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Bioengineering

Immunoassays के लिए तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों का निर्माण

Published: March 9, 2017 doi: 10.3791/55287
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, Tufts University

Summary

हम विस्तार एक विधि immunoassays के विकास में उपयोग के लिए तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों बनाना। डिवाइस विधानसभा के लिए हमारा दृष्टिकोण बहुपरत का एक प्रकार है, additive विनिर्माण है। हम एक सैंडविच प्रतिरक्षा कागज आधारित उपकरणों की इन प्रकार के लिए प्रतिनिधि परिणाम प्रदान करने के लिए प्रदर्शित करता है।

Abstract

कागज केशिका क्रिया के कारण स्वायत्त तरल पदार्थ wicks। हाइड्रोफोबिक बाधाओं के साथ कागज patterning करके, तरल पदार्थ के परिवहन को नियंत्रित और कागज के एक परत के भीतर निर्देशित किया जा सकता है। इसके अलावा, नमूनों कागज की कई परतों स्टैकिंग परिष्कृत तीन आयामी microfluidic नेटवर्क है कि विश्लेषणात्मक और Bioanalytical assays के विकास का समर्थन कर सकते हैं बनाता है। कागज आधारित microfluidic उपकरणों का उपयोग करने के लिए सस्ती, पोर्टेबल, आसान कर रहे हैं, और संचालित करने के लिए कोई बाहरी उपकरण की आवश्यकता है। नतीजतन, वे बिंदु का ध्यान निदान के लिए एक मंच के रूप में महान वादा पकड़। क्रम में ठीक उपयोगिता और कागज आधारित उपकरणों के विश्लेषणात्मक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, उपयुक्त तरीकों सुनिश्चित करने के लिए उनके निर्माण प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है और एक पैमाने पर है कि प्रयोगशाला सेटिंग के लिए उपयुक्त है पर है विकसित किया जाना चाहिए। इस पांडुलिपि में, एक तरीका है कि कागज पर आधारित immunoassays के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है एक सामान्य डिवाइस वास्तुकला वर्णन किया गया है बनाना। हम एडिटिव manufacturin के एक फार्म का उपयोगजी (बहु परत फाड़ना) उपकरण है कि नमूनों कागज और नमूनों चिपकने की कई परतें शामिल तैयार करने के लिए। मानव कोरियोनिक गोनाडोट्रोपिन (एचसीजी) के लिए एक प्रतिरक्षा के साथ इन तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों के समुचित उपयोग के प्रदर्शन के अलावा, विनिर्माण प्रक्रिया में त्रुटियों है कि इस उपकरण विफलताओं में परिणाम हो सकता है पर विचार-विमर्श कर रहे हैं। हम कागज पर आधारित उपकरणों के निर्माण सीमित संसाधन सेटिंग के लिए विशेष रूप से डिजाइन विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के विकास में व्यापक उपयोगिता मिलेगा इस दृष्टिकोण की उम्मीद है।

Introduction

कागज योगों या ग्रेड की श्रेणी में, धुन करने के लिए अपनी संपत्तियों क्रियाशील किया जा सकता है, और केशिका क्रिया या बाती से स्वायत्त तरल पदार्थ परिवहन कर सकते हैं व्यापक रूप से उपलब्ध है। कागज एक हाइड्रोफोबिक पदार्थ के साथ नमूनों है तो (जैसे, photoresist 1 या मोम 2), तरल पदार्थ की बाती स्थानिक कागज की एक परत के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक आवेदन जलीय नमूना विभिन्न क्षेत्रों की एक संख्या में निर्देशित किया जा सकता कागज के भीतर जमा रासायनिक और जैव रासायनिक अभिकर्मकों के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए। ये कागज आधारित microfluidic उपकरणों पोर्टेबल और सस्ती विश्लेषणात्मक assays 3, 4, 5, 6, 7 के विकास के लिए एक उपयोगी मंच का प्रदर्शन किया गया है। कागज आधारित microfluidic उपकरणों के आवेदन शामिल हैं बिंदु का ध्यान निदानएफई "> 8, पर्यावरण दूषित पदार्थों को 9 की निगरानी, नकली दवाइयों 10 का पता लगाने, और delocalized हेल्थकेयर (या" टेलीमेडिसिन ") सीमित संसाधन में 11 सेटिंग्स।

नमूनों कागज की कई परतों के एक एकीकृत डिवाइस जहां पड़ोसी परतों (यानी, ऊपर या नीचे) से हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों निरंतर fluidic नेटवर्क जिसका inlets और दुकानों मिलकर या स्वतंत्र छोड़ा जा सकता है फार्म से कनेक्ट में इकट्ठा किया जा सकता है। 12 प्रत्येक परत एक अद्वितीय पैटर्न है, जो अभिकर्मकों और कई assays के स्थानिक जुदाई एक डिवाइस पर प्रदर्शन किया जा करने में सक्षम बनाता शामिल कर सकते हैं। जिसके परिणामस्वरूप तीन आयामी microfluidic युक्ति न केवल विश्लेषणात्मक assays सक्षम करने के लिए तरल पदार्थ बाती करने में सक्षम है (जैसे, जिगर समारोह में 13 और 14 छोटे अणुओं की विद्युत का पता लगाने का परीक्षण करती है), लेकिन यह भी समर्थन कर सकते हैंपोर्ट परिष्कृत कार्यों का एक नंबर पारंपरिक microfluidic दृष्टिकोण के लिए आम (जैसे, 15 और सरल मशीनों 16 वाल्व)। महत्वपूर्ण बात है, क्योंकि कागज केशिका क्रिया द्वारा तरल पदार्थ wicks, इन उपकरणों उपयोगकर्ता से न्यूनतम प्रयास के साथ संचालित किया जा सकता है।

चूंकि अभिकर्मकों एक कागज आधारित डिवाइस के तीन आयामी संरचना के भीतर संग्रहीत किया जा सकता है, जटिल प्रोटोकॉल एक डिवाइस के लिए जलीय नमूना का एक भी इसके लिए कम किया जा सकता है। हाल ही में, हम उस कागज पर आधारित मोम-मुद्रण तकनीक का उपयोग नमूनों परतों बनाने के लिए immunoassays के विकास के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि एक सामान्य तीन आयामी डिवाइस वास्तुकला की शुरुआत की। 17, 18 ये कैसे खड़ी परतों की युक्ति संख्या के डिजाइन से संबंधित पहलुओं का इस्तेमाल किया, परतों की संरचना, और तीन आयामी microfluidic नेटवर्क नियंत्रित समग्र प्रति की तर्ज पर ध्यान केंद्रित अध्ययनोंप्रतिरक्षा के कामकाज। अंत में, हम इन डिजाइन के नियमों का उपयोग करने के लिए एक मल्टिप्लेक्स प्रतिरक्षा 19 के तेजी से विकास की सुविधा के लिए सक्षम थे। इस पांडुलिपि में, मानव कोरियोनिक गोनाडोट्रोपिन (एचसीजी, गर्भावस्था हार्मोन) के लिए एक पहले से विकसित प्रतिरक्षा 17 रणनीति है कि हम विधानसभा और तीन आयामी कागज आधारित immunoassays के निर्माण के लिए विकसित किया है वर्णन करने के लिए एक उदाहरण के रूप में प्रयोग किया जाता है। तदनुसार, हम विधानसभा और एक परख के विकास के एक उपकरण के बजाय के संचालन पर ध्यान केंद्रित।

