This work was supported by a grant from the National Health Research Institutes (03-A1 BNMP11-014).

주 : 우리의 미세 유체 소자의 제작을위한 포토 마스크 설계는 컴퓨터 이용 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용하여 그려졌다. 디자인이어서, 상용 서비스를 이용하여 크롬 포토 마스크를 제조하는데 사용 하였다. PDMS의 장치는 소프트 리소그래피 기술을 사용하여 제조 하였다. 11 리소그래피에 의해 마스터 금형 1. 제작 <ol><li> 포토 리소그래피 공정 (12) 전에, 기판으로 4 인치 실리콘 웨이퍼를 사용하여 10 분 동안 120 ℃에서 종래의 오븐에서 웨이퍼 탈수. </li><li> 플라즈마 클리너 30 초 100w에서 산소 플라즈마 처리를 이용하여 탈수 한 실리콘 웨이퍼를 클린. </li><li> 다음 베이킹 프로세스에 대해 각각 65 ° C에서 두 개의 핫 플레이트 95 ° C를 예열. </li><li> 스핀 코터에 의해 세정 된 실리콘 웨이퍼 상에 네가티브 포토 레지스트 (PR)를 도포 5g; 30 초 동안 1,200 rpm으로 (SU-8 50)에서 스핀 마이크로 층을 생성한다. </li><li> 홍보를 배치12 분 동안 65 ℃에서 예열 된 핫 플레이트 상에 웨이퍼를 도포하고, 소프트 베이크 공정을 수행하기 위해 (두께 100㎛의 패턴) 33 분 동안 95 ° C에서 다른 예열 된 핫 플레이트로 옮긴다. </li><li> 소성 후, 반자동 마스크 얼 라이너의 홀더에 PR 코팅 된 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 25,400 dpi의 해상도 투명 마스크에 정렬. </li><li> 실리콘 웨이퍼의 PR 패턴을 만들 의해 500mJ / ㎠의 도즈에서 UV 광 (365 ㎚)에 PR 코팅 된 실리콘 웨이퍼를 노출시킨다. </li><li> 얼 라이너에서 웨이퍼를 제거하고 12 분 동안 95 ° C에서 후 베이킹을위한 열판에 놓습니다. </li><li> 정렬 마크를 노출 12 분 질소 가스로 가볍게 건조위한 미가 교 PR을 씻어 SU-8 현상액 (프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트, PGMEA) 용액에 웨이퍼를 담근다. </li><li> 다시, 스핀 코터에 의해 웨이퍼 상에 네가티브 포토 레지스트의 코팅 5g; 300 30 초 30 초와 1,200 RPM (SU-8 10) 700 rpm으로 (SU-8 100)에서 스핀# 181; m 두께의 패턴 및 27 μm의 두께 패턴은 각각 마이크로 웰 층을 확인합니다. </li><li> (27 μm의 깊은 캡처 웰 층) 4 분, 8 분 동안 95 ° C에서 65 ° C에서 열판에 PR 코팅 된 웨이퍼를 배치; 40 분 동안 65 ° C에서과 (300 μm의 깊은 문화 잘 층) 110 분 동안 95 ° C에서. </li><li> 냉각 후, UV 광을 구비 한 마스크 얼 라이너에 PR 코팅 된 실리콘 웨이퍼를 배치했다. </li><li> 250 엠제이 / cm 2 (27 μm의 두께 패턴) 700 엠제이 /의 용량 cm 2 (300 μm의 두께 패턴)에 자외선 (365 nm의)에 PR 코팅 된 실리콘 웨이퍼를 노출. </li><li> 각각 5 분 (27 μm의 두께 패턴), 30 분 (300 μm의 두께 패턴) 95 ° C에서 웨이퍼를 굽는다. </li><li> 각각 6 분 (27 μm의 두께 패턴), 25 분 (300 μm의 두께 패턴)의 PGMEA에 의해 가교 PR을 세척 한 후 질소 가스로 건조. </li><li> 패턴의 피처들의 높이를 측정스캐닝 레이저 프로파일로의 XY 스테이지 상에 웨이퍼를 배치함으로써 주사 레이저 프로파일로 갖는 웨이퍼. <ol><li> 명확 패턴은 20X 대물 렌즈에서 &quot;카메라 뷰&quot;관찰 모드를 사용하여 웨이퍼 상에 표시하는 기능의 초점 평면을 조정한다. </li><li> &quot;레이저보기&quot;를 &quot;카메라 뷰&quot;로부터 관찰 모드를 전환 한 기능의 상하 위치를 설정한다. </li><li> 각각 측정 모드, 영역, 품질 및 투명 (위)까지 Z 피치, 1 라인 (1024 × 1), 높은 정확도와 0.5 μm의를 설정하고 측정을 시작하기 시작 바닥을 누릅니다. </li></ol></li></ol> 단일 세포 분리를위한 PDMS 장치 2. 준비 <ol><li> PDMS 주조 전에 쉽게 마스터 몰드에서 PDMS 복제본을 박리하게 소수성 표면을 만들 트리클로로 마스터 주형 silanization합니다. <ol><li> 마스터 주형 및 함유 가중 보트 놓고200 데시 케이 터에서 트리클로로 실란의 μL, 15 분 동안 진공 (-85 kPa의)를 적용합니다. </li><li> 진공을 중지 한 후 적어도 1 시간 동안 실온에서 마스터 주형 silanization합니다하도록 데시 케이 터 내에서 마스터 주형을 떠난다. </li><li> 데시 케이 터에서 마스터 금형을 제거하고 10cm 페트리 접시에 각각의 마스터 몰드를 배치합니다. </li></ol></li><li> 베이스 10의 비율로 함유 경화제 17.6 g PDMS 중합체 키트 총량 믹스 : 1 다음 페트리 접시에서 마스터 주형 상에 PDMS를 붓는다. </li><li> 데시 케이 터에서 페트리 접시를 놓고 PDMS 기포를 제거하기 위해 1 시간 동안 진공 (-85 kPa의)을 적용한다. </li><li> 데시 케이 터에서 페트리 접시를 제거하고 3 ~ 65 ° C에서 기존의 오븐에 배치 - PDMS의 치료를 위해 6 시간. </li><li> 마스터 몰드로부터 경화 된 PDMS 레플리카를 제거하고 공의 내경을 가진 펀치에 의해 캡처 웰 어레이 PDMS 복제본 마이크로 채널의 양단에서 두개의 입구로서 구멍 출구 펀치.