Name: dry film photoresist-based electrochemical microfluidic biosensor platform: device fabrication, on-chip assay preparation, and system operation
Uploaded: 2017-09-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 42 s
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저자는 부분적으로 자금 부여 번호 UR 70/10-01 및 UR 70/12-01이이 작품에 대 한 독일 연구 재단 (DFG) 감사 하 고 싶습니다.

1. 제조 기술의 미세 바이오 센서를 사용 하 여 련방 <ol><li>PI의 준비 웨이퍼.
	<ol><li>컷 PI 기판으로 6 라운드 웨이퍼. 약 1 h 탈수 빵에 대 한 120 ° C에서 오븐에 PI 웨이퍼를 넣어.</li>
	</ol></li> <li>이륙 과정에 대 한 첫 번째 사진 평판 단계.
	<ol><li>2000 rpm의 가속도와 3000 rpm에서 30의 회전 시간 스핀 coater 프로그램/장소 spin coater에 PI 웨이퍼 s. 고 진공을 적용, 그것을 해결. 이륙 과정을 사용 하는 저항의 2 개 mL를 분배 하 고 spin coater 프로그램을 시작 합니다. Spin coater에서 웨이퍼를 제거 하 고 부드러운 빵 100에서 2 분 동안 뜨거운 접시에 PI 웨이퍼 ° c.</li>
		<li>육안으로 PI 웨이퍼에 전극 패턴에 대 한 원하는 마스크를 조정 하 고 400 mJ/cm 2 UV 빛에 노출 (365 nm). 그릇에 웨이퍼 저항 일치 개발자 궤도 셰이 커에 가득 하 고 그것은 1 분에 대 한 약간 흔들어</li>
		<li>초과 레지스트 제거 후 샤워를 사용 하 여 젖은 벤치에 이온된 수 (디-물)와 PI 웨이퍼를 헹 구 고 건조 한 압축 공기를 사용 하 여 나중에.</li>
	</ol></li> <li>백 금 전극의 형성에 대 한의.
	<ol><li>보증금 200에 표준 물리적 증기 증 착 프로세스를 사용 하 여 웨이퍼 19에 플래티넘의 nm.</li>
		<li>그릇에 웨이퍼를 놓습니다. 그릇에 일치 리무버를 추가 하 고 모든 초과 플래티넘 제거 될 때까지 궤도 셰이 커에는 웨이퍼를 약간 흔들어 동안 이륙 레지스트를 제거. 린스 하 고 1.2.3 단계에서 설명한 대로 PI 웨이퍼 건조.</li>
	</ol></li> <li>두 번째 사진 평판 단계: 절연 층 형성.
	<ol><li>PI 웨이퍼 탈수 그것을 5 분 동안 120 ° C에 preheated 오븐에 넣어</li>
		<li>프로그램 스핀 coater의 첫 번째 단계는 5 회전 500 rpm에서 s. 30에 대 한 두 번째 단계 프로그램 s 700 rpm/미의 가속 4000 rpm에서</li>
		<li>는 Spin coater에 PI 웨이퍼 놓고 진공을 적용, 수정 합니다. Spin coater 프로그램을 시작 하기 전에 적절 한 에폭시 기반 감광 제 4 mL를 분배.</li>
		<li>소프트-구워 뜨거운 접시에 95 ° C에서 3 분에 대 한 코팅 된 웨이퍼.</li>
		<li>각각 정렬 마크와 눈 렌즈를 사용 하 여 웨이퍼에 절연 제 층에 대 한 마스크를 조정 합니다. 100 mJ/cm 2 UV 빛에 웨이퍼를 노출 (365 nm).</li>
		<li>사후 노출 빵 95에서 2 분을 위한 미리 데워 진된 뜨거운 접시에 웨이퍼 배치 ° c.</li>
		<li>그릇에 웨이퍼를 놓고 궤도 통에 적당 한 개발자 (예: 1-methoxy-2-틸-acetat SU-8의 경우 2 분)와 함께 저항 개발.</li>
		<li>먼저 소 프로 파 놀 PI 웨이퍼 린스 후 린스 하 고 1.2.3 단계에서 설명한 대로 그것을 건조.</li>
		<li>하드 빵 3 h 150에 대 한 오븐에 감광 ° c.</li>
	</ol></li> <li>플라즈마를 이용한 전극의 청소.
	<li>감광 제 잔류물을 제거, 산소 플라즈마를 사용 하 여 표준 플라즈마 장치를 <ol>. 100% O 2 흐름, 250 sccm의 속도와 3 분의 총 시간 전력 200 W 낮은 주파수를 사용 하 여 청소 프로그램 시작</li>
		<li>PI 웨이퍼 플라즈마 챔버에 배치 유리 뚜껑을 사용 하 여 접지 격판덮개에 웨이퍼를 수정 하 고 플라즈마 프로세스 시작.</li>
	</ol></li> <li>실버 및 염화는 증 착: 온 칩 기준 전극 만들기.
	자외선에 민감한 접착 테이프를 가진 웨이퍼의에 <ol><li>Passivate 백 금 접촉 패드 5 m m 그리고 11 cm 긴 줄무늬 호 일을 잘라 고 실버 입금 하지 부품 보호 웨이퍼에 첨부.</li>
		<li>는 증 착에 대 한 소닉 목욕 (35 kHz) 증기 선반에 넣고 목욕에 실버 전해질 솔루션 (100 g/L Ag, pH 12.5)의 컨테이너를 삽입. 소닉 목욕 실내 온도 10% 전원 설정. 
		주의: 실버 전해질 솔루션은 매우 독성이 고 주의 처리 합니다. 연기 흡입 하지 해야 합니다.</li>
		<li>정 전류 소스를 참조 전극의 대량 연락처를 연결합니다. 카운터 전극은 전해질 솔루션의 표준 연결 케이블을 사용 하 여 현재 소스에 몰입은 와이어 연결.</li>
		<li>-4.5의 전류 밀도 하 고 DC 전류 소스를 설정 mA/cm 2, 대략 0.3 µ m/분의은 증 착 속도 결과로 소닉 목욕을 시작 하 고 10 분 디 물으로 린스는 웨이퍼에 대 한 실행 현재 소스를 보자</li>
		<li>참조 전극의 수돗물에 대 한 소닉 목욕에 0.1 M 염화 칼륨 (KCl) 솔루션의 그릇 삽입. 웨이퍼와 정 전류 소스와 KCl 해결책에 몰입은 백 금 전극의 대량 연락처 연결.</li>
		<li>+0.6의 전류 밀도 하 고 DC 전류 소스를 설정 mA/cm 2, 약 0.075 µ m/분의 증 착 속도 결과로 소닉 목욕을 시작 하 고 현재 소스 7.5 분에 대 한 실행을 하자</li>
		<li>린스와 건조는 PI 웨이퍼, 1.2.3 단계에서 설명한 대로.</li>
		<li>UV 후 자외선에 민감한 테이프를 제거 (365 nm)의 300 mJ/cm 2 린스와 건조 PI 웨이퍼에 설명 된 단계 1.2.3으로 다시 노출.</li>
	</ol></li> <li>세 번째 사진 평판 단계: 미세 채널을 만드는 데 사용 하 여 DFRs.
	<ol><li>웨이퍼 (20 x 20 cm 2)의 크기에 필요한 련방 레이어를 잘라. 노출 단위에 원하는 마스크를 수정 하 고 눈을 사용 하 여 마스크에 련방 레이어를 정렬. 250 mJ/cm 2 자외선 빛 저항을 밝히는 (365 nm).</li>
		<li>는 감광 제 보호 호 일을 제거 하 고 42 ° C와 소닉 파워 preheated 표준 소닉 목욕 (35 kHz)를 사용 하 여 1% 탄산 나트륨 (Na 2 CO 3) 솔루션에서 약 2 분 (에 따라 구조)에 대 한 저항을 개발 100%. 즉시 반응을 중지, 궤도 셰이 커에 1 %HCl 욕조에 1 분에 대 한 저항을 흔들어. 린스 하 고 1.2.3 단계에 설명 된 대로 각 련방 레이어 건조. 