एक सैंडविच प्रतिरक्षा, जो एचसीजी, एक पर कब्जा करने के लिए एंटीबॉडी हार्मोन में से एक सबयूनिट एक ठोस सब्सट्रेट, जो फिर एक नमूना या बाद में किसी भी अभिकर्मक की गैर विशिष्ट सोखना सीमित करने अवरुद्ध है पर लेपित है विशिष्ट पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया प्रारूप है। इस सब्सट्रेट सबसे अधिक बार एक polystyrene microwell प्लेट (जैसे, एक एंजाइम से जुड़ी immunosorbent परख या एलिसा के लिए) है। नमूना तो हैएक अच्छी तरह से करने के लिए जोड़ा गया है और समय की अवधि के लिए सेते की अनुमति दी। कठोर धोने के बाद, एक एंटीबॉडी एचसीजी के अन्य सबयूनिट के लिए विशिष्ट जोड़ा और सेते की अनुमति दी है। यह पता लगाने के एंटीबॉडी के क्रम में एक औसत दर्जे का संकेत उत्पादन के लिए एक कोलाइडयन कण, एंजाइम, या fluorophore संयुग्मित जा सकता है। अच्छी तरह से फिर एक परख के परिणामों की व्याख्या (जैसे, एक प्लेट रीडर का उपयोग) करने से पहले धोया जाता है। जबकि वाणिज्यिक किट इस समय लेने वाली प्रक्रिया multistep पर भरोसा करते हैं, इन सभी चरणों के उपयोगकर्ता के लिए कम से कम हस्तक्षेप के साथ कागज पर आधारित microfluidic उपकरणों में तेजी से किया जा सकता है।

एचसीजी प्रतिरक्षा के लिए इस्तेमाल उपकरण छह सक्रिय परतों, जो कर रहे हैं, ऊपर से नीचे तक, नमूना इसके अलावा, साधना भंडारण, ऊष्मायन, कब्जा, धोने, और धब्बा (चित्रा 1) के लिए इस्तेमाल शामिल है। नमूना अलावा परत गुणात्मक फिल्टर पेपर से बनाया गया है। यह एक तरल नमूना की शुरूआत की सुविधा और साधना लेय में अभिकर्मकों की रक्षापर्यावरण या उपयोगकर्ता द्वारा आकस्मिक संपर्क के संक्रमण से आर। साधना परत (गुणात्मक फिल्टर पेपर) प्रतिरक्षा के लिए रंग-उत्पादक अभिकर्मक (जैसे, कोलाइडयन सोने लेबल एंटीबॉडी) रखती है। ऊष्मायन परत (गुणात्मक फिल्टर पेपर) नमूना कागज के हवाई जहाज के भीतर laterally यात्रा करने के लिए अगले परत, कब्जा परत तक पहुँचने से पहले अभिकर्मकों के साथ analyte के बंधन को बढ़ावा देने के लिए अनुमति देता है। कब्जा परत (नायलॉन झिल्ली) analyte सामग्री के लिए adsorbed के लिए विशिष्ट ligands शामिल हैं। परख पूरा हो गया है के बाद, इस परत पूरा immunocomplex के दृश्य सक्षम करने के लिए खुल गया है। धोने परत (गुणात्मक फिल्टर पेपर) मुक्त साधना अभिकर्मकों धब्बा परत (मोटी क्रोमैटोग्राफी कागज) में कब्जा परत के चेहरे से दूर सहित अतिरिक्त तरल पदार्थ छोड़ता है। छह-परत डिवाइस नमूनों, दो तरफा चिपकने के पाँच परतों के साथ आयोजित किया जाता है: स्थायी चिपकने के चार परतों विधानसभा की अखंडता को बनाए रखने के लिएलहूलुहान डिवाइस और हटाने योग्य चिपकने की एक परत पर कब्जा परत पर प्रतिरक्षा के परिणामों का निरीक्षण करने के लिए डिवाइस के छीलने की सुविधा।

इस पांडुलिपि के प्रयोजन के लिए, हम एचसीजी के केवल नकारात्मक और सकारात्मक नियंत्रण नमूने का उपयोग (0 Miu / एमएल और 81 Miu / एमएल, क्रमशः) एक कागज पर आधारित प्रतिरक्षा, जो बीच के रिश्ते की एक समर्पित चर्चा परमिट के प्रतिनिधि परिणाम प्रदान करने के लिए निर्माण विधियों और एक डिवाइस के प्रदर्शन। प्रदर्शन कैसे सफलतापूर्वक उपकरणों के निर्माण के अलावा, हम कई विनिर्माण त्रुटि है कि एक डिवाइस या irreproducible परख परिणामों की विफलता के लिए ले जा सकता है पर प्रकाश डाला। प्रोटोकॉल और चर्चा इस पांडुलिपि में विस्तृत कैसे कागज आधारित immunoassays बनाया गया है और निर्मित कर रहे हैं में बहुमूल्य अंतर्दृष्टि के साथ शोधकर्ताओं प्रदान करेगा। हम immunoassays पर हमारे प्रदर्शन ध्यान केंद्रित करते हुए, हम आशा करते हैं कि इस के साथ साथ प्रस्तुत दिशा निर्देशों तीन Dimen के निर्माण के लिए मोटे तौर पर उपयोगी हो जाएगाप्रखंड कागज आधारित microfluidic उपकरणों।

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Protocol

1. कागज आधारित microfluidic डिवाइस परतों की तैयारी

  1. एक ग्राफिक डिजाइन सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग कागज, नायलॉन, और चिपकने की परतों के लिए पैटर्न तैयार करें। 6 प्रत्येक परत एक अलग तरीके का हो सकता है।
    नोट: पैटर्न संरेखण छेद है कि एक कार्यात्मक कागज आधारित प्रतिरक्षा के लिए आवश्यक नहीं कर रहे हैं शामिल हो सकते हैं, लेकिन तीन आयामी उपकरणों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य निर्माण के साथ सहायता करते हैं। इन छेद की नियुक्ति के लिए अलग है, तो उपकरणों, व्यक्तिगत रूप से इकट्ठा कर रहे हैं स्ट्रिप्स में पूरा शीट के रूप में होगा। सॉफ्टवेयर पैटर्न डिजाइन करने के लिए इस्तेमाल किया कार्यक्रम patterning तकनीक (जैसे, photolithography, मोम मुद्रण, या काटने) की पसंद के आधार पर भिन्न हो सकते हैं। 6
  2. 70% (v / v) इथेनॉल और पानी की एक समाधान के साथ कार्य क्षेत्र स्प्रे। एक साफ कागज तौलिया के साथ कार्य क्षेत्र को साफ कर लें।

