Control of system parameters. Micro

Control of system parameters. Microfluidic chips provide control over many system parameters that are not easily controlled in 3D static cultures or bioreactors, facilitating study of a broad array of physiological phenomena. Because these devices are fully microengineered, they can be integrated with microsensors that report on the cultured cells or microenvironmental conditions, which is usually not feasible in self-organized 3D cultures. Microsensors incorporated in chips have been used for analysis of tissue barrier integrity16, cell migration17 and fluid pressure18. In the future, it may be possible to detect a range of other chemical and culture conditions (glucose, lactate, oxygen, pH)19.

Control of fluid flow in chips has proved enormously useful. For example, because viscous forces dominate over inertial ones at small length scales, the flow is laminar if the diameter of the 'microfluidic' channel is less than about one millimeter. This allows the generation of physical and chemical gradients, which have been exploited for noninvasive study of directional cell migration20, 21, 22, cardiac tissue formation23, nerve axon outgrowth24, and graded metabolic25, differentiation26 and neurotoxin27 responses, as well as analysis of subcellular structure20 and cell-cell junctional integrity28. Fluid shear stresses can be controlled independently of physical and chemical gradients by altering flow rates or channel dimensions29, 30, and by separating cells from the flow path using a nanoporous membrane29 or microengineered posts that restrict cell passage31. Fluid-mechanical computational models can be applied to optimize microchannel geometry and enhance oxygen and nutrient delivery, thereby increasing cell survival and function29.

Control of cell patterning is another advantage of the chip format. Different cell types can be plated in distinct patterns or in direct juxtaposition on the same planar substrate in the microchannel (Fig. 2b) by several methods: using laminar streams to plate cells or ECM proteins20, designing complex microchannel paths that intermittently contact the adhesive substrate32, positioning microposts between neighboring cell types31 or microprinting ECM in distinct positions within the channels33, 34, 35. The substrate can even be shaped by micromolding techniques into organ-like forms, such as the villus shape of the intestine36. More recent chip designs have incorporated cells embedded in 3D ECM gels37, 38, 39, 40, 41 (Fig. 3) and multicellular constructs created by tissue engineering35, 41, 42, 43 (Figs. 2c and Fig. 4a).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Control of system parameters. Microfluidic chips provide control over many system parameters that are not easily controlled in 3D static cultures or bioreactors, facilitating study of a broad array of physiological phenomena. Because these devices are fully microengineered, they can be integrated with microsensors that report on the cultured cells or microenvironmental conditions, which is usually not feasible in self-organized 3D cultures. Microsensors incorporated in chips have been used for analysis of tissue barrier integrity16, cell migration17 and fluid pressure18. In the future, it may be possible to detect a range of other chemical and culture conditions (glucose, lactate, oxygen, pH)19.ควบคุมการไหลของของไหลในชิปได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์มหาศาล ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความหนืดแรงมีอิทธิพลเหนือคนแรงที่เครื่องชั่งขนาดเล็กยาว ไหลเป็น laminar ถ้าเส้นผ่าศูนย์กลางของช่องทาง 'microfluidic' น้อยกว่าประมาณหนึ่งมิลลิเมตร นี้ช่วยให้การสร้างทางกายภาพ และเคมีการไล่ระดับสี ซึ่งจะถูกใช้ประโยชน์เพื่อการศึกษาทิศทางเซลล์ migration20 noninvasive, 21, 22 หัวใจ formation23 เนื้อเยื่อ เส้นประสาทแอกซอน outgrowth24 และจัดระดับ metabolic25, differentiation26 และ neurotoxin27 การตอบสนอง เช่นเดียวกับการวิเคราะห์ของ subcellular structure20 และเซลล์ junctional integrity28 เฉือนของเหลวสามารถควบคุมอิสระไล่ระดับกายภาพ และทางเคมี โดยการเปลี่ยนแปลงอัตราการไหลหรือช่อง dimensions29, 30 และ โดยการแยกเซลล์จากเส้นทางไหลโดยใช้การ membrane29 nanoporous หรือ microengineered โพสต์ที่จำกัดของเซลล์ passage31 เครื่องจักรกลของไหลเชิงคำนวณรุ่นสามารถใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ microchannel เรขาคณิต และเพิ่มออกซิเจนและมอบสารอาหาร จึงช่วยเพิ่มความอยู่รอดของเซลล์และ function29ควบคุมของเซลล์แบบเป็นประโยชน์ของรูปแบบชิ เซลล์ต่างชนิดสามารถชุบ ในรูปแบบที่แตกต่างกัน หรือ ในลักษณะโดยตรงบนพื้นระนาบเดียวกันใน microchannel (รูปที่ 2b) โดยวิธีการต่าง ๆ: ใช้ laminar กระแสเซลล์เพลทหรือ ECM proteins20 การออกแบบเส้นทางซับซ้อน microchannel ที่เป็นระยะ ๆ ติดต่อ substrate32 กาว ตำแหน่ง microposts ระหว่างเพื่อนบ้าน ECM types31 หรือ microprinting ของเซลล์ในตำแหน่งที่แตกต่างภายใน channels33, 34 , 35 พื้นผิวแม้จะรูป โดยเทคนิค micromolding เป็นรูปแบบเหมือนอวัยวะ เช่นรูปร่าง villus ของ intestine36 ออกแบบชิปที่ล่าสุดได้รวมเซลล์ที่ฝังอยู่ใน 3D ECM gels37, 38, 39, 40, 41 (รูป 3) และโครงสร้างหลายเซลล์ที่สร้างขึ้น โดยเนื้อเยื่อ engineering35, 41, 42, 43 (มะเดื่อ. 2c และรูปที่ 4a)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การควบคุมของพารามิเตอร์ของระบบ ชิป microfluidic ให้การควบคุมที่มากกว่าค่าพารามิเตอร์ของระบบจำนวนมากที่ไม่ได้ถูกควบคุมได้อย่างง่ายดายในแบบ 3 มิติวัฒนธรรมแบบคงที่หรือถังหมักอำนวยความสะดวกในการศึกษาที่หลากหลายของปรากฏการณ์ทางสรีรวิทยา เพราะอุปกรณ์เหล่านี้จะ microengineered อย่างเต็มที่พวกเขาสามารถรวมกับไมโครที่รายงานในเซลล์เพาะเลี้ยงหรือเงื่อนไข microenvironmental ซึ่งมักจะไม่เป็นไปได้ในตนเองจัดวัฒนธรรม 3D ไมโครรวมอยู่ในชิปได้ถูกนำมาใช้สำหรับการวิเคราะห์ integrity16 อุปสรรคเนื้อเยื่อ migration17 มือถือและ pressure18 ของเหลว ในอนาคตก็อาจจะเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบช่วงของสารเคมีและวัฒนธรรมเงื่อนไขอื่น ๆ (กลูโคสให้น้ำนมออกซิเจนค่า pH) 19.