		참고: 총에서 4 개의 련방 레이어 처리 해야 단계 1.7에서에서 설명 했 듯이: 1 채널 계층, 1 개의 덮개 레이어와 두 뒷면 레이어 (끝에 굽 힘에서 바이오 센서를 방지).</li>
	</ol></li> <li>련방의 얇은 레이어 PI 기판에.
	<ol><li>투명도 오버 헤드 호 일에 PI 웨이퍼 놓고 표준 접착 테이프를 사용 하 여 문제를 해결 합니다. 현미경으로, 각각 정렬 구조를 사용 하 여 PI 웨이퍼에 채널 련방 레이어 조정.</li>
		<li>는 적 층에 대 한 표준 뜨거운 목록 laminator을 사용 하 고 100 ° c 최고 롤과 60 하단 롤 예 열 ° C 설정 압력 3 바, 0.3 m/분 장소의 앞으로 속도 라 미기 중간 고정 련방 레이어와 웨이퍼 및 시작; 련방은 laminator를 통해 푸시됩니다. 단계를 반복 하는 180 °는 웨이퍼를 회전 후.</li>
		<li>는 바이오 센서의 굽 힘을 방지 하기 위해, 다음 단계 1.8.1-1.8.2 웨이퍼에 두 개발된 뒷면 레이어를 라미네이트.</li>
	</ol></li> <li>소수 성 막을 방 벽을 고용 하 고 칩을 씰링.
	<ol><li>제거 련방 채널의 앞면에서 보호 레이어 레이아웃어 표준 접착 테이프 련방의 한쪽 끝에 놓고 위쪽으로 당겨. 0.004 튜브 핸드 디스펜서를 사용 하 여 절연 제 층의 우물에 녹아 소계의 작은 방울을 분배. 미세 칩 인감, 라미네이트 커버 련방 레이어 채널 계층에 단계 1.8에서에서 설명한 대로.</li>
	</ol></li> <li>하드-제빵 미세 바이오 센서.
	<ol><li>제거 모든 보호 foils 커버 뒷면에 련방 레이어. 바이오 센서는 일반 쌍이 위를 사용 하 여 스트립 잘라. 치료 3 h. 160 ° C에서 오븐에 칩</li>
	</ol></li></ol> 2. 온 칩 분석 결과 동원 정지 절차 <ol><li>avidin 채널의 동원 정지 영역에서의 흡착.
	<ol><li>10 m m 인산 염 버퍼 식 염 수 (PBS) 7.4의 pH에 있는 100 µ g/mL avidin 솔루션 준비.</li>
		<li>는 바이오 센서의 입구에 avidin 솔루션의 분배 2 µ L. 
		참고: 채널 가득 모 세관 힘에 의해 액체 소수 성 막을 장벽에 도달할 때까지.</li>
		그는 유체 유지 막을 방 벽에 전체 보육 시간 동안 되도록 <li>칩의 콘센트에 디-물 2 µ L 분배. 닫힌된 컨테이너에서 1 h 25 ° C에서 칩을 품 어.</li>
		<li>진공을 적용 하 여 칩의 입구를 통해 초과 시 약을 제거 합니다. 워시 워시 버퍼의 50 µ L와 채널 (0.05%와 PBS 트윈 20), 진공 적용 되는 동안 콘센트에 분사. 30 채널 건조 진공 적용 되는 동안 s.</li>
	</ol></li> <li>난다 바인딩을 억제 하기 위해 채널 표면 차단.
	<ol><li>7.4의 pH에서 10 mM PBS에서에서 1% 소 혈 청 알 부 민 (BSA) 솔루션 준비.</li>
		<li>입구에 2 1 %BSA 솔루션의 피 펫 2 µ L µ L 디 물 채널의 콘센트에. 닫힌된 컨테이너에서 1 h 25 ° C에서 칩을 품 어. 초과 시 약을 제거 하 고 단계 2.1.4에에서 설명 된 대로 채널을 건조.</li>
	</ol></li> <li>외피의 DNA oligos biotin과 6-FAM.로 표시
	<ol><li>다른 농도 준비 (0.001-5 µ M)의 7.4의 pH에서 10 mM PBS의 DNA 솔루션.</li>
		<li>입구에 DNA 솔루션의 한 농도와 2 µ L 분배 2 µ L 디 물 콘센트에. 닫힌된 컨테이너에 15 분 동안 25 ° C에서 칩을 품 어.</li>
		<li>추가 바이오 센서 칩을 사용 하 여 다른 DNA 농도 대 한 반복 단계 2.3.2.</li>
		<li>초과 시 약을 제거 하 고 단계 2.1.4에에서 설명 된 대로 채널을 건조.</li>
	</ol></li> <li>GOx의 동원 정지 표시 6 식구 들 항 체.
	<ol><li>5 µ g/mL 농도 pH 7.4의에서 10 mM PBS 항 체 6 식구 들의 공식화.</li>
		<li>입구와 2 항 체 솔루션의 소개 2 µ L µ L 디 물 채널의 콘센트에. 닫힌된 컨테이너에 15 분 동안 25 ° C에서 레이블이 지정 된 항 체를 품 어. 2.1.4 단계에서 설명한 대로 초과 시 약을 제거.</li>
	</ol></li></ol> 3. Amperometric 신호 감지 기술을 사용 하는 정지 흐름 <ol><li>전기 화학적 검출 기판 솔루션의 준비.
	<ol><li>7.4 초 순수한 물에서의 pH에 0.1 m M PBS에서 40 m m 포도 당 해결책을 공식화.</li>
		<li>예비 치료에 대 한 준비 7.4 초 순수한 물에서의 pH에 0.1 m M PBS 솔루션.</li>
	</ol></li> <li>작업 전극의 예비 처리.
	<ol><li>맞춤 칩 홀더를 사용 하 여 칩 및 유체 및 전기 연결의 쉬운 배치 허용.</li>
		<li>는 바이오 센서는 potentiostat에 전기적으로 연결합니다. 주사기 펌프 및 맞춤 어댑터 튜브를 사용 하 여 시 약 저수지에 미세 채널의 유체 접촉을 확인 합니다. potentiostat에 연결 된 노트북을 시작 하 고 칩을 통해 유체 흐름을 제어 하는 주사기 펌프 컨트롤러 시작.</li>
		<li>20 µ L/분의 유량에서 0.1 M PBS와 수동으로 주사기 펌프를 시작합니다. 온 칩 기준 전극 대 작업 전극에 0.8 및-0.05 V 5의 교체 전압 적용 각 30 사이클에 대 한 s. 이 따라 60 0.8 V의 전압을 적용 하 여 작업 전극 산화 s.</li>
	</ol></li> <li>정지 흐름 기법을 사용 하 여 분석 결과 판독.
	<ol><li>분석 결과 신호 판독을 시작, 측정된 전류 신호 안정화 될 때까지 기다립니다. 주사기 펌프를 중지 하 고 40 mM 포도 당 해결책에 0.1 m M PBS에서 시 약을 전환할 주사기 펌프 컨트롤러;에서 소프트웨어를 시작 그것은 자동으로 1, 2, 또는 5 분에 대 한 흐름을 막을 것 이다 고 것입니다 다음 다시 흐름. 관찰 결과 현재 피크. 
		참고: 데이터의 분석에 대 한 현재 최대 또는 피크의 고려 될 수 있다, 전기 화학 신호 판독 ( 그림 2)의 모델에 설명 된 대로.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Spindel, S., Sapsford, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+optical+detection+platforms+for+multiplexed+detection+of+proteins+and+the+need+for+point-of-care+biosensors+for+clinical+use.">Evaluation of optical detection platforms for multiplexed detection of proteins and the need for point-of-care biosensors for clinical use.</a> Sensors (Basel). 14 (12), 22313-22341 (2014).</li><li>Luppa, P. 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저자는 공개 없다.