2. कागज परतों की तैयारी: नमूना इसके अलावा, संयुग्मी भंडारण, ऊष्मायन, और धो परतें

  1. एक बड़ी टेबलटॉप पेपर कटर का उपयोग गुणात्मक फिल्टर पेपर की परतों को तैयार है। एक काग़ज़ का आकार में कागज के एक शेयर चादर कट एक ठोस स्याही (मोम) प्रिंटर का उपयोग patterning की सुविधा के लिए। उदाहरण के लिए, एक 460 x 570 मिमी 2 चादर अमेरिका पत्र कागज (8.5 x 11 इंच 2) के 4 पत्र बना सकते हैं। प्रदूषण को कम करने के लिए हर समय साफ दस्ताने के साथ कागज संभाल लेना।
  2. प्रिंटर ट्रे में क्रोमैटोग्राफी कागज के एक कट चादर लोड। पहले से डिज़ाइन किया गया परतों (चित्रा 1 देखें) प्रिंट।
    नोट: एक पैटर्न इस चादर स्वत: फ़ीड का उपयोग पर सीधे मुद्रित किया जा सकता है। केवल कागज के एक पत्रक एक समय में मुद्रित किया जाना चाहिए कागज जाम से बचने के लिए। सभी परतों के लिए, "उन्नत" प्रिंट सेटिंग्स का उपयोग करें।

3. नायलॉन झिल्ली परत की तैयारी: कब्जा लेयर

  1. शीट (7.5 x 10 इंच 2) एक टेबलटॉप पेपर कटर का उपयोग करने में नायलॉन झिल्ली का जायजा रोल कट। नायलॉन से निपटने में महान ख्याल रखनाझिल्ली इसकी अखंडता को बनाए रखने और तेजस्वी के खिलाफ की रक्षा करने के लिए। एक desiccator कैबिनेट में किसी भी अप्रयुक्त सामग्री स्टोर, के रूप में नायलॉन झिल्ली नमी के प्रति संवेदनशील हैं।
    नोट: कट शीट अमेरिका पत्र कागज से संकरा कर रहे हैं। क्योंकि नायलॉन झिल्ली पतली और कमजोर कर रहे हैं, वे प्रिंटर से सीधे संसाधित नहीं किया जा सकता है और समर्थन की आवश्यकता है। विवरण नीचे चर्चा कर रहे हैं।
  2. एक मोम प्रिंटर का उपयोग करना, कॉपी कागज के एक टुकड़े पर एक पर कब्जा परत पैटर्न मुद्रित और यह एक प्रकाश बॉक्स के लिए टेप नायलॉन झिल्ली की स्थिति के लिए एक गाइड के रूप में सेवा करने के लिए। प्रकाश बॉक्स कई परतों के संरेखण एड्स।
  3. कॉपी कागज का एक स्वच्छ पत्र कॉपी कागज के पहले मुद्रित शीट पर रखें। टेप प्रकाश बॉक्स के लिए कागज की साफ चादर, लेकिन टेप नहीं दो चादरें एक साथ करते हैं।
  4. नायलॉन झिल्ली की कटौती चादर कॉपी कागज की साफ टुकड़े पर रखें। यकीन झिल्ली कॉपी कागज के नीचे की परत की मुद्रित क्षेत्र शामिल हैं कि सुनिश्चित करें। साफ चादर को नायलॉन झिल्ली के सभी चार पक्षों टेपकागज की नकल।
    नोट: सुनिश्चित करें कि नायलॉन झिल्ली फ्लैट और चिकनी है, ताकि वहाँ मुद्रण (जैसे, कागज जाम या मोम के असमान मुद्रण) के साथ कोई समस्या नहीं कर रहे हैं। वैक्स टेप जहां नायलॉन झिल्ली कॉपी कागज से जुड़ा हुआ है पर मुद्रित किया जा सकता है। यदि ऐसा होता है, टेप कवरेज की वजह से ऐसे क्षेत्र हैं जहां नायलॉन अधूरे नमूनों है खारिज किया जाना चाहिए। भविष्य की तैयारी के लिए, नायलॉन झिल्ली के बड़े टुकड़े इस मुद्रण त्रुटि से बचने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  5. मैन्युअल फ़ीड प्रिंटर ट्रे में नायलॉन झिल्ली (कॉपी कागज यह चिपका द्वारा समर्थित) के एक पत्रक लोड। एक समय में नायलॉन झिल्ली का केवल एक पत्रक मुद्रित।
    नोट: यह नमूनों नहीं है, कोई तैयारी धब्बा परत के लिए आवश्यक कदम उठाए हैं।

4. मुद्रित लेयर में hydrophobic अवरोध पैदा

  1. टेप भी ऊपर और नीचे की परत को गर्म करने के लिए जब एक गुरुत्वाकर्षण संवहन ओवन में रखा के लिए एक एक्रिलिक फ्रेम पर मुद्रित परतें। नायलॉन झिल्ली को टेप रखेंकॉपी कागज के समर्थन चादर मोम के बाद जब तक पिघल रहा है और हाइड्रोफोबिक बाधाओं का गठन कर रहे हैं।
    नोट: एक्रिलिक फ्रेम एक कस्टम बनाया, लेजर कट 1/2 का टुकड़ा है। "। मोटी एक्रिलिक प्लास्टिक दो फ्रेम आकार उपकरणों की संख्या के आधार पर किया गया था गढ़े जा रही छोटे फ्रेम की बाहरी सीमा 11 5/8 के उपाय" एक्स 2 3/4 ", और फ्रेम के भीतरी छेद 10 3/8 के उपाय 'एक्स 1 3/4"। बड़े फ्रेम की बाहरी सीमा के उपाय 11 5/8 "एक्स 8 7/8", और भीतरी फ्रेम के छेद 10 1/4 "x 7 7/8"। खुला, आंतरिक अंतरिक्ष यहां तक ​​कि कागज की पूरी मोटाई के माध्यम से मोम के पिघलने के लिए अनुमति देता है के उपाय।
  2. 30 सेकंड के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में परतों जगह तक मोम पेपर की मोटाई में पिघला देता है। पुष्टि करें कि मोम यह मोड़ पर और डिजाइन में खामियों के लिए जाँच करके कागज की मोटाई रिस चुका है।
    नोट: मजबूर हवा ओवन या गर्म प्लेटें भी ठोस मोम स्याही पिघल करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। पिघलती बारया तापमान हीटिंग पद्धति के आधार पर भिन्न हो सकते हैं।
  3. एक्रिलिक फ्रेम से कागज और नायलॉन झिल्ली निकालें। इसके अलावा, कॉपी कागज के समर्थन पत्र से नायलॉन झिल्ली को हटा दें।

