方法文章

三维纸基微流体装置的制造用于免疫分析

DOI：

10.3791/55287

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2017年3月9日

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1Department of Chemistry, Tufts University

本文内容

摘要

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我们详细介绍的方法来制造三维纸基微流体装置用于在免疫测定的开发使用。我们对设备组装方式是一种多层，添加剂制造。我们展示了一个夹心免疫提供对这些类型的纸张为基础的设备的代表性结果。

摘要

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纸中自主灯芯流体由于毛细管作用。通过用疏水性障碍图案的纸张，流体输送可以控制和一层纸内定向。此外，堆叠构图纸的多层创建复杂的三维微流体网络可以支持的分析和生物分析测定法的发展。纸基微流体装置是便宜的，携带方便，易于使用，并且不需要外部设备进行操作。其结果是，他们拥有巨大潜力，作为点的护理诊断的平台。为了正确评价的效用和纸为基础的设备的分析性能，必须开发合适的方法，以确保它们的制造是可重复的，并在一个尺度适合于实验室环境。在这个手稿中，一种方法来制造，可以用于纸基免疫测定一般器件结构进行说明。我们使用添加剂manufacturin的一种形式克（多层层压）来制备构成图案的纸张和图案化粘合剂的多层器件。除了演示正确使用这些三维纸基微流体装置与人绒毛膜促性腺激素（hCG）的免疫测定，在制造过程中的错误可能导致设备故障进行了讨论。我们预计这种方法制造的纸张为基础的设备会发现专门针对资源有限的设置旨在分析应用的广泛的实用性。

引言

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纸是广泛使用的范围内的制剂或等级，可以官能化以调整其性能，并且可以通过毛细作用或芯吸自主地输送流体。如果纸是用疏水物质图案化（ 例如 ，光致抗蚀剂1或蜡2），流体的芯吸可以在空间上的纸层内的控制。例如，所施加的含水样品可以定向成许多不同的区，以与存储在纸内的化学和生化试剂反应。这些纸基微流体装置已被证明是用于便携式和廉价的分析测定3，4，5，6，7的发展有用的平台。纸基微流体装置的应用包括点的护理诊断EF"> 8，环境污染物9的监测，检测假药10，和离域医疗（或"远程医疗"）的有限资源设置11。

构图纸的多个层可被组装成一个集成装置，其中来自相邻层（ 即 ，高于或低于）亲水区连接，以形成连续的流体网络，其入口和出口可联接或左独立。 12....

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方案

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1.基于纸张的微流体器件层的制备

  1. 准备用于使用图形设计软件程序的纸张，尼龙，和粘合剂层的图案。 6每个层可以具有不同的图案。
    注:该图案可以包括被不需要的官能纸质免疫对准孔，但与三维器件的重现性制造协助。如果设备是单独组装，成条，或作为全片这些孔的位置会有所不同。用于设计图形的软件程序可能基于图案化技术（ 例如 ，光刻，蜡染，或切割）的选择。 6
  2. 用的70％（体积/体积）乙醇和水的溶液喷雾的工作区。用干净纸巾的工作区。

2.纸层的制备:样品增量，共轭寄存，孵化，洗层

  1. 准备使用大型台式切纸机定性滤纸的层。切股票纸上成标准的纸张尺寸使用固体油墨（蜡）打印机，以方便构图。例如，一个460点¯x570毫米2片可以让4张美书纸（8.5 x 11英寸2）。在任何时候都处理好与干净的手套纸，以减少污染。
  2. 装入层析纸的单页纸进打印机纸盒。打印先前设计层（参见图1）。
    注:图案可以直接印刷在使用自动进这个表。只有一张纸应在同一时间内打印，以避免卡纸。对于所有图层，使用"增强"打印设置。

3.尼龙薄膜层的制备:捕获层

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结果

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在三维纸基微流体装置获得可再现的测定性能依赖于确保设备之间的一致性的制造方法。为了实现这一目标，我们已经确定了一些制造工艺和材料方面的考虑，并在展示纸质免疫的情况下在这里他们讨论。我们使用的蜡印刷方法，以形成纸基微流体装置（ 图2A）内的疏水性的障碍。 2此方法是理想的，因为它仅依赖于广泛使用的办公设备，需要最少的程序步骤来完成的，并且不要求使用可能与蛋白质吸附干扰或改变纸纤维的润湿性的化学物质（ 例如 ，光致抗蚀剂）的。此外，蜡印生产的流体通路与可重复的尺寸，这是至关重要的可重复的表演和持续时间TI试验MES。形成疏水性障碍后，粘合剂片材施加到层，以促进三维设备（ 图2B）的组装。用于免疫测定所需要的任何试剂可粘合膜被加入到层（ 图2C）的背面之后施加。因为许多装置可以并行制备该程序是用于在学术实验室制造工艺是有用的。之后的器件的所有层被堆叠并层压在一起（ 图2D）完成用.......