여기에 제시 된 미세 전기 화학 바이오 센서의 제조에 대 한 프로토콜 생체의 검출에 대 한 낮은 비용, 소형, 그리고 사용 하기 쉬운 플랫폼의 개발을 수 있습니다. 이후에 바이오 센서에서 사용 하는 분석 결과 따라 여러 가지 다른 biomarkers는 감지할 수 있습니다. 이 플랫폼 매우 다재 다능 하 고 표준 진단 테스트 (예를 들어, 닥터의 사무실에 특정 질병의 존재 결정)에서 응용 프로그램의 다양 한 분야에 대 한 광범위 한 액세스 포인트의 관리 응용 프로그램을 제공 합니다 (예: 약물 치료 개별화 환자에 대 한 치료 약물 모니터링). 특히 포인트의 케어 진단, 소형된 바이오 센서는 일반적으로 광범위 한 실험실 장비, 전문된 직원 및 큰 시 약 샘플 볼륨을 요구 하 고 긴 처리는 기존의 방법에 비해 많은 장점을 번입니다.
이 바이오 센서의 제조; 프로토콜에 따라 엄격 하 게를 요구 한다. 그렇지 않으면, 제조 문제가 발생할 수 있습니다. 가장 자주 관찰 된 문제 중 하나는 여러 계층의 부정합입니다. 이 다른 층의 더 쉽고 더 정확한 맞춤 수 있는 제조 프로세스에 대 한 더 많은 고급 장치를 사용 하 여 쉽게 해결할 수 있습니다.
DFR 기술 신속 하 고 저비용 제조의 가능성을 제공합니다. 다른 한편으로, 기술은 해상도 측면에서 제한 됩니다. 예를 들어, 매우 작은 구조 (100 µ m)의 미세 채널 여기에 제시 된 프로토콜을 사용 하 여 실현 될 수 없습니다. 이러한 경우에는 사진 평판 유리 포토와 높은-정밀 마스크 aligner에 의해 수행 되어야 합니다. 또한, 너무 넓은 채널 수도 있습니다 문제가 있기 때문에 채널 수 내려, 채널의 높이 줄이고 칩의 미세 동작에 영향을 미치는.
우리는 련방 기술 미래 응용 프로그램에 더 많은 존재 때문에 그것은 쉽게 확장할 수 상업적인 사용을 위해 것을 믿는다. 련방 기반 미세 센서의 대량 생산 기술을 응용 프로그램 (예: 유연한 전자)의 다른 분야에서 잘 설립 때문에 시장 안타 때 아무 방해를 될 것입니다.
전체 시스템의 복잡성을 줄이는 측면에서 우리의 미래 작업 설계 및 바이오 센서 칩;를 포함 하는 일회용 미세 카트리지의 구현에 초점을 것입니다. 폐기물 공기 통; 그리고 사전 로드 된 시 약, 워시 버퍼 등 다른 분석 결과 구성 요소. Amperometric 측정에 대 한 샘플 및 다른 약의 납품 다음 공 압 작동 하 여 제공할 수 있습니다. 이 핸드헬드 리더에 의해 수행 됩니다 하 고 폐기물 저수지에 미세 바이오 센서 칩을 통해 이동 합니다.

