This work was supported by National Science Foundation Award No. ECCS 1610995. The authors would like to thank the Institute of Electronics and Nanotechnology and the Parker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscience staff for their support in using shared facilities. The authors also would like to thank Chia-Heng Chu for his help in preparing the manuscript.

코딩 전극 1. 디자인 참고 :도 1a는 미세 패턴 전극의 3 차원 구조를 나타낸다. <ol><li> 미세 유체 채널 (23)을 인코딩하기위한 네 개의 7 비트 골드 코드 세트를 설계한다. <ol><li> 이 선형 피드백 시프트 레지스터 (의 LFSR), 원시 다항식을 나타내는 각을 구축합니다. </li><li> 7 비트 m의 -sequences의 바람직한 쌍을 생성하기 위해 상기의 LFSR을 사용한다. </li><li> 주기적 m의 -sequences의 바람직한 쌍을 이동하고 네 가지 골드 코드를 생성하는 모드 2에 추가합니다. </li></ol></li><li> 부호화 전극 (도 1b)의 레이아웃을 설계한다. <ol><li> 세 개의 코너에 양극, 음극, 및 참조 전극을 나타내는 세 개의 전극 단자를 배치합니다. </li><li> 루트 양극과 음극은 각각의 미세 채널의 양측에 추적. </li><li> 에 양극과 음극을 확장유일하게 할당 된 골드 코드 (그림 1C) 다음 전극 손가락으로 미세 유체 채널. </li><li> 양 및 음의 전극 핑거 사이에 기준 전극을 배치했다. </li><li> 코딩 영역 외부의 도통을 최소화하기 위해 먼 최 기준 전극 핑거로부터의 양 및 음의 전극 흔적을 놓는다. </li></ol></li></ol> 표면 전극 2. 마이크로 참고 :도 2b는 표면에 전극의 제조 프로세스를 나타낸다. <ol><li> 피라냐 용액 4 인치 붕규산 유리 웨이퍼 청소 (98 % 황산을 30 % 과산화수소 = 5 : 1)을 20 분 동안 모든 유기 오염물을 제거하기 위해 120 ℃에서. 20 분 잔류 물을 제거하기 위해 다음 200 ° C 뜨거운 접시에 웨이퍼를 놓습니다. </li><li> 회 전자에 웨이퍼를 전송합니다. 웨이퍼에 2ml의 네가티브 포토 레지스트를 분배 및도 3의 속도로 웨이퍼를 스핀균일하게 코팅하는 40 S 1.5 ㎛의 포토 레지스트 층이 웨이퍼 000 RPM. </li><li> 150 °의 C 뜨거운 접시에 웨이퍼를 놓고 1 분 동안 회전 포토 레지스트를 굽는다. </li><li> 마스크 얼 라이너를 사용하는 크롬 마스크를 통해 365 nm의 자외선 (225 mJ의 / cm 2)에 포토 레지스트를 노출. </li><li> 100 ℃로 핫 플레이트상에서 상기 웨이퍼를 놓고 1 분 동안 노출 된 포토 레지스트를 굽는다. </li><li> 15 초 동안 포토 레지스트 개발 (RD6)에서 웨이퍼를 침지하여 포토 레지스트를 개발한다. 조심스럽게 탈 (DI) 물을 뿌리지 웨이퍼를 세척한다. 압축 질소를 불어 건조. </li><li> 전자 빔 금속 증발기에 패터닝 된 포토 레지스트로 상기 웨이퍼를 배치하고, 3 × 10-6 Torr의베이스 압력에서 웨이퍼 상에 80 nm 두께의 금막 다음 20 nm 두께의 크롬 막을 증착 1 Å / s의 증착 속도. </li><li> 실내 기질에서 30 분 동안 100 %의 진폭을 가진 40 kHz의 주파수로 초음파 조 세트 아세톤으로 금속 코팅 된 웨이퍼를 담가기본이되는 포토 레지스트를 에칭 및 리프트 오프 과정을 완료 ature. </li><li> 기존의 다이 싱 톱을 사용하여 작은 조각으로 웨이퍼를 주사위입니다. </li></ol> 미세 유체 채널의 SU-8 몰드 3. 제작 참고 :도 2a는 미세 유체 채널 용 금형의 제조 공정을 도시한다. <ol><li> 청소 및 2.1에 기재된 방법과 동일한 방법을 이용하여 4 인치 실리콘 웨이퍼를 굽는다. </li><li> 회 전자에 웨이퍼를 전송합니다. 웨이퍼 상에 4 mL의 포토 레지스트를 따르십시오. 코트 포토 레지스트와 웨이퍼. <ol><li> 15 초 동안 500 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li><li> 15 초 동안 1000 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li><li> 60 (S)에 균일하게 도포 한 후, 15 ㎛의 두께의 포토 레지스트 층을 얻기 위해 3,000 rpm으로 상기 웨이퍼를 스핀. </li></ol></li><li> 클린 룸 닦아 아세톤에 배어에 웨이퍼 얼굴을 배치하고 뒷면과 웨이퍼의 가장자리에서 잔류 포토 레지스트를 제거합니다. </li><li> 뜨거운 PL에 웨이퍼를 이동소프트 베이킹에 대한 먹었다. 우선, 1 분 동안 65 ° C에서 웨이퍼 굽는다. 그런 다음 신속하게 95 ° C를 핫 플레이트에 웨이퍼를 이동하고 2 분 동안 굽는다. </li><li> 마스크 얼 라이너를 사용하여 크롬 마스크를 통해 365 nm의 자외선 (180 mJ의 / cm 2)에 포토 레지스트를 노출. </li><li> 1 분 동안 65 ° C에서 웨이퍼 다음 노출을 구워 2 분 후 95 ° C. </li><li> 개발자의 웨이퍼를 담가 부드럽게 3 분의 컨테이너를 흔들어. 그런 다음, 이소프로판올 알코올 (IPA)와 웨이퍼를 씻어 압축 질소를 불어를 건조. 흰 색의 잔류 물이 웨이퍼에 나타나면 다시 개발자로 젖어 긴 시간과 건조를 위해 개발. </li><li> 완전히 건조 30 분 동안 200 ° C 뜨거운 접시에 웨이퍼를 굽는다. </li><li> 균일 성을 보장하기 위해 웨이퍼를 가로 질러 여러 위치에서 프로파일로를 이용하여 패터닝 된 포토 레지스트의 두께를 측정한다. </li><li> 증착 기법을 이용하여 주형 웨이퍼 silanization합니다. TR 200 μL를 추가8 시간에 대한 SU-8 형 웨이퍼와 함께 진공 데시 케이 터에서 페트리 접시 대신 ichlorosilane. </li></ol> 미세 유체 장치의 CODES 4. 어셈블리 <ol><li> 150 mm 직경의 배양 접시에있는 금형으로 4 인치 실리콘 웨이퍼를 배치하고, 모서리에서 테이핑하여 고정한다. </li><li> 10의 비율로 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 예비 중합체 및 가교 결합제를 혼합 : 1이며, 페트리 접시에 50 g의 혼합물을 붓는다. 1 시간 동안 탈기 혼합물을 진공 데시 케이 터에서 페트리 접시를 놓은 다음, 적어도 4 시간 (도 2a)에 대해 65 ° C의 오븐에서 경화. </li><li> 메스를 사용하여 경화 된 PDMS 층을 잘라내어 집게를 사용하여 주형 웨이퍼를 떼어. 