การควบคุมการไหลของของเหลวในชิปได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์มหาศาล ตัวอย่างเช่นเนื่องจากกองกำลังความหนืดมีอิทธิพลเหนือคนเฉื่อยในระดับความยาวขนาดเล็กไหลเป็นชั้น ๆ ถ้าเส้นผ่าศูนย์กลางของ 'ไมโคร' ช่องทางคือน้อยกว่าประมาณหนึ่งมิลลิเมตร นี้จะช่วยให้การสร้างการไล่ระดับสีกายภาพและทางเคมีซึ่งได้รับการใช้ประโยชน์สำหรับการศึกษาไม่รุกล้ำของ migration20 ทิศทางเซลล์, 21, 22, formation23 เนื้อเยื่อหัวใจประสาทซอน outgrowth24 และ metabolic25 ช้า differentiation26 และ neurotoxin27 คำตอบเช่นเดียวกับการวิเคราะห์ structure20 subcellular และเซลล์เซลล์ junctional integrity28 ความเครียดเฉือนของเหลวสามารถควบคุมได้อย่างอิสระของการไล่ระดับสีกายภาพและทางเคมีโดยการเปลี่ยนอัตราการไหลหรือช่อง dimensions29, 30, และโดยการแยกเซลล์จากเส้นทางการไหลโดยใช้ membrane29 nanoporous หรือ microengineered โพสต์ที่ จำกัด passage31 มือถือ ของเหลวกลแบบจำลองคอมพิวเตอร์สามารถนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเรขาคณิต microchannel และเพิ่มออกซิเจนและการส่งมอบสารอาหารจึงช่วยเพิ่มความอยู่รอดของเซลล์และ function29.

การควบคุมของการเลียนแบบมือถือเป็นข้อได้เปรียบของรูปแบบชิปอื่น เซลล์ชนิดที่แตกต่างกันสามารถนำมาชุบในรูปแบบที่แตกต่างกันหรือการตีข่าวโดยตรงต่อพื้นผิวระนาบเดียวกันใน microchannel (รูปที่ 2b.) โดยวิธีการหลายวิธี: ใช้กระแสราบเรียบจานเซลล์หรือ ECM proteins20 ออกแบบเส้นทาง microchannel ที่ซับซ้อนที่เป็นระยะ ๆ ติดต่อ substrate32 กาว , microposts ตำแหน่งระหว่าง types31 เซลล์เพื่อนบ้านหรือ ECM microprinting ในตำแหน่งที่แตกต่างกันภายใน channels33 34, 35. สารตั้งต้นสามารถแม้จะมีรูปร่างตาม micromolding เทคนิคในรูปแบบของอวัยวะเหมือนเช่นรูปร่างของ villus intestine36 การออกแบบชิปเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้รวมเซลล์ที่ฝังอยู่ใน 3D ECM gels37, 38, 39, 40, 41 (รูปที่. 3) และสร้างเซลล์ที่สร้างขึ้นโดย engineering35 เนื้อเยื่อ, 41, 42, 43 (มะเดื่อ. 2C และรูป. 4A)