지난 2 년간 진단 응용 프로그램 세계 공중 보건의 개발에 대 한 심층 연구에 대 한 초등 되고있다. 전통적으로, 실험실 진단 도구는 질병의 탐지를 위해 사용 됩니다. 비록 그들은 여전히 질병의 진단에서 핵심적인 역할을 담당할 포인트-중-케어 테스트 (POCT) 환자 근처 수행 또는 환자 자신에 의해 최근 몇 년 동안에서 점점 더 일반화 되고있다. 급성 심근 경색 등 당뇨병 모니터링, 즉각적인 치료를 필요로 하는 경우에 특히 임상 발견의 빠른 확인이 필수적입니다. 따라서, POCT 장치는 비 전문가 의해 운영 하실 수 있습니다 그리고 그는 동시에 짧은 시간1,2,3,4 정확한 생체 외에서 진단 테스트를 수행할 수 있는 성장 필요가 있다 .
주목할 만한 개선 POCT 분야에서 이미 달성 되었습니다. 그러나,5,6,,78을 극복 하기 위해 많은 도전이 아직도 있다. POCT 플랫폼 시장에 성공적으로 시작 되 고 실험실 진단 경쟁력에 대 한 장치 엄격 하 게 다음과 같은 요구 사항을 충족 해야 합니다: (i) 연구소와 일치 하는 정확 하 고 양적 테스트 결과 제공 연구 결과; (ii)는 간단한 샘플-에-결과 환자;의 즉각적인 치료 가능 시간 (3) 단순 하 고 쉽게 처리 훈련 되지 않는 개인에 의해 운영 하는 경우에 및 최소화 사용자 개입; 및 (iv) 단일 사용 애플리케이션용으로 설계 된 저가 센서 장치의 구성. 또한, 장비 무료 진단 프로그램은 유리한, 주로 자원 가난한 환경3,,46.
이러한 심한 요구 사항으로 인해 두 POCT 시스템 전기 화학 탐지 (예: 혈액 포도 당 시험 지구)과 측면 흐름 immunoassays (예: 집 임신 검사) 기반으로 성공적으로 시작 되었습니다 시장에 너무 지금까지. 그러나 두 시스템 성능 저하 등 단점에서 고통 하는, (부정확 한 테스트 결과즉, 혈당 모니터링 및 측면 흐름 분석 실험만 질적 (양수 또는 음수) 측정 결과 제공)4, 6. 기존의 POCT 시스템의 이러한 단점 케어4,5에서 빠른, 저가, 및 정량적 검출을 제공 하는 새로운 기술 탐험에 수요 증가에 들어서있다.
POCT 기기를 직면 하는 이러한 과제를 충족 하기 위해 련방 기술은 최근 고용 일회용 하 고 저렴 한 비용 바이오 센서9,10,,1112, 의 제조에 13 , 14. 부드럽고 액체 석판 자료, PDMS 등 수-8에 비해 DFRs 현재 많은 혜택: 그들은 (i) 작곡과 (몇 미크론 몇 밀리미터);에서 두께의 다양 한에서 사용할 수 있습니다 (ii) 다양 한 자료; 접착에 용이 매우 거친 표면 영역을가지고 (iii) 기능이 우수한 두께 균일; (iv) 제공, 손쉬운, 싸고 높은 처리량 제작 대량 생산; (v)은 위;의 단순한 쌍 같은 다양 한 저가 도구로 잘라 쉽게 및 (vi) 서로 여러 련방 레이어 스태킹 하 여 미세 채널, 같은 3 차원 구조의 창조에 대 한 허용.
다른 한편으로, DFRs는 일반적으로 액체 포토 레지스트, 마스크와 보호 포 일, 또한 빛을 수 있습니다 인해 련방 사이 증가 거리와 필름 두께 의해 주로 발생에 비해 상대적으로 빈약한 해상도 산란입니다. 아직도, 통합된 미세 바이오 센서의 제조를 위한 DFRs는 저가 대량 생산에 매우 적합.
따라서,이 우리 제조 및 전기 화학 미세 련방 기반 바이오 센서의 응용 프로그램 작동. 자세한 프로토콜 바이오 센서 플랫폼의 각 생산 단계, DNA 기반 모델 분석 결과 및 정지 흐름 기법을 사용 하 여 그것의 전기 판독의 온 칩 동원 정지에 설명 합니다. 이 범용 플랫폼 분석 결과 다른 기술 (예를 들어, 유전체학, cellomics, proteomics) 또는 분석 결과 형식 (예를 들어, 경쟁, 샌드위치, 또는 직접)를 사용 하 여 생체의 수많은 종류의 검색 수 있습니다. 같은 련방 플랫폼을 바탕으로, 우리의 그룹 이전 성공적으로 시연 항생제13,,1516 (항생물질를 포함 하 여 다양 한 analytes의 신속 하 고 민감한 정량화 pristinamycin, 그리고 ß-락탐 항생제), 분 난17, 그리고 물질 P18.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Material&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>AP8525R</td><td>Used as polyimide substrate</td></tr><tr><td>MA-N 1420</td><td>Micro Resist Technology</td><td>MA-N1420</td><td>Lift-off resit to define the platinum depostion</td></tr><tr><td>Ma-D 533s</td><td>Micro Resist Technology</td><td>MaD533S</td><td>Developer for MA-N1420</td></tr><tr><td>Platinum</td><td>-</td><td>-</td><td>Electrode and contact pad material</td></tr><tr><td>Ma-R 404s</td><td>Micro Resist Technology</td><td>MaR404S</td><td>Remover for MA-N1420</td></tr><tr><td>SU-8 3005</td><td>MicroChem Corp.</td><td>SU-8-3005</td><td>Photoresist to define the electrode area and as insulation</td></tr><tr><td>1-methoxy-2-propanol acetate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108-65-6</td><td>Developer for SU-8 3005</td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>VWR</td><td>8.18766.2500</td><td>Removing of the SU-8 developer</td></tr><tr><td>1020R</td><td>Ultron Systems Inc.</td><td>1020R</td><td>UV sensitive adhesive tape for protection of contact pads</td></tr><tr><td>Arguna S</td><td>Degussa</td><td>1935</td><td>For Silver depostion on reference electrode</td></tr><tr><td>KCl</td><td>Methrom</td><td>62308.020</td><td>For chloridation of the silver reference electrode</td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>PC1025</td><td>Dry film photoresist</td></tr><tr><td>Sodium carbonat</td><td>Fluka</td><td>71352</td><td>Developer for Pyralux PC1025</td></tr><tr><td>Hydrogen chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30720</td><td>To top the development of the DFR</td></tr><tr><td>Teflon AF 1600</td><td>DuPont</td><td>AF1600</td><td>For employing the stopping barrier</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PA104</td><td>Mega Electronics</td><td>-</td><td>Bubble etch tank</td></tr><tr><td>FED 53</td><td>Binder</td><td>9010-0018</td><td>Oven</td></tr><tr><td>SPIN150</td><td>APT</td><td>-</td><td>Spin coater</td></tr><tr><td>Pr&amp;auml;zitherm</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>PZ 28-2</td><td>Hot plate</td></tr><tr><td>Hellas</td><td>Bungard Elektronik</td><td>40000</td><td>Exposure unit</td></tr><tr><td>Tetra30-LF-PC</td><td>Diener</td><td>-</td><td>Plasma unit</td></tr><tr><td>Univex 500</td><td>Leybold</td><td>-</td><td>Physical vapor deposition unit</td></tr><tr><td>Shaker S4</td><td>ELMI</td><td>-</td><td>Orbital shaker</td></tr><tr><td>Sonorex Super 10 P</td><td>Bandelin</td><td>783</td><td>Sonic bath</td></tr><tr><td>6221 DC and AC</td><td>Keithley</td><td>-</td><td>Current source</td></tr><tr><td>HRL 350</td><td>Ozatec</td><td>-</td><td>Laminator unit</td></tr><tr><td>Vaccum pen</td><td>EFD</td><td>-</td><td>Vacuum pen</td></tr></tbody></table>