유체 채널 (그림 2A) 75 mm이다. </li><li> PDMS의 복제본의 표면을 청소 한 다음 간단한 산소 플라즈마 처리 (14 초 100 와트)에 대한 플라즈마 클리너에 PDMS 복제본을 배치하는 테이프를 사용합니다. </li><li> 산소 플라즈마 시스템에서 PDMS 복제본을 제거합니다. </li><li> 실체 현미경 아래에 손으로 최고 (캡처 마이크로 웰을 포함)과 (문화 마이크로 웰 포함) 바닥 PDMS 복제를 맞추고 접촉을 가져. </li><li> 최종 장치를 형성하도록 PDMS 복제본 간의 영구적 인 결합을 달성하기 위해 24 시간 동안 65 ° C의 오븐에서 배향 PDMS 복제본을 놓는다. </li><li> 탈 (DI) - 물 채워진 용기에 PDMS 소자를 담가 상기 PDMS 장치의 마이크로 채널로부터 공기를 제거하기 위해 15 분간 진공 (-85 kPa의) 하에서 건조기에서 용기를 배치했다. </li><li> 조직 배양 후드에서 DI 워터 가득 PDMS 소자를 배치하고 UV 광 (광의 파장이 254 나노 미터)를 사용하여 30 마일에 대해 장치의 살균엔. </li><li> 1X PBS 용액에 5 % 소 혈청 알부민 (BSA)와 함께 PDMS 소자의 DI 물을 장착하고 PDMS 표면에 달라 붙는 것을 방지 세포를 30 분 동안 37 ℃에서 배양한다. BSA 코팅에서 분리 된 세포의 전달 효율을 개선하는 것이 중요합니다 캡처 웰에 문화를 잘 참고. </li><li> 살균 1X PBS 용액으로 PDMS 장치에서 5 % BSA 용액을 교체합니다. </li></ol> 단일 세포 현탁액 3. 준비 <ol><li> 배양 신경 세포 KT98, 인간 암 세포 A549 및 MDA-MB-435 우리를 줄기 PDMS 소자 세포 실험에서 세포를 제조하는 통상의 세포 배양 용 인큐베이터 (37 ℃, 5 % CO 2, 95 % 습도)에서 페트리 접시 . </li><li> 제거하고 소모 된 배양액 (70)으로 성장 세포 배양 접시에서 (10 % 소 태아 혈청 및 1 % 항생제가 공급 DMEM 기초 배지) 폐기 - 80 % 합류. </li><li> 부드럽게 멸균 PBS로 3 회 세포를 씻는다. &lt;/ 리&gt; <li> (자세한 내용은 자료 목록을 참조하십시오) 제거하고 PBS를 폐기하고, 단백질 분해, collagenolytic 및 DNase의 활동과 재조합 효소 혼합물 2 ㎖를 추가합니다. </li><li> 실온에서 5 분간 배양 접시에 배양 한 후 세포의 분리를 촉진하는 배양 접시를 탭. </li><li> 세포를 분산시키는 멸균 PBS 4 mL를 추가 한 후 15ml의 원뿔형 튜브에 세포 현탁액을 전송. </li><li> 3 분 300 XG에 튜브를 원심 분리기와 뜨는을 제거합니다. </li><li> 부드럽게 PBS 멸균 한 용액에 세포 펠렛을 재현 탁하고 트리 판 블루 표준 제외 방법 (13)을 이용하여 생균 수를 카운트. 주 :이 부유하는 단계는 상기 단일 세포 분리 효율을 향상시키는 것이 잘 해리 된 단일 세포 현탁액을 제조하는 핵심이다. </li></ol> 4. 단일 세포 클론의 분리 및 배양 <ol><li> X10 2.5 - 2.2의 농도 부하 세포 현탁액 50 μL를 <su휴대용 피펫 장치의 배출구를 통해 PDMS 장치의 마이크로 채널로는 P&gt; 106 세포 / ㎖. 주 : 세포 현탁액 로딩은 마이크로 피펫에 기포를 도입하지 않도록 정지 및 정지 제 위치에 유지 될 필요가있다. </li><li> 고르게 세포 전체 마이크로 채널을 채우기 위해 입구 구멍을 통해 세포 현탁액의 또 다른 50 μl를로드합니다. </li><li> 입구 및 출구 구멍에 액 적을에서 정수압에 의한 유동을 방지하기위한 플러그 (3 mm 길이 1 mm 직경 잘라 나일론 낚싯줄)와 배출구를 밀봉. 주 : 플러그 사용 전에 조직 배양 후드 안쪽 UV 살균 하였다. </li><li> 문화 매체와 1 ㎖의 멸균 주사기를 채워 그것에서 기포를 배출하고, 주사기 펌프를 설정합니다. </li><li> 23 G 무딘 바늘과 폴리 tetrafluoroethene (PTFE) 튜브를 통해 PDMS 장치의 입구 구멍 매체로드 주사기를 연결합니다. </li><li> 콘센트 구멍 모두에서 플러그를 제거아우 2 분의 시간 간격이 세포들이 중력에 의해 단일 ​​셀 캡처 웰에 정착 할 수 있도록한다. </li><li> 시린지 펌프 (600)에 의해 구동 μL / 분의 유속으로 배양액 300 μL로 캡처되지 세포를 씻어. </li><li> 장치를 안정화 2 분 동안 기다린 폐쇄 배양 시스템을 형성하기 위해 플러그 입구 및 출구 구멍을 밀봉. </li><li> 배양 마이크로 웰에 캡쳐 된 단일 세포를 전송할 손으로 장치를 플립. </li><li> 100-mm 조직 배양 접시에 PDMS 소자를 배치하고, 마이크로부터 배양액 증발을 방지하기 위해 장치의 주위에 멸균 PBS 10 ㎖를 추가한다. </li><li> 단일 세포의 클론 문화에 대한 기존의 세포 배양 인큐베이터 (37 ° C, 5 % CO 2, 95 % 습도)에 배양 접시를 이동합니다. </li></ol> 5. 문화 매체 보충 <ol><li> 배양 한 후 (D), 셀 (PR)을 향상시키는 새로운 배지로 PDMS 장치에서의 배양 배지를 대체oliferation. </li><li> 다음 단계를 수행하는 동안 미세 기포로 도입되지 않도록 입구 및 출구 구멍 부분 근처 PDMS 소자 위에 배지 두 방울을 놓는다. </li><li> 입구와 마이크로 채널의 양단 근처 PDMS 소자의 상부 및 마이크로 채널의 배출구로부터 2 구멍 펀치. 참고 : PDMS 장치의 전체 두 개의 레이어를 통해 펀치하지 마십시오 대신에, 단지 PDMS의 상부층을 통해 펀치. </li><li> 23 G 무딘 바늘과 PTFE 튜브를 통해 입구에 신선한 매체를 포함하는 1 ML의 플라스틱 주사기를 연결합니다. </li><li> 오래된 배지를 교체 5 분 동안 장치에 120 ㎕의 신선한 배지를 흐른다. </li><li> 입구를 밀봉 구멍 콘센트 및 세포 배양 용 인큐베이터에 장치를 반환 개의 플러그를 삽입한다. </li><li> 5.5 단계 5.4를 반복 한 다음 밀봉 플러그를 제거하여 배지를 문화의 기간 동안 매 2 일을 새로 고칩니다. </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

