고, 미생물에 조절 된 표면의 후속 감수성 첨부. 5 미세 횡류 장치 나노 막의 성능을 평가하기 위해 사용되었다. 막 표면적이 작고 때문에 막 표면의 오염에 대한 소량로만 특수 비상업적 지질 성분의 사용을 허용했다. 시스템의 크기는 멤브레인 소재와 솔루션의 낮은 볼륨의 효율적인 사용을 허용했다. 이러한 프로토콜에서는, 막 성능 테스트를위한 미세 유체 소자의 설계 및 제조를 설명하고, 압력 유동 시스템에 장치의 결합을 설명합니다. 장치의 데모는 전기 및 전자 테스트에 의해 표시됩니다모델 foulant, BSA를 이용하여 한외 여과 막 및 나노 막의 성능 겨. -6,7-

<table><tbody><tr><td>BSA</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>A6003</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>DAEJUNG</td><td>7548-4100</td><td></td></tr><tr><td>MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>EMSURE</td><td>1058861000</td><td></td></tr><tr><td>NF Membrane</td><td>Filmtec</td><td>NF200</td><td></td></tr><tr><td>30 kDa UF Membrane</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH030</td><td></td></tr><tr><td>50 kDa UF Membrane</td><td>MICRODYN NADIR</td><td>UH050</td><td></td></tr><tr><td>Pressure Transducer</td><td>Midas</td><td>43006711</td><td></td></tr><tr><td>Ball Valves</td><td>AV-RF</td><td>Q91SA-PN6.4</td><td></td></tr><tr><td>3-way Valve</td><td>iLife Medical Devices</td><td>902.071</td><td></td></tr><tr><td>Pressure Regulator</td><td>Swagelok</td><td>KCB1G0A2A5P20000</td><td></td></tr><tr><td>Flow-meter</td><td>Bronkhorst</td><td>L01-AGD-99-0-70S</td><td></td></tr><tr><td>Balances</td><td>MRC</td><td>BBA-1200</td><td></td></tr><tr><td>Pump</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-00354-JI</td><td></td></tr><tr><td>1/8&quot; Tubing</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06605-27</td><td></td></tr><tr><td>1/16&quot; Tubing</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-06407-41</td><td></td></tr><tr><td>1/16&quot; Fittings</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30486-70</td><td></td></tr><tr><td>1/8&quot; Fittings</td><td>Kiowa</td><td>QSM-B-M5-3-20</td><td></td></tr><tr><td>Microcontroller</td><td>Adafruit</td><td>50</td><td>Arduino UNO R3</td></tr><tr><td>Continuous Rotation Servo</td><td>Adafruit</td><td>154</td><td></td></tr><tr><td>Standard Servo</td><td>Adafruit</td><td>1142</td><td></td></tr><tr><td>Power Supply</td><td>Adafruit</td><td>658</td><td></td></tr><tr><td>Servo Shield</td><td>SainSmart</td><td>20-011-905</td><td></td></tr><tr><td>Switches</td><td>Parts Express</td><td>060-376</td><td></td></tr><tr><td>0.45 Micron Filters</td><td>EMD Millipore</td><td>SLHV033RS</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>Gamry</td><td>PCI4</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>MRC</td><td>DC-150H</td><td></td></tr><tr><td>Connex 3D Printer</td><td>Stratasys</td><td>Objet Connex</td><td></td></tr><tr><td>Veroclear&amp;nbsp;</td><td>Stratasys</td><td>RGD810&amp;nbsp;</td><td>transparent polymer for printing flow cell</td></tr><tr><td>Tangoblack-plus</td><td>Stratasys</td><td>FLX980</td><td>soft rubbery polymer for gasket layers on flow cell</td></tr></tbody></table>

three-dimensionally printed microfluidic cross-flow system for ultrafiltration/nanofiltration membrane performance testing