5. चिपकने वाला परतों की तैयारी

  1. एक रोबोट चाकू आलेखक का उपयोग कर चिपकने वाली फिल्मों, डिजाइन फ़ाइलों का उपयोग करने का पैटर्न दो तरफा चादरों पहले से (1.1 कदम) तैयार किया। किसी भी उजागर चिपकने वाली सतह मोम लाइनर के एक पत्रक का उपयोग कर सुरक्षित रखें।
    नोट: दो तरफा चिपकने वाला छेद है कि नमूना एक सतत fluidic मार्ग के रूप में परतों के माध्यम से प्रवाह करने की अनुमति के साथ नमूनों की जानी चाहिए। मोम लाइनर आसानी से चिपकने से हटा दिया, और काटने के दौरान प्रदूषण और फाड़ से बचाने के लिए कार्य करता है। एक लेजर कटर या मरने प्रेस भी चिपकने वाली फिल्मों की तर्ज परतों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

6. चिपकने के साथ डिवाइस परतें के समर्थन

  1. 70% (v / v) इथेनॉल और पानी की एक समाधान के साथ प्रकाश बॉक्स स्प्रे। एक साफ कागज टी के साथ साफ कर लेंowel।
  2. टेप कागज या नायलॉन झिल्ली की एक परत नीचे नमूनों मुद्रित पक्ष के साथ प्रकाश बॉक्स पर चिपकने के साथ समर्थन की जरूरत है।
  3. पील चिपकने के नमूनों चादर से सुरक्षात्मक लाइनर की एक तरफ और कागज या नायलॉन झिल्ली की परत करने के लिए यह प्रत्यय। प्रकाश बॉक्स का उपयोग पैटर्न के उचित संरेखण सुनिश्चित करने के लिए। एक साथ दबाएं। आंशिक रूप से इकट्ठे डिवाइस एक सुरक्षात्मक पर्ची में रखें।
    ध्यान दें: सुरक्षात्मक पर्ची फाड़ना फिल्म समर्थन है कि यह सुनिश्चित करना है कि वे laminator रोलर्स संपर्क नहीं करते द्वारा संदूषण या क्षति से उपकरणों की रक्षा का एक मुड़ा हुआ टुकड़ा है।
  4. एक स्वचालित laminator के माध्यम से जिसके परिणामस्वरूप दो परत विधानसभा से पारित पूरी तरह से एक साथ चिपकने वाला कागज और प्रेस करने के लिए, adjoined परतों से हवा के किसी भी जेब को हटाने।
    नोट: डिवाइस की परतों के बीच हवा जेब डिवाइस अखंडता और लीक के कारण द्वारा reproducibility बाती के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं।

7. संयुग्मी एल का उपचारडिवाइस विधानसभा के लिए पहले Immunoassays के लिए अभिकर्मकों के साथ Ayer

  1. एक एक्रिलिक फ्रेम पर टेप साधना परत ऐसी है कि हाइड्रोफिलिक क्षेत्र में इलाज किया जा निलंबित कर दिया और फ्रेम के साथ संपर्क में नहीं है।
  2. साधना परत पर हाइड्रोफिलिक क्षेत्र के लिए 1x फॉस्फेट बफर खारा (पीबीएस) में 100 मिलीग्राम / एमएल गोजातीय सीरम albumin (बीएसए) के 2.5 μl जोड़ें। यह 2 मिनट के लिए और फिर 5 मिनट के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर कमरे के तापमान पर सूखे की अनुमति दें।
    नोट: यह मात्रा सिर्फ कागज का क्षेत्र गीला करने के लिए पर्याप्त है। बीएसए समाधान सुखाने की प्रक्रिया के दौरान कोलाइडयन नैनोकणों के एकत्रीकरण को रोकने के लिए है, जो नैनोकणों की रिहाई की सुविधा होगी जब कागज और अभिकर्मकों नमूना द्वारा rehydrated कर रहे हैं मदद करता है।
  3. 5 ओवर ड्राफ्ट कोलाइडयन सोने विरोधी β-एचसीजी एंटीबॉडी संयुग्मित nanoparticle के 5 μl जोड़ें, और सुखाने की प्रक्रिया को दोहराएँ।
    नोट: कोलाइडयन सोने के नैनोकणों की एकाग्रता की इकाइयों अक्सर ऑप्टिकल घनत्व (ओवर ड्राफ्ट) के रूप में abso द्वारा मापा के रूप में व्यक्त कर रहे हैंλ = 540 एनएम पर rbance। कोई उपचार धारा 10 में से पहले विधानसभा डिवाइस बाती पैड के लिए आवश्यक है।

अभिकर्मक के साथ पार्श्व चैनल के 8. उपचार Immunoassays के लिए डिवाइस विधानसभा के लिए पहले

  1. टेप एक एक्रिलिक फ्रेम पर पार्श्व चैनल परत ऐसी है कि हाइड्रोफिलिक क्षेत्र में इलाज किया जा निलंबित कर दिया और फ्रेम के साथ संपर्क में नहीं है।
  2. एजेंट अवरुद्ध के 10 μl जोड़ें (5 मिलीग्राम / एमएल गैर वसा दूध और 0.1% (वी / वी) बीच 20 1x पीबीएस में) पार्श्व चैनल के इलाज के लिए। एक ही सुखाने की प्रक्रिया (कमरे के तापमान पर 2 मिनट और 5 मिनट के लिए तो कम से 65 डिग्री सेल्सियस) साधना परत के रूप में दोहराएँ।

9. डिवाइस विधानसभा के लिए पहले Immunoassays के लिए अभिकर्मकों के साथ कब्जा लेयर का उपचार

  1. टेप पर कब्जा परत एक एक्रिलिक फ्रेम पर ऐसी है कि हाइड्रोफिलिक क्षेत्र में इलाज किया जा निलंबित कर दिया और फ्रेम के साथ संपर्क में नहीं है।
  2. 1 मिलीग्राम / एमएल विरोधी α-एचसीजी एंटीबॉडी के 5 μL के साथ कब्जा इलाज परत और उसके बाद अनुमतिनमूना 65 डिग्री सेल्सियस पर 8 मिनट के द्वारा पीछा 2 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर सूखने के लिए।
  3. एजेंट अवरुद्ध के 2 μL जोड़ें (5 मिलीग्राम / एमएल गैर वसा दूध और 0.1% (वी / वी) बीच 20 1x पीबीएस में)। कब्जा परत के लिए सुखाने की प्रक्रिया को दोहराएं।
    नोट: इस राशि occluding नायलॉन झिल्ली, जो जब बहुत ज्यादा अवरुद्ध एजेंट प्रयोग किया जाता है हो सकता है की बिना pores कागजात कोट करने के लिए उपयुक्त है।

