면역 측정법에 대한 3 차원 종이 기반 미세 유체 장치의 제작
Summary
우리는 구체적 방법은 면역 분석법의 개발에 사용하기위한 입체 종이 기반의 미세 유체 소자를 제작한다. 장치 어셈블리에 대한 우리의 접근 방식은 다층의 종류, 첨가제 제조입니다. 우리는 종이 기반 디바이스의 이러한 유형의 대표적인 결과를 제공하는 샌드위치 면역 분석을 보여준다.
Abstract
용지가 모세관 현상에 자율적 유체 심지. 소수성 장벽 용지를 패터닝함으로써, 유체의 이동을 제어 할 수 있고, 종이의 층 내에 지시. 또한, 패턴 종이의 여러 층을 적층하는 분석 및 생체 시료 분석법의 개발을 지원할 수있는 정교한 입체 미세 유체 네트워크를 만듭니다. 종이 기반 미세 유체 장치는 사용하기 쉽고, 휴대용, 저렴하고 작동 외부 장비를 필요로하지 않습니다. 그 결과, 그들은 포인트의 케어 진단을위한 플랫폼으로 큰 약속을 잡으십시오. 적절 유틸리티 및 종이 기반 분석 장치의 성능을 평가하기 위해, 적절한 방법은 그의 제조를 재현성 실험 설정에 적합한 배율로 확인하기 위해 개발되어야한다. 이 논문에서, 방법은 종이 기반 면역 분석에 사용할 수있는 일반적인 디바이스 구조에 대하여 설명한다 제조한다. 우리는 첨가제 필림의 양식을 사용g (다층 적층)을 패터닝 용지 패터닝 접착제의 다중 층을 포함하는 장치를 제조 하였다. 인간 융모 성 성선 자극 호르몬 (hCG의)에 대한 면역 이러한 입체 종이 기반의 미세 유체 장치의 적절한 사용을 입증 이외에도, 장치 오류가 발생할 수있는 제조 공정에있어서 오차가 논의된다. 우리는 제한된 리소스 설정을 위해 특별히 설계된 분석 애플리케이션의 개발에 다양한 유틸리티를 찾을 종이 기반 장치를 제조하는이 방법을 기대합니다.
Introduction
용지 제형 또는 등급의 범위로 조정하고 그 특성을 작용 화 될 수 있고, 모세관 위킹 또는 자율적으로 액체를 수송 할 수 널리 사용할 수있다. 용지가 소수성 물질을 패터닝하는 경우 (예를 들어, 포토 레지스트 (1) 왁스 또는 2) 유체의 위킹은 종이의 층 내에서 공간적으로 제어 할 수있다. 예를 들어,인가 된 수성 샘플은 용지 내에 저장된 화학적 및 생화학 시약과 반응 상이한 영역들로 지향 될 수있다. 이들은 종이 기반의 미세 유체 장치는 휴대용 저렴 분석적 분석법 3, 4, 5, 6, 7의 개발을위한 유용한 플랫폼으로 입증되었다. 종이 기반 미세 유체 장치의 응용 프로그램은 현장 진료 진단을 포함EF "> 8, 환경 오염 물질 9 모니터링, 위조 의약품 (10)의 감지 및 비편 재화 의료 (또는"원격 의료 ") 제한된 자원의 11 설정을 선택합니다.
패턴 종이의 여러 층이 인접 층 (즉, 아래 위 또는)에서 친수성 영역이 그 입구 및 출구에 연결 또는 독립 남아있을 수 있습니다 연속 유체 네트워크를 형성하기 위해 연결하는 통합 장치로 조립 될 수있다. (12) 각 층은 단일 장치에서 수행되는 시약 및 다중 분석법의 공간 분리를 가능하게하는 고유의 패턴을 포함 할 수있다. 얻어진 삼차원 미세 유체 소자뿐만 아니라 분석 시험 법을 사용하는 액체를 흡상 할 수있다 (예를 들면, 간 기능 (13) 및 작은 분자 (14)의 전기 화학적 검출을 시험), 그러나 그것은 또한 수 SUP포트 고기능화 다수의 전통적인 접근법 미세 공통 (예, 15 및 간단한 기계 밸브 (16)). 용지가 모세관 작용에 의해 체액을 심지 때문에 중요하게, 이러한 장치는 사용자로부터의 최소한의 노력으로 작동 될 수있다.
시약 종이 기반 장치의 3 차원 구조 내에 저장 될 수 있기 때문에, 복잡한 프로토콜은 장치 수성 샘플의 단일 첨가로 감소 될 수있다. 최근에는 패턴 층을 만드는 왁스 인쇄 기법을 이용하여 종이 기반 면역 분석법의 개발에 사용될 수있는 일반적인 3 차원 디바이스 구조를 도입 하였다. 적층의 장치 번호의 설계 관련 양태에서, 층의 조성, 상기 3 차원 미세 네트워크 제어 당 전체의 패턴을 사용하는 방법에 초점 (17) (18) 이러한 연구면역 측정법의 formance. 결과적으로, 우리는 면역 다중화 (19)의 신속한 개발을 용이하게하기 위해 이러한 디자인 규칙을 사용할 수 있었다. 이 논문에서, 인간 융모 성 성선 자극 호르몬 (hCG의, 임신 호르몬)을위한 이전에 개발 된 면역 17 우리 입체 종이 기반 면역의 조립 및 제조를 위해 개발 한 전략을 설명하기위한 일례로서 사용된다. 따라서, 우리는 디바이스보다는 분석의 개발의 조립 작업에 초점을 맞춘다.
hCG의 호르몬의 하나의 서브 유닛은 다음 샘플 또는 후속 시약의 비특이적 흡착을 제한하는 차단 된 고체 기판 상에 코팅 된 특정 캡쳐 항체를 검출하기 위해 사용되는 형식 인 샌드위치 면역 측정법에서는. 이 기판은 대부분 (효소 결합 면역 분석 또는 ELISA에 대한 예) 폴리스티렌 마이크로 웰 플레이트이다. 샘플은 다음이다우물에 첨가하고, 일정 시간 동안 배양시켰다. 엄격한 세척 후, hCG의 다른 소단위에 특이적인 항체를 첨가하고, 배양 허용된다. 이는 검출 항체가 측정 신호를 생성하기 위해 콜로이드 입자, 효소 또는 형광 물질에 접합 될 수있다. 잘 다시 이전 (예를 들면, 플레이트 리더를 사용하여)을 분석의 결과를 해석로 세척한다. 상업용 키트이 시간 소모적 인 다단계 공정에 의존하지만,이 단계의 모든 사용자에게 최소의 개입 종이 기반 마이크로 유체 장치를 빠르게 수행 할 수있다.
hCG의 면역에 사용 된 장치는 샘플 이외에, 접합체 저장소, 배양, 캡처 씻어 블롯 (도 1)에 사용되는 위에서 아래로, 여섯 활성층을 포함한다. 샘플 또한 층은 질적 여과지에서 이루어집니다. 이 액체 시료의 도입을 용이하게 공액 Laye의 상기 시약을 보호사용자가 환경이나 우발적 인 접촉에서 오염 연구. 공액 층 (질적 여과지)를 면역 대한 발색 시약 (예를 들어, 금 콜로이드 표지 항체)를 보유하고있다. 배양 층 (질적 여과지) 샘플이 다음 층, 포획 층에 도달하기 전에 시약과 분석 물질의 결합을 촉진하는 종이면 내에서 측 방향 이동 할 수있다. 캡처 층 (나일론 막) 재료에 흡착 된 분석에 대한 특정 리간드가 포함되어 있습니다. 분석이 완료된 후,이 층은 완성 된 면역 복합체의 시각화를 가능하게 드러난다. 세척 층 (정성 여과지는) 떨어진 오 층 (두께 크로마토 그래피 용지)에 캡처 층의 얼굴에서 무료 복합체 시약을 포함 초과 액체를 그립니다. ASSEM의 무결성을 유지 영구 접착제의 4 층 : 6 층의 패터닝 장치, 양면 접착 다섯 층에 의해 함께 유지된다채혈 장치와 이동식 접착제의 하나의 층은 포집 층의 면역의 결과를 검사하는 장치의 박리 용이하게한다.
이 원고의 목적을 위해, 우리는 hCG의 단지 음성 및 양성 대조 시료 사용 (0 MIU / ㎖ 및 81 MIU 각각 / ㎖)의 관계 전용 논의를 허용하는 지필 면역의 대표적인 결과를 제공 할 제조 방법 및 장치의 성능. 성공적으로 장치를 제조하는 방법을 보여 외에도 장치 또는 재생 불가능한 분석 결과의 오류가 발생할 수있는 여러 제조 에러를 강조. 이 원고에 설명 된 프로토콜과 논의는 종이 기반의 면역 설계 및 제조 방법에 대한 귀중한 통찰력을 가진 연구자를 제공 할 것입니다. 우리가 면역에 대한 우리의 데모를 집중하는 동안, 우리는 여기에 제시된 가이드 라인은 세 DIMEN의 제조에 크게 도움이 될 것으로 예상적인의 미세 유체 장치를 종이 기반.
Protocol
Representative Results
Discussion
재현 가능한 제조 전략을 식별하는 분석 발달의 필수 성분이다. 22 우리 입체 종이 기반의 미세 유체 소자를 제작 순차 층별 접근법을 사용한다. (ⅰ) 다수의 물질에 대한 방법을 수정하지 않고 하나의 장치 구조에 혼입 될 수있다 : 종이 (23)의 한면에서, 다층 장치를 제조하는 접거나 접기 기법을 적용 이러한 방법과는 대조적으로, 24 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Tufts University and by a generous gift from Dr. James Kanagy. This material is based upon work supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program under Grant No. (DGE-1325256) that was awarded to S.C.F. D.J.W. was supported by a U.S. Department of Education GAANN fellowship. We thank Dr. Jeremy Schonhorn (JanaCare), Dr. Jason Rolland (Carbon3D), and Rachel Deraney (Brown University) for helping develop the design of the three-dimensional paper-based microfluidic device and immunoassay.
Materials
| Illustrator CC | Adobe | to design patterns for layers of paper and adhesive | |
| Xerox ColorQube 8580 printer | Amazon | B00R92C9DI | to print wax patterns onto layers of paper and Nylon |
| Isotemp General Purpose Heating and Drying Oven | Fisher Scientific | 15-103-0509 | to melt wax into paper |
| Artograph LightTracer | Amazon | B000KNHRH6 | to assist with alignment of layers |
| Apache AL13P laminator | Amazon | B00AXHSZU2 | to laminate layers together |
| Graphtec CE6000 Cutting Plotter | Graphtec America | CE6000-40 | to pattern adhesive films |
| Swingline paper cutter | Amazon | B0006VNY4C | to cut paper or devices |
| Epson Perfection V500 photo scanner | Amazon | B000VG4AY0 | to scan images of readout layer |
| economy plier-action hole punch | McMaster-Carr | 3488A9 | to remove alignment holes |
| Whatman chromatogrpahy paper, Grade 4 | Sigma Aldrich | WHA1004917 | |
| Fisherbrand chromatography paper (thick) | Fisher Scientific | 05-714-4 | to function as blot layer |
| Immunodyne ABC (0.45 µm pore size ) | Pall Corporation | NBCHI3R | to function as material for capture layer |
| removable/permanent adhesive-double faced liner | FLEXcon | DF021621 | to facilitate peeling |
| permanent adhesive-double faced liner | FLEXcon | DF051521 | |
| wax liner | FLEXcon | FLEXMARK 80 D/F PFW LINER | to assist with patterning adhesive |
| acrylic sheet | McMaster-Carr | 8560K266 | to fabricate frame |
| self-adhesive sheets | Fellowes | CRC52215 | to use as protective slip |
| absolute ethanol | VWR | 89125-172 | to sanitize work area |
| bovine serum albumin | AMRESCO | 0332 | |
| Sekisui Diagnostics OSOM hCG Urine Controls | Fisher Scientific | 22-071-066 | to use as positive and negative samples |
| anti-β-hCG monoclonal antibody colloidal gold conjugate (clone 1) | Arista Biologicals | CGBCG-0701 | to treat conjugate layer |
| goat anti-α-hCG antibody | Arista Biologicals | ABACG-0500 | to treat capture layer |
| 10X phosphate buffered saline | Fisher Scientific | BP3991 | |
| Oxoid skim milk powder | Thermo Scientific | OXLP0031B | |
| Tween 20 | AMRESCO | M147 |
Referências
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