최소화 및 막 오염의 관리는 다양한 산업 공정 및 멤브레인 기술을 활용하여 다른 관행에 강력한 도전이다. 오염 과정을 이해하는 것은 최적화 및 막 여과 기반의 높은 효율로 이어질 수 있습니다. 여기서 우리는 병렬로 4 막까지 테스트 할 자동 입체적 (3-D) 인쇄 미세 크로스 플로우 여과 시스템의 설계 및 제조를 나타낸다. 미세 세포를 미세 셀 바디 투명 경질 중합체를 사용하고 작동 중에 누출 방지 얇은 고무질 중합체 층을 포함 멀티 감광 재료 3 차원 프린팅 기술을 사용하여 인쇄 하였다. 한외 여과 성능 (UF) 및 나노 여과 (NF) 막을 시험 하였다 및 막 오염이 모델 foulant 소 혈청 알부민 (BSA)으로 관찰 할 수있다. BSA를 함유하는 공급 용액을 멤브레인의 자속 감소를 보였다. 이 프로토콜은 연장 될 수있다에드는 다른 많은 유기, 무기 또는 미생물 포함 된 용액으로 오염 또는의 생물 연료를 측정합니다. 미세 유체 설계는 테스트중인 때문에 멤브레인의 작은 면적에 예 다당류, 단백질 또는 지질에 대한, 비용 또는 소량에서만 사용할 수 있습니다 시험 물질에 특히 유리하다. 이 모듈러 시스템은 쉽게 막을 높은 처리량 테스트에 확장 될 수있다.