마이크로 웰 기반 장치 시스템은 6,14 그러한 6 트래핑 대규모 단일 셀 및 단일 조혈 줄기 세포 증식 15 단일 세포 조작 및 분석을 위해 사용되어왔다. 물론 크기, 개수, 형상 비록 특정 애플리케이션을 위해 조절 될 수 있으며, 웰의 크기가 증가 될 때 단일 세포 분리 효율은 항상 노출되어있다. 9,15 마이크로 웰의 크기가 세포의 확산과 성장을 허용하도록 확대하면서 이러한 제한을 극복하기 위해, 공원 등의 알. 높은 단일 셀 포착 비율 (58.34 %)가 삼각 마이크로 웰과 마이크로 유체 칩을보고 하였다. 그러나, (a 측 ~ 50㎛의 길이를 가진)이 마이크로 웰는 최대 2 일 동안 증식을 지원할 수있다. 16 우리 이중 웰 전략은 큰 마이크로 웰의 단일 셀 로딩 포아송 확률에 의해 제한되지 않을 수 있도록 분포는 dilu을 제한에서 발생기 방법과 크기 적어도 7 일 이내 (그림 4A)에 대한 세포 증식에 충분했다 큰 마이크로 웰 높은 단일 세포 분리 효율 (75 % 이상)를 제공하여 입증 된 바와 같이 개방 아니라 시스템 3. 고효율 간단한 장치 및 동작 절차를 단일 세포 분리 및 클론 배양을 수행 할 수있는 능력으로 인해, 우리는 마이크로 유체 플랫폼 클론 원성 분석 (17)에 의해 암 줄기 세포의 선택을 포함한 다양한 애플리케이션을위한 유용한 도구를 구성 할 수 있다는 것을 상상할 약 18, 19의 높은 처리량 심독성 검사. 우리 단세포 분리 및 배양 플랫폼의 주요 한계는 배양 웰에서 배양 된 세포 사이의 크로스 토크를 방지하는 밀폐 각각 배양 웰을 형성하지 않는 점이다. 따라서, 셀의 동작을 미세 유동 장치 내의 다른 고립 된 단일 세포의 분비 분비에 의해 영향을받을 수있다. 구약우리 플랫폼 그녀 제한 고효율 단일 셀 분리를 위해 비교적 높은 밀도의 세포 현탁액을 제조 할 필요가있다. 이 높은 세포 소비는 방수 세포로 희귀 세포 분리 및 배양의 응용 프로그램을 제한 할 수 있습니다. 장치 동작 전에 접합 PDMS 장치로부터의 유체 누출을 마이크로 채우고 신중 관찰 유입 구멍에서 DI 워터를 분사하는 것이 중요하다. 유체 누출 악영향 셀 캡처 및 전송의 결과에 영향을 미칠 수있는, 따라서 마이크로 채널에서의 유동 상태에 영향을 미친다. 우리의 단일 셀 로딩 효율 연구 결과는 장치 젖혀 대부분의 세포가 효과적으로 전달 될 수 있음을 나타내는 배양 웰에 캡쳐 웰로부터 분리 된 세포를 전송 한 후에 매우 낮은 세포 손실을 표시하지만 또한, 전사 효율이 경우 감소 BSA에 차단 단계 (2.12)가 제대로 수행되지 않습니다. 사용자는 BSA 차단 프로토콜을 수정하거나 등을 사용할 수있다(보다 점착성 세포 유형이 사용될 때 BSA 농도 또는 코팅 시간의 증가 등)의 특정 세포 실험 요구 ternative 표면 개질 방법. 셀 포착 웰의 치수는 관심있는 특정 세포 유형의 크기에 따라 캡처 웰 저렴한 싱글 셀 로딩 효율을 최적화해야하는 주된 요인이다. 높은 다중 - 셀 인-A-캡처 웰 이벤트가 관심의 세포 유형에 대해 너무 큰 캡쳐 웰 크기를 갖는에 기인 캡처 웰 낮은 셀 로딩 효율 웰빙 캡처의 크기의 지표 인 반면 너무 작은. 이는 셀 클러스터 캡처 웰에 단일 셀 로딩의 효율을 감소시킬 수있는 바와 같이, 제조 된 단일 세포 현탁액 셀 클러스터를 최소화하는 것이 중요하다.

현재 배양 공간에 개별적으로 하나의 셀을 배치는 일반적으로 제한 희석 또는 형광 - 활성화 된 세포 분류 (FACS)를 사용하여 달성된다. 그것은 단지 쉽게 사용할 수 있습니다 피펫 및 조직 배양 플레이트를 필요로 많은 실험실의 경우, 희석을 제한하는 편리한 방법입니다. 이러한 경우에, 세포 현탁액을 연속적으로 적당한 세포 밀도로 희석 한 다음 수동 피펫을 이용하여 배양 웰에 두었다. 이러한 복실 단셀 그런 다음 1 콜로니 형성이 스크리닝 이질성 유전자로서 세포 분석을 위해 사용된다. 한계 희석법의 푸 아송 분포의 특성은 37 % (3)의 최대 확률 단세포 이벤트를 제한하기 때문에,이 방법을 지원하기위한 로봇 팔을 이용하지 않고 낮은 처리량과 노동력이있다. 통합 된 로보트 팔 FACS 기계 정확하게 PLAC으로 푸 아송 분포의 한계를 극복 할 수있다한 번에 4에서 잘 문화에서 하나의 셀을 보내고. 그러나, 높은 기계적 전단 응력은 5 (따라서, 세포 생존 능력을 저하) 및 기계 구입 및 운영 비용은 많은 실험실에서의 사용을 제한하고있다. 고효율 마이크로 웰 (6)에 하나의 셀을로드에 위의 한계를 극복하기 위해, 마이크로 장치가 개발되었다. 그러나, 마이크로 웰은로드 셀 인해 단일 ​​셀 로딩 가능성을 최대화하기 위해 하나의 셀에 가까운 마이크로 웰 각의 크기의 제조가 필요로 증식 할 충분한 공간을 제공하지 않는다. 배양 분석이 더 많은 마이크로 웰 세포 - 기반 애플리케이션 (예를 들면, 클론 원성 분석 7)에 요구되는 바와 같이 (90 - 650 ㎛의 직경 또는 측면 길이) 또한 확장 세포 배양을 허용하기 위해 이용되어왔다. 그러나, 한계 희석법 같이, 또한 (10)에 이르기까지, 낮은 단일 셀 로딩 효율을 갖는다 -. 30 % 89 이전에, 우리는 (10) 장치는 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)으로 제작 하였다. 각각의 마이크로 웰에서 단일 세포를 분리하고, 분리 된 세포의 클론 원성 분석에서의 응용을 증명하기 위해 높은 처리량 미세 플랫폼을 개발하고, 마이크로 웰 어레이들의 두 세트를 포함하는 한 대체로 크기가 마이크로 웰의 단일 셀 로딩의 효율을 향상시킬 수있는 다른 마이크로 웰 크기와 세포보다 상당히 크다. 특히,이 &quot;이중 - 웰&quot;개념 배양 영역의 크기는 유동적이 간단 다른 세포 유형 및 애플리케이션에 적합하도록 장치의 설계를 조정할 수있어 단일 세포 포집 효율에 영향을주지 않고 조절 될 수있다. 이 고효율 방법은 세포 이질성 연구 및 모노클로 날 세포주 확립 장기간 세포 배양 실험에 유용 할 것이다.

<table><tbody><tr><td>AutoCAD software</td><td>Autodesk</td><td>AutoCAD LT 2011</td><td>Part No. 057C1-74A111-1001</td></tr><tr><td>Silicon wafer&amp;nbsp;</td><td>Eltech corperation</td><td>SPE0039</td><td></td></tr><tr><td>Conventional oven</td><td>YEONG-SHIN company</td><td>ovp45</td><td></td></tr><tr><td>Plasma cleaner</td><td>Nordson</td><td>AP-300</td><td>Bench-Top Plasma Treatment System</td></tr><tr><td>SU-8 50 negative photoresist</td><td>MicroChem</td><td>Y131269</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 100 negative photoresist</td><td>MicroChem</td><td>Y131273</td><td></td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Synrex Co., Ltd.</td><td>SC-HMI 2&quot; ~ 6&quot;</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>YOTEC company</td><td>YS-300S</td><td></td></tr><tr><td>Msak aligner</td><td>Deya Optronic CO.</td><td>A1K-5-MDA</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 developer</td><td>Grand Chemical Companies</td><td>GP5002-000000-72GC</td><td>Propylene glycol monomethyl ether acetate</td></tr><tr><td>Scanning laser profilometer</td><td>KEYENCE</td><td>VK-X 100</td><td></td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Gelest, Inc</td><td>SIT8174.0</td><td>Tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl. Hazardous. Corrosive to the respiratory tract, reacts violently with water.</td></tr><tr><td>Desiccator</td><td>Bel-Art Products</td><td>F42020-0000</td><td>Space saver vacuum desiccator 190&amp;nbsp;mm white base</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS) kit</td><td>Dow corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>Harris Uni-Core puncher</td><td>Ted Pella Inc.</td><td>15072</td><td>with 0.75 mm inner-diameter</td></tr><tr><td>Removable tape</td><td>3M Company</td><td>Scotch Removable Tape 811</td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscope</td><td>Leica Microsystems</td><td>Leica E24</td><td></td></tr><tr><td>Bovine serum albumin (BSA)</td><td>Bersing Technology</td><td>ALB001.500</td><td></td></tr><tr><td>DMEM basal medium</td><td>Gibco</td><td>12800-017</td><td></td></tr><tr><td>Fetal bovine serum</td><td>Thermo Hyclone</td><td>SH30071.03HI</td><td></td></tr><tr><td>Antibiotics</td><td>Biowest</td><td>L0014-100</td><td>Glutamine-Penicillin-Streptomycin</td></tr><tr><td>Recombinant enzyme mixture</td><td>Innovative cell technology</td><td>AM-105</td><td>Accumax</td></tr><tr><td>DiIC12(3) cell membrane dye</td><td>BD Biosciences</td><td>354218</td><td>Used as a cell tracker</td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>703007</td><td></td></tr><tr><td>Plastic syringe (1 ml)</td><td>BD Biosciences</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>23 gauge blunt needles</td><td>Ever Sharp Technology, Inc.</td><td>TD21</td><td></td></tr><tr><td>Poly-tetrafluoroethene (PTFE) tubing</td><td>Ever Sharp Technology, Inc.</td><td>TFT-23T</td><td>inner diameter, 0.51&amp;nbsp;mm; outer diameter, 0.82&amp;nbsp;mm</td></tr></tbody></table>

a microfluidic platform for high-throughput single-cell isolation and culture

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet high-throughput, method to perform single-cell culture experiments. Here, we report a microfluidic chip-based strategy for high-efficiency single-cell isolation (~77%) and demonstrate its capability of performing long-term single-cell culture (up to 7 d) and cellular heterogeneity analysis using clonogenic assay. These applications were demonstrated with KT98 mouse neural stem cells, and A549 and MDA-MB-435 human cancer cells. High single-cell isolation efficiency and long-term culture capability are achieved by using different sizes of microwells on the top and bottom of the microfluidic channel. The small microwell array is designed for precisely isolating single-cells, and the large microwell array is used for single-cell clonal culture in the microfluidic chip. This microfluidic platform constitutes an attractive approach for single-cell culture applications, due to its flexibility of adjustable cell culture spaces for different culture strategies, without decreasing isolation efficiency.