10 के विधानसभा तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों

  1. प्रकाश बॉक्स को धोने परत टेप (मुद्रित ऊपर की ओर का सामना करना पड़)। संरेखण छेद इस्तेमाल कर रहे हैं, तो उन्हें एक हाथ में छेद पंच उपकरण का उपयोग बाद में परतों से हटा दें।
  2. कब्जा परत की पीठ पर सुरक्षात्मक फिल्म हटाये चिपकने वाला बेनकाब करने के लिए। धोने परत एक गाइड के रूप में संरेखण छेद का उपयोग करके उपरोक्त कब्जा परत संरेखित करें। दो परतों के साथ दबाएं। इस उपकरण के लिए संक्रमण या क्षति को कम करने हाइड्रोफिलिक जोनों को छूने से बचें। चिमटी assemb सहायता करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैLy।
  3. ऊष्मायन परत की पीठ पर सुरक्षात्मक फिल्म हटाये चिपकने वाला बेनकाब करने के लिए। कब्जा परत के ऊपर ऊष्मायन परत संरेखित करें और उन्हें एक साथ दबाएँ। इस तरह से परतों को जोड़ने जब तक सभी सक्रिय परतों इकट्ठा कर रहे हैं जारी रखें।
  4. आंशिक रूप से इकट्ठे डिवाइस एक सुरक्षात्मक पर्ची में रखें और मजबूती से एक साथ एक laminator का उपयोग कर परतों प्रत्यय।
  5. धोने परत की पीठ पर सुरक्षात्मक फिल्म निकालें और डिवाइस के नीचे करने के लिए धब्बा परत प्रत्यय। दोहराएँ फाड़ना कदम 10.4 तीन आयामी कागज आधारित microfluidic युक्ति के विधानसभा पूरा करने के लिए। स्ट्रिप्स या कैंची का उपयोग पूरी तरह से इकट्ठे उपकरणों की चादरों से उपकरणों की कट वांछित संख्या।
    नोट: उपकरणों का पूरा चादरें, उपकरणों के स्ट्रिप्स, या एकल उपकरणों के लिए एक समान दृष्टिकोण का उपयोग कर तैयार किया जा सकता है।

11. एक कागज पर आधारित Immunoassay प्रदर्शन

  1. डिवाइस के शीर्ष पर हाइड्रोफिलिक क्षेत्र के लिए एक नमूना के 20 μl जोड़ें (यानी, टीवह परत नमूना)।
  2. नमूने के लिए प्रतीक्षा डिवाइस में पूरी तरह से बाती, तो (1x फॉस्फेट बफर खारा में 0.05% वी / वी बीच 20) धो बफर के 15 μl जोड़ने के लिए। बाद धो बफर के पहले विभाज्य डिवाइस में पूरी तरह से दुष्ट है, धो बफर का एक दूसरा 15 μl विभाज्य जोड़ें।
    नोट: धो बफर डिवाइस जब तरल छोटी बूंद गायब हो गया है, कागज की सतह पर कोई meniscus दिखा में पूरी तरह से दुष्ट है। परख पूरा हो गया है जब से धो बफर के दूसरे विभाज्य पूरी तरह से डिवाइस में प्रवेश किया है।
  3. परख का परिणाम प्रकट करने के लिए, डिवाइस के तीन शीर्ष परतों कब्जा परत बेनकाब करने के लिए चिमटी का उपयोग कर दूर छील।
    1. गुणात्मक उपस्थिति या रंग के अभाव को देख कर परख के परिणामों की व्याख्या। वैकल्पिक रूप से, छवि readout परत एक डेस्कटॉप स्कैनर और उपयोग इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर या एल्गोरिदम का उपयोग कर परिणाम यों और एक के भीतर तीव्रता का वितरण चिह्नित करने के लिएपता लगाने के क्षेत्र। 20

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Representative Results

तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परख प्रदर्शन प्राप्त करने के एक निर्माण विधि है कि उपकरणों के बीच स्थिरता सुनिश्चित करता है पर निर्भर करता है। इस लक्ष्य की ओर, हम विनिर्माण प्रक्रियाओं और सामग्री कारणों में से एक नंबर की पहचान है, और एक कागज पर आधारित प्रतिरक्षा के प्रदर्शन के संदर्भ में उन्हें यहाँ पर चर्चा की है। हम एक मोम मुद्रण विधि का उपयोग कागज पर आधारित microfluidic उपकरणों (2A चित्रा) के भीतर हाइड्रोफोबिक बाधाओं के रूप में। 2 इस विधि क्योंकि यह केवल व्यापक रूप से उपलब्ध कार्यालय उपकरण पर निर्भर करता है आदर्श है, पूरा करने के लिए कम से कम प्रक्रियात्मक चरणों की आवश्यकता है, और रसायनों (जैसे, photoresists) कि प्रोटीन सोखना के साथ हस्तक्षेप या कागज फाइबर के wettability बदल सकता है के उपयोग की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, मोम मुद्रण प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य आयाम है, जो repeatable प्रदर्शन और अवधि तिवारी के साथ assays के लिए महत्वपूर्ण है के साथ fluidic रास्ते का उत्पादनएमईएस। बाद हाइड्रोफोबिक बाधाओं का गठन कर रहे हैं, चिपकने वाला शीट तीन आयामी उपकरणों (चित्रा 2 बी) की विधानसभा की सुविधा के लिए परतों के लिए लागू कर रहे हैं। चिपकने वाली फिल्म के बाद एक परत (चित्रा 2 सी) के पीछे करने के लिए जोड़ा गया है प्रतिरक्षा के लिए आवश्यक कोई भी अभिकर्मकों लागू किया जा सकता है। क्योंकि कई उपकरणों के समानांतर में तैयार किया जा सकता है इस प्रक्रिया के लिए एक शैक्षणिक प्रयोगशाला में निर्माण प्रक्रिया के लिए उपयोगी है। बाद डिवाइस के सभी परतों खड़ी है और टुकड़े टुकड़े में एक साथ (चित्रा 2 डी) कर रहे हैं एक प्रतिरक्षा डिवाइस के लिए विधानसभा की प्रक्रिया पूरी की है। हम परख शुरू करने के लिए नमूना जोड़ें। इस उदाहरण में, हम के रूप में नमूने हमारे उपकरणों के संचालन को प्रदर्शित करने के लिए और assays के reproducibility उन्हें का उपयोग किया जाता है, जो बफर में एचसीजी के नकारात्मक और सकारात्मक नमूने शामिल एक मूत्र नियंत्रण गर्भावस्था परीक्षण के लिए निर्धारित है, का उपयोग करें। धोने बफर के दो aliquots तो क्रमिक रूप से जुड़ जाते हैं। एक बार धोने बफर के अंतिम विभाज्य पूरी तरह से डिवाइस, में प्रवेश किया हैपरख पूरा माना जाता है। शीर्ष तीन परतों तो दूर खुली हैं पर कब्जा परत (चित्रा 3 ए) प्रकट करते हैं। यह कदम अचल हर्जाना सुनिश्चित करना है कि यह फिर से इस्तेमाल नहीं किया जा सकता डिवाइस। एक गुणात्मक रंग readout में एक कागज पर आधारित प्रतिरक्षा परिणाम है कि दृश्य निरीक्षण पर एक नकारात्मक या सकारात्मक उत्पादन संकेत कर सकते हैं को पूरा करना। इन परिणामों की निष्पक्षता एक flatbed स्कैनर (चित्रा 3 बी) का उपयोग कर हासिल uncorrected छवियों में स्पष्ट है।

