Feuil sec axée sur la résine photosensible de biocapteurs microfluidiques électrochimiques plate-forme : Fabrication de dispositifs, préparation de dosage sur puce et fonctionnement du système
Summary
Une plateforme de biocapteurs microfluidiques a été conçue et fabriqué en utilisant la technologie de résine photosensible feuil sec peu coûteux pour la quantification rapide et sensible des analytes différents. Ce système à usage unique permet la lecture électrochimique du-puce-immobilisé les dosages-enzymatique au moyen de la technique d’arrêt de débit.
Abstract
Ces dernières années, diagnostic biomarqueur est devenu un outil indispensable pour le diagnostic de la maladie humaine, en particulier pour les diagnostics de point-of-care. Une plateforme facile à utiliser et peu coûteux de capteur est hautement souhaitée pour mesurer différents types d’analytes (p. ex., biomarqueurs, hormones et des médicaments) quantitativement et spécifiquement. Pour cette raison, la technologie de résine photosensible feuil sec – permettant pas cher, fabrication facile et haut débit – servait à fabriquer les biocapteurs microfluidiques présentées ici. Selon l’essai biologique utilisé par la suite, la plate-forme polyvalente est capable de détecter différents types de biomolécules. Pour la fabrication de l’appareil, les électrodes de platine sont articule autour d’une feuille souple polyimide (PI) dans l’étape du processus de salle blanche seulement. La feuille PI sert de substrat pour les électrodes, qui sont isolés avec un photosensible à base d’époxy. Le canal microfluidique est ensuite généré par le développement et le laminage de feuilles de résine photosensible (DFR) feuil sec sur la plaquette de la PI. En utilisant une barrière hydrophobe s’arrêter dans le canal, le canal est divisé en deux domaines spécifiques : une section d’immobilisation pour le dosage immunoenzymatique et une cellule de mesure électrochimique pour la lecture du signal ampérométrique.
L’immobilisation de l’essai biologique sur puce est interprétée par l’adsorption de la biomolécules à la surface du canal. L’enzyme oxydase de glucose est utilisé comme un capteur pour la génération de signaux électrochimiques. En présence du substrat, glucose, peroxyde d’hydrogène est produit, qui est détecté à l’électrode de travail platine. La technique de coule-stop est appliquée pour obtenir l’amplification du signal avec une détection rapide. Biomolécules différent peut être mesurée quantitativement au moyen du système microfluidique introduite, ce qui donne une indication des différents types de maladies, ou, en ce qui concerne les drogues thérapeutiques surveillance, facilitant une thérapie personnalisée.
Introduction
Pendant les deux dernières décennies, les applications diagnostiques sont devenus élémentaires pour des études approfondies sur le développement de la santé publique mondiale. Traditionnellement, les outils de diagnostic de laboratoire sont utilisées pour la détection des maladies. Même s’ils jouent encore un rôle essentiel dans le diagnostic des maladies, point-of-care test (FAOP) effectué à proximité du patient ou par le patient lui-même est devenu de plus en plus monnaie courante ces dernières années. Surtout dans de tels cas nécessitant un traitement immédiat, tels que l’infarctus aigu du myocarde ou de suivi de diabète, la confirmation rapide d’une constatation clinique est indispensable. Par conséquent, il y a un besoin croissant de dispositifs FAOP qui peut être utilisé par des non-spécialistes et qui sont en même temps capables d’effectuer des tests de diagnostic précis en vitro dans un court laps de temps1,2,3,4 .
Des améliorations remarquables ont été accomplis dans le domaine de la FAOP. Cependant, il existe encore de nombreux défis à surmonter5,6,7,8. Pour une plate-forme de FAOP qui sera lancé avec succès sur le marché et d’être compétitifs avec les diagnostics de laboratoire, l’appareil doit strictement remplir les exigences suivantes : (i) fournir des résultats précis et quantitatives qui sont en accord avec le laboratoire constatations ; (ii) avoir court échantillon-à-résultat fois, ce qui permet le traitement immédiat du patient ; (iii) disposent d’une manipulation simple et facile, même lorsque utilisé par des personnes inexpérimentées et nécessitent l’intervention de l’utilisateur réduite ; et (iv) comprennent un détecteur de faible coût conçu pour les applications à usage unique. En outre, exempte d’équipement diagnostic est favorables, principalement dans des environnements pauvres en ressources3,4,6.