dry film photoresist-based electrochemical microfluidic biosensor platform: device fabrication, on-chip assay preparation, and system operation

최근 몇 년 동안, 바이오 마커 진단 되었다 특히 포인트의 케어 진단에 대 한 인간의 질병의 진단 위한 필수 도구. 쉬운--사용 하 고 저가 센서 플랫폼은 높은 양적 고 구체적으로 다양 한 유형의 analytes (예를 들어, 생체, 호르몬, 약물)을 측정 하 원하는 됩니다. 이러한 이유로 드라이 필름 포토 레지스트 기술-손쉬운, 그리고 높은 처리량 제작-저렴 한, 사용 여기 미세 바이오 센서를 제조 하기 위하여 사용 되었다. 이후에 사용 하는 생물에 따라 다양 한 플랫폼은 다양 한 유형의 생체 감지 수 있습니다. 소자의 제작을 위해 백 금 전극만 클린 룸 공정 단계에서 유연한 polyimide (PI) 호 일에 구성 되어 있습니다. 파이 포 일 기판 절연 에폭시 기반 감광 된 전극에 대 한 역할을 합니다. 미세 채널 개발 및 PI 웨이퍼 위에 건식 필름 레지스트 (DFR) 포의 적 층에 의해 연속적으로 생성 됩니다. 채널의 소수 성 막을 방 벽을 사용 하 여 채널 두 특정 영역으로 분리 된다: 효소 연결 된 분석 결과 및 amperometric 신호 판독에 대 한 전기 화학 측정 셀에 대 한 동원 정지 섹션.
온 칩 검정 immobilization 채널 표면에 생체의 흡착에 의해 수행 됩니다. 포도 당 산화 효소 효소 화학 신호 발생에 대 한 변환기로 사용 됩니다. 기판, 포도 당의 과산화 수소 생산, 플래티넘 작업 전극에 감지 되는. 중지-흐름 기술은 함께 신속한 검출 신호 증폭을 얻을에 적용 됩니다. 다른 생체 도입된 미세 시스템, 치료 약물 모니터링, 맞춤된 치료 촉진에 관한, 또는 질병의 다른 종류의 표시를 주는 양적으로 측정할 수 있습니다.

