Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-based Immunoassays

Summary

Die Mikrofluidik ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Entwicklung diagnostischer Tests. Oft sind jedoch teure Geräte und Materialien sowie aufwändige Fertigungs- und Handhabungstechniken erforderlich. Hier beschreiben wir das Herstellungsprotokoll eines mikrofluidischen Acrylgeräts für magnetische Mikro- und Nanopartikel-basierte Immunoassays in einer kostengünstigen und einfach zu bedienenden Umgebung.

Abstract

Mikrofluidische Systeme haben stark verbesserte Immunoassay-Techniken. Viele Mikrofabrikationstechniken erfordern jedoch spezialisierte, teure oder komplizierte Geräte, was die Herstellung teuer und inkompatibel mit der Massenproduktion macht, was eine der wichtigsten Voraussetzungen für Point-of-Care-Tests (POCT) in ressourcenarmen Umgebungen ist. Diese Arbeit beschreibt den Herstellungsprozess eines Acryls (Polymethylmethacrylat, PMMA) für Nanopartikel-konjugierte enzymatische Immunoassay-Tests unter Verwendung der Computer Numerical Control (CNC) Mikrofrästechnik. Die Funktionsweise des mikrofluidischen Geräts wird durch die Durchführung eines Immunoassays zum Nachweis eines kommerziellen Antikörpers unter Verwendung von Lysozym als Modellantigen gezeigt, das an 100 nm magnetische Nanopartikel konjugiert ist. Dieses Gerät integriert eine physikalisch versetzte Beschränkung von nur 5 μm Höhe, die verwendet wird, um magnetische Mikropartikel zu erfassen, die eine Magnetfalle bilden, indem ein externer Magnet platziert wird. Auf diese Weise reicht die magnetische Kraft auf die Immununterstützung konjugierter Nanopartikel aus, um sie einzufangen und dem Strömungswiderstand zu widerstehen. Dieses mikrofluidische Gerät eignet sich besonders für die kostengünstige Massenproduktion ohne den Verlust an Präzision für die Immunoassay-Leistung.

Introduction

In den letzten Jahren hat die Mikrofluidik eine wichtige Rolle bei Immunoassay-Techniken^{gespielt 1}. Die Miniaturisierungstechnologie hat viele herausragende Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Immunoassays, wie z. B. einen reduzierten Proben- und Reagenzienverbrauch, kürzere Inkubationszeiten, effizienten Lösungsaustausch sowie eine höhere Integration und Automatisierung².

Darüber hinaus reduzieren mikrofluidische Systeme in Immunoassays in Verbindung mit magnetischen Nanopartikeln als Immununterstützung die Inkubationszeiten erheblich und erreichen aufgrund des erhöhten Oberflächen-Volumen....

Protocol

1. Mikrofräsen

1. Oberflächenschliff
   1. Schalten Sie die Mikrofräse und die piezoelektrische Steuerung ein. Starten Sie die jeweilige Steuerungssoftware¹².
   2. Wählen Sie die gewünschten Schaftfräser (Durchmesser 200 μm und 800 μm). Legen Sie sie in das entsprechende Fach der Fräsmaschine (Abbildung 1).
   3. Schneiden Sie 9 mm x 25 mm Rechtecke aus 1,3 mm dickem PMMA mit dem 800 μm Schaftfräsermeißel. Befestigen Sie eines dieser Rechtecke vorsichtig mit doppelseitigem Klebeband an der piezoelektrischen Plattform (Abbildung 2).
      HINWEIS: Stelle....

Results

Es konnte ein hochreproduzierbares Fertigungsprotokoll etabliert werden, das die Auflösung der konventionellen Mikrofrästechnik verbessert. Mit diesem Protokoll wird die Herstellung eines Kanals von nur 5 μm Höhe erreicht, der als versetzte Einschränkung in einem 200 μm hohen Kanal arbeitet. Das einfache Design der versetzten Restriktion fängt Eisenmikropartikel mit einem Durchmesser von 7,5 μm ein, die, wenn sie im Mikrokanal verdichtet werden, die Erzeugung einer Magnetfalle ermöglichen, wenn sich ein externer Magnet d.......

Discussion

Ein mikrofluidisches Acrylgerät für Immunoassays mit Nanopartikeln als Immununterstützung wurde unter Verwendung einer Mikrofrästechnik hergestellt. Die Methode der direkten Herstellung auf dem Substrat hat den Vorteil, dass die Verwendung einer Masterform und der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand vermieden werden. Es beschränkt sich jedoch auf Rapid Prototyping und die Herstellung von Geräten in großen Stückzahlen.

Hier haben wir eine zuvor berichtete piezoelektrische Zubehörplattform .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.008 Schaftfräser	KYOCERA SGS	2204	2FL 0.008x1/8x0.12x1-1/12
0.032 Schaftfräser	KYOCERA SGS	2228	2FL 0,032x1/8x0,48x1-1/12
Carbonyl-Eisen-Mikropartikel	Sigma-Aldrich	44890	7 μ M
Chloroform	Fermont	6201	Gesundheitsgefahr: Mäßig Entflammbarkeit: Keine Reaktivität: Keine Kontaktgefahr: Mäßig
CMOS-Kamera Moment	Teledyne Photometrics		Sensortechnologie: CMOS Quanteneffizienz: 73% Pixelgröße: 4,5 & Mikro; m x 4,5 &Mikro; m Unterstützte Schnittstellen: USB 3.2 Gen 2
Dr Engrave Software	Roland DGA Corporation		Gravursoftware zum Entwerfen und Erstellen des Gravurpfads auf der Oberfläche
Absaughaube	Unbekannt	Unbekannt Flexibler
Kunststoffschlauch	Tygon	AAD04103	ID = 0,020, OD = 0,060
Fluoreszenzmikroskop	ZEISS	Axio Vert.A1
Hochpräzise Dosiernadel	Loctite	98612
Hausgemachte piezoelektrische Controller-Anwendung	LabView		Weitere Informationen finden Sie in Referenz 12.
Loctite 495 Sekundenkleber	Henkel	49503	Mit Mikropipettenspitze oder Dosiernadel auftragen;
MagJET Trenngestell	thermowissenschaftlich		12 x 1,5 mL
Mechanische Presse	Selbstgebaute
Fräsmaschine	Roland	MDX-50
Piezoelektrische Plattform	Hausgemacht		Siehe Referenz 12
Polymethylmethacrylat - Platte - PMMA, Acryl	Goodfellow	ME303018/1	Dicke: 1,3 mm, Transparenz: Klar/Transparent
PVCamTest Software	Teledyne Photometrics	Version 3.10.107	Software zur Bildaufnahme
Stereomikroskop	Nikon	SMZ 7457
SuperMag Carboxyl Beads	Ocean NanoTech	KSC0100	100 nm
Spritzenpumpe	kd Scientific	KDS200	Kann bis zu zwei Spritzen aufnehmen
Utrasonic Badewanne	Branson	2800
VPanel Software	Windows OS	Version 1.0.3.0	Software zur Steuerung der Mikrofräsmaschine