असफल प्रयोगों अक्सर कुछ प्रक्रियात्मक चरणों जिसका महत्व जब एक प्रयोग के विश्लेषण के सफल परिणामों पर ध्यान केंद्रित किया है अन्यथा अगोचर हो सकता उजागर कर सकते हैं। हम विनिर्माण और तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों है कि प्रतिरक्षा की विफलताओं में परिणाम की विधानसभा में तीन त्रुटियों का प्रदर्शन: (i) कभी कभी, डिवाइस विफलताओं जब तक एक परख पूरा होने के बाद स्पष्ट नहीं हैं। उदाहरण के लिए, एक मीलऊष्मायन चैनल और कब्जा क्षेत्र शामिल परतों के बीच salignment सकारात्मक संकेत में एक अनियमित पैटर्न है, जो एक उपयोगकर्ता (चित्रा -4 ए) द्वारा गुणात्मक संकेत के अशुद्ध अर्थ में परिणाम हो सकता है के विकास हो सकता है। (Ii) मोम लिए पर्याप्त मात्रा में मुद्रित नहीं है, तो या कागज का पूरा मोटाई के माध्यम से पूरी तरह से पिघल करने की अनुमति नहीं है, तो जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोफोबिक बाधाओं की अखंडता से समझौता किया जा सकता है। इन बाधाओं का अधूरा गठन बाती पर नियंत्रण की हानि का कारण और डिवाइस के भीतर लीक करने के लिए नेतृत्व करेंगे। उदाहरण के लिए, बजाय एक परत के भीतर एक चैनल के लिए प्रवाह सीमित है, एक अर्द्ध पारगम्य मोम बाधा तरल पदार्थ कागज के हवाई जहाज में कहीं और बाती के लिए अनुमति देगा। परिभाषित चैनलों के बिना, नमूना कब्जा या धोने परतों तक पहुँचने की संभावना नहीं है। उपयोगकर्ता एक बहुत छोटा परख अवधि के समय के रूप में त्रुटि के इस तरह के अनुभव होगा। हम एक ला करने के लिए लाल रंग भोजन का एक समाधान को लागू करने से इस उपकरण विफलता का प्रदर्शनyer जिनकी मोम पैटर्न पूरे 30 सेकंड (चित्रा 4 बी) के लिए पिघल की अनुमति नहीं थी। इस तरह के एक परत का उपयोग कर एक प्रतिरक्षा था 6 मिनट, जो 15 मिनट की उम्मीद की अवधि की तुलना में स्पष्ट रूप से अलग है में "पूरा"। (Iii) assays कि एक डिवाइस के निर्माण में एक खराबी का संकेत हो सकता पूरा करने की उम्मीद की तुलना में लंबे समय तक ले। उदाहरण के लिए, अनुचित तरीके से कटौती चिपकने वाला या अवरोधित pores अभिकर्मकों के एक अत्यधिक मात्रा (जैसे, अवरुद्ध एजेंट या कोलाइडयन सोने) के आवेदन के कारण डिवाइस (चित्रा 4C) में प्रवेश करने से एक नमूना या धो बफर निषेध सकता है।

कुल मिलाकर, हमारे विनिर्माण प्रोटोकॉल पैमाने है कि एक शैक्षिक प्रयोगशाला के लिए उपयोगी है पर समानांतर में कई कागज आधारित microfluidic उपकरणों के निर्माण के लिए उपयोगी है। 35 नकारात्मक प्रतिकृति और 35 सकारात्मक r: हम एचसीजी कागज आधारित प्रतिरक्षा के प्रदर्शन के समानांतर में 70 assays के प्रदर्शन से इस पद्धति का उपयोग कर तैयार प्रदर्शितeplicates। इस प्रदर्शन के प्रयोजनों के लिए, हम अपने डिवाइस का डिजाइन के साथ परतों का एक सेट तैयार, चिपकने के साथ कागज की परतों चिपका, और फिर उपकरणों की पंक्तियों में चादरें काटा। प्रत्येक पत्रक 7 पंक्तियाँ, जो दस उपकरणों निहित में काट दिया गया। इस छोटे एक्रिलिक फ्रेम जहां परतों टेप कर रहे हैं और उसके बाद assays के प्रदर्शन करने की जरूरत अभिकर्मकों के साथ इलाज पर परतों की व्यवस्था की। डिवाइस तैयार करने का यह तरीका प्रोटोकॉल में एक नोट में सुझाव दिया है। परतों के उपचार के बाद, उपकरणों दस के स्ट्रिप्स में इकट्ठे हुए और उसके बाद के टुकड़े टुकड़े कर रहे थे। बाद अंतिम डिवाइस निर्माण कदम पूरा कर रहे थे, उपकरणों दस के स्ट्रिप्स में बने रहे और नमूना प्रत्येक डिवाइस के लिए जोड़ा गया है। हम उपकरणों के लिए एक 0% असफलता की दर हमारे प्रोटोकॉल का उपयोग कर निर्मित मनाया। हम इन assays के परिणाम यों को एक खुला स्रोत इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर 20 का इस्तेमाल किया। तरीकों की एक संख्या तीव्रता distribut का विश्लेषण करने के लिए उपलब्ध हैं, जबकिपरिपत्र स्पॉट (जैसे, रेडियल या रैखिक वितरण), 21 में आयन हम ब्याज की एक क्षेत्र के रूप में पूरे पता लगाने के स्थान का उपयोग कर डिवाइस का एक आरजीबी छवि के ग्रीन चैनल से मतलब तीव्रता को मापने। 17, 18, 19 हम तो कच्चे नकारात्मक डेटा (चित्रा 3 बी) को घटाकर सकारात्मक और नकारात्मक दोनों assays के माप मानक के अनुसार। हम प्रत्येक डेटा 1% होना तय करने के लिए विभिन्नता का गुणांक चुना गया assays नकारात्मक नमूने का उपयोग कर प्रदर्शन किया और assays के लिए 3% सकारात्मक नमूने का उपयोग किया जाता है।