증명의 원리 장치의 크기는 대략 20mm × 7mm이다. 그 후, 생검 펀치를 사용하여 미세 유체 채널의 입구 및 출구에 대한 PDMS 내지 1.5 mm의 직경으로 펀치 구멍. </li><li> I 배치하여 PDMS 부분의 패턴면을 청소클린 룸 접착 테이프에 t. </li><li> 아세톤, IPA, 탈 이온수로 세척하여 표면 전극 부착 유리 기판을 세척하고 압축 질소를 사용하여 건조. </li><li> 100 mW에 설정되는 RF 플라즈마 발생기에 대향 각 부품의 미세 가공면을 30 초간 산소 플라즈마에 PDMS 표면과 유리 기판을 활성화. </li><li> 유리 기판 상에 표면 전극이 물리적으로 접촉 두 플라즈마 활성화 된 표면을 가지고 한 후, 광학 현미경을 이용하여 함께 PDMS 미세 유체 채널을 맞추고. </li><li> 핫 플레이트에 대향하는 유리 측에 5 분 동안 70 ℃ 핫 플레이트상에서 장치 굽는다. </li><li> 납땜 와이어와 전극의 접촉 패드를 연결한다. </li></ol> 시뮬레이션 된 생물학적 샘플 5. 준비 <ol><li> RPMI 1640에서 배양 HeyA8 인간 난소 암 세포는 37 ° C에서 10 % 소 태아 혈청 (FBS) 및 1 % 페니실린 - 스트렙토 마이신 CO 2 분위기에서 5 %로 보충그들은 80 %의 합류에 도달 할 때까지. </li><li> 유리 피펫을 사용하여 문화 플라스크에서 미디어를 대기음. 분배 후 흡인 1 배 인산 완충 식염수 (PBS)는 세포를 씻어. </li><li> 37 ° C에서 2 분간 트립신 용액 (/ V W) 부착 세포를 일시 중단 mL의 2에서 0.05 %로 세포를 품어. 그 후, 트립신을 중화하기 위해 배지 4 mL를 첨가. </li><li> 원심 분리기에서 5 분 동안 100 × g에서 세포 현탁액은 시험관에서 세포 펠렛. 그런 다음, 기음 뜨는 완전히. </li><li> 부드럽게 피펫 팅에 의해 기계적 해리 세포 덩어리까지 1 ~ 2 ㎖의 1X PBS의 세포를 다시 일시 중지합니다. </li><li> 피펫으로 세포 현탁액의 작은 금액을 그리기 및 혈구를 사용하여 세포의 수를 계산합니다. </li><li> 105 -10 106 세포 / ㎖의 최종 세포 농도로 시료를 준비하는 PBS로 세포 현탁액을 희석. </li></ol> 6. 미세 유체 CODES 장치를 실행 참고 : 인터넷을gure 3은 실험 구성도이다. <ol><li> 광학 현미경의 무대에 미세 유체 CODES 장치를 놓습니다. </li><li> 전자 함수 발생기를 사용하여 칩상의 상기 기준 전극에 400 kHz의 사인파를 적용한다. </li><li> 전압 신호를 각에서 전류 신호를 변환하는 두 개의 독립적 인 트랜스 임피던스 증폭기에 양극과 음극 감지 전극을 연결합니다. </li><li> 바이폴라 신호를 획득하기 위해 차동 전압 증폭기를 사용하여 음의 감지 전극 전압 신호와 양의 감지 전극 전압 신호를 뺀다. </li><li> 유효성 및 특성을 위해 상기 장치의 광학 기록 동작으로 고속 카메라를 사용한다. </li><li> 주사기 펌프를 이용하여 일정 유량 (50 ~ 1,000 μL / H)로 미세 유동 장치를 통해 CODES 세포 현탁액을 구동한다. </li><li> 로크 인 증폭기를 사용하여 임피던스 변조 신호를 측정한다. <ol><li> 심판에 대한 참조 AC 신호를 연결합니다잠금 기능 증폭기의 퍼런 입력. 입력 신호 잠금 기능 증폭기 차동 바이폴라 신호를 연결합니다. </li><li> 락 - 인 앰프 출력에서 ​​차동 신호의 RMS 진폭을 얻습니다. </li></ol></li><li> 추가 분석을 위해 데이터 수집 보드를 통해 컴퓨터에 1 MHz의 속도로 로크 인 증폭기 출력 신호를 샘플링. </li></ol> 센서 신호 7. 처리 <ol><li> 후 처리 및 디코딩을위한 MATLAB에 기록 된 전기 데이터를 전송합니다. </li><li> 고주파 잡음 (&gt; 2.5 kHz로)를 제거하는 버터 워스 필터 (MATLAB 내장 함수)를 이용하여 디지털 영역에서 기록 신호 필터. </li><li> 센서 신호에서 템플릿 코드 라이브러리를 생성합니다. <ol><li> 장치의 각 센서에 대응하는 대표 겹치지 코드 신호를 확인하고 별도의 파형 벡터와 같은 데이터 세트에서 이러한 신호 블록의 압축을 풉니 다. </li><li> 각 템플릿 코드 파형 벡터를 정규화그 힘에 의해. 신호 전력을 측정 MATLAB 내장 함수 (bandpower)를 사용한다. </li><li> 디지털 전극 위에 셀 흐름 속도의 변화를 수용하기 위해 다양한 기간 정규화 코드 신호의 버전을 생성하여 템플릿 라이브러리 확장 MATLAB 함수 (리샘플링)를 사용한다. </li></ol></li><li> 필터링 된 파형 (SNR&gt; 12dB 임계 값) 활동을 센서에 대응하는 신호 블록을 확인합니다. 임계 값에 따라 SNR과 파형은 잡음으로 처리 될 것이다. </li><li> 연속 간섭 제거에 기초한 반복적 알고리즘이 일반적으로 다중 사용자 CDMA 통신 네트워크 (24) (25)에 사용되는 기술을 이용하여 녹음 된 신호에서의 센서 활동 개별 블록을 디코딩. <ol><li> 내적 슬라이딩 사용하여 라이브러리에있는 모든 템플릿과 각 신호 블록의 상호 상관을 계산합니다. </li><li> larg의 생산 템플릿을 확인EST 자기 상관 피크가 지배적 개별 센서 코드 신호를 결정한다. 자기 상관 피크의 시간 및 진폭 모두를 기록한다. </li><li> 측정 된 자기 상관 피크 진폭에 기초하여 상기 식별 된 템플릿 코드를 스케일링한다 (단계 7.5.2로 결정됨) 타이밍 정보에 의해 추정 센서 코드 신호를 구축. </li><li> 원래의 데이터로부터 추정 된 센서 코드 신호를 뺀다. </li><li> 잔차 신호 수학적 0.5 이하가되는 상관 계수로 정의 템플릿 라이브러리에서 신호를 유사하지 않을 때까지, 7.5.1의 절차를 반복. </li></ol></li><li> 최적화 프로세스를 이용하여 단계 7.5로부터의 센서 신호의 초기 추정을 지금. <ol><li> 각 반복에서 추정 된 각각의 센서 신호를 가산함으로써 상기 신호를 재구성. </li><li> 기록 된 전기 신호에 가장 적합을 생산하는 최초 추정치 주위 개별 센서 신호의 진폭, 지속 시간과 타이밍을 스윕에 기초하여 최소 제곱 근사 26. </li></ol></li><li> 광학 이미지에 전기 신호를 보정하여 셀 크기에 추정 된 센서 신호의 진폭을 변환합니다. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

