Návrh a optimalizace mikrofluidního čipu pro studium chování buněk za průtokových podmínek

Bc. Marek Černík

Bachelor's thesis

Design and optimization of microfluidic chip for the study of the cells behavior under flow conditions

Abstract:

Mikrofluidika je oblast fyziky zabývající se charakteristikami a manipulací kapalin v rozměrech pod jeden milimetr. Mikrofluidní přístup nalézá uplatnění v řadě aplikací, jednou z nich je výzkum cévního systému. Tato práce byla zaměřena na přípravu jednoduchého cévního modelu, který představuje polydimethylsiloxanový (PDMS) čip, jehož kanálky jsou osazeny endoteliálními buňkami. Pro kanálky v čipu byl z důvodu fyziologické relevance zvolen kruhový průřez. Vzhledem k tomu, že nativní PDMS byl silně hydrofobní a neumožňoval adhezi buněk, byla testována řada povrchových modifikací: oxidace směsí kyseliny sírové a peroxidu vodíku (tzv. Piraňa solution), silanizace a oxidace plazmou. Úspěšnost povrchových modifikací byla kvantifikována pomocí měření úhlu smáčení. Jako nejúspěšnější se ukázala povrchová modifikace plazmou. Pomocí plazmy byl poté modifikován vnitřní povrch kanálků čipu. Na takto ošetřeném čipu bylo sledováno chování endoteliálních buněk.

Abstract:

Microfluidics is a branch of physics, which is focused on characterization and manipulation of fluids at submillimetre scale. The microfluidic approach is suitable for numerous applications one of them is vascular system research. This thesis is focused on preparation of simple vascular model represented by a polydimethylsiloxane (PDMS) chip with channels seeded by endothelial cells. Considering physiological relevance, the circular cross-section of channels was used. Because native PDMS is strongly hydrophobic it did not support cell adhesion. Thus several surface modifications were tested: oxidation by mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide (Piranha solution), silanization and oxidation by plasma. Effectivity of surface modifications was quantified by contact angle measurement. The plasma oxidation was shown to be the most efficient. That is why it was applied to inner surface of chip channels. Behaviour of endothelial cells was observed in a chip with such treated channels.

Keywords

Mikrofluidika, PDMS, Povrchové modifikace, Smykové napětí, Silanizace, Endotelium, Microfluidics, Surface modifications, Shear stress, Silanization, Endothelium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 13. 6. 2016
• Supervisor: Mgr. Jan Víteček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Biochemistry