Kuru zar elektrokimyasal mikrosıvısal Biyoalgılayıcı fotorezist tabanlı Platform: Cihaz imalat, On-chip tahlil hazırlama ve sistemin çalışması
Summary
Bir mikrosıvısal Biyoalgılayıcı platform tasarlanmıştır ve çeşitli analitlerin hızlı ve hassas miktar için düşük maliyetli kuru film fotorezist teknolojisi kullanılarak imal edilmiştir. Bu tek kullanımlık sistem-küçük parça-immobilize enzim bağlı deneyleri elektrokimyasal göstergesi için stop-akış tekniği yoluyla sağlar.
Abstract
Son yıllarda biyomarker tanılama bakım noktası teşhis için özellikle insan hastalığı tanısı için vazgeçilmez bir araç haline geldi. Bir kullanımı kolay ve düşük maliyetli sensör platform son derece çeşitli analitlerin (Örneğin, biyolojik, hormonlar ve ilaç) kantitatif ve özellikle ölçmek için isteniyorsa. Bu nedenle, Kuru film fotorezist teknolojisi – ucuz, facile ve yüksek işlem hacmi imalat – burada sunulan mikrosıvısal Biyoalgılayıcı üretimi için kullanıldı. Daha sonra kullanılan bioassay bağlı olarak çok yönlü platformu biomolecules türleri tespit yeteneğine sahiptir. Cihaz imalatı için Platin elektrotlar sadece temiz oda işlem adımının bir esnek polimid (PI) folyo üzerinde yapılandırılmıştır. PI folyo bir epoksi esaslı fotorezist ile yalıtımlı elektrotlar için bir substrat olarak hizmet vermektedir. Mikrosıvısal kanal daha sonra geliştirme ve PI gofret üzerine kuru film fotorezist (DFR) Folyo laminasyon tarafından oluşturulur. Hidrofobik durdurma bariyer kanalda kullanarak, kanal iki özel alana ayrılır: enzim bağlı tahlil ve amperometric sinyal okuma için bir elektrokimyasal ölçüm hücresi için bir immobilizasyon bölümüne.
Üstünde-küçük parça bioassay immobilizasyon kanal yüzeyine biomolecules adsorpsiyon tarafından gerçekleştirilir. Glikoz oksidaz enzimi bir çevirici elektrokimyasal sinyal oluşturmak için kullanılır. Substrat varlığında, glikoz, hidrojen peroksit, üretilen hangi Platin çalışma elektrot algılanır. Dur-akış tekniği sinyal güçlendirme hızlı algılama ile birlikte elde etmek için uygulanır. Farklı biomolecules kantitatif bir konusunda farklı hastalıkların veya izleme, kişiselleştirilmiş bir terapi kolaylaştırıcı tedavi edici ilaç açısından bir isteğinin olmadığınıgöstermiş tanıtılan mikrosıvısal sistemi yoluyla ölçülebilir.
Introduction
Son iki yılda tanı uygulamaları küresel halk sağlığı geliştirme üzerine derinlemesine araştırmalar temel haline gelmiştir. Geleneksel olarak, laboratuvar tanı araçları hastalıkları tespiti için kullanılır. Rağmen onlar hala hastalıkları tanısında önemli rol oynar, bakım noktası test (POCT) hastanın gerçekleştirilen veya hastanın kendisi tarafından son yıllarda daha çok ve daha olağan hale gelmiştir. Özellikle akut miyokard infarktüsünde veya diyabet kontrolü, gibi acil tedavi gerektirir bu gibi durumlarda bir klinik bulgu hızlı onay esastır. Dolayısıyla, bu sigara-uzmanlar tarafından çalıştırılabilen ve hassas vitro tanı testleri bir kısa süre1,2,3‘ te,4 aynı anda sahip olan POCT cihazlar için büyüyen bir ihtiyaç olduğunu .
Batan zaten POCT alanında elde ettik. Ancak, hala5,6,7,8üstesinden gelmek için pek çok sorun vardır. POCT için bir platform başarılı bir şekilde pazara açılacak ve Laboratuvar teşhis ile rekabet gücünüzü artırmak için cihazın kesinlikle aşağıdaki gereksinimleri yerine getirmeniz gerekir: (i) laboratuvar ile tutarlı olan kesin ve kantitatif test sonuçları sağlamak bulgular; (ii) kısa örnek-için-kez, hastanın acil tedavi etkinleştirme sonucu var; (iii) özelliği basit ve kolay kullanım, zaman bile eğitimsiz bireyler tarafından işletilmektedir ve simge durumuna küçültülmüş kullanıcı müdahalesi gerektirir; (iv) tek kullanımlık uygulamalar için tasarlanmış bir düşük maliyetli sensör birim oluşmaktadır. Ayrıca, ekipman içermeyen tanılama olumlu esas olarak kaynak-yoksul ortamlar3,4,6.