단일 세포 분리 및 배양 용 마이크로 유체 플랫폼은 마이크로 웰 어레이의 두 세트 (도 2A)와 마이크로 채널 (200 ㎛의 높이)를 포함한다. 마이크로 웰 어레이의 두 세트 캡처 웰 (직경 25 μm의 깊이에 27 μm의) 각각 단일 세포의 분리 및 문화에 대한 문화 웰 (직경 285 μm의 깊이에서 300 μm의), 각 되나된다 탑 뷰 (도 2B)에서 볼 때 캡처 - 웰 배양 웰의 중앙에 위치한다. 장치 조작 (회로도 동작 흐름은 그림 1에 예시되어있다), 필요한 장비 (주사기 펌프, 조직 문화 인큐베이터, 및 현미경) 및 소모품 (주사기, 피펫 및 튜브)를 들어 생물학 실험실에서 일반적으로 사용할 수 있습니다. 또한, 플랫폼의 휴대 성 및 투명성이 세포가 쉽게 편의와 장치에서 관찰 및 분석을 허용세포 배양 실험 동안적인 현미경. 85.16 ± 1.91 % (셀 타입에 따라) (도 3a)에 67.80 ± 11.38 %에서 세척 단계 이후 범위 캡처 웰에있는 세포의 포집 효율. 배양 웰 (도 3b)에로드 된 세포의 수를 분석하여 확인 된, - 또한, 캡처 웰의 대부분은 세 종류의 세포 (92.98 % 89.89 %)에 대한 단지 하나의 셀을 포함한다. 배양 웰의 최종 단일 세포 분리 효율 KT98 및 MDA-MB-435 셀에 대해 76 % 이상 이었지만, 테스트 세포 유형 중 셀 크기의 차이에 의한 A549 세포 만 61 %. 암 연구 단일 세포 클론 원성 분석은 약물 내성 개별 세포 콜로니 증식 속도를 테스트하기 위해 이용 될 수있다. 우리의 페이지에서 분리 된 단일 세포의 세포 배양 및 클론 원성 분석latform는 문화 매체마다 2 일 새로 고침에 의해 수행되었다. 이 예제는 세포 생존 및 개별 세포의 증식 속도의 차이를 측정하여 단일 세포 수준에서 세포 이질성을 연구하기위한이 장치의 적용 가능성을 강조한다. 분리 된 세포의 세포 이질성 증식 속도는 일일 포착 이미지에서 분석 하였다. 결과는 고립 된 단일 세포는 7 일 동안 배양 다른 성장 패턴을 발현 할 수있는 것으로 나타났다. 세포의 17.5 %가 15 개 이상의 세포 배양 동안 형성된 세포 콜로니 (도 4a)으로 분할하지만, 예를 들어, 분리 된 세포의 13 %에는 세포 분열 없었고 하나의 셀 (도 4b)로 유지했다. 14 세포 - 증식 세포 간의 세포 이질성은 두 셀 (4.3 %), 3 개의 셀 (2.5 %) 및 ​​(4)를 형성하는 서로 다른 성장 패턴에 의해 입증되었다세포 배양 실험 (도 4c)에서 (15 %). 이러한 결과는 플랫폼이 장기간 세포 배양, 클론 원성 분석 및 세포 이질성 연구에 사용될 수있는 것으로 나타났다. 작은 크기의 영역에서 성장 개별 세포 콜로니의 수가 많은 것은 또한 세포의 현미경 분석 쉽게한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54105/54105fig1.jpg" /> . 미세 유체 플랫폼 높은 처리량 단일 세포 분리 및 배양에 대한 동작 흐름도 도식 션 단세포 분리 및 클론 배양 동작 순서 4 단계 포함 플라스틱 팁으로 마이크로 채널에 I) 로드셀 및 수동 피펫; ⅱ) 주사기 펌프에 의해 구동되는 신선한 배지로 캡처되지 세포를 씻어; ⅲ) 플러그가 입구 및 출구 개구를 밀봉 한 후,은olated 세포는 장치를 젖혀 문화 우물에 캡처-우물에서 전송 된; 및 ⅳ) 문화 우물에서 클론 문화 (클론 원성 분석)을 수행합니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54105/54105fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54105/54105fig2.jpg" /> 그림 2. 사진과 미세 유체 단일 세포 분리 및 배양 플랫폼의 SEM 이미지. (A) 단일 세포 배양 용 마이크로와 마이크로 웰 구조를 보여줍니다 붉은 염료와 함께로드 미세 유체 플랫폼입니다. (B) 마이크로 유체 플랫폼 3 개의 단일 세포 클론 분리 및 배양 장치의 측면도 보여주는 절단 장치에서 촬영 대표적인 이미지. 스케일 바 : 100 μm의. 단일 세포 배양 물 (C)과 촬영의 SEM 이미지 (D </strong&gt;) 서로 다른 크기의 구조 (마이크로 웰). 마이크로 웰의 크기는 특정 유형의 세포 및 배양 전략 조정될 수있다. 스케일 바 :. 1mm <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54105/54105fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54105/54105fig3.jpg" /> 그림 3. KT98, A549 및 MDA-MB-435 마이크로 유체 플랫폼에서 단일 세포 분리 효율. (A)가 캡처되지 세포를 멀리 세척 후 캡처 웰에서 캡처 KT98, A549 및 MDA-MB-435 세포의 효율 . 세포의 포집 효율은 세 가지 세포 유형에서 85.16 %로 67.80 %로되었다. (B) 전체 문화 우물의 단일 셀 비율 (슬래시 바) KT98 및 MDA-MB-435에 대한 이상 76 %,하지만 A549에 대한 61.63 %였다. (C) 개별 KT98 단일 셀의 대표 화상클론 문화에 대한 큰 문화 우물에서 격리 (셀 추적기로 염색 빨간색). 스케일 바 : 300 μm의. KT98 세포 모델의 셀이 차지하는 문화 우물에서 (D) 셀 번호입니다. 배양 웰의 비율이 단일 셀과 77.3 %였다없이 세포 16.31 %, 두 셀, 3 개 이상의 셀이 0.43 %와 5.96 %. 오차 막대는 ± 표준 편차로 표시됩니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54105/54105fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54105/54105fig4.jpg" /> 그림 4. 세포 배양, 클론 원성 분석하고, 7 일 이내의 미세 유체 플랫폼에서 격리 된 A549 세포의 세포 이질성 연구. (A)는 고립 된 단일 세포는 성장과 문화 웰의 셀 식민지로 확산. (B) 격리 된 단일 셀은 7 일 이내 후에, 살아 있지만, 분할하지 않았다문화. 스케일 바 : 100 μm의. (C) 7 일 동안 배양 한 후 이종 성장 패턴을 나타내 격리 단일 셀. 오차 막대는 ± 표준 편차로 표시됩니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54105/54105fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

Here, we present a protocol for isolating and culturing single cells with a microfluidic platform, which utilizes a new microwell design concept to allow for high-efficiency single cell isolation and long-term clonal culture.

높은 처리량 단일 세포의 분리 및 문화를위한 미세 유체 플랫폼

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.2K 조회수.  National Health Research Institutes, Taiwan. Here, we present a protocol for isolating and culturing single cells with a microfluidic platform, which utilizes a new microwell design concept to allow for high-efficiency single cell isolation and long-term clonal culture. 

