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El papel es ampliamente disponibles en una variedad de formulaciones o grados, se pueden funcionalizar para sintonizar sus propiedades, y pueden transportar fluidos autónoma por acción capilar o de mecha. Si el papel se modela con una sustancia hidrófoba (por ejemplo, resina fotosensible 1 o cera 2), el efecto de mecha de los fluidos puede ser controlado espacialmente dentro de una capa de papel. Por ejemplo, una muestra acuosa aplicada puede ser dirigido en una serie de diferentes zonas para reaccionar con reactivos químicos y bioquímicos almacenados dentro del papel. Estos dispositivos microfluídicos basados en papel se han demostrado ser una plataforma útil para el desarrollo de ensayos de análisis portátiles y de bajo costo 3, 4, 5, 6, 7. Aplicación de los dispositivos de microfluidos en papel incluyen el diagnóstico de punto de atenciónef "> 8, la vigilancia de los contaminantes ambientales 9, la detección de productos farmacéuticos falsificados 10, y la asistencia sanitaria deslocalizada (o" telemedicina ") en los recursos limitados ajustes 11.
Las múltiples capas de papel estampado pueden montarse en un dispositivo integrado donde las zonas hidrófilas de las capas vecinas (es decir, por encima o por debajo) se conectan para formar redes de fluidos continuos cuyas entradas y salidas pueden estar acoplados o hacia la izquierda independiente. 12 Cada capa puede comprender un patrón único, que permite la separación espacial de los reactivos y múltiples ensayos a realizar en un solo dispositivo. El dispositivo de microfluidos resultante tridimensional no sólo es capaz de drenar fluidos que permitan a ensayos analíticos (por ejemplo, pruebas de función hepática 13 y la detección electroquímica de moléculas pequeñas 14), pero también puede suppuerto de una serie de funciones sofisticadas (por ejemplo, las válvulas 15 y simples máquinas 16) comunes a los enfoques tradicionales de microfluidos. Es importante destacar que, porque el papel absorbe fluidos por acción capilar, estos dispositivos pueden ser operados con un mínimo esfuerzo por parte del usuario.
Desde reactivos se pueden almacenar dentro de la arquitectura tridimensional de un dispositivo basado en papel, protocolos complejos se pueden reducir a una sola adición de la muestra acuosa a un dispositivo. Recientemente, hemos introducido una arquitectura de dispositivo tridimensional general que puede ser utilizado para el desarrollo de inmunoensayos basados en papel usando la técnica de la cera de impresión para crear capas estampadas. 17, 18 Estos estudios se centraron en cómo los aspectos relacionados con el diseño del dispositivo de número de capas apiladas utilizan, la composición de las capas, y el patrón de la red de microfluidos controlado por el conjunto de tres dimensionesrendimiento del inmunoensayo. En última instancia, hemos sido capaces de utilizar estas reglas de diseño para facilitar el rápido desarrollo de un inmunoensayo multiplexado 19. En este manuscrito, un inmunoensayo desarrollado previamente para la gonadotropina coriónica humana (hCG; hormona del embarazo) 17 se utiliza como un ejemplo para ilustrar las estrategias que hemos desarrollado para el montaje y la fabricación de los inmunoensayos basados en papel tridimensionales. De acuerdo con ello, nos centramos en el montaje y funcionamiento de un dispositivo en lugar del desarrollo de un ensayo.
En un inmunoensayo de tipo sándwich, que es el formato utilizado para detectar hCG, un anticuerpo de captura específico para una subunidad de la hormona se reviste sobre un sustrato sólido, que se bloquea entonces para limitar la adsorción no específica de una muestra o cualquier reactivo posterior. Este sustrato es muy a menudo una placa de micropocillos de poliestireno (por ejemplo, para un ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas o ELISA). La muestra es entoncesañadido a un pozo y se deja incubar durante un período de tiempo. Después del lavado riguroso, se añade un anticuerpo específico para la otra subunidad de hCG y se dejó incubar. Este anticuerpo de detección puede ser conjugado a una partícula coloidal, enzima, fluoróforo o con el fin de producir una señal medible. El pocillo se lava de nuevo antes de la interpretación de los resultados de un ensayo (por ejemplo, usando un lector de placas). Mientras que los kits comerciales se basan en este proceso de múltiples pasos que consume tiempