ドライ フィルムのレジストを用いた電気化学マイクロ流体バイオ プラットフォーム: デバイス作製、チップの試金の準備、およびシステム操作
Summary
マイクロ流体バイオ センサー プラットフォームは、設計された、様々 な検体の迅速・高感度な定量化のため低コスト ドライ フィルム現像液の技術を用いて作製しました。この単回使用システムは、ストップ フロー法による上チップ-固定化酵素試金の電気化学的読み出しができます。
Abstract
近年、バイオ マーカー診断ポイント ・ オブ ・ ケア診断にとって、人間の病気の診断のために欠かせないツールとなった。使いやすい、低コストのセンサー プラットフォームは、定量的かつ具体的にはさまざまな種類の分析 (例えば、バイオ マーカー、ホルモンや薬) を測定するが望ましい。このため、ドライ フィルムのレジスト技術 – 安価な安易な、高速加工 – を有効にするは、ここで紹介するマイクロ流体バイオ センサーを製造する使用されました。その後使用される生物検定によって汎用性の高いプラットフォームは、生体分子の様々 なタイプの検出が可能です。デバイスの作製、白金電極のみクリーン ルーム工程で柔軟性の高いポリイミド (PI) 箔で構成されています。PI 箔はエポキシ系フォトレジスト絶縁電極用基板として提供しています。マイクロ流路がその後開発と PI ウエハの上にドライ フィルムのレジスト (DFR) 箔の積層によって生成されます。チャネルの疎水性停止バリアを使用して、チャネルは、2 つの特定の領域に分かれています: 酵素試金のアンペロ メトリック信号の読み出しのための電気化学的測定セル固定セクション。
チャネル表面への生体分子の吸着によるオンチップ生物検定の固定化が実行されます。グルコース酸化酵素酵素は、電気化学信号のトランスデューサーとして使用されます。基板、グルコースの存在下でこれがプラチナの作用電極で検出された過酸化水素が生成されます。ストップ フロー法は、迅速な検出と信号増幅を得るに適用されます。異なる生体分子は、病気のまたは監視、パーソナライズされた療法を促進する治療薬に関しては、さまざまな種類の指標を与えて導入マイクロ流体システムによる定量的測定できます。
Introduction
過去二十年以上診断アプリケーションは世界の公衆衛生の開発に関する詳細な研究の基礎になっています。伝統的に、病気の検出実験室の診断ツールを使用します。にもかかわらず、彼らはまだ病気の診断に重要な役割を再生、ポイント ・ オブ ・ ケア ・ テスト (POCT) 患者の近くを実行または患者自身によって近年ますます一般的になっています。急性心筋梗塞や糖尿病のモニタリングなど、すぐに治療を必要とするような場合に特に臨床知見の迅速な確認が欠かせません。したがって、POCT 機器非専門家を運営することができ、同時に短時間1,2,3,4 で正確な体外診断テストを実行することが可能である必要があります。.
顕著な改善は、POCT の分野ですでに達成されています。しかし、まだ5,6,7、8を克服するために多くの課題があります。POCT プラットフォーム市場を正常に起動して実験室の診断と競合するデバイスは厳密に次の要件を満たす必要があります: (i) は研究所と一致している正確で定量的なテスト結果を提供します。調査結果;(ii) 患者の即時の処置を有効にする時間の短いサンプル結果があります。(iii) 未熟な個人によって動作する場合でも、シンプルで簡単な処理を機能し、最小のユーザー介入を必要とします。(iv) 単一用途のために設計された低コストのセンサー ユニットを構成します。さらに、無料の設備診断、資源の乏しい環境3,4,6を中心に、有利です。
これらの厳しい要件のため電気化学検出 (例えば、血ブドウ糖テスト ストリップ) と側方流動免疫測定 (例えば、ホーム妊娠検査) に基づいてのみ 2 つの POCT システム開始されている正常に市場にそうこれまで。しかし、両方のシステムはパフォーマンスの低下などの欠点に苦しむ (不正確なテスト結果をすなわち、血ブドウ糖の監視と横の流れの試金は質的 (正または負) の測定結果を提供するだけ)4、 6。従来の POCT システムのこれらの欠点は、介護4、5の時点で高速、低コスト、および定量的な検出を提供する新しい技術の探索の需要の増加につながっています。
DFR 技術 POCT 機器が直面する課題を満たすためには、使い捨て・低コストのバイオ センサー9,10、11,12,の作製の最近採用されています13,14. DFRs PDMS や SU-8 などのソフトと液体のリソグラフィ材料に比べて多くの利点を提示: (i) 発行しております様々 な組成と厚さ (から数ミリ、数ミクロン);(ii) 各種材料への接着を容易に非常に大まかな表面領域があります。(iii) 機能優れた膜厚均一性;(iv) 量産の安易な安い、高スループットの作製を提供します。(v) ではさみ; シンプルなペアのような様々 な低コストのツールで簡単にカット(vi) 互いの上に複数の DFR 層を積層することによりマイクロ流路などの三次元構造の作成を可能にします。
その一方で、DFRs の一般マスクと保護箔、さらに光を可能にするため DFR の増加の距離の膜厚によって主に引き起こされる液体のフォトレジストと比較して解像度が比較的低いがあります。散乱。まだ、統合されたマイクロ流体バイオ センサーの製造、DFRs が低コストで量産に最適です。
したがって、私たちはこの存在は DFR に基づく電気化学マイクロ流体バイオ センサーの作製と機能します。詳細なプロトコルでは、バイオ センサー プラットフォームの各生産段階、オンチップの固定化 DNA ベースのモデル分析とストップ フロー法を用いたその電気化学的読み出しをについて説明します。この普遍的なプラットフォームは、さまざまな分析技術 (例えばゲノミクス、cellomics、およびプロテオミクス) またはアッセイ フォーマット (例えば、競争力のある、サンドイッチ、または直通) 生体分子の多数の種類の検出を有効。 にします。このような DFR プラットフォームに基づいて、私たちのグループ以前実証抗生物質13,15,16 (テトラサイクリンを含む、様々 な検体の迅速・高感度定量プリスチナマイシンと β-ラクタム系抗生物質)、トロポニン私17、およびサブスタンス P18。
Protocol
Representative Results
Discussion
マイクロ流体電気化学バイオ センサーの作製はここで説明したプロトコルにより、生体分子の検出のための低コスト、コンパクト、簡単に使用できるプラットフォームの開発。バイオ センサーでその後使用されるアッセイ、に応じていくつかの異なるマーカーを検出できます。これは、プラットフォームは、非常に汎用性とポイント ・ オブ ・ ケア アプリケーションに標準的な診断テスト…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、ドイツ研究振興協会 (DFG) 許可番号 UR 70/10-01 と UR 70/12-01 下でこの作業を部分的に資金調達のために感謝したいと思います。
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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