استخدام الإرسال الضوئي غير عادية لقياس المؤشرات الحيوية القلب في مصل الدم البشري

الهدف العام من هذه التقنية هو قياس المؤشرات الحيوية الموجودة في خلفية سائلة بيولوجية معقدة بتركيزات ذات صلة سريريا في بيئة نقطة رعاية دون الحاجة إلى إعدادات بصرية أو كهربائية مفصلة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في جعل أجهزة الاستشعار الحيوية القائمة على الانتقال غير العادي حقيقة واقعة في سيناريوهات نقطة الرعاية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها لا تحتاج إلى أي إعدادات كهربائية أو بصرية معقدة.

في تجاربنا ، يمكن أن يكتشف بشكل موثوق المؤشرات الحيوية بتركيزات ذات صلة سريريا. يتم تصنيع شريحة المستشعر في الغرفة النظيفة ولا يمكن تصويرها. لأغراض العرض التوضيحي يتم تمثيل الإجراء هنا بواسطة رسوم متحركة.

لتحضير قالب النيكل ، قم بتغطية طبقة بسمك 220 نانومتر من مقاومة شعاع الإلكترون السالب على رقاقة سيليكون بسمك 600 ميكرون أربعة بوصات. اكتب مصفوفة الثقب النانوي المصممة على هذه الرقاقة ، باستخدام نظام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون. لتسريع كتابة شعاع الإلكترون ، اكتب الأنماط بخريطة نقطية منخفضة تبلغ 20،000 لكل حجم مجال 300 ميكرون.

قم بتطوير المقاومة عن طريق غمر رقاقة السيليكون مقاس أربع بوصات في محلول المطور لمدة 10 ثوان وترك الرقاقة تجف في الهواء. قم بإيداع طبقة بذرة من المعدن ، مثل النيكل أو النحاس أو الألومنيوم على رقاقة السيليكون. ثم قم بطلاء الرقاقة بالكهرباء في نظام الطلاء داخل حمام كبريتات النيكل في خطوتين.

افصل قالب النيكل عن ركيزة السيليكون عن طريق تطبيق قوة ميكانيكية لطيفة. بعد ذلك ، باستخدام طابعة نانوية ، قم بطباعة أنماط النانو على رقاقة زجاجية بحجم أربعة بوصات تم طلاؤها بسمك 300 نانومتر لاحقا من مقاومة الطباعة الحجرية النانوية القابلة للعلاج بالصور. انقل القالب ومقاومة الصور والرقاقة الزجاجية إلى نظام معالجة الأشعة فوق البنفسجية والعلاج بالصور.

إذا تم اتباع جميع الخطوات بشكل صحيح ، فيجب بسهولة فك قالب النيكل من مقاومة الصور. بعد إجراء حفر فارغ لمقاومة الضوء على الزجاج المستقيم ، على الرقاقة الزجاجية ، في آلة ترسيب الشعاع الإلكتروني ، قم بإيداع طبقة من الكروم للالتصاق المعدني وطبقة من الذهب لجهاز الاستشعار البلازموني. قم بإجراء رفع مقاومة للضوء عن طريق نقش بلازما الأكسجين لمدة ثلاث دقائق ، متبوعة بخطوة صوتية مدتها 15 ثانية في الأسيتون.

بعد ذلك ، قم بتقطيع العينة إلى رقائق بحجم خمسة ملليمترات × خمسة ملليمترات. ستشغل مجموعة الثقب النانوي المربع المركزي ، ملليمترين في ملليمترين مربعين من الشريحة. للحصول على البيانات ، قم بإعداد الجهاز لإجراء القياسات البصرية ، بحيث يتم عمود شعاع من الضوء الأبيض الخارج من نهاية الألياف الضوئية لجهاز الإرسال ويسقط سطح المستشعر عند 90 درجة.

ينتقل الضوء من خلال مجموعة ثقب النانو بأكملها. اجمع الإشارة المرسلة باستخدام الألياف الضوئية لجهاز الاستقبال وسجلها باستخدام مطياف مرئي للأشعة فوق البنفسجية يعمل في نطاق 300 إلى 1 ، 000 نانومتر. لاختبار الحساسية السائبة للمستشعر ، قم بإيداع سائل معامل الانكسار القياسي في الخلية السائلة مع معامل الانكسار الذي تتراوح من 1.31 إلى 1.39.

اغمر شريحة المستشعر في سائل معامل الانكسار القياسي وقم بمحاذاة شعاع الضوء الأبيض. ثم احصل على طيف الإرسال. قم بتنظيف شريحة المستشعر بعد كل قياس باستخدام كاشف تنظيف نشط للسطح وجففها بغاز النيتروجين.

لتعديل سطح المستشعر ، قم بتنظيف رقائق المستشعر عن طريق الغمر المتسلسل في الأيزوبروبانول والأسيتون والماء منزوع الأيونات قبل أي تعديلات كيميائية. بعد ذلك ، جفف رقائق المستشعر في درجة حرارة الغرفة في بخار غاز النيتروجين الجاف. بعد ذلك ، احتضان رقائق المستشعر في محلول إيثانولي لمدة 12 ساعة في درجة حرارة الغرفة.