आकृति 1
चित्रा 1: तीन आयामी कागज आधारित डिवाइस के योजनाबद्ध। यह उदाहरण हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों है कि डिवाइस के भीतर fluidic मार्ग को परिभाषित करने के साथ-साथ चलता Pattस्थायी और हटाने योग्य चिपकने वाला है कि परतों को एक साथ पकड़ के erned परतें। प्रत्येक परत समारोह में यह परख में प्रदर्शन द्वारा लेबल है। (: क्रोमैटोग्राफी कागज, ब्लू: नायलॉन झिल्ली, ग्रीन: मोटी क्रोमैटोग्राफी कागज लाल) प्रत्येक स्तर पर, लाल, नीले, हरे या रूपरेखा कि विशिष्ट परत के निर्माण के लिए सामग्री का इस्तेमाल इंगित करता है। आयाम मिमी में डिवाइस के भीतर प्रत्येक क्षेत्र के लिए दिया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2: तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों से immunoassays के निर्माण की प्रक्रिया का इस्तेमाल किया। (ए) के सामने और क्रोमैटोग्राफी कागज से पहले और हीटिंग के बाद मोम मुद्रण का उपयोग कर नमूनों की एक चादर के पीछे की छवियाँ। (बी) क्रोमैटोग्राफी कागज के एक पत्रकनमूनों चिपकने की एक फिल्म के साथ समर्थन किया। (सी) उपचार नमूनों नायलॉन झिल्ली की एक पट्टी की हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों के लिए लागू होता है। (डी) एक गाइड के रूप में एक प्रकाश बॉक्स और संरेखण छेद का उपयोग कर एक multilayer डिवाइस के स्ट्रिप्स के विधानसभा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3: एक कागज पर आधारित प्रतिरक्षा के परिणामों की व्याख्या। (ए) कागज आधारित डिवाइस के शीर्ष तीन परतों पर कब्जा परत बेनकाब और परख के परिणामों की व्याख्या करने के लिए वापस खुली हैं। (बी) एचसीजी के लिए एक कागज पर आधारित प्रतिरक्षा के प्रदर्शन की चित्रमय प्रतिनिधित्व। दर्शाया परिणाम 70 प्रतिकृति की औसत एक साथ प्रदर्शन किया, जहां 35 प्रतिकृति प्रत्येक के लिए इस्तेमाल हो रहे हैंएचसीजी के सकारात्मक और नकारात्मक नमूने आर। त्रुटि सलाखों डेटा सेट के मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करते हैं। Uncorrected, प्रतिनिधि एक एचसीजी प्रतिरक्षा से सकारात्मक (लाल रंग) और नकारात्मक (सफेद रंग) के परिणाम का चित्रण छवियों उनके संबंधित डेटा ऊपर दिखाए जाते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4: विनिर्माण त्रुटियों के उदाहरण हैं। (ए) पर कब्जा परत के ऊपर पार्श्व चैनल के misalignment के कारण, सकारात्मक संकेत readout क्षेत्र के एक छोटे से क्षेत्र में केंद्रित है। एक "गीले" परिपत्र क्षेत्र (धराशायी रूपरेखा) readout क्षेत्र पर कब्जा परत (बाएं) के साथ misaligned पार्श्व चैनल के बीच संपर्क से उत्पन्न सही करने के लिए मनाया जा सकता है। पर सकारात्मक readout की छविएक ठीक से गठबंधन डिवाइस (दाएं) का कब्जा परत। (बी) के एक परत की मोटाई भर में मोम का अधूरा पिघलने डिवाइस के भीतर लीक करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। खाद्य रंग अधूरी है या पूरी तरह से बनाई हाइड्रोफोबिक बाधाओं के साथ परतों में नमूना के दृश्य के साथ सहायता के लिए समाधान के लिए जोड़ा गया है। (सी) चिपकने वाला अनुचित कटौती कागज, जो एक नमूना का प्रवाह रुक जाता है की परतों के बीच fluidic नेटवर्क ब्लॉक कर सकते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5: तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों के विनिर्माण। योजनाबद्ध पूरा तीन आयामी उपकरणों में विधानसभा और नमूनों कागज की कई परतों से फाड़ना दर्शाया गया है। इस उदाहरण में, 70 उपकरणों गएक एक साथ किया जा सकता है। चिपकने वाला और संरेखण छेद की परतों के सरलीकरण प्रयोजनों के लिए योजनाबद्ध से हटा दिया गया है। विधानसभा के बाद, व्यक्तिगत उपकरणों हटा दिया है और assays में इस्तेमाल किया जा सकता है। (: क्रोमैटोग्राफी कागज, ब्लू: नायलॉन झिल्ली, ग्रीन: मोटी क्रोमैटोग्राफी कागज लाल) प्रत्येक स्तर पर, लाल, नीले और हरे रंग की रूपरेखा कि विशिष्ट परत के निर्माण के लिए सामग्री का इस्तेमाल संकेत मिलता है। स्केल बार = 25 अलग डिवाइस (दाएं), जो 12 x 28 मिमी 2 के आयाम है के लिए छोड़कर मिमी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य विनिर्माण रणनीति की पहचान परख विकास का एक अनिवार्य घटक है। 22 हम एक अनुक्रमिक, परत दर परत दृष्टिकोण का उपयोग तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों के विनिर्माण। (I) एकाधिक सामग्री के लिए तरीकों के लिए संशोधन के बिना एक डिवाइस वास्तुकला में शामिल किया जा सकता है: उन तरीकों कि तह या origami तकनीक पेपर 23 के एक पत्रक से बहुपरत उपकरणों के उत्पादन के लिए लागू करने के लिए इसके विपरीत, 24 additive विनिर्माण लाभ का एक नंबर प्रदान करता है प्रिंटिंग, संरेखण, या परतों के विधानसभा। (Ii) नमूनों चिपकने वाली फिल्मों विधानसभा की प्रक्रिया में एकीकृत किया जा सकता है। इन फिल्मों सटे परतों प्रत्यय, और, चिपकने की संख्या के आधार पर, छीलने और आंतरिक परतों के मूल्यांकन सक्षम करने के लिए प्रतिवर्ती हो सकता है। इसके अलावा, चिपकने वाले तीन आयामी डिवाइस है, जो जरूरत precludes करने के लिए संरचनात्मक अखंडता प्रदानबांधने की मशीन 25 क्लिप या machined बाड़ों के लिए। 23 (iii) अमेरिका पत्र क्रोमैटोग्राफी कागज के अलग-अलग शीट प्रतिकृति की एक सरणी, (चित्रा 5) जो बहुत प्रयोगशाला पैमाने पर निर्माण के throughput सुधार कर सकते हैं समायोजित कर सकते हैं। यह विशेष रूप से लाभदायक है जब कई प्रयोगात्मक शर्तों है कि तकनीकी प्रतिकृति की आवश्यकता का मूल्यांकन है। इस दृष्टिकोण से, 70 तीन आयामी कागज आधारित उपकरणों के साथ तैयार किया जा सकता है। (iv) इसी तरह बहुपरत फाड़ना दृष्टिकोण स्वास्थ्य सेवा में कई वाणिज्यिक उत्पादों की उच्च मात्रा विनिर्माण के लिए इस्तेमाल किया जाता है, जिसके फलस्वरूप इन तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों का अनुवाद करने के लिए उत्पादन बाधा को कम करती है (उदाहरण के लिए, देखभाल ड्रेसिंग और ट्रांसडर्मल पैच घाव)।