다중 펄스 저항 센서는 이전에 미세 유체 칩 28, 29, 30, 31, 32에 포함되었다. 이러한 시스템에서, 저항 펄스 센서 중 28, 29, 30, 31 멀티플렉싱되지 않은 또는 개별 센서 (32) 상이한 주파수로 구동 될 필요. 두 경우에 전용의 외부 접속은 칩의 각 저항 펄스 센서가 필요하고, 따라서 많은 수의 센서가 큰 하드웨어 복잡도없이 통합 될 수 없었다. 미세 유체 코드의 중요한 장점은 간단한 장치에서 하나의 출력 펄스에서 여러 저항 센서의 동시 판독을 허용한다는 것이다. 우리는 m을 이용하여이를 달성일반적으로 이동 통신에 사용 ultiplexing 기술은 마이크로 유체 장치에 통합 된 마이크로 머시닝 저항 펄스 센서를 설계한다. 본질적으로, 우리의 기술은 입자가 검출 될 때 구별 신호를 생성하도록 각각 설계하여 코드 다중화에 온칩 콜터 카운터의 네트워크에 의존한다. 네트워크의 각각의 미세 가공 된 센서는 이들 전극에 흐르는 입자의 순차적 상호 직교 임피던스 변조 파형을 생성하도록 구성 상이한 주문할 여러 공면 표면 전극 구성된다. 비동기 파티클 센서의 상호 작용을 수용하기 위해 구체적으로 골드 코드 (33), 일반적으로 CDMA 통신 네트워크의 업 링크에서 사용되는 의사 - 직교 디지털 코드를 생성하기 위해 각각의 센서를 설계 하였다. 이들은 임의의 위상차 34 오정렬되면 골드 코드도 일정 수준 직교성을 유지한다. 미crofluidic 코드는 쉽게 확장 가능합니다. 우리가이 문서에서 네 개의 센서 시제품 미세 유체 코드 장치로부터 결과를 제시했지만 나머지 구별 출력 신호를 생성하도록 설계 될 때, 더 많은 센서가 장치 내에 포함될 수있다. 센서 네트워크를 확장하는 한가지 방법은 긴 디지털 코드와 큰 직교 코드 세트에 기초하여 센서를 설계하는 것이다. 더 긴 비트 직교 코드 디코딩 처리에서보다 높은 이득을 제공하고, 간섭이 존재하는 경우는 서로 구별 될 수있다. 한편, 디바이스의 긴 골드 코드는 간섭 센서의 예상 된 수를 증가 큰 센싱 체적을 의미한다. 마찬가지로, 주어진 샘플 밀도 센서의 수를 증가시키는 것은 전체적인 센싱 체적의 증가로 인해 더 많은 중복 된 입자로 이어질 것이다. 이와 같이, 샘플에서의 입자의 밀도는 미세 유체 CODES 기술을 사용하여 고려되어야하는 중요한 파라미터이다. 최대 페이지(a CDMA 통신 네트워크의 채널 용량)와 유사하게 해석 될 수 문서 밀도는 개별 센서 신호와 그 관계의 디코딩 방식의 미세 유체 소자의 레이아웃 및 전자 잡음 레벨 등 여러 가지 요인에 따라 달라진다. 애플리케이션에 따라, 샘플은 수용 가능한 에러 레이트를 발생시키는 입자 밀도에 도달하기 위해 희석 될 수있다. 신호 처리 관점에서 보면, 미세 유동 CODES 장치로부터의 시간 파형의 복호화는 CDMA 네트워크에서의 휴대 전화 통신을 실시간으로 역 다중화 할 수 있다는 사실에 의해 입증되는 바와 같이 현재의 시스템을 이용하여 계산 집약적 아니다. 또한, 물리적 인 이벤트는 미세 유체 장치에서 디코딩 될 우리가 고급 시간 소모적 우리 반복적 SI 겹치는 해결하는 데 사용할 이러한 SIC 같은 알고리즘 최적화 프로세스를 사용할 수 있도록 휴대 전화 통신의 비트 전송 속도보다 훨씬 느리게 일어날센서 gnals. 이와 함께, 마이크로 유체 CODES 용이 그들이 칩 처리로 입자를 추적하여 정량 분석을 구현하는 다양한 미세 유동 장치에 통합 될 수있는 다목적 확장 전자 센싱 기술이다. 이 기술은, (1) (2) 그것이 활성 온 - 칩 구성 요소없이 직접 전자 판독을 제공한다 (3) 소프트 리소그래피와 직접 호환 하드웨어 관점에서 매우 단순하기 때문에 구현하기가 아주 쉽다 및 (4)는 신호 처리 및 데이터 해석에 대한 단순 계산 알고리즘에 의존한다.