سيشكل هذا طبقة أحادية تفاعلية ذاتية التجميع وذاتية التجميع. بعد الحضانة ، استخدم الإيثانول لشطف الرقائق جيدا وتجفيفها في درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، اغمر الرقائق في خليط من 75 مللي مولار من السلفو n هيدروكسي سوكسينيميد و 15 مللي مولار EDC لمدة 15 دقيقة.

سيؤدي هذا إلى تنشيط مجموعة carboxsilic للطبقة الأحادية ذاتية التجميع. ثم ضع 50 ميكرولترا من محلول الأجسام المضادة المضادة للثلاثية 200 ميكروغرام لكل مليلتر مصنوع من محلول أسيتات الأسيتات Ph 4.5 على سطح المستشعر. بعد الحضانة لمدة 30 دقيقة ، قم بإلغاء تنشيط الاسترات غير التفاعلية عن طريق غمر شريحة المستشعر في محلول إيثانول أمين HCL المولي لمدة 15 دقيقة.

أخيرا ، اشطف الرقاقة بالماء منزوع الأيونات وجففها في تيار من غاز النيتروجين الجاف في درجة حرارة الغرفة. قم بمنع أي ارتباط غير محدد عن طريق اكتشاف 100 ميكرولتر من محلول ألبومين مصل البقر بنسبة 1٪ على سطح شريحة المستشعر. احتضن لمدة 15 دقيقة.

اشطف رقائق المستشعر ثلاث مرات في محلول ملحي مخزن بالفوسفات. أدخل الشريحة في خلية القياس لتسجيل طيف الإرسال. هذا هو الطيف المرجعي.

ثم ضع 50 ميكرولترا من التروبونين القلبي على سطح الشريحة. احتضن الرقاقة في بيئة رطبة لمدة 30 دقيقة. بعد شطف رقائق المستشعر ثلاث مرات في محلول PBS ، أدخلها في خلية القياس لتسجيل طيف الإرسال.

هذا هو الطيف بعد الربط. بعد ذلك ، اغمر الرقائق في 50 مللي مولار جلايسين هيدروكلوريك لمدة دقيقة واحدة ثم اشطفها في محلول PBS ثلاث مرات لتجديد سطح الشريحة. قياس طيف الإرسال في PBS للتحقق من نجاح خطوة التجديد.

التغيير في طيف انتقال المستشعر الحيوي عند التفاعل مع 30 نانوغرام لكل مليلتر من تروبونين القلب البشري في المصل. يمثل المخطط الأزرق قبل التفاعل ، بينما يمثل المخطط الأحمر بعد التفاعل. تشير الدائرة المنقطة إلى النطاق الذي يتم تتبعه.

يظهر هنا التحول في الطول الموجي للنطاق الثاني بتركيزات تروبونين تبلغ 2.5 نانوجرام لكل مليلتر ، و 7.5 نانوجرام لكل مليلتر ، و 30 نانوجرام لكل مليلتر ، و 75 نانوجرام لكل ملليلتر. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري. يوضح هذا المخطط التحول في الأطوال الموجية للنطاقات التي لوحظت بعد التجديد لشريحة مستشعر حيوي ذات ثقب نانوي.

يشير تحويل موضع الفرقة الثانية إلى موضعها الأصلي إلى أن خطوة التجديد كانت ناجحة. بمجرد إتقان ، يمكن إجراء القياس في ساعة واحدة إذا تم إجراؤه بشكل صحيح. أثناء قياس التحليلات الحيوية في هذه الطريقة ، من المهم استخدام الكواشف المعدة حديثا.

يرجى التأكد من التخلص من المواد الاستهلاكية الخاصة بك. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع أجهزة استشعار حيوية تعمل على مبدأ الإرسال البصري غير العادي ويمكنها مراقبة التحليلات الحيوية على خلفية معقدة. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة لأنه من الصعب إنشاء مصفوفات ذات ثقب نانوي عالي الدقة مما يجعل من الممكن ربط الشريحة بألياف ضوئية دون الحاجة إلى أي مجهر واختيار راتنجات قابلة للتكرار.

تمكنك هذه التقنية من إجراء قياسات تسلسلية ضرورية في الإعدادات الطبية. يقطع تصنيع الشريحة شوطا طويلا في ضمان قابلية تكرار القياسات. مع بقاء النظام الأساسي على حاله ، سيأتي المزيد من التحسينات على هذه التقنية من استخدام التقنية بدقة أفضل مما سيؤدي إلى تحسين الحساسية ومن استخدام طرق معالجة الإشارات لتحقيق نسب إشارة إلى ضوضاء أفضل.

يمتد تأثير هذه التقنية إلى مراقبة العديد من التحليلات الحيوية على خلفية معقدة من المصل في بيئة نقطة رعاية في الوقت الفعلي.