Сухой пленки фоторезиста на основе электрохимический биодатчик Microfluidic платформа: Изготовление устройств, на чипе Assay подготовка и работы системы
Summary
Биосенсор microfluidic платформа была разработана и изготовлены с использованием технологии лоу кост сухой пленки фоторезиста для быстрого и чувствительной квантификации различных аналитов. Эта система одноразовых позволяет для электрохимических индикация по чип прикол энзим соединенный анализов методике стоп потока.
Abstract
В последние годы биомаркер диагностика стала незаменимым инструментом для диагностики заболеваний человека, особенно для диагностики точки обслуживания. Платформы easy-to-use и лоу кост датчик весьма желательно измерить различные типы аналитов (например, биомаркеры, гормоны и наркотики), количественно и конкретно. По этой причине сухой пленки фоторезиста технологии – включение дешево, снисходительный и высок объём изготовления – был использован для изготовления microfluidic биосенсор, представленные здесь. В зависимости от помощи биопроб, используемые впоследствии универсальная платформа способен обнаруживать различные типы биомолекул. Для изготовления устройства платиновые электроды строятся на гибкой полиимидные (PI) фольги в шаг только чистый номер процесса. PI фольги служит субстрат для электродов, которые изолированы на основе эпоксидных фоторезиста. Microfluidic канал впоследствии генерируется путем разработки и ламинирования сухой пленки фоторезиста (DFR) фольги на вафельные PI. С помощью гидрофобные остановки барьер в канал, канал разделяется на две конкретные области: иммобилизации раздел для энзим соединенный assay и электрохимические измерения ячеек для считывания сигнала растворенного в воде.
На чипе биопроб иммобилизации осуществляется путем адсорбции биомолекул на поверхности канала. Фермента глюкоза оксидаза используется как датчик для генерации электрохимических сигнала. Присутствии субстрат, глюкоза, производится перекиси водорода, который обнаружен на Платиновый рабочих электродом. Остановка потока техника применяется для получения усиления сигнала наряду с быстрого обнаружения. Различные биомолекул количественно может быть измерена с помощью системы внедрены microfluidic, давая указание различных видов заболеваний, или, относительно лечебного препарата мониторинг, содействие персонализированной терапии.
Introduction
За последние два десятилетия диагностические приложения стали элементарных для углубленных исследований в области глобального общественного здравоохранения. Традиционно лабораторные диагностические инструменты используются для обнаружения заболеваний. Даже несмотря на то, что они по-прежнему играть ключевую роль в диагностике заболеваний, тестирования точки обслуживания (POCT) выполнена у пациента или пациент сам стал более и более распространенным явлением в последние годы. Особенно в таких случаях, которые требуют немедленного лечения, например, острый инфаркт миокарда или диабет мониторинг быстрое подтверждение клинического вывод имеет важное значение. Следовательно существует растущая потребность POCT устройств, которая может эксплуатироваться не экспертами и что одновременно способны выполнять точные в vitro диагностические тесты в короткое время1,2,3,4 .
Уже достигнуты значительные успехи, достигнутые в области POCT. Однако есть еще много проблем, чтобы преодолеть5,6,,78. Для платформы POCT будет успешно запущен на рынок и конкурировать с лабораторной диагностики, устройство должно строго соответствовать следующим требованиям: (i) предоставлять точные и количественные результаты, которые согласуются с лабораторией выводы; (ii) имеют короткий пример к результат раз, позволяя немедленного лечения пациента; (iii) располагают незатрудненного и простой обработки, даже при ведении неподготовленных людей и требуют вмешательства свернутого пользователя; и (iv) состоят из датчика лоу кост подразделение, предназначены для однократного использования приложений. Кроме того оборудование Бесплатная диагностика благоприятны, главным образом в бедных ресурсами среды3,4,6.
Из-за этих серьезных требований только две POCT систем на основе электрохимических обнаружения (например, глюкозы в крови тест полоски) и иммуноанализа бокового потока (например, домашние тесты беременности) были успешно начаты на рынок так далеко. Однако обе системы страдают от недостатков, таких, как низкая производительность (т.е. мониторинга глюкозы крови имеет неточные результаты и анализы бокового потока только предоставляют результаты качественных измерений (положительный или отрицательный))4, 6. Эти недостатки обычных систем POCT привели растущий спрос на изучение новых технологий, которые предлагают быстрый, лоу кост и количественного обнаружения точки зрения ухода за4,5.
Для решения этих задач, стоящих перед POCT устройств, технология DFR недавно использовалась для изготовления одноразовых и лоу кост биодатчики9,10,11,12, 13 , 14. по сравнению с мягких и жидких литографических материалы, такие как PDMS или Су-8, DFRs настоящее время множество преимуществ: они (i) доступны в различных композиций и толщины (от нескольких микрон до нескольких миллиметров); (ii) имеют очень грубо площадь поверхности, которая облегчает адгезии к различным материалам; (iii) функция Потрясающе толщина единообразия; (iv) предлагают дешевые, снисходительный и высок объём производства для массового производства; (v) являются легко резать с различными инструментами лоу кост, как пару простых ножницы; и (vi) позволяют для создания трехмерных структур, таких как microfluidic каналы, путем укладки нескольких DFR слои друг на друга.