이러한 액체 현탁 세포, 박테리아 또는 바이러스와 같은 생물학적 입자의 정확한 검출 및 분석 애플리케이션 (1, 2), (3)의 범위의 큰 관심사이다. 크기가 잘 일치, 마이크로 유체 장치는 고감도, 부드러운 시료 조작하고 잘 제어 된 미세 4, 5, 6, 7 등이 목적에 독특한 이점을 제공한다. 또한, 마이크로 유체 장치는 수동적으로 다양한 특성 8, 9, 10, 11, 12에 기초하여 생물학적 입자의 이종 집단을 분별 유체 역학 및 포스 필드의 조합을 사용하도록 설계 될 수있다. 그 장치에S는, 생성 된 입자 분포를 판독로서 사용될 수 있지만, 공간 정보는 랩 기반으로 묶어서 미세 유동 장치의 실용성을 제한 만 현미경을 통해 일반적으로 접근 할 수있다. 따라서, 그들은 마이크로 유체 장치를 조작하는 것처럼 쉽게, 입자 &#39;시공간 매핑을보고 할 수있는 통합 된 센서는 잠재적으로 저가의 모바일 샘플의 테스트에 특히 매력적이다 통합 된 랩 온어 칩 장치를 활성화 할 수 있습니다 자원 제한 설정. 박막 전극은 다양한 어플리케이션 (13), (14) 마이크로 유체 장치에 통합 센서로서 사용되어왔다. 저항 펄스 감지 (RPS)는이 전기 측정 (15)에서 직접, 강력한 민감하고 높은 처리량 감지 메커니즘을 제공으로 미세 유체 채널 작은 입자의 통합 감지에 특히 매력적이다. RPS에서는 전해액에 침지 한 쌍의 전극 간의 임피던스 변조는, 입자를 검출하기위한 수단으로 사용된다. 입자가 개구를 통과 할 때, 입자 정도의 크기, 개수 및 전류의 과도 펄스의 진폭은 각각 셀 크기 입자에 사용된다. 또한, 센서 감도 형상은 16, 17, 18, 19을 향상 시키거나 미세 유체 채널 (20)에 입자의 수직 위치를 추정하기 위해 저항 펄스 파형을 형성하기 위해 포토 리소 그래픽 해상도로 설계 될 수있다. 우리는 최근 전기 감지 (미세 유체 CODES) (21)에 의해 미세 유체 부호화 직교 검출라는 확장 가능하고 간단한 멀티 플렉스 저항 펄스 감지 기술을 도입했습니다. 미세 유체 CODES는에 의존저항 펄스 센서 네트워크 상호 다중화 가능하도록 각각 고유하게 구별 도통 변조 미세 가공 전극의 배열로 이루어진. 우리는 특히 코드 분할 다중 접속에 사용 된 디지털 코드와 유사 직교하는 전기 신호를 생성하도록 각각의 센서를 디자인했다 (22) (CDMA) 통신 네트워크, 개별 저항 펄스 센서 신호는 유일하게 하나의 출력 파형으로부터 복구 될 수 있도록 짝수 신호로부터하다면 다른 센서를 방해합니다. 이러한 방식으로, 우리의 기술은 최소한의 장치 - 시스템 레벨 복잡성을 유지하면서, 미세 유체 칩상의 다른 위치에서의 입자의 모니터링을 허용하는, 1 차원 전기 신호로 입자의 2 차원 공간 정보를 압축한다. 본 논문에서는 실험 및 전산 미세 유체 CODES 기술을 사용하는 데 필요한 방법뿐만 아니라 연구에 대한 자세한 프로토콜을 제시시뮬레이션 된 생체 시료 분석에서의 사용에서 epresentative 결과. 기술을 설명하기 위해 예로서 네 개의 다중 센서 시제품 장치로부터의 결과를 사용하여, 우리는 (2) 실험 구성의 설명을 포함하는 미세 유체 CODES 기술 마이크로 유체 장치를 생성하는 (1)에 미세 가공에 프로토콜들을 제공 할 전자 광학 및 유체 하드웨어, (3) 다른 센서로부터의 간섭 신호를 디코딩하기위한 컴퓨터 알고리즘, (4) 검출 및 미세 유체 채널의 암세포의 분석 결과. 우리는 상세한 프로토콜을 사용하여 여기에 설명 된 것을, 다른 연구자가 자신의 연구에 우리의 기술을 적용 할 수 있습니다 생각합니다.

<table><tbody><tr><td>98% Sulfuric Acid&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>BDH Chemicals</td><td>BDH3074-3.8LP</td><td></td></tr><tr><td>30% Hydrogen Peroxide&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>BDH Chemicals</td><td>BDH7690-3</td><td></td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Aldrich Chemistry</td><td>235725-100G</td><td></td></tr><tr><td>NR9-1500PY Negative Photoresist</td><td>Furuttex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Resist Developer RD6</td><td>Furuttex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>BDH Chemicals</td><td>BDH1101-4LP</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2015 Negative Photoresist</td><td>Microchem</td><td>SU8-2015</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Developer</td><td>Microchem</td><td>Y010200</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>3097358-1004</td><td>Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td></tr><tr><td>Isopropyl Alcohol</td><td>BDH Chemicals</td><td>BDH1133-4LP</td><td></td></tr><tr><td>RPMI 1640</td><td>Corning Cellgro</td><td>10-040-CV</td><td></td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td><td>Seradigm</td><td>1500-050</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-Streptomycin</td><td>Amresco</td><td>K952-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate-Buffered Saline (PBS)</td><td>Corning Cellgro</td><td>21-040-CM</td><td></td></tr><tr><td>PHD 22/2000 Syringe Pump</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-2001</td><td></td></tr><tr><td>HF2LI Lock-in Amplifier</td><td>Zurich Instrument</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HF2TA Current Amplifier</td><td>Zurich Instrument</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eclipse Ti-U Microscope</td><td>Nikon Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DS-Fi2 High-Definition Color Camera&amp;nbsp;</td><td>Nikon Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>v7.3 High-speed Camera</td><td>Phantom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PCIe-6361 Data Acquisition Board&amp;nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>781050-01</td><td></td></tr><tr><td>BNC-2120 Shielded Connector Block</td><td>National Instruments</td><td>777960-01&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PX-250 Plasma Treatment System</td><td>Nordson MARCH&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

microfluidic platform with multiplexed electronic detection for spatial tracking of particles