छीलने और विधानसभा की सुविधा के अलावा, चिपकने का चुनाव भी तीन आयामी fluidic नेटवर्क के डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है। एक विज्ञापनhesive फिल्म कागज की परतों के बीच एक अतिरिक्त बाधा है, जो आसन्न परतों पर हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों की मास्किंग सक्षम कर सकते हैं के रूप में काम कर सकते हैं। अभ्यास में, चिपकने की पतली परत के उपयोग के लिए वांछनीय है। अगर चिपकने वाला भी मोटी (जैसे, कई डबल पक्षीय टेप) है, तो अंतर कागज की परतों के बीच का गठन बाती की सुविधा के लिए बहुत बड़ा हो जाएगा और समारोह हासिल करने के लिए एक हाइड्रोफिलिक पदार्थ (जैसे, सेल्यूलोज पाउडर) के साथ भरा होना चाहिए। 12 जब इस अतिरिक्त कदम जटिलता का निर्माण करने के लिए और कुछ assays के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं इस्तेमाल किया पदार्थ कहते हैं, इन कमियों चलाया, fluidic धक्का-नीचे वाल्व के उत्पादन के लिए एक उपयोगी सुविधा हो। 15 चिपकने के अन्य रूपों तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों के निर्माण में इस्तेमाल किया गया है। चिपकने वाला स्प्रे एक दूसरे के लिए परतों प्रत्यय करने के लिए एक सरल तरीका प्रदान करते हैं। 26 इस विधि का प्रयोग, चिपकने वाला पदार्थ दोनों टी पर समान रूप से लागू किया जाता हैवह कागज के हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक क्षेत्र। एक लाभ यह है कि इस विधि के लिए अतिरिक्त उपकरणों (जैसे, चाकू प्लॉटर या लेजर कटर) चिपकने वाली परत के लिए पैटर्न डिजाइन की जरूरत नहीं है। हालांकि, चिपकने वाला स्प्रे की वर्दी आवेदन के लिए शर्तों इस्तेमाल सामग्री के प्रत्येक प्रकार के लिए प्रयोगात्मक निर्धारित किया जाना चाहिए। सामग्री की स्थलाकृति चिपकने वाला सामग्री इंटरफेस प्रभावित कर सकता है और लंबे समय तक स्प्रे बार rougher सतहों के लिए आवश्यक हो सकता है। इसके अलावा, fluidic मार्ग की हाइड्रोफिलिक जोनों पर चिपकने वाला छिड़काव कागज के wettability बदलकर बिगड़ा बाती में हो सकता है। वैकल्पिक रूप से, स्टेंसिल 27 या स्क्रीन प्रिंटिंग 8 का उपयोग सीधे नमूनों कागज की परतों पर पैटर्न चिपकने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों के विकास के लिए दो प्रमुख कारणों में सामग्री के चयन और flui के डिजाइन कर रहे हैंडीआईसी नेटवर्क। (I) हम सामग्री और सामग्री का संयोजन बाती दर, गीला ताकत, मोटाई, और प्रोटीन बाध्यकारी क्षमता के आधार पर चयन करें। बाती दर एक परख की अवधि और समय अभिकर्मकों की राशि को प्रभावित कर सकते हैं प्रतिक्रिया या एक परत के भीतर बाध्य करने के लिए है। कागज के विभिन्न ग्रेड के आधार पर दरों बाती उदाहरण के लिए की विशेषता है, कागज, इसकी porosity, और इसकी मोटाई के उपचार। यह एक उपकरण के प्रभावी बाती की दर में वृद्धि करने के लिए कागज की कई परतों का उपयोग करने के लिए संभव है। 28 एक अच्छा गीला ताकत है कि आवेदनों से निपटने की आवश्यकता है (उदाहरण के लिए, एक प्रतिरक्षा छीलने) के बाद इस उपकरण में एक नमूने के साथ संतृप्त कर दिया गया है के लिए वांछनीय है। सामग्री है कि बहुत मोटी हैं या कि कमजोरी के कारण व्यावसायिक प्रिंटर के माध्यम से पारित नहीं किया जा सकता है एक वैकल्पिक तरीका आवश्यकता नमूनों चैनलों (जैसे, photolithography) का उत्पादन करने के लिए होगा। हालांकि, इसके विपरीत, मोटा माल धब्बा परतों (या डूब) वीं के माध्यम से तरल पदार्थ आकर्षित करने के लिए आदर्श होते हैंई डिवाइस। नायलॉन झिल्ली के कई ग्रेड व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, जो कब्जा क्षेत्र के लिए अचल प्रोटीन बाध्य करने की क्षमता में भिन्न हो सकती है। सामग्री प्रतिस्थापन (जैसे, एक नायलॉन झिल्ली के बजाय nitrocellulose) भी क्षमता है, जो परख की संवेदनशीलता को प्रभावित कर सकता है बाध्यकारी प्रभावित करते हैं। (ii) fluidic नेटवर्क के डिजाइन में समरूपता का उपयोग सुनिश्चित करता है कि अद्वितीय तीन आयामी उपकरणों में नमूनों चैनलों हूबहू व्यवहार करते हैं (जैसे, एक साथ भरा) है, जो मल्टिप्लेक्स assays के लिए महत्वपूर्ण है। 19 समरूपता आगे परत डिजाइन सरल है, जब उपकरणों से भरा शीट कोडांतरण परत संरेखण के साथ सहायता करता है, और कचरे को कम कर सकते हैं। डिवाइस डिजाइन करने के लिए संशोधन परख के प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, ऊष्मायन परत में पार्श्व चैनल की लंबाई बढ़ाने, परख की अवधि को प्रभावित करेगा, क्योंकि तरल पदार्थ कहां तक ​​पहुँचने से पहले एक अनुपात में लंबी दूरी बाती जाएगाtlet। 17 अनुप्रयोगों है कि लक्ष्य बायोमोलिक्यूल के बंधन पर भरोसा करते हैं, एक लंबे समय तक परख समय है क्योंकि यह कब्जा परत पर स्थिरीकरण के लिए पहले बाध्य, लेबल प्रजातियों के अंश को बढ़ा सकते हैं फायदेमंद हो सकता है।

अंत में, हम तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों कि immunoassays के विकास का समर्थन निर्माण करने के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है। इस विधि है, जो बहुपरत उपकरणों का उत्पादन करने के लिए additive विनिर्माण का एक प्रकार का उपयोग करता है, एक पैमाने पर अनुसंधान प्रयोगशाला के लिए उपयुक्त है कि कम से उपकरणों के उत्पादन की सुविधा। प्रोटोकॉल इस पांडुलिपि में वर्णित कागज आधारित प्रतिरक्षा उपकरणों के लिए विशिष्ट है; हालांकि, हम इन immunoassays मोम मुद्रण की विधानसभा से संबंधित प्रक्रियाओं की उम्मीद है, चिपकने वाला patterning, परतों aligning, और फाड़ना-होगा आसानी से अनेक तीन आयामी कागज आधारित microfluidic युक्ति आर्किटेक्चर के लिए बढ़ाई हो। निर्माण कार्यप्रणाली की समझ पैदा कर सकते हैंमें स्वास्थ्य, पर्यावरण, कृषि और आवेदनों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ नया बिंदु का ख्याल assays के विकास के लिए।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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Immunoassays के लिए तीन आयामी कागज आधारित microfluidic उपकरणों का निर्माण
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Fernandes, S. C., Wilson, D. J.,… More

Fernandes, S. C., Wilson, D. J., Mace, C. R. Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays. J. Vis. Exp. (121), e55287, doi:10.3791/55287 (2017).

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