С другой стороны DFRs в целом имеют относительно бедных разрешение по сравнению с жидкой фоторезистов, который является главным образом вызваны толщины пленки и увеличение расстояния между DFR благодаря защитной пленке, которая дополнительно позволяет света и маски рассеяние. Тем не менее для изготовления комплексных microfluidic биодатчиков, DFRs очень подходит для лоу кост массового производства.
Таким образом мы представляем в этой работы, изготовление и применение биосенсор на основе DFR электрохимических microfluidic. Подробный протокол описывает каждый шаг производства биосенсор платформы, на чипе иммобилизации модель на основе ДНК анализа, и ее электрохимических индикация с использованием метода stop потока. Это универсальная платформа позволяет выявлять многочисленные виды биомолекул, используя различные пробирного технологий (целломике,например, геномики и протеомики) или пробирного форматов (например, конкурентоспособной, бутерброд или прямой). Основываясь на такой платформе DFR, наша группа ранее успешно продемонстрировала быстрый и чувствительных квантификации различных аналитов, включая антибиотики13,,1516 (тетрациклин, pristinamycin и β лактамные антибиотики), тропонин я17и вещество P-18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Представленные здесь для изготовления microfluidic электрохимический биодатчик протокол позволяет развитие лоу кост, компактный и простой в использовании платформа для обнаружения биомолекул. В зависимости от assay, потом используется на биосенсор могут быть обнаружены несколько различных …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить немецкого фонда научных исследований (DFG) для частичного финансирования этой работы в рамках гранта чисел UR 70/10-01 и 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
- Spindel, S., Sapsford, K. E. Evaluation of optical detection platforms for multiplexed detection of proteins and the need for point-of-care biosensors for clinical use. Sensors (Basel). 14 (12), 22313-22341 (2014).
- Luppa, P. B., Bietenbeck, A., Beaudoin, C., Giannetti, A. Clinically relevant analytical techniques, organizational concepts for application and future perspectives of point-of-care testing. Biotechnol Adv. 34 (3), 139-160 (2016).
- Gauglitz, G. Point-of-Care Platforms. Annu Rev Anal Chem. 7 (1), 297-315 (2014).
- Jung, W., Han, J., Choi, J. W., Ahn, C. H. Point-of-care testing (POCT) diagnostic systems using microfluidic lab-on-a-chip technologies. Microelectron Eng. 132, 46-57 (2014).
- Yager, P., et al. Microfluidic diagnostic technologies for global public health. Nature. 442 (7101), 412-418 (2006).
- Fu, E., Yager, P., Floriano, P. N., Christodoulides, N., McDevitt, J. T. Perspective on diagnostics for global health. IEEE Pulse. 2 (6), 40-50 (2011).
- Yager, P., Domingo, G. J., Gerdes, J. Point-of-care diagnostics for global health. Ann Rev Biomed Eng. 10, 107-144 (2008).
- Dincer, C., Bruch, R., Kling, A., Dittrich, P. S., Urban, G. A. Multiplexed point-of-care testing – xPOCT. Trends Biotechnol. 35, (2017).
- Horak, J., Dincer, C., Bakirci, H., Urban, G. A disposable dry film photoresist-based microcapillary immunosensor chip for rapid detection of Epstein-Barr virus infection. Sens Actuators B Chem. 191, 813-820 (2014).
- Jobst, G., Gamp, T. Method for the fabrication of a "lab on chip" from photoresist material for medical diagnostic applications. US patent. , (2010).
- Kling, A., Dincer, C., Armbrecht, L., Horak, J., Kieninger, J., Urban, G. Electrochemical microfluidic platform for simultaneous multi-analyte detection. Procedia Eng. 120, 916-919 (2015).
- Armbrecht, L., Dincer, C., Kling, A., Horak, J., Kieninger, J., Urban, G. Self-assembled magnetic bead chains for sensitivity enhancement of microfluidic electrochemical biosensor platforms. Lab Chip. 15, 4314-4321 (2015).
- Dincer, C., et al. Designed miniaturization of microfluidic biosensor platforms using the stop-flow technique. Analyst. 141, 6073-6079 (2016).
- Weltin, A., Kieninger, J., Enderle, B., Gellner, A. K., Fritsch, B., Urban, G. A. Polymer-based, flexible glutamate and lactate microsensors for in vivo applications. Biosens Bioelectron. 61, 192-199 (2014).
- Kling, A., et al. Multianalyte Antibiotic Detection on an Electrochemical Microfluidic Platform. Anal Chem. 88 (20), 10036-10043 (2016).
- Bruch, R., et al. Clinical on-site monitoring of ß-lactam antibiotics for a personalized antibiotherapy. Sci Rep. , (2017).
- Horak, J., Dincer, C., Qelibari, E., Bakirci, H., Urban, G. Polymer-modified microfluidic immunochip for enhanced electrochemical detection of troponin i. Sens Actuators B Chem. 209, 478-485 (2015).
- Horak, J., Dincer, C., Bakirci, H., Urban, G. Sensitive, rapid and quantitative detection of substance P in serum samples using an integrated microfluidic immunochip. Biosens Bioelectron. 58, 186-192 (2014).
- Mattox, D. M. . Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing. , (2010).