설계 및 제조 미세 바이오 센서 플랫폼:
미세 바이오 센서 칩의 제조는 웨이퍼 레벨에 여러 련방 레이어를 사용 하는 표준 photolithographic 기술에 의해 실현 된다. 이 제조 전략 플래티넘 꽃무늬 PI 기판, 미세 채널 형성 DFRs의 개발된 층의 적 층에 사용 합니다. 짧은 요약을 묘사한 다른 제조 단계는 그림 1에 제공 됩니다. 130 미세 바이오 센서, 8 × 10 mm의 크기와 각을 구성 하는 하나의 6-에 웨이퍼2.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56105/56105fig1.jpg"> 
그림 1입니다. 미세 바이오 센서 플랫폼의 다른 제조 단계 그래픽 그림. 으로 6-a) 컷 PI 기판 웨이퍼 라운드. b) 노출 가능한 스핀 코팅 이륙의 플래티넘 패터 닝에 대 한 해당 마스크를 사용 하 여 저항. c) 노출, 노출 후 다시는 포토 레지스트를 개발 후 기판. d) 물리적 증기 증 착 기판에 백 금. e) 이륙 과정 초과 포토 레지스트를 제거 하. f) 스핀-코팅 수-8, 단 열 층을 형성. 수-8 Pt 전극에 잔류물을 제거 하려면 g) O2 플라즈마 프로세스. Ag/AgCl 기준 전극의 공 하 술 h) 갈 바 서 i) 자외선 노출 그리고 다른 련방 레이어의 개발. j) PI 웨이퍼에 련방 레이어 적 층. 동원 정지 모 세관 전기 화학 셀 사이 소수 성 막의 장벽을 형성 k) 방출 해결 소계 l) 최종 전기 화학 미세 바이오 센서입니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56105/56105fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
한 미세 채널, 소수 성 막 방 벽에 의해 두 가지 영역으로 구분 된 각 바이오 센서 구성: 동원 정지 섹션 및 전기 화학 셀에 표시 빨간색과 파란색, 각각, 그림2에서. 아닌의 동원 정지 부분 10.34 m m2 의 표면 볼륨과 580의 볼륨에는 nL, 높은 표면에 볼륨 비율 155 c m-1의 결과. 전기 화학 세포에는 온 칩은 염화 참조 전극과 카운터 작업 백 금 전극 포함 되어 있습니다. 동원 정지의이 분리 및 분석 결과의 전기 판독 생체와 전극의 오염을 방지 하 고 따라서 전극 파울을 억제. 또한, 모 세관 작성 하 여 동원 정지 시 약의 정확한 측광 수 있습니다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56105/56105fig2.jpg"> 
그림 2입니다. 전기 화학 미세 플랫폼의 동작 원리의 그림. a) 회로도 avidin에 따라 모델 분석 결과의. b) 카운터 전극 (CE), 참조 전극 (RE), 작업 전극 (우리), 그리고 중지 장벽 (SB)를 포함 하 여 그것의 주요 요소를 보여주는 미세 바이오 센서의 사진. 동원 정지 면적이 빨간색으로 강조 표시 됩니다 그리고 전기 화학 셀은 파란색으로 표시 됩니다. 전기 화학 셀 내부 amperometric 검출을 위한 Pt 작업 전극에 생산된 과산화 수소의 산화의 c) 구조 반응. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56105/56105fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
센서의 제조에 대 한 DFRs를 채용 하 여 제조 공정에 웨이퍼 레벨 높은 처리량에 대 한 수 있습니다. 따라서, 비용을 최소한 보관할 수 있습니다. 모든 련방 레이어의 개발은 간단 하 고 저가 포 일 마스크와 진공 노출 단위를 사용 하 여 수행 보다는 비용이 많이 드는 마스크와 마스크 aligner 크롬. 또한, 최소한으로 필요한 클린 룸 공정 단계 감소 인하 제작 비용 더. 총에서 제조 절차 베이킹 시간과 백의 물리적 증기 증 착을 제외 하 고 대략 10 h의 작업을 걸립니다.
온 칩 분석 결과 보육:
온 칩 분석 결과 부 화만 모 세관 힘에 의해 이루어집니다. 미세 채널의 입구에 다른 시 약의 pipetting 방울에 의해 체액 구동 됩니다 채널을 통해 주입구 행동에 의해 그들은 소수 성 막을 장벽에 도달할 때까지. 정상 상태 조건 하에서 시 약은 다른 시간에 대 한 인 큐베이 팅 다음. 이 수동 시스템 주사기 펌프 처럼 어떤 외부 계측의 필요 없이 채널의 모 세관 작성을 가능 하 게 하 고 정확한 측정 시 약의 유체로 자동으로 멈추는 방 벽에 중지에 대 한 있습니다. 또한, 워크플로 기존의 ELISA의 일치 이며 혈 청 또는 혈액 같은 높은 점성 액체와 함께 작동 합니다.
이 실험의 목적을 위해 칩 작업은 간단한 테스트 분석 결과 그림 2와 같이 avidin 비타민 b 복합체 상호 작용을 사용 하 여 보여 줍니다. Avidin 1 h, 또 다른 1 시간을 위한 BSA와 차단 단계 뒤에 모 세관 표면에의 흡착과 온 칩 분석 결과 부 화 시작 합니다. 그 후, 15 분, 어디 avidin 분자에 묶는 모 세관 동원 정지에 6 식구 들/비오 틴-표시 된 DNA incubated. 각 인큐베이션 단계 사이 어떤 언바운드 쓰이므로 세척 단계에 의해 제거 됩니다. 워시 버퍼 맞춤 진공 어댑터를 사용 하 여 채널 콘센트를 통해 적용 됩니다. 마지막 단계에서 포도 당 산화 효소 분류 antifluorescein 항 체는 15 분 동안 채널에 소개 된다. 그 후,는 바이오 센서는 기판으로 40 mM 포도 당 솔루션을 사용 하 여 전기 판독에 대 한 준비가 되었습니다.
Amperometric 신호 판독 정지 흐름 기술을 사용 하 여:
고정된 분석 결과의 신호 판독에 대 한 존재의 기판, 포도 당, 생산 효소 제품 (여기, H2O2), 화학적 화학적 셀에서 작업 전극에서 감지할 수 있습니다. 신호 증폭 함께 빠른 탐지를 위해 소위 정지 흐름 기술은 사용된13이다. 이 방법에서는, 기판의 흐름 모 세관 내부 제품의 축적에 이르게 중지 됩니다. 생산된 H2O2 의 양을 따라서 바운드 포도 당 산화 효소의 양에 따라 하 고 바인딩된 biotinylated DNA의 크기에 따라 달라 집니다. 흐름을 다시 시작 하 여 향상 된 H2O2 농도 이후에 현재 피크 신호를 그림 3에서 볼 수 있듯이 결과 전기 화학 측정 셀 플러시됩니다.
데이터 분석을 위해 정지 흐름 기술을 제공 하는 두 개의 다른 매개 변수: 최대 높이 피크 신호 (즉, 전체) 충전. 두 매개 변수는 직접 중지 시간에 비례그리고 따라서 데이터 분석에 사용할 수 있습니다. 데이터 평가, 피크 높이 사용 하는 경우, 고려 신호 높이 최대 H2O2 농도 따라서 그것의 유포 계수와 적용된 중지 시간에 따라 달라 집니다. 더 이상 중지 시간, 높은 측정된 신호 응답. 이러한 이유로 gauged 피크 높이 일정, 모 세관 동원 정지의 최소 길이 아래로 남아 있습니다. 이 특별 한 기능은 정지 흐름 기술 센서의 감도 유지 하면서 칩 크기, 모 세관 길이에서 특히 급격 한 감소에 대 한 수 있습니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56105/56105fig3.jpg"> 
그림 3입니다. 중지-흐름 기법을 사용 하 여 효소 연결 된 분석 결과의 일반적으로 얻은 전기 신호 판독의 모델. 20 µ L/min의 속도로 40 mM 포도 당 솔루션의 흐름)을 적용 했다. 정지 단계 (1, 2, 또는 5 분), H2O2 의 효소 생산 계속 됩니다. 흐름을 다시 시작 하 여 축적 된 H2O2 과산화 수소 감지 화학적 화학적 셀 플러시됩니다. 여러 번 (오차 막대; 측정을 반복 하 여 Sem의), 온-칩 보정 곡선 b)입니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56105/56105fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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