생물학적 시료의 미세 가공은 일반적으로 공간적으로 관심의 생물학적 특성에 기초하여 샘플을 분별하기 위해 다양한 역장 하에서 현탁 입자의 차등 조작을 포함한다. 얻어진 공간적 분포 분석 판독으로 사용되기 위해서는, 마이크로 유체 장치는 종종 높은 비용 및 감소 된 휴대 복잡한 장비를 요구 현미경 분석을 실시한다. 이러한 한계를 해결하기 위해 마이크로 유체 칩상의 다른 위치에서의 입자의 다중 검출을위한 집적 형 전자 감지 기술을 개발했다. 미세 유체 CODES라는 우리의 기술은 1 차원 전기 신호로 2 차원 공간 정보를 압축하는 코드 분할 다중 접속과 저항 펄스 감지를 결합합니다. 본 논문에서는 미세 유동 CODES 기술의 실제 데모 검출 크기 배양 암세포 여러 미세 유체 채널을 통해 분배 제시한다. 같이고속 현미경에 의해 확인, 우리의 기술은 정확한 외부 장비의 필요없이 모든 전자 밀집 세포 집단을 분석 할 수있다. 이와 같이, 미세 유체 CODES 잠재적으로 생물학적 시료의 시점 관리 테스트에 적합 저비용 집적 랩 온어 칩 장치를 활성화 할 수있다.