미세 유동 세포는 다중 재료 감광 3 차원 (3-D) 프린터를 사용하여 CAD 프로그램을 사용하여 설계 및 인쇄 하였다. 세포막을 쉽게 (도 1)를 삽입하고 장치로부터 제거 될 수 있도록 이러한 셀은, 두 부분으로 설계 하였다. 각 부분은 구조적 무결성 하드 명확 중합체 인쇄 1cm 두께이고, 막 대향 측면 무상 중합체의 매우 얇은 50㎛의 층으로 오버 코팅되었다. 도장 물 누설을 방지하는 밀봉 기능을 가진 세포를 제공하기 위해 수행 하였다. 유로는 0.2 mm, 깊이 1mm 폭 막의 면적이 30mm 시험 30 mm 길이로 설계되었다. 8mm 세척 프로토콜 40mm로 절단 한 후 멤브레인, 멤브레인은 테스트 장치에 삽입 하였다. 여섯 스테인리스 볼트와 너트 (M6)는 장치를 강화하기 위해 사용하고, 그것은 시스템 (도 2)에 연결되었다. 이와 같이, 셀은 PE 인세포막을 쉽게 교체 할 수 있지만 rmanently 시스템에 연결된다. 하나의 셀은 나노 여과막 실험 동안 작동시키고, 4 개의 셀은 한외 여과막 실험 병렬로 작동 하였다. 나노 막의 경우, 유량계는 투과 광속을 측정하기 위해 연결되었다. / 분 2 ML의 속도로 실험, 순수한 물을 수행합니다. 개시하고, 압력은 4 줄로 조정 하였다. 이 40 LMH (그림 3) ~의 투과 플럭스 결과 및 ~ 10 LMH / 줄에 맞습니다. 평형 상수 및 자속 (약 45 분)을 관찰 한 후, 용액을 제거 테스트 멤브레인의 무결성을 확인하고, 수집하고, 침투하여 MgSO4 (10 mM)을 변경시켰다. 이 용액의 저항은 도전성에 반비례하는 측정 하였다. 시험 염 농도에서, 전도성 농도 % 염 R에 선형 비례토출이 계산 될 수있다. 본 실험에서 테스트 막은 4 %와 64 % 각각 황산과 염화나트륨의 ± 3 % 거부 ± 83 %를 주었다. 이송 시스템은 안정적인 유량이 달성 될 때까지 순수로 복귀하고 염화나트륨 (10 mm) 단위 BSA (0.08 g / L)의 수용액으로 변경 한 것. 10 mM의 염화나트륨의 조건 제어 막의 플럭스에 비해 플럭스의 감소는 BSA에 의한 오염을 막을 나타냈다. 투과 플럭스 잔액을 사용하여 측정하여 한외 여과막 들어, 네 개의 마이크로 유체 소자는 병렬로 접속 하였다. 이러한 균형은 컴퓨터에 연결된 연속 데이터 수집을 용이하게 하였다. 8 ml의 순수한 물 공급 속도 / 분 2 ㎖ / 플로우 셀 당 최소 인 시스템에 대해, 압력이 200 LMH (도 4)의 평균 유속을 얻기 위해서 조정되었다. 각 막의 플럭스 평가하고, 플럭스의 차이가 있었다 및하면 막 대체 #(62); 200 LMH의 초기 선택 플럭스 평균에서 20 %. BSA 용액으로 변경 한 것 (0.08 g / L) 및 플럭스의 감소가 관찰되었다. 공급 용액을 순수로 다시 변화 하였다. 대표적인 결과를 위해, 우리는 (30) 50 kDa의 친수성 ​​폴리 한외 여과막을 비교하여 관찰하는 50 kDa의 멤브레인은 30 kDa의 막에 대한 23 %와 비교하여, 실험의 종결 (초기 광속의 26.5 %)로 높은 정규화 유량을 제어했지만 차이는 유의하지 않았다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig1.jpg" /> 도 1의 설계 및 사용 미세 유체 소자의 이미지. 설계는 CAD 프로그램을 이용하여 만든 입체 감광 프린터를 사용하여 인쇄 하였다. (A) 공급 채널 (평면도)를 포함하는 바닥 부. (B) 투과 찬이 포함 된 상단 부분<html> Nel 보낸 사람 (상위 뷰). 장치 (측면도)의 (C) 조립. (D) 막 쿠폰, 너트와 볼트와 함께 고정 부분을 포함하여 기능 소자의 이미지입니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53556/53556fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig2.jpg" /> 도 2 시스템의 개략도. 나노 여과막 시험은 플로우 셀 (1) 한외 여과막 테스트를 병렬로 모든 4 플로우 셀을 사용하여 수행 하였다를 사용하여 수행 하였다. 컴퓨터 데이터 로깅 도시하지 않음. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53556/53556fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> &gt; &quot;법이지 <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig3.jpg" /> 도 3 성능 및 횡류 조건 하에서 나노 멤브레인 오염 전체 실행 (검은 색 사각형)을위한 실험 조건 :. I) 초순수, 2 ㎖ / 분, 4 줄. ⅱ) 10mM의 황산, 2 ㎖ / 분, 4 줄. ⅲ) 초순수, 2 ㎖ / 분, 4 줄. ⅳ) BSA 된 10 mM의 NaCl, 2 ml / 분, 4 줄에 (0.08 g / L). ⅴ) 초순수, 2 ㎖ / 분, 4 줄. 제어 막 된 10 mM의 NaCl, 2 ㎖ / 분, 4 줄 (청색 원). 오차 막대는 표준 편차를 나타낸다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53556/53556fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53556/53556fig4.jpg" /> 한외 여과 막 30 kDa의 그림 4. 파울 링 ( </s평균 초기 순수 투과 유속 200 LMH로되도록 trong&gt; 적색 사각형) 및 교차 유동 조건 하에서 50 kDa의 (블루 다이아몬드). I)의 압력을 조정 하였다. ⅱ) BSA (0.08 g / L) 2 ml / 분. 오차 막대는 표준 편차를 나타낸다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53556/53556fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing at JoVE.com

Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

설계 및 삼차원 (3-D)의 제조 인쇄 미세 크로스 플로우 여과 시스템이 설명된다. 시스템 성능을 테스트하고 나노 여과 및 한외 여과 (박막 복합체) 막의 오염을 관찰하는데 사용된다.

한외 여과 / 나노 멤브레인 성능 테스트 용 삼차원 인쇄물 미세 유체 교차 유동 시스템

Minimization and management of membrane fouling is a formidable challenge in diverse industrial processes and other practices that utilize membrane ...

three-dimensionally-printed-microfluidic-cross-flow-system-for

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.2K 조회수.  Ben-Gurion University of the Negev, Sede-Boqer Campus.  설계 및 삼차원 (3-D)의 제조 인쇄 미세 크로스 플로우 여과 시스템이 설명된다. 시스템 성능을 테스트하고 나노 여과 및 한외 여과 (박막 복합체) 막의 오염을 관찰하는데 사용된다. 

