드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 다…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| Material | |||
| Pyralux | DuPont | AP8525R | Used as polyimide substrate |
| MA-N 1420 | Micro Resist Technology | MA-N1420 | Lift-off resit to define the platinum depostion |
| Ma-D 533s | Micro Resist Technology | MaD533S | Developer for MA-N1420 |
| Platinum | – | – | Electrode and contact pad material |
| Ma-R 404s | Micro Resist Technology | MaR404S | Remover for MA-N1420 |
| SU-8 3005 | MicroChem Corp. | SU-8-3005 | Photoresist to define the electrode area and as insulation |
| 1-methoxy-2-propanol acetate | Sigma-Aldrich | 108-65-6 | Developer for SU-8 3005 |
| 2-Propanol | VWR | 8.18766.2500 | Removing of the SU-8 developer |
| 1020R | Ultron Systems Inc. | 1020R | UV sensitive adhesive tape for protection of contact pads |
| Arguna S | Degussa | 1935 | For Silver depostion on reference electrode |
| KCl | Methrom | 62308.020 | For chloridation of the silver reference electrode |
| Pyralux | DuPont | PC1025 | Dry film photoresist |
| Sodium carbonat | Fluka | 71352 | Developer for Pyralux PC1025 |
| Hydrogen chloride | Sigma-Aldrich | 30720 | To top the development of the DFR |
| Teflon AF 1600 | DuPont | AF1600 | For employing the stopping barrier |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| PA104 | Mega Electronics | – | Bubble etch tank |
| FED 53 | Binder | 9010-0018 | Oven |
| SPIN150 | APT | – | Spin coater |
| Präzitherm | Harry Gestigkeit GmbH | PZ 28-2 | Hot plate |
| Hellas | Bungard Elektronik | 40000 | Exposure unit |
| Tetra30-LF-PC | Diener | – | Plasma unit |
| Univex 500 | Leybold | – | Physical vapor deposition unit |
| Shaker S4 | ELMI | – | Orbital shaker |
| Sonorex Super 10 P | Bandelin | 783 | Sonic bath |
| 6221 DC and AC | Keithley | – | Current source |
| HRL 350 | Ozatec | – | Laminator unit |
| Vaccum pen | EFD | – | Vacuum pen |
References
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