네 개의 미세 유체 채널을 통해 분산 센서 4 이루어지는 미세 유체 CODES 장치는도 1b에 도시된다. (1) 복수의 셀을 병렬 및 (2) 세포를 전극에 가까이 유지 감도를 증가시키는 전극을 통해 통과 할 수 있도록이 시스템에서, 각 미세 유체 채널의 단면은 셀의 크기에 가깝도록 설계된 . 각각의 센서는 독특한 7 비트의 디지털 코드를 생성하도록 설계된다. 이 장치는 다음 세포 현탁액을 사용하여 시험 하였다. 네 개의 개별 센서에 대응하는 기록 된 전기 신호는 그림 4에 관련 이상적인 디지털 코드로 표시됩니다. 작은 편차가 존재하는 동안 기록 된 신호는 밀접하게, 이상적인 사각 펄스와 일치합니다. 이러한 편차는 서로 다른 전극 쌍의 구형 간의 결합, 공면 전극 사이의 불균일 한 전기장을 포함한 여러 가지 요소의 조합에 기인세포뿐만 아니라, 미세 유체 채널의 셀의 일정한 유속. 우리는 코딩 센서 신호를 기반으로 템플릿 라이브러리를 만들었습니다. 라이브러리의 모든 템플릿에 기록 된 신호를 상관으로, 우리는 최대 자기 상관 피크를 생성 템플릿 (그림 4) 결정. 미세 유체 채널의 디지털 코드들은 서로 직교하도록 설계되기 때문에, 지배적 인 자기 상관 피크 견고이 과정에서 확인 될 수있다. 이 방법을 사용하여, 우리는 계산적 셀을 통과 한 미세 유체 채널, 센서 신호의 지속 시간, 및 셀 따라서 흐름 속도를 결정할 수있다. 여러 셀을 동시에 코딩 전극과 상호 작용할 때 미세 유체 CODES 기술은 상황을 해결할 수 있습니다. 이러한 중복이 발생할 때, 각각의 센서로부터의 신호가 방해 생성 된 파형은 용이 하나와 관련 될 수 없다특정 센서에 대응하는 하나의 템플릿입니다. 정확하게 이러한 중첩 신호를 디코딩하는 간섭이 발생할 가능성이 안정적인 처리 고밀도 샘플에 특히 중요하다. 이벤트 겹치는 해결하기 위해, 우리는 일반적으로 CDMA 통신 네트워크에서 멀티 유저 검출을 위해 사용되는 연속 간섭 제거 (SIC) 기법 24, 25에 기초하여 반복 알고리즘을 개발했다. 도 5는 SIC 알고리즘 네 가지 미세 유체 채널에 네 개의 셀 중첩으로 인한 파형 해결을 구현하는 방법을 보여준다. 각 반복에서, 먼저 템플릿 라이브러리 입력 파형 (도 5a, 1 번째 열)를 상관시킴으로써, 강한 간섭 신호에 대응하는 (도 5a, 2 번째 열) 지배적 인 자기 상관의 피크를 결정 하였다. 선택한 템플릿 및 t을 바탕으로그 후, 우리는 가장 강한 간섭 신호 (도 5a, 3 번째 열)을 추정하고, 입력 파형으로부터이를 감산 자기 상관 진폭을 생성. 잔류 파형을 입력으로 다음 반복에 전달 하였다. 이 공정은 투명한 자기 상관 피크 (도 5a, 5 번째 행, 2 차 플롯)를 제조하지 않았 템플릿 라이브러리 잔차 신호의 상관 될 때까지 계속했다. 간섭 제거 공정의 종료 후, 우리는 각각의 반복 (도 6a)에서 모든 추정 된 신호를 합성하여 파형의 추정치를 재구성. 원래의 파형과 재구성 된 신호 사이의 평균 제곱 오차를 최소화하기 위해 최소 제곱 근사를 기반 최적화 프로세스를 사용하여, 우리는 (도 6b)을 진폭, 지속 기간에 대한 추정치를 업데이트하고, 각각의 센서 코드 신호들의 상대적 타이밍. 또한 크기를 추정셀은 추정 된 개별 센서 신호의 크기에 기초하여 검출. 이를 달성하기 위해 선형 회귀 (도 6b)를 이용하여 광학적으로 측정 된 셀 크기를 갖는 전기 신호의 진폭을 보정. 동시 기록 고속 현미경 화상으로부터 얻어진 정보에 미세 유체 CODES에서 검색 결과의 비교는 세포 크기와 속도를 정확하게 연구 결과 (표 1)의 유효성을 검사하는 측정 할 수 있음을 보여준다. 도 6c는 복호 결과를 검증에 이용되는 동시에 기록 고속 현미경 이미지를 나타낸다. 검색 결과의 재현성도 높은 처리량 샘플 처리를위한 미세 유체 CODES 기술의 성능을 입증하기 위해, 우리는&gt; 1000 셀에 대응하는 전기 신호를 분석 하였다. 신호는 자동으로 설명 된 알고리즘을 실행하여 디코딩 된 MATLAB이상과 검색 결과의 정확도가 직접 녹화를 동시에 고속 비디오로부터 광 데이터 우리의 결과를 비교함으로써 평가 하였다. 우리의 분석은 세포의 96.15 % (973 / 1,012)에서 전기 신호가 정확하게 디코딩 된 것을 나타냅니다. 비 - 중첩하고 중첩 셀 신호를 디코딩 성공률은 98.71 % (697분의 688)은 각각 90.48 % (315분의 285)이다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig1.jpg" /> 네 개의 채널 미세 유체 CODES 장치 1. 디자인 그림. (a) 각각의 미세 채널 전극은 고유 한 디지털 코드를 생성하는 마이크로 패턴된다. 인해 전극 쌍 세포 흐르는 순차적 상호 작용 임피던스 변조 전기 펄스로 이끈다. (b) 미세 유체 CODES 장치의 현미경 이미지. 제조 프로세스 동안, 부호화 표면 전극과 유리 기판 정렬<html> 현미경 PDMS 미세 유체 채널. 7 비트 골드 시퀀스를 생성하는 코드 표면 전극 (c)에 근접 이미지 : &quot;1010110&quot;, &quot;0111111&quot;, &quot;0100010&quot;, &quot;0011000&quot;. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55311/55311fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig2.jpg" /> 도 2의 미세 가공 방법. (a)는 PDMS 미세 유체 채널은 소프트 리소그래피 (27)를 사용하여 제조된다. (b) 상기 표면 전극은 리프트 오프 (lift-off) 공정을 이용하여 제조된다. (c) 최종 장치의 개략적 인 단면도. PDMS 마이크로 유체 채널을 정렬 및 표면 전극 부착 유리 기판에 접합된다. <html> jove.com/files/ftp_upload/55311/55311fig2large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig3.jpg" /> 3. 실험 설정 그림. 주사기 펌프를 사용하여 세포 현탁액을 일정한 유량으로 미세 유체 CODES 장치를 통해 실행된다. 400 kHz의 AC 신호는 함수 발생기를 이용하여 상기 기준 전극에인가된다. 양 및 음의 감지 전극으로부터 전류 신호가 제 개의 트랜스 임피던스 증폭기를 이용하여 전압 신호로 변환하고, 차동 증폭기를 이용하여 서로 감산된다. 차동 신호는 바이폴라 로크 인 증폭기에 의해 추출하고, 신호 처리 및 디코딩하기위한 컴퓨터로 샘플링된다. 고속 광학 현미경은 검증 및 특성화를 위해 장치의 광학적 기록 작업에 사용됩니다.e.jove.com/files/ftp_upload/55311/55311fig3large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig4.jpg" /> 각각의 센서와 그들의 상관 관계 4. 녹음 된 전기 신호를 그림. 기록 신호가 서로 상관 관계가 네 코드 다중화 저항 펄스 센서 주어진다. 센서 (1) (a)는, 센서 (2) (b), 센서 (3) (c) 및 센서 (4) (D)는 7 비트의 디지털 파형을 생성하도록 설계되었다 &quot;1010110&quot;, &quot;0111111&quot;, &quot;0100010&quot;및 &quot;0011000&quot;각각 . 각 센서의 경우, 상단 그림은 각 센서에서 기록 된 정규화 된 신호가 센서를 생산하기 위해 디자인 된 이상적인 사각 펄스 시퀀스와 밀접하게 일치하는 것을 알 수있다. 각 센서, 상기 하부 패널은 기록 된 센서 신호를 나타낸다9]의 자동 상관 및 네트워크 내의 세 개의 다른 코드 다중화 센서에 대응하는 신호와 상호 상관. 각각의 센서들로부터의 디지털 코드들은 서로 직교하도록 설계되어 있기 때문에 모든 경우 자기 상관 피크는 견고하게 식별 될 수있다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55311/55311fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig5.jpg" /> 연속 간섭 취소와 중첩 된 파형을 디코딩도 5. 각 반복에서, 입력 파형 (1 번째 열)는 최대 상관 진폭 (2 번째 컬럼)을 초래하는 특정 템플릿을 식별하기 위해 미리 조립 템플릿 라이브러리와 관련된다. 이러한 특정 템플릿을 사용하여, 강한 간섭 신호 진폭에 기초하여 추정되는및 상기 상관 피크 (제 3 열)로부터 타이밍 정보. 추정 된 신호는 인해 가장 큰 셀에 효과적으로 강한 간섭을 제거, 원래의 파형에서 차감됩니다. 상관 피크는 판별 할 수있을 때까지이 프로세스는 반복된다 (즉, 상관 계수 &lt;0.5) 잔차 신호이다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55311/55311fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/55311/55311fig6.jpg" /> 그림 6. 디코딩 결과 분석. (a) 기준 신호는 정제, 재구성 및 최소 제곱 근사를 사용하여 원래의 기록 파형의 최적 획득을 목표로하는 최적화 알고리즘에 기초한다. 최적화 프로세스의 끝에서, (b)타이밍 및 보정 신호의 진폭은 정확한 고속 현미경에 의해 측정 된 셀 파라미터를 반영한다. (c)에 동시에 기록 고속 현미경 이미지는 전기 측정에서 우리의 결과를 확인합니다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55311/55311fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 측정 유형 </td><td> r에 CH1 (μm의) </td><td> r에 CH2 (μm의) </td><td> r에 CH3 (μm의) </td><td> r에 CH4 (μm의) </td><td> ΔT 1 (MS) </td><td> ΔT 2 (MS) </td><td> ΔT 3 (밀리 초) </td></tr><tr><td> 전기 같은 </td><td> 8.010 </td><td> 6.490 </td><td> 5.300 </td><td> 6.550 </td><td> 0.465 </td><td> 1.705 </td><td> 0.744 </td></tr><tr><td> 광학 </td><td> 8.320 </td><td> 6.770 </td><td> 5.680 </td><td> 7.040 </td><td> 0.375 </td><td> 1.625 </td><td> 0.750 </td></tr></tbody></table> 도 6b의 전기적 및 광학적 측정 셀의 파라미터를 표 1의 비교. 우리의 추정치를 검증하기 위해 광학 고속 현미경 이미지에서 셀 크기를 측정 하였다. 상이한 셀들 간의 상대적 타이밍은 광학적으로 초당 8000 프레임으로 기록 된 고속 비디오의 셀 사이의 프레임 번호에서 측정된다.