비디오: Three-Dimensionally Printed Microfluidic Cross-flow System for Ultrafiltration/Nanofiltration Membrane Performance Testing

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

Microfluidic 칩은 탄성 Microvalve의 배열을 제어

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

연구

생물학

Procedure for the Development of Multi-depth Circular Cross-sectional Endothelialized Microchannels-on-a-chip

Efforts have been focused on developing in vitro assays for the study of microvessels because in vivo animal studies are more time-consuming, expensive, and observation and quantification are very challenging. However, conventional in vitro microvessel assays have limitations when representing in vivo microvessels with respect to three-dimensional (3D) geometry and providing continuous fluid flow. Using a combination of photolithographic reflowable photoresist technique, soft lithography, and microfluidics, we have developed a multi-depth circular cross-sectional endothelialized microchannels-on-a-chip, which mimics the 3D geometry of in vivo microvessels and runs under controlled continuous perfusion flow. A positive reflowable photoresist was used to fabricate a master mold with a semicircular cross-sectional microchannel network. By the alignment and bonding of the two polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels replicated from the master mold, a cylindrical microchannel network was created. The diameters of the microchannels can be well controlled. In addition, primary human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) seeded inside the chip showed that the cells lined the inner surface of the microchannels under controlled perfusion lasting for a time period between 4 days to 2 weeks.

A microchannels-on-a-chip platform was developed by the combination of photolithographic reflowable photoresist technique, soft lithography, and microfluidics. The endothelialized microchannels platform mimics the three-dimensional (3D) geometry of in vivo microvessels, runs under controlled continuous perfusion flow, allows for high-quality and real-time imaging&#160;and can be applied for microvascular research.

멀티 깊이 원형 단면 Endothelialized 마이크로 채널 - 온 - 칩의 개발을위한 절차

Efforts have been focused on developing in vitro assays for the study of microvessels because in vivo animal studies are more time-consuming, expensive, ...

생체공학

The Submerged Printing of Cells onto a Modified Surface Using a Continuous Flow Microspotter

The printing of cells for microarray applications possesses significant challenges including the problem of maintaining physiologically relevant cell phenotype after printing, poor organization and distribution of desired cells, and the inability to deliver drugs and/or nutrients to targeted areas in the array. Our 3D microfluidic printing technology is uniquely capable of sealing and printing arrays of cells onto submerged surfaces in an automated and multiplexed manner. The design of the microfluidic cell array (MFCA) 3D fluidics enables the printhead tip to be lowered into a liquid-filled well or dish and compressed against a surface to form a seal. The soft silicone tip of the printhead behaves like a gasket and is able to form a reversible seal by applying pressure or backing away. Other cells printing technologies such as pin or ink-jet printers are unable to print in submerged applications. Submerged surface printing is essential to maintain phenotypes of cells and to monitor these cells on a surface without disturbing the material surface characteristics. By printing onto submerged surfaces, cell microarrays are produced that allow for drug screening and cytotoxicity assessment in a multitude of areas including cancer, diabetes, inflammation, infections, and cardiovascular disease.

This 3D microfluidic printing technology prints arrays of cells onto submerged surfaces. We describe how arrays of cells are delivered microfluidically in 3D flow cells onto submerged surfaces. By printing onto submerged surfaces, cell microarrays were produced that allow for drug screening and cytotoxicity assessment in a multitude of areas.

연속 흐름 Microspotter을 사용하여 수정 된 표면에 세포의 침수 인쇄

The printing of cells for microarray applications possesses significant challenges including the problem of maintaining physiologically relevant cell ...