Şiddetli bu gereksinimleri nedeniyle, elektrokimyasal algılama (Örneğin, kan glikoz testi şeritler) ve yanal akışı uzun (Örneğin, ev gebelik testi) dayalı sadece iki POCT sistemi başarılı bir şekilde pazara kadar başlatılmıştır çok. Ancak, her iki sistemin dezavantajları düşük performans gibi muzdarip (Yani, kan glikoz izleme vardır yanlış test sonuçları ve yanal akışı deneyleri sadece nitel (pozitif veya negatif) ölçüm sonuçları sağlamak)4, 6. Bu sakıncaları geleneksel POCT sistemlerinin bakım4,5noktasında hızlı, ucuz ve nicel algılama sunmak yeni teknolojileri keşfetmek için artan bir talep açmıştır.
POCT cihazlar karşı karşıya bu zorlukları karşılamak için DFR teknoloji son zamanlarda tek kullanımlık ve düşük maliyetli biyosensörler9,10,11,12, imalat için istihdam edilmiştir 13 , 14. PDMS veya SU-8, gibi yumuşak ve sıvı taş malzemelere göre DFRs mevcut pek çok faydaları: onlar (i) are elde edilebilir içinde çeşitli besteleri ve kalınlıkları (üzerinden birkaç mikron birkaç milimetre için); (ii) yapışma için çeşitli malzemeler kolaylaştırır çok pürüzlü bir yüzey alanı var; (iii) özelliği mükemmel kalınlığı tekdüzelik; (IV), facile, ucuz ve yüksek üretilen iş fabrikasyon seri üretim için sunuyoruz; (v) olan basit bir makas çifti gibi çeşitli düşük maliyetli Araçlar kesmek kolay; ve (vi) üst üste birden çok DFR Katmanlar yığınlama tarafından mikrosıvısal kanalları gibi üç boyutlu yapıların oluşturulması için izin.
Öte yandan, DFRs genel olarak çoğunlukla film kalınlığı ve maske ve DFR nedeniyle Ayrıca ışık sağlayan koruyucu folyo arasında artan mesafe tarafından neden olduğu sıvı photoresists göre nispeten yoksul bir çözünürlüğe sahip saçılma. Yine de, entegre mikrosıvısal biyosensörler üretim için DFRs düşük maliyetli seri üretim için son derece uygundur.
Bu nedenle, biz bu mevcut iş imalat ve elektrokimyasal mikrosıvısal DFR tabanlı Biyoalgılayıcı uygulanması. Detaylı iletişim kuralı her üretim adım Biyoalgılayıcı platformu, bir DNA tabanlı modeli tahlil ve stop-akış tekniği kullanarak, elektrokimyasal okuma üstünde-küçük parça immobilizasyon anlatılmaktadır. Bu evrensel platformu biomolecules, farklı tahlil teknolojileri (Örneğin, genomik, cellomics ve Proteomik) veya tahlil biçimleri (Örneğin, rekabetçi, sandviç veya doğrudan) kullanarak çok sayıda tür tespiti sağlar. Böyle bir DFR platformu dayalı, bizim grup daha önce başarılı bir şekilde çeşitli analitlerin antibiyotik13,15,16 (tetrasiklin, dahil olmak üzere, hızlı ve hassas miktar gösterdi pristinamycin ve β-laktam antibiyotik), troponin ı17ve madde P18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada bir mikrosıvısal elektrokimyasal Biyoalgılayıcı imalatı için sunulan Protokolü biomolecules tespiti için düşük maliyetli, kompakt ve kullanımı kolay bir platform geliştirme sağlar. Daha sonra Biyoalgılayıcı üzerinde kullanılan tahlil bağlı olarak birkaç farklı biyolojik tespit edilebilir. Bu platform çok yönlü yapan ve noktası bakım uygulamaları için standart tanı sınamaları (doktorun ofisinde özgül hastalık varlığı belirlemeÖrneğin, ) uygulamaları, çeşitli al…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar bu eser Grant numaraları UR 70/10-01 ve UR 70/12 / 01 altında kısmen finansman için Alman Araştırma Vakfı (DFG) teşekkür etmek istiyorum.
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).