비디오: A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

연구

생체공학

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in vitro analysis are well suited to study of large numbers of cells (&ge;105) in milliliter-scale volumes (&ge;0.1 ml). However, there are many instances in which it is necessary or desirable to scale down culture size to reduce consumption of the cells of interest and/or reagents required for their culture, stimulation, or processing. Unfortunately, conventional approaches do not support precise and reproducible manipulation of micro-scale cultures, and the microfluidics-based automated systems currently available are too complex and specialized for routine use by most laboratories. To address this problem, we have developed a simple and versatile technology platform for automated culture, stimulation, and recovery of small populations of cells (100 - 2,000 cells) in micro-scale volumes (1 - 20 &mu;l). The platform consists of a set of fibronectin-coated microcapillaries ("cell perfusion chambers"), within which micro-scale cultures are established, maintained, and stimulated; a digital microfluidics (DMF) device outfitted with "transfer" microcapillaries ("central hub"), which routes cells and reagents to and from the perfusion chambers; a high-precision syringe pump, which powers transport of materials between the perfusion chambers and the central hub; and an electronic interface that provides control over transport of materials, which is coordinated and automated via pre-determined scripts. As an example, we used the platform to facilitate study of transcriptional responses elicited in immune cells upon challenge with bacteria. Use of the platform enabled us to reduce consumption of cells and reagents, minimize experiment-to-experiment variability, and re-direct hands-on labor. Given the advantages that it confers, as well as its accessibility and versatility, our platform should find use in a wide variety of laboratories and applications, and prove especially useful in facilitating analysis of cells and stimuli that are available in only limited quantities.

We have developed an automated cell culture and interrogation platform for micro-scale cell stimulation experiments. The platform offers simple, versatile, and precise control in cultivating and stimulating small populations of cells, and recovering lysates for molecular analyses. The platform is well suited to studies that use precious cells and/or reagents.

마이크로 스케일 세포 자극 실험을위한 다목적 자동화 플랫폼

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

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

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

단일 세포의 다목적 화학 분석을위한 미세 유체 칩

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

The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need for new solutions for substance testing. Many drugs that have been removed from the market due to drug-induced liver injury released their toxic potential only after several doses of chronic testing in humans. However, a controlled microenvironment is pivotal for long-term multiple dosing experiments,&#160;as even minor alterations in extracellular conditions may greatly influence the cell physiology. We focused within our research program on the generation of a microengineered bioreactor, which can be dynamically perfused by an on-chip pump and combines at least two culture spaces for multi-organ applications. This circulatory system mimics the in vivo conditions of primary cell cultures better and assures a steadier,&#160;more quantifiable extracellular relay of signals to the cells. 
For demonstration purposes, human liver equivalents, generated by aggregating differentiated HepaRG cells with human hepatic stellate cells in hanging drop plates, were cocultured with human skin punch biopsies for up to 28 days inside the microbioreactor. The use of cell culture inserts enables the skin to be cultured at an air-liquid interface, allowing topical substance exposure. The microbioreactor system is capable of supporting these cocultures at near physiologic fluid flow and volume-to-liquid ratios, ensuring stable and organotypic culture conditions. The possibility of long-term cultures enables the repeated exposure to substances. Furthermore, a vascularization of the microfluidic channel circuit using human dermal microvascular endothelial cells yields a physiologically more relevant vascular model.

Here, we present a protocol to coculture primary cells, tissue models and punch biopsies in a microfluidic multi-organ chip for up to 28 days. Human dermal microvascular endothelial cells, liver aggregates and skin biopsies were successfully combined in a common media circulation.

멀티 장기 칩 - 장기 멀티 조직 공 배양을위한 미세 유체 플랫폼

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of cellular heterogeneity in biological systems. However, single-cell sequencing of large populations has been hampered by limitations in processing genomes for sequencing. In this paper, we describe a method for single-cell genome sequencing (SiC-seq) which uses droplet microfluidics to isolate, amplify, and barcode the genomes of single cells. Cell encapsulation in microgels allows the compartmentalized purification and tagmentation of DNA, while a microfluidic merger efficiently pairs each genome with a unique single-cell oligonucleotide barcode, allowing &gt;50,000 single cells to be sequenced per run. The sequencing data is demultiplexed by barcode, generating groups of reads originating from single cells. As a high-throughput and low-bias method of single-cell sequencing, SiC-seq will enable a broader range of genomic studies targeted at diverse cell populations.

Single-cell sequencing reveals genotypic heterogeneity in biological systems, but current technologies lack the throughput necessary for the deep profiling of community composition and function. Here, we describe a microfluidic workflow for sequencing &gt;50,000 single-cell genomes from diverse cell populations.

단일 셀 게놈 시퀀싱 초고 처리량 미세 플랫폼

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...

Establishing Single-Cell Based Co-Cultures in a Deterministic Manner with a Microfluidic Chip

Cell co-culture assays have been widely used for studying cell-cell interactions between different cell types to better understand the biology of diseases including cancer. However, it is challenging to clarify the complex mechanism of intercellular interactions in highly heterogeneous cell populations using conventional co-culture systems because the heterogeneity of the cell subpopulation is obscured by the average values; the conventional co-culture systems can only be used to describe the population signal, but are incapable of tracking individual cells behavior. Furthermore, conventional single-cell experimental methods have low efficiency in cell manipulation because of the Poisson distribution. Microfabricated devices are an emerging technology for single-cell studies because they can accurately manipulate single cells at high-throughput and can reduce sample and reagent consumption. Here, we describe the concept and application of a microfluidic chip for multiple single-cell co-cultures. The chip can efficiently capture multiple types of single cells in a culture chamber (~46%) and has a sufficient culture space useful to study the cells&#39; behavior (e.g., migration, proliferation, etc.) under cell-cell interaction at the single-cell level. Lymphatic endothelial cells and oral squamous cell carcinoma were used to perform a single-cell co-culture experiment on the microfluidic platform for live multiple single-cell interaction studies.

