用于分子運(yùn)輸?shù)腻e(cuò)流膜

介紹：

microfluidic Chip Shop公司的錯(cuò)流膜芯片(Fluidic 480)能夠研究兩室間組分交換的動(dòng)態(tài)及其對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)的影響。微流控細(xì)胞芯片由兩個(gè)腔室組成，腔室之間用透氣膜隔開。細(xì)胞可以接種在膜的一側(cè)或兩側(cè)，暴露在流動(dòng)的生長培養(yǎng)基中。實(shí)驗(yàn)包括在其中一個(gè)腔室中加入一種化學(xué)物質(zhì)或藥物。滲透型錯(cuò)流膜將允許分子轉(zhuǎn)移到膜的另一側(cè)。在本應(yīng)用說明中，我們描述了一個(gè)合適的實(shí)驗(yàn)裝置來使用錯(cuò)流膜微流控芯片。

錯(cuò)流膜芯片的應(yīng)用：

• 稀釋過程

• 緩沖液置換

• 液體-液體界面

• 內(nèi)聯(lián)過濾

• 器官芯片的分子運(yùn)輸屏障模型（細(xì)胞相互作用和信號(hào)傳遞）

• 芯片肺：氣體交換，氣液界面

• 腸道芯片、胎盤芯片（母胎屏障）、大腦芯片（血腦屏障）：分子成分（營養(yǎng)物質(zhì)、毒素、藥品等）的轉(zhuǎn)運(yùn)和攝取

• 腎臟芯片：過濾

錯(cuò)流膜微流控裝置組成：

1.?? 流量控制器 OB1 MK4，至少有2個(gè)通道 0/2000 mbar

2.?? 2個(gè)流量傳感器MFS3 2-80 μl/min

3.?? 微流控三通閥(3/2 valve)和1個(gè)MUX wire閥控制器

4.?? 來自microfluidic Chip Shop公司的錯(cuò)流膜微流控芯片：Fluidic 480

5.?? 2×12cm的125μm直徑的電阻

6.?? 75cm 1/16 " OD的導(dǎo)管

7.?? 100 cm OD 760μm的導(dǎo)管

8.?? 4 x 15ml falcon管

9.?? 3 x 15ml falcon的保壓帽

10.? 20 x Eppendorf 1.5 ml 試管

11.? 微量吸管

12.? Elveflow 魯爾鎖接頭等相關(guān)配件

13.? 公Mini Luer接頭1包，microfluidic ChipShop (Fluidic 997)

14.? 用于控制壓力控制器、流量傳感器和MUX wire的計(jì)算機(jī)

化學(xué)制品

1.?? 過濾后的水

2.?? 示蹤劑（如食品染料）

錯(cuò)流膜微流控芯片的設(shè)計(jì)

錯(cuò)流膜微流控芯片由2個(gè)疊層腔室組成，每個(gè)腔室有1個(gè)入口和1個(gè)出口(端口1&2腔室A，端口3&4腔室B)，由多孔膜隔開。組分可以通過擴(kuò)散或活性通量從一個(gè)腔室跨膜運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)腔室。載玻片本身提供了兩個(gè)獨(dú)立的微流控芯片，在這里可以進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)。腔室的Mini Luer接口與microfluidic Chip Shop的Mini Luer連接器和插頭相配合。OD 760μm的導(dǎo)管可直接推入Mini Luer管卡接頭。

錯(cuò)流膜快速入門指南

儀器連接

• 用氣管將您的OB1壓力控制器連接到外部壓力源，用USB線連接到電腦。

• 將流量傳感器連接到OB1上。

• 按下電源開關(guān)，打開OB1。

• 啟動(dòng)Elveflow軟件。

• 按Add instrument （添加儀器）選擇 OB1 （設(shè)置為MK4），如果需要，設(shè)置壓力通道，給儀器起個(gè)名字，然后按OK保存更改。您的OB1現(xiàn)在應(yīng)該在識(shí)別設(shè)備的列表中。

• OB1在第一次使用時(shí)需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

• 添加流量傳感器：按Add sensor（添加傳感器）選擇流量傳感器（模擬或數(shù)字）（如果您有一個(gè)模擬的傳感器，請(qǐng)選擇流量的工作范圍），給傳感器起一個(gè)名字，選擇傳感器連接到哪個(gè)設(shè)備和通道，按OK保存更改。您的流量傳感器應(yīng)該出現(xiàn)在認(rèn)可的設(shè)備列表中。

• 打開OB1窗口。

設(shè)置準(zhǔn)備

• 在兩個(gè)儲(chǔ)液池中注入水，一個(gè)注入示蹤劑溶液。

• 用氣管將儲(chǔ)液池A的保壓蓋直接連接到OB1上。將儲(chǔ)液池B1和B2的蓋子用T型接頭分開，如示意圖所示，并連接到OB1上。

• 用1/16 "OD的導(dǎo)管將儲(chǔ)液池B1和B2連接到微流控三通閥(3/2 valve)：水處于N.O.位置（常開），示蹤劑處于N.C.位置（常閉）。用1/16 "OD的導(dǎo)管將微流控三通閥(3/2 valve)的出口連接到流量傳感器上。

• 用1/16 "導(dǎo)管將儲(chǔ)液池A連接到流量傳感器上。

• 在每個(gè)流量傳感器的出口處添加12cm的125μm內(nèi)徑的電阻管，然后是一個(gè)螺紋接頭，以及一段760μmOD的導(dǎo)管，準(zhǔn)備在吹掃后重新連接到相應(yīng)的芯片進(jìn)口處（見下面的步驟）。