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Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

우리는 다수의 미세 채널에서 입자의 검출 및 사이징 다중화, 코드 분할 다중 접속 (CDMA)과 저항 펄스 센서 (RPS)를 결합하는 집적 표면 전극 네트워크와 미세 유체 플랫폼을 보여준다.

입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

microfluidic-platform-with-multiplexed-electronic-detection-for

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.2K 조회수.  Georgia Institute of Technology.  우리는 다수의 미세 채널에서 입자의 검출 및 사이징 다중화, 코드 분할 다중 접속 (CDMA)과 저항 펄스 센서 (RPS)를 결합하는 집적 표면 전극 네트워크와 미세 유체 플랫폼을 보여준다. 

비디오: Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science. Methods for particle trapping based on optical, magnetic, electrokinetic, and acoustic techniques have led to major advancements in physics and biology ranging from the molecular to cellular level. In this article, we introduce a new microfluidic-based technique for particle trapping and manipulation based solely on hydrodynamic fluid flow. Using this method, we demonstrate trapping of micro- and nano-scale particles in aqueous solutions for long time scales. The hydrodynamic trap consists of an integrated microfluidic device with a cross-slot channel geometry where two opposing laminar streams converge, thereby generating a planar extensional flow with a fluid stagnation point (zero-velocity point). In this device, particles are confined at the trap center by active control of the flow field to maintain particle position at the fluid stagnation point. In this manner, particles are effectively trapped in free solution using a feedback control algorithm implemented with a custom-built LabVIEW code. The control algorithm consists of image acquisition for a particle in the microfluidic device, followed by particle tracking, determination of particle centroid position, and active adjustment of fluid flow by regulating the pressure applied to an on-chip pneumatic valve using a pressure regulator. In this way, the on-chip dynamic metering valve functions to regulate the relative flow rates in the outlet channels, thereby enabling fine-scale control of stagnation point position and particle trapping. The microfluidic-based hydrodynamic trap exhibits several advantages as a method for particle trapping. Hydrodynamic trapping is possible for any arbitrary particle without specific requirements on the physical or chemical properties of the trapped object. In addition, hydrodynamic trapping enables confinement of a "single" target object in concentrated or crowded particle suspensions, which is difficult using alternative force field-based trapping methods. The hydrodynamic trap is user-friendly, straightforward to implement and may be added to existing microfluidic devices to facilitate trapping and long-time analysis of particles. Overall, the hydrodynamic trap is a new platform for confinement, micromanipulation, and observation of particles without surface immobilization and eliminates the need for potentially perturbative optical, magnetic, and electric fields in the free-solution trapping of small particles.

In this article, we present a microfluidic-based method for particle confinement based on hydrodynamic flow. We demonstrate stable particle trapping at a fluid stagnation point using a feedback control mechanism, thereby enabling confinement and micromanipulation of arbitrary particles in an integrated microdevice.

단일 입자 Microfluidic 기반 유체 트랩

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

연구

생체공학

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

microfluidic 비말 플랫폼 형광 검출 방법

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

Multiplexed Isothermal Amplification Based Diagnostic Platform to Detect Zika, Chikungunya, and Dengue 1

Zika, dengue, and chikungunya viruses are transmitted by mosquitoes, causing diseases with similar patient symptoms. However, they have different downstream patient-to-patient transmission potentials, and require very different patient treatments. Thus, recent Zika outbreaks make it urgent to develop tools that rapidly discriminate these viruses in patients and trapped mosquitoes, to select the correct patient treatment, and to understand and manage their epidemiology in real time.
Unfortunately, current diagnostic tests, including those receiving 2016 emergency use authorizations and fast-track status, detect viral RNA by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), which requires instrumentation, trained users, and considerable sample preparation. Thus, they must be sent to &#34;approved&#34; reference laboratories, requiring time. Indeed, in August 2016, the Center for Disease Control (CDC) was asking pregnant women who had been bitten by a mosquito and developed a Zika-indicating rash to wait an unacceptable 2 to 4 weeks before learning whether they were infected. We very much need tests that can be done on site, with few resources, and by trained but not necessarily licensed personnel.
This video demonstrates an assay that meets these specifications, working with urine or serum (for patients) or crushed mosquito carcasses (for environmental surveillance), all without much sample preparation. Mosquito carcasses are captured on paper carrying quaternary ammonium groups (Q-paper) followed by ammonia treatment to manage biohazards. These are then directly, without RNA isolation, put into assay tubes containing freeze-dried reagents that need no chain of refrigeration. A modified form of reverse transcription loop-mediated isothermal amplification with target-specific fluorescently tagged displaceable probes produces readout, in 30 min, as a three-color fluorescence signal. This is visualized with a handheld, battery-powered device with an orange filter. Forward contamination is prevented with sealed tubes, and the use of thermolabile uracil DNA glycosylase (UDG) in the presence of dUTP in the amplification mixture.

Current multiplexed diagnostics to detect Zika, chikungunya, and dengue viruses require complex sample preparation and expensive instrumentation, and are difficult to use in low resource environments. We show a diagnostic that uses isothermal amplification with target-specific strand displaceable probes to detect and differentiate these viruses with high sensitivity and specificity.

멀티플렉스 등온 증폭 Zika, Chikungunya, 뎅 그 열의 1 감지 진단 플랫폼을 기반으로

Zika, dengue, and chikungunya viruses are transmitted by mosquitoes, causing diseases with similar patient symptoms. However, they have different ...

생화학

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 ...

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. ...