This report describes a microfluidic chip-based method to set up a single cell culture experiment in which high-efficiency pairing and microscopic analysis of multiple single cells can be achieved.

미세 유체 칩으로 결정적인 방식으로 단일 셀 기반 공동 배양 구축

Cell co-culture assays have been widely used for studying cell-cell interactions between different cell types to better understand the biology of diseases ...

Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and organs are either highly expensive, like robotics, or lack nanoliter volume and millisecond time accuracy in liquid manipulation. We herein present the design and fabrication of a microfluidic system, which consists of 1,500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. To demonstrate the capacities of the microfluidic device, neural stem cell (NSC) spheres are maintained in the proposed system. We observed that when the NSC sphere is exposed to CXCL in day 1 and EGF in day 2, the round-shaped conformation is well maintained. Variation in the input order of 6 drugs causes morphological changes to the NSC sphere and the expression level representative marker for NSC stemness (i.e., Hes5 and Dcx). These results indicate that dynamic and complex environmental conditions have great effects on NSC differentiation and self-renewal, and the proposed microfluidic device is a suitable platform for high throughput studies on the complex life machinery.

We present a microfluidic system for high throughput studies on complex life machinery, which consists of 1500 culture units, an array of enhanced peristaltic pumps and an on-site mixing modulus. The microfluidic chip allows for the analysis of the highly complex and dynamic micro-environmental conditions in vivo.

고처리량 미세 유체 장치를 사용하여 동적 환경 조건의 생성

Mimicking in vivo environmental conditions is crucial for in vitro studies on complex life machinery. However, current techniques targeting live cells and ...

Clinical Microfluidic Chip Platform for the Isolation of Versatile Circulating Tumor Cells

Circulating tumor cells (CTCs) are significant in cancer prognosis, diagnosis, and anti-cancer therapy. CTC enumeration is vital in determining patient disease since CTCs are rare and heterogeneous. CTCs are detached from the primary tumor, enter the blood circulation system, and potentially grow at distant sites, thus metastasizing the tumor. Since CTCs carry similar information to the primary tumor, CTC isolation and subsequent characterization can be critical in monitoring and diagnosing cancer. The enumeration, affinity modification, and clinical immunofluorescence staining of rare CTCs are powerful methods for CTC isolation because they provide the necessary elements with high sensitivity. Microfluidic chips offer a liquid biopsy method that is free of any pain for the patients. In this work, we present a list of protocols for clinical microfluidic chips, a versatile CTC isolating platform, that incorporate a set of functionalities and services required for CTC separation, analysis, and early diagnosis, thus facilitating biomolecular analysis and cancer treatment. The program includes rare tumor cell counting, clinical patient blood preprocessing, which includes red blood cell lysis, and the isolation and recognition of CTCs in situ on microfluidic chips. The program allows the precise enumeration of tumor cells or CTCs. Additionally, the program includes a tool that incorporates CTC isolation with versatile microfluidic chips and immunofluorescence identification in situ on the chips, followed by biomolecular analysis.

The clinical microfluidic chip is an important biomedical analysis technique that simplifies clinical patient blood sample preprocessing and immunofluorescently stains circulating tumor cells (CTCs) in situ on the chip, allowing the rapid detection and identification of a single CTC.

다용도 순환 종양 세포의 분리를 위한 임상 미세유체 칩 플랫폼

Circulating tumor cells (CTCs) are significant in cancer prognosis, diagnosis, and anti-cancer therapy. CTC enumeration is vital in determining patient ...

Automated and High-throughput Microbial Monoclonal Cultivation and Picking Using The Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System

Pure bacterial cultures are essential for the study of microbial culturomics. Traditional methods based on solid plates, well plates, and micro-reactors are hindered by cumbersome procedures and low throughput, impeding the rapid progress of microbial culturomics research. To address these challenges, we had successfully developed the Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System (MISS cell), an automated high-throughput platform that utilizes droplet microfluidic technology for microbial monoclonal isolation, cultivation, and screening. This system can generate a large number of single-cell droplets and cultivate, screen, and collect monoclonal colonies in a short time, facilitating an integrated process from microbial isolation to picking. In this protocol, we demonstrated its application using the isolation and cultivation of human gut microbiota as an example and compared the microbial isolation efficiency, monoclonal culture performance, and screening throughput using the solid-plate culture method. The experimental workflow was simple, and reagent consumption was very low. Compared to solid-plate culture methods, the MISS cell could cultivate a greater diversity of gut microbiota species, offering significant potential and value for microbial culturomics research.

This protocol describes how to use the Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System (MISS cell) to perform microbial monoclonal isolation, cultivation, and picking. The MISS cell achieves an integrated workflow based on droplet microfluidic technology, which offers excellent droplet monodispersity, high parallel cultivation, and high-throughput biomass detection.

Single-cell Microliter-droplet Culture Omics System을 사용한 자동화된 High-throughput Microbial Monoclonal Cultivation and Picking

Pure bacterial cultures are essential for the study of microbial culturomics. Traditional methods based on solid plates, well plates, and micro-reactors ...