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

미세 바이오 센서 플랫폼 설계 및 다양 한 analytes의 신속 하 고 민감한 정량화에 대 한 낮은 비용 드라이 필름 포토 레지스트 기술을 사용 하 여 조작. 이 단일 사용 시스템 중지 흐름 기술에 의하여 효소 연결 된 분석 실험에-칩-움직일의 전기 판독을 허용합니다.

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

dry-film-photoresist-based-electrochemical-microfluidic-biosensor

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.6K 조회수.  University of Freiburg. 미세 바이오 센서 플랫폼 설계 및 다양 한 analytes의 신속 하 고 민감한 정량화에 대 한 낮은 비용 드라이 필름 포토 레지스트 기술을 사용 하 여 조작. 이 단일 사용 시스템 중지 흐름 기술에 의하여 효소 연결 된 분석 실험에-칩-움직일의 전기 판독을 허용합니다.

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Microfluidic On-chip Capture-cycloaddition Reaction to Reversibly Immobilize Small Molecules or Multi-component Structures for Biosensor Applications

Methods for rapid surface immobilization of bioactive small molecules with control over orientation and immobilization density are highly desirable for biosensor and microarray applications. In this Study, we use a highly efficient covalent bioorthogonal [4+2] cycloaddition reaction between trans-cyclooctene (TCO) and 1,2,4,5-tetrazine (Tz) to enable the microfluidic immobilization of TCO/Tz-derivatized molecules. We monitor the process in real-time under continuous flow conditions using surface plasmon resonance (SPR). To enable reversible immobilization and extend the experimental range of the sensor surface, we combine a non-covalent antigen-antibody capture component with the cycloaddition reaction. By alternately presenting TCO or Tz moieties to the sensor surface, multiple capture-cycloaddition processes are now possible on one sensor surface for on-chip assembly and interaction studies of a variety of multi-component structures. We illustrate this method with two different immobilization experiments on a biosensor chip; a small molecule, AP1497 that binds FK506-binding protein 12 (FKBP12); and the same small molecule as part of an immobilized and in situ-functionalized nanoparticle.