A Multi-Parametric Islet Perifusion System within a Microfluidic Perifusion Device

A microfluidic islet perifusion device was developed for the assessment of dynamic insulin secretion of multiple islets and simultaneous fluorescence imaging of calcium influx and mitochondrial potential changes. The device consists of three layers: first layer contains an array of microscale wells (500 &mu;m diameter and 150 &mu;m depth) that help to immobilize the islets while exposed to flow and maximize the exposed surface area of the islets; the second layer contains a circular perifusion chamber (3 mm deep, 7 mm diameter); and the third layer contains an inlet-mixing channel that fans out before injection into the perifusion chamber (2 mm in width, 19 mm in length, and 500 &mu;m in height) for optimizing the mixing efficiency prior to entering the perifusion chamber. The creation of various glucose gradients including a linear, bell shape, and square shapes also can be created in the microfluidic perifusion network and is demonstrated.

A microfluidic islet perifusion device was developed for the assessment of dynamic insulin secretion of multiple islets and simultaneous fluorescence imaging of calcium influx and mitochondrial potential changes.

Microfluidic Perifusion 장치 내에서 멀티 파라메 트릭 아일릿 Perifusion 시스템

A microfluidic islet perifusion device was developed for the assessment of dynamic insulin secretion of multiple islets and simultaneous fluorescence ...

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

다공성 매체에서 미생물 교통 유학에 대한 간단한 Microfluidic 시스템 : 미생물의 창

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...

Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically can only be achieved using costly equipment in a clean room setting. The key part of the platform is a three dimensionally (3D) printed microscope mask alignment adapter (MMAA) compatible with regular optical microscopes and ultraviolet (UV) light exposure systems. The overall process of creating the device has been vastly simplified because of the work done to optimize the device design. The process entails finding the proper dimensions for the equipment available in the laboratory and 3D-printing the MMAA with the optimized specifications. Experimental results show that the optimized MMAA designed and manufactured by 3D printing performs well with a common microscope and light exposure system. Using a master mold prepared by the 3D-printed MMAA, the resulting microfluidic devices with multilayered structures contain alignment errors of &lt;10 &#181;m, which is sufficient for common microchips. Although human error through transportation of the device to the UV light exposure system can cause larger fabrication errors, the minimal errors achieved in this study are attainable with practice and care. Furthermore, the MMAA can be customized to fit any microscope and UV exposure system by making changes to the modeling file in the 3D printing system. This project provides smaller laboratories with a useful research tool as it only requires the use of equipment that is typically already available to laboratories that produce and use microfluidic devices. The following detailed protocol outlines the design and 3D printing process for the MMAA. In addition, the steps for procuring a multilayer master mold using the MMAA and producing poly(dimethylsiloxane) (PDMS) microfluidic chips is also described herein.

This project allows small laboratories to develop an easy-to-use platform for the fabrication of precise multilayer microfluidic devices. The platform consists of a three-dimensionally printed microscope mask alignment adapter using which multilayer microfluidic devices with alignment errors of &lt;10 &#181;m were achieved.

다층 미세 유체 장치의 제조를 위한 입체 인쇄 현미경 마스크 정렬 어댑터의 설계 및 개발

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically ...

공학

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

면역 측정법에 대한 3 차원 종이 기반 미세 유체 장치의 제작

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Rapid Fabrication of Custom Microfluidic Devices for Research and Educational Applications

Microfluidic devices allow for the manipulation of fluids, particles, cells, micro-sized organs or organisms in channels ranging from the nano to submillimeter scales. A rapid increase in the use of this technology in the biological sciences has prompted a need for methods that are accessible to a wide range of research groups. Current fabrication standards, such as PDMS bonding, require expensive and time consuming lithographic and bonding techniques. A viable alternative is the use of equipment and materials that are easily affordable, require minimal expertise and allow for the rapid iteration of designs. In this work we describe a protocol for designing and producing PET-laminates (PETLs), microfluidic devices that are inexpensive, easy to fabricate, and consume significantly less time to generate than other approaches to microfluidics technology. They consist of thermally bonded film sheets, in which channels and other features are defined using a craft cutter. PETLs solve field-specific technical challenges while dramatically reducing obstacles to adoption. This approach facilitates the accessibility of microfluidics devices in both research and educational settings, providing a reliable platform for new methods of inquiry.