• 在每個(gè)流量傳感器的出口處加入12 cm的125μm ID電阻管，然后一個(gè)螺紋接頭，以及一段760μm OD管，在吹洗后(步驟如下:)準(zhǔn)備重新連接到合適的芯片入口。

系統(tǒng)清洗程序

建議在芯片保持?jǐn)嚅_的情況下，對(duì)空氣導(dǎo)管進(jìn)行吹掃。

• ?使用Mini Luer連接器對(duì)錯(cuò)流膜微流控通道的所有入口和出口進(jìn)行安全保護(hù)。

• 將OB1設(shè)置為壓力控制模式，輸入一個(gè)相對(duì)較高的壓力值，如200 mbar，并開始對(duì)A管路入口儲(chǔ)液池加壓，一旦導(dǎo)管尖端出現(xiàn)液滴將其插入Mini Luer接頭。對(duì)第二入口導(dǎo)管進(jìn)行類似處理。一旦芯片通道出口處出現(xiàn)液滴，連接出口處導(dǎo)管并將導(dǎo)管末端端置于樣品儲(chǔ)液器(25 ml Falcon管)中。對(duì)于腔室B管路，首先吹掃儲(chǔ)液池B2 (示蹤劑)直到導(dǎo)管末端出現(xiàn)液滴，切換到儲(chǔ)液池B1，一旦導(dǎo)管末端出現(xiàn)液滴連接到芯片上，如上所述。

• 將儲(chǔ)液池切換到傳感器控制模式并設(shè)定所需流量，如30 μL / min。調(diào)節(jié)ESI中的流量控制參數(shù)( PID )來微調(diào)流量反饋回路的靈敏度和響應(yīng)度。

實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)的原理是首先用空白溶液(如使用細(xì)胞的水或培養(yǎng)基)使導(dǎo)管和芯片飽和，然后讓示蹤劑或化學(xué)物在B室流動(dòng)，并在A室的出口處定期收集樣品。收集的樣品可以進(jìn)行跨膜運(yùn)輸分析，如使用分光光度計(jì)。下面的結(jié)果顯示了示蹤劑(一種有色染料)的到達(dá)時(shí)間和A室的穩(wěn)態(tài)濃度：

• 準(zhǔn)備20個(gè)1.5ml的Eppendorf試管，貼上標(biāo)簽并排列在架子上，同時(shí)準(zhǔn)備一個(gè)方便的計(jì)時(shí)器。

• 確定一個(gè)取樣順序，例如實(shí)驗(yàn)流速為36μL/min，導(dǎo)管長度如圖1所述，5min后取第一個(gè)樣品，10min后取第二個(gè)，然后每min取一個(gè)?？偟膶?shí)驗(yàn)時(shí)間為28min。

• 一旦兩個(gè)腔室的流量值讀數(shù)穩(wěn)定，如30μL/min，切換閥門，讓染料在腔室B中流動(dòng)，將腔室A的出口導(dǎo)管末端放在第一個(gè)Eppendorf管中，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。5min后，將導(dǎo)管放在第二個(gè)Eppendorf試管中，以此類推，直到采樣順序結(jié)束。

• 停止流動(dòng)。

• 用微吸管在每個(gè)樣品中加入400μL的過濾水，以便有足夠的體積用于分光光度計(jì)的測量。

• 通過分光光度計(jì)掃描每個(gè)樣品，建立示蹤劑突破曲線。

用細(xì)胞進(jìn)行芯片接種

對(duì)于涉及細(xì)胞的應(yīng)用，首先需要對(duì)芯片進(jìn)行接種。下面是在錯(cuò)流膜微流控芯片中進(jìn)行細(xì)胞接種的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。我們建議在接種細(xì)胞時(shí)，用培養(yǎng)基對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)填充，以對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)處理，防止氣泡形成。

從培養(yǎng)瓶中胰酶消化細(xì)胞。旋下重新組合，去除胰蛋白酶。仔細(xì)計(jì)數(shù)并制備細(xì)胞濃度優(yōu)化適合您實(shí)驗(yàn)設(shè)置的細(xì)胞懸液。用輕輕吹打的方法將上室A充滿細(xì)胞類型A，下室B充滿培養(yǎng)基。將芯片置于CO2培養(yǎng)箱中6 ~ 24h，使細(xì)胞在靜態(tài)條件(孵育時(shí)間取決于不同細(xì)胞類型的貼壁時(shí)間)下貼壁。為防止通道干涸，用Mini Luer Plugs關(guān)閉所有端口。然后用B型腔填充腔室B，將所有進(jìn)氣口塞緊并翻轉(zhuǎn)芯片。將芯片置于CO2培養(yǎng)箱中同上，使細(xì)胞貼附于膜上。一旦細(xì)胞貼壁良好，遵循系統(tǒng)吹掃程序，將芯片連接到流動(dòng)系統(tǒng)。接種細(xì)胞的錯(cuò)流膜芯片將允許例如監(jiān)測細(xì)胞如何影響跨膜運(yùn)輸或建立器官芯片實(shí)驗(yàn)裝置。

分光光度計(jì)測量的錯(cuò)流膜芯片穿透曲線

圖中顯示了在腔室A出口處收集的樣品的吸光度。我們觀察到10分鐘后的初至?xí)r間，在~ 18分鐘后達(dá)到一個(gè)平臺(tái)，表明濃度在兩個(gè)腔室之間平衡。這對(duì)整個(gè)微流控系統(tǒng)在溶質(zhì)傳輸方面的動(dòng)力學(xué)給出了指示。為了獲得濃度值，需要進(jìn)行適當(dāng)和特定的(根據(jù)使用的示蹤劑類型)校準(zhǔn)。

本文為作者翻譯，如有錯(cuò)誤，歡迎大家指正。原文鏈接：Cross flow membrane for molecular transport - Elveflow