Улучшенный PDMS SlipChip: низковязкое масло и оптимизация изготовления делают исследования клеток безопаснее

Исследователи из Технологического университета Тойохаси (Япония) совместно с коллегами из Института трансляционной медицины и биомедицинской инженерии (IMTIB, Аргентина) и Индийского технологического института в Мадрасе усовершенствовали универсальное микрофлюидное устройство "PDMS SlipChip". Использование низковязкого силиконового масла и оптимизация процесса изготовления повысили надежность устройства для экспериментов с клетками и упростили создание концентрационных градиентов.

Прорыв, описанный в журнале Micromachines, решает прежние проблемы, такие как засорение каналов и потенциальный вред для клеток, открывая новые возможности для биомедицинских исследований, включая разработку лекарств.

Суть технологии и проблема

Микрофлюидные SlipChips позволяют манипулировать крошечными объемами жидкости без сложных насосов или клапанов. Ключевая особенность — возможность смешивать растворы на чипе для легкого формирования ступенчатых концентрационных градиентов, что идеально, например, для тестирования реакции клеток на разные дозы препарата.

PDMS (полидиметилсилоксан) — предпочтительный материал для SlipChips благодаря гибкости, газопроницаемости и биосовместимости. Однако обеспечить идеальное "скольжение" слоев PDMS с помощью смазки (силиконового масла) без утечек или засоров и оптимально подготовить сам материал было сложно.

Традиционно для предотвращения утечек использовали высоковязкие масла, но они часто забивали микроканалы и могли быть токсичны для клеток. Низковязкие масла меньше засоряли каналы, но хуже герметизировали.

Решение

Команда под руководством профессора Моэто Нагаи сосредоточилась на низковязком силиконовом масле (50 сСт) и оптимизировала температуры отверждения PDMS.

Рафия Инам, первый автор исследования, поясняет: "Мы обнаружили, что способ отверждения PDMS влияет на адгезию слоев и жесткость материала. Наш 'двухэтапный подход' — нагрев верхнего слоя до 80°C, а нижнего до 60°C — обеспечил идеальный баланс. Это позволяет добиться плавного скольжения с низковязким маслом без утечек или засоров".

Результаты

Оптимизированный PDMS SlipChip работает надежно. Он сохраняет герметичность даже с маловязким маслом, предотвращая утечки, а каналы остаются чистыми. В тестах с клетками остеосаркомы человека масло 50 сСт показало отличную биосовместимость: жизнеспособность 95% клеток, что сопоставимо со стандартными методами культивирования.

"Эта практическая оптимизация масла и процесса отверждения решила давнюю проблему для PDMS SlipChips, обеспечив высокую производительность и безопасность, — говорит профессор Нагаи. — Это делает культивирование клеток более надежным, а также позволяет использовать мощную возможность SlipChip по созданию концентрационных градиентов".

Перспективы

Команда исследует более сложные применения для оптимизированного чипа, включая эксперименты с клетками млекопитающих (например, тестирование реакции на градиенты концентрации лекарств на чипе) и изучение межклеточных взаимодействий. Также рассматривается его использование для биоаналитических задач, например, детекции белков.

Усовершенствованная технология SlipChip может внести вклад в персонализированную медицину, обеспечив более эффективный скрининг лекарств и продвинутые методы манипуляции клетками в регенеративной медицине.