Here we present a protocol to design and fabricate custom microfluidic devices with minimal financial and time investment. The aim is to facilitate the adoption of microfluidic technologies in biomedical research laboratories and educational settings.

연구 및 교육 응용 프로그램을 위한 맞춤형 미세 유체 장치의 신속한 제조

Microfluidic devices allow for the manipulation of fluids, particles, cells, micro-sized organs or organisms in channels ranging from the nano to ...

A Microphysiological System to Study Leukocyte-Endothelial Cell Interaction during Inflammation

Leukocyte-endothelial cell interactions play an important role in inflammatory diseases such as sepsis. During inflammation, excessive migration of activated leukocytes across the vascular endothelium into key organs can lead to organ failure. A physiologically relevant biomimetic microfluidic assay (bMFA) has been developed and validated using several experimental and computational techniques, which can reproduce the entire leukocyte rolling/adhesion/migration cascade to study leukocyte-endothelial cell interactions. Microvascular networks obtained from in vivo images in rodents were digitized using a Geographic Information System (GIS) approach and microfabricated with polydimethylsiloxane (PDMS) on a microscope slide. To study the effect of shear rate and vascular topology on leukocyte-endothelial cell interactions, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model was developed to generate a corresponding map of shear rates and velocities throughout the network. The bMFA enables the quantification of leukocyte-endothelial cells interactions, including rolling velocity, number of adhered leukocytes in response to different shear rates, number of migrated leukocytes, endothelial cell permeability, adhesion molecule expression and other important variables. Furthermore, by using human-related samples, such as human endothelial cells and leukocytes, bMFA provides a tool for rapid screening of potential therapeutics to increase their clinical translatability.

In this protocol, a biomimetic microfluid assay, which can reproduce a physiologically relevant microvascular environment and reproduce the entire leukocyte adhesion/migration cascade, is employed to study leukocyte-endothelial cell interactions in inflammatory disease.

염증 중 백혈구-내피 세포 상호작용을 연구하는 미생리학적 시스템

Leukocyte-endothelial cell interactions play an important role in inflammatory diseases such as sepsis. During inflammation, excessive migration of ...

Open-Well 및 Microfluidic 모드가 있는 재구성 가능한 Barrier Tissue Platform

Transforming Static Barrier Tissue Models into Dynamic Microphysiological Systems

Microphysiological systems are miniaturized cell culture platforms used to mimic the structure and function of human tissues in a laboratory setting. However, these platforms have not gained widespread adoption in bioscience laboratories where open-well, membrane-based approaches serve as the gold standard for mimicking tissue barriers, despite lacking fluid flow capabilities. This issue can be primarily attributed to the incompatibility of existing microphysiological systems with standard protocols and tools developed for open-well systems.
Here, we present a protocol for creating a reconfigurable membrane-based platform with an open-well structure, flow enhancement capability, and compatibility with conventional protocols. This system utilizes a magnetic assembly approach that enables reversible switching between open-well and microfluidic modes. With this approach, users have the flexibility to begin an experiment in the open-well format using standard protocols and add or remove flow capabilities as needed. To demonstrate the practical usage of this system and its compatibility with standard techniques, an endothelial cell monolayer was established in an open-well format. The system was reconfigured to introduce fluid flow and then switched to the open-well format to conduct immunostaining and RNA extraction. Due to its compatibility with conventional open-well protocols and flow enhancement capability, this reconfigurable design is expected to be adopted by both engineering and bioscience laboratories.

저자 스포트라이트: 인간 장벽 조직을 모방하기 위한 고유한 모듈식 미세생리학적 시스템 개발

This protocol describes a reconfigurable membrane-based cell culture platform that integrates the open-well format with fluid flow capabilities. This platform is compatible with standard protocols and allows for reversible transitions between open-well and microfluidic culture modes, accommodating the needs of both engineering and bioscience laboratories.

정적 장벽 조직 모델을 동적 미세생리학 시스템으로 변환

Microphysiological systems are miniaturized cell culture platforms used to mimic the structure and function of human tissues in a laboratory setting. ...