We present a method for rapid, reversible immobilization of small molecules and functionalized nanoparticle assemblies for Surface Plasmon Resonance (SPR) studies, using sequential on-chip bioorthogonal cycloaddition chemistry and antibody-antigen capture.

역으로 작은 분자 또는 바이오 센서 애플리케이션을위한 다중 구성 요소 구조를 무력화하는 미세 유체 온칩 캡처 - 고리 화 반응

Methods  for rapid surface immobilization of bioactive small molecules with control over  orientation and immobilization density are highly desirable for ...

연구

화학

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 ...

생체공학

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-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration of pre-processing steps. Utilizing these devices towards the analysis of DNA hybridization events is important because it offers a technology for real time assessment of biomarkers at the point-of-care for various diseases. However, when the device footprint decreases the dominance of various physical phenomena increases. These phenomena influence the fabrication precision and operation reliability of the device. Therefore, there is a great need to accurately fabricate and operate these devices in a reproducible manner in order to improve the overall performance. Here, we describe the protocols and the methods used for the fabrication and the operation of a microfluidic-based electrochemical biochip for accurate analysis of DNA hybridization events. The biochip is composed of two parts: a microfluidic chip with three parallel micro-channels made of polydimethylsiloxane (PDMS), and a 3 x 3 arrayed electrochemical micro-chip. The DNA hybridization events are detected using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. The EIS analysis enables monitoring variations of the properties of the electrochemical system that are dominant at these length scales. With the ability to monitor changes of both charge transfer and diffusional resistance with the biosensor, we demonstrate the selectivity to complementary ssDNA targets, a calculated detection limit of 3.8 nM, and a 13% cross-reactivity with other non-complementary ssDNA following 20 min&#160;of incubation. This methodology can improve the performance of miniaturized devices by elucidating on the behavior of diffusion at the micro-scale regime and by enabling the study of DNA hybridization events.

We present a microfluidic-based electrochemical biochip for DNA hybridization detection. Following ssDNA probe functionalization, the specificity, sensitivity, and detection limit are studied with complementary and non-complementary ssDNA targets. Results illustrate the influence of the DNA hybridization events on the electrochemical system, with a detection limit of 3.8 nM.

라벨없는 DNA의 혼성화 분석 용 미세 유체 기반 전기 바이오칩

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

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. ...

Digital Microfluidics for Automated Proteomic Processing

Clinical proteomics has emerged as an important new discipline, promising the discovery of biomarkers that will be useful for early diagnosis and prognosis of disease. While clinical proteomic methods vary widely, a common characteristic is the need for (i) extraction of proteins from extremely heterogeneous fluids (i.e. serum, whole blood, etc.) and (ii) extensive biochemical processing prior to analysis. Here, we report a new digital microfluidics (DMF) based method integrating several processing steps used in clinical proteomics. This includes protein extraction, resolubilization, reduction, alkylation and enzymatic digestion. Digital microfluidics is a microscale fluid-handling technique in which nanoliter-microliter sized droplets are manipulated on an open surface. Droplets are positioned on top of an array of electrodes that are coated by a dielectric layer - when an electrical potential is applied to the droplet, charges accumulate on either side of the dielectric. The charges serve as electrostatic handles that can be used to control droplet position, and by biasing a sequence of electrodes in series, droplets can be made to dispense, move, merge, mix, and split on the surface. Therefore, DMF is a natural fit for carrying rapid, sequential, multistep, miniaturized automated biochemical assays. This represents a significant advance over conventional methods (relying on manual pipetting or robots), and has the potential to be a useful new tool in clinical proteomics.
Mais J. Jebrail, Vivienne N. Luk, and Steve C. C. Shih contributed equally to this work.
Sergio L. S. Freire's current address is at the University of the Sciences in Philadelphia located at 600 South 43rd Street, Philadelphia, PA 19104.

Digital Microfluidics is a technique characterized by the manipulation of discrete droplets (~nL - mL) on an array of electrodes by the application of electrical fields. It is well-suited for carrying out rapid, sequential, miniaturized automated biochemical assays. Here, we report a platform capable of automating several proteomic processing steps.

자동 Proteomic 처리를위한 디지털 Microfluidics

Clinical proteomics has emerged as an important new discipline, promising the discovery of biomarkers that will be useful for early diagnosis and ...

생물학

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

면역 측정법에 대한 3 차원 종이 기반 미세 유체 장치의 제작

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

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 ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful research tools for studying human health and disease. To characterize the barrier function of cell layers cultured inside organ-on-chip devices, often transendothelial or transepithelial electrical resistance (TEER) is measured. To this end, electrodes are usually integrated into the chip by micromachining methods to provide more stable measurements than is achieved with manual insertion of electrodes into the inlets of the chip. However, these electrodes frequently hamper visual inspection of the studied cell layer or require expensive cleanroom processes for fabrication. To overcome these limitations, the device described here contains four easily integrated electrodes that are placed and fixed outside of the culture area, making visual inspection possible. Using these four electrodes the resistance of six measurement paths can be quantified, from which the TEER can be directly isolated, independent of the resistance of culture medium-filled microchannels. The blood-brain barrier was replicated in this device and its TEER was monitored to show the device applicability. This chip, the integrated electrodes and the TEER determination method are generally applicable in organs-on-chips, both to mimic other organs or to be incorporated into existing organ-on-chip systems.

This publication describes the fabrication of an organ-on-chip device with integrated electrodes for direct quantification of transendothelial electrical resistance (TEER). For validation, the blood-brain barrier was mimicked inside this microfluidic device and its barrier function was monitored. The presented methods for electrode integration and direct TEER quantification are generally applicable.

제조 및 통합된 전극 Transendothelial 전기 저항을 직접 측정 하는 기관-온-칩 시스템의 유효성 검사

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

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 ...