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讨论

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确定一个可重复的制造策略是试验发展的一个重要组成部分。 22我们使用顺序，层-层的方法来制造三维纸基微流体装置。相反那些适用折叠或折纸技术来产生从纸23的单个片材的多层器件的方法，24添加剂制造提供了许多优点:（ⅰ）多材料可以并入到单个设备架构无需修改方法印刷，对齐，或层的装配。 （二）图案化粘合膜可以集成到组装过程。这些膜粘贴相邻层，并且，基于所述粘合剂的强度，可以是可逆的，以使剥离和内部层的评估。此外，粘合剂提供结构完整性的3维器件，这就排除了需要为粘结剂25剪辑或加工的外壳。 23（ⅲ）美国信纸色谱纸的各个片材可以容纳重复的阵列，从而可大大提高实验室规模制造的吞吐量（ 图5）。评估需要技术重复无数实验条件时，这是特别有益的。通过这种方式，70三维纸基装置可以同时制备。 （ⅳ）类似的多层层压方法被用于众多的商业产品的高产量制造医疗（ .......

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披露

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作者没有什么可透露的。

致谢

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这项工作得到了塔夫茨大学的支持，并得到了 James Kanagy 博士的慷慨捐赠。本材料基于美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划资助的工作，资助号为（DGE-1325256） 获得 S.C.F. D.J.W. 的奖学金，并得到了美国教育部 GAANN 奖学金的支持。我们感谢 Jeremy Schonhorn 博士 （JanaCare）、Jason Rolland 博士 （Carbon3D） 和 Rachel Deraney （布朗大学） 帮助开发三维纸基微流控设备和免疫测定的设计。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
Illustrator CCAdobe为纸张层和胶粘剂设计图案
Xerox ColorQube 8580 打印机AmazonB00R92C9DI将蜡质模型打印到纸张层和尼龙
Isotemp 通用加热和干燥箱Fisher Scientific15-103-0509将蜡融化到纸张中
Artograph LightTracerAmazonB000KNHRH6协助对齐各层
Apache AL13P 层压机AmazonB00AXHSZU2将各层层压在一起
Graphtec CE6000 刻字机Graphtec AmericaCE6000-40用于图案胶膜
Swingline 切纸机AmazonB0006VNY4C切割纸张或设备
Epson Perfection V500 照片扫描仪AmazonB000VG4AY0扫描读出层
经济钳式打孔机McMaster-Carr3488A9，以去除对齐孔 
Whatman 色谱纸，4 级Sigma AldrichWHA1004917
Fisherbrand 色谱纸（厚） Fisher Scientific05-714-4用作印迹层
Immunodyne ABC （0.45 µm 孔径 ）颇尔公司NBCHI3R用作捕获层的材料
可移除/永久胶粘剂 - 双面衬垫FLEXconDF021621便于剥离
永久胶粘剂 双面衬垫FLEXconDF051521
蜡衬垫FLEXconFLEXMARK 80 D/F PFW 衬垫，用于协助丙烯酸胶粘剂图案化
板材McMaster-Carr8560K266 制造框架
自粘片FellowesCRC52215用作保护滑
无水乙醇VWR89125-172对工作区域进行消毒
血清白蛋白AMRESCO0332
积水诊断 OSOM hCG 尿液质控品Fisher Scientific22-071-066用作阳性和阴性样品
抗 β;-hCG 单克隆抗体胶体金偶联物（克隆 1）Arista Biologicals CGBCG-0701治疗偶联层
山羊抗 α;-hCG 抗体Arista Biologicals ABACG-0500处理捕获层
10X 磷酸盐缓冲盐水Fisher ScientificBP3991
Oxoid 脱脂奶粉Thermo ScientificOXLP0031B
Tween 20AMRESCOM147
的图像 牛

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Wiley, B. J., Gupta, M., Whitesides, G. M. FLASH: A rapid method for prototyping paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 8 (12), 2146-2150 (2008).
  2. Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. Understanding wax printing: a simple micropatterning process for paper-based microfluidic devices. Anal. Chem. 81 (16), 7091-7095 (....

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