Patterning of Microorganisms and Microparticles through Sequential Capillarity-assisted Assembly

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, including studies of microbial physiology and interactions. At the simplest level, accurate spatial patterning of microorganisms would enable reliable, long-term imaging of large numbers of individual cells and transform the ability to quantitatively study distance-dependent microbe-microbe interactions. More uniquely, coupling accurate spatial patterning and full control over environmental conditions, as offered by microfluidic technology, would provide a powerful and versatile platform for single-cell studies in microbial ecology. 
This paper presents a microfluidic platform to produce versatile and user-defined patterns of microorganisms within a microfluidic channel, allowing complete optical access for long-term, high-throughput monitoring. This new microfluidic technology is based on capillarity-assisted particle assembly and exploits the capillary forces arising from the controlled motion of an evaporating suspension inside a microfluidic channel to deposit individual microsized objects in an array of traps microfabricated onto a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. Sequential depositions generate the desired spatial layout of single or multiple types of micro-sized objects, dictated solely by the geometry of the traps and the filling sequence. 
The platform has been calibrated using colloidal particles of different dimensions and materials: it has proven to be a powerful tool to generate diverse colloidal patterns and perform surface functionalization of trapped particles. Furthermore, the platform was tested on microbial cells, using Escherichia coli cells as a model bacterium. Thousands of individual cells were patterned on the surface, and their growth was monitored over time. In this platform, the coupling of single-cell deposition and microfluidic technology allows both geometric patterning of microorganisms and precise control of environmental conditions. It thus opens a window into the physiology of single microbes and the ecology of microbe-microbe interactions, as shown by preliminary experiments.

We present a technology that uses capillarity-assisted assembly in a microfluidic platform to pattern micro-sized objects suspended in a liquid, such as bacteria and colloids, into prescribed arrays on a polydimethylsiloxane substrate.

순차모세혈관 보조 어셈블리를 통한 미생물 및 미생물 입자의 패터닝

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, ...

공학

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Electrowetting-based Digital Microfluidics Platform for Automated Enzyme-linked Immunosorbent Assay

Electrowetting is the effect by which the contact angle of a droplet exposed to a surface charge is modified. Electrowetting-on-dielectric (EWOD) exploits the dielectric properties of thin insulator films to enhance the charge density and hence boost the electrowetting effect. The presence of charges results in an electrically induced spreading of the droplet which permits purposeful manipulation across a hydrophobic surface. Here, we demonstrate EWOD-based protocol for sample processing and detection of four categories of antigens, using an automated surface actuation platform, via two variations of an Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) methods. The ELISA is performed on magnetic beads with immobilized primary antibodies which can be selected to target a specific antigen. An antibody conjugated to HRP binds to the antigen and is mixed with H2O2/Luminol for quantification of the captured pathogens. Assay completion times of between 6 and 10 min were achieved, whilst minuscule volumes of reagents were utilized.

Electrowetting-based digital microfluidic is a technique that utilizes a voltage-driven change in the apparent contact angle of a microliter-volume droplet to facilitate its manipulation. Combining this with functionalized magnetic beads enables the integration of multiple laboratory unit operations for sample preparation and identification of pathogens using Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA).

자동화된 효소 연계 면역흡착제 분석기용 전기습식 기반 디지털 미세유체 분석 플랫폼

Electrowetting is the effect by which the contact angle of a droplet exposed to a surface charge is modified. Electrowetting-on-dielectric (EWOD) exploits ...

<meta charset="utf8"></head><body>single-cell cytokine secretion 분석을 위한 미세유체 액적 분석

Microfluidic Approach to Resolve Simultaneous and Sequential Cytokine Secretion of Individual Polyfunctional Cells

Infections, autoimmune diseases, desired and adverse immunological responses to treatment can lead to a complex and dynamic cytokine response in vivo. This response involves numerous immune cells secreting various cytokines to orchestrate the immune reaction. However, the secretion dynamics, amounts, and co-occurrence of the different cytokines by various cell subtypes remain poorly understood due to a lack of appropriate tools to study them. Here, we describe a protocol using a microfluidic droplet platform that allows the time-resolved quantitative measurement of secretion dynamics for several cytokines in parallel on the single-cell level. This is enabled by the encapsulation of individual cells into microfluidic droplets together with a multiplexed immunoassay for parallel quantification of cytokine concentrations, their immobilization for dynamic fluorescent imaging, and the analysis of the respective images to derive secreted quantities and dynamics. The protocol describes the preparation of functionalized magnetic nanoparticles, calibration experiments, cell preparation, and the encapsulation of the cells and nanoparticles into droplets for fluorescent imaging and subsequent image and data analysis using the example of lipopolysaccharide-stimulated human peripheral blood mononuclear cells. The presented platform identified distinct cytokine secretion behavior for single and co-secreting cells, characterizing the expected phenotypic heterogeneity in the measured cell sample. Furthermore, the modular nature of the assay allows its adaptation and application to study a variety of proteins, cytokines, and cell samples, potentially leading to a deeper understanding of the interplay between different immune cell types and the role of the different cytokines secreted dynamically to shape the tightly regulated immune response. These new insights could be particularly interesting in the studies of immune dysregulations or in identifying target populations in therapy and drug development.

<meta charset="utf8"></head><body>저자 스포트라이트: Unveiling the Polyfunctionality and Heterogeneity in Immune Responses

The protocol describes an advanced microfluidic platform to quantitatively measure cytokine secretion dynamics of individual human peripheral blood mononuclear cells. The platform measures up to three cytokines in parallel (IL-6, TNF&#945;, and IL-1&#946;) for each individual cell stimulated with lipopolysaccharide as an example.

개별 다기능성 세포의 동시 및 순차적 사이토카인 분비를 해결하기 위한 미세유체 접근법 

Infections, autoimmune diseases, desired and adverse immunological responses to treatment can lead to a complex and dynamic cytokine response in vivo. ...

입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

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멀티플렉스 등온 증폭 Zika, Chikungunya, 뎅 그 열의 1 감지 진단 플랫폼을 기반으로

단일 세포의 다목적 화학 분석을위한 미세 유체 칩

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

순차모세혈관 보조 어셈블리를 통한 미생물 및 미생물 입자의 패터닝

드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영

자동화된 효소 연계 면역흡착제 분석기용 전기습식 기반 디지털 미세유체 분석 플랫폼

개별 다기능성 세포의 동시 및 순차적 사이토카인 분비를 해결하기 위한 미세유체 접근법

개별 다기능성 세포의 동시 및 순차적 사이토카인 분비를 해결하기 위한 미세유체 접근법