En raison de ces exigences sévères, que deux systèmes FAOP basés sur détection électrochimique (p. ex., bandelettes de test glycémique) et sur les immuno-essais écoulement latéral (p. ex., les tests de grossesse maison) ont été lancés avec succès sur le marché ainsi jusqu’à maintenant. Cependant, les deux systèmes souffrent de désavantages comme mauvaises performances (c’est-à-dire sang surveillance du glucose a résultats inexacts et essais d’écoulement latéral fournissent seulement des résultats de mesure qualitative de (positifs ou négatifs))4, 6. Ces inconvénients des systèmes conventionnels de FAOP ont conduit à une demande croissante sur l’exploration de nouvelles technologies qui offrent une détection rapide, peu coûteux et quantitative au point de soins4,5.
Pour relever ces défis de dispositifs FAOP, technologie DFR a été récemment employée pour la fabrication de biocapteurs jetables et low-cost9,10,11,12, 13 , 14. par rapport aux matériaux lithographiques mou et liquides, comme le PDMS ou SU-8, DRJ présente de nombreux avantages : (i) sont disponibles dans une variété de compositions et d’épaisseurs (de quelques microns à quelques millimètres) ; (ii) ont une surface très rugueuse, qui facilite l’adhérence aux différents matériaux ; (iii) uniformité d’épaisseur excellente fonctionnalité ; (iv) offrir à peu de frais, facile et haut débit de fabrication pour la production de masse ; (v) sont facile à couper avec divers outils de faible coût, comme une simple paire de ciseaux ; et (vi) permettent la création de structures tridimensionnelles, comme canaux microfluidiques, par empilement des couches multiples de DFR uns sur les autres.
En revanche, DRJ ont en général une résolution relativement faible par rapport aux résines photosensibles liquides, qui sont principalement causés par l’épaisseur du film et de la distance accrue entre le masque et la DRF en raison de la pellicule protectrice, ce qui permet en outre de lumière diffusion. Pourtant, pour la fabrication de biocapteurs microfluidiques intégrée, DRJ est parfaitement adapté à la production de masse de faible coût.
Donc, nous présentons dans ce travail la fabrication et l’application d’un biocapteur axée sur la DFR électrochimique microfluidiques. Le protocole détaillé décrit chaque étape de production de la plateforme de biocapteurs, l’immobilisation sur puce d’un essai de modèle basé sur l’ADN et sa lecture électrochimique en utilisant la technique d’arrêt de débit. Cette plateforme universelle permet la détection de nombreuses sortes de biomolécules, utilisant des technologies de test différents (p. ex., génomique, cellomics et la protéomique) ou formats de test (p. ex., concurrentiel, sandwich ou direct). Basé sur une telle plate-forme DFR, notre groupe précédemment démontré avec succès la quantification rapide et sensible des analytes différents, y compris les antibiotiques13,15,16 (tétracycline, pristinamycine et ß-lactamines), troponine j’ai17et18de la substance P.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole présenté ici pour la fabrication d’un Biocapteur électrochimique microfluidique permet le développement d’une plate-forme abordable, compact et facile à utiliser pour la détection des biomolécules. Selon le test utilisé par la suite sur le biocapteur, plusieurs différents biomarqueurs peuvent être détectées. Cela rend la plate-forme très polyvalent et fournit un accès étendu à divers domaines d’application, des tests de diagnostic standards (p. ex., déterminer la présence de …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier la Fondation allemande de la recherche (DFG) pour financer partiellement cette œuvre sous Grant Numbers UR 70/10-01 et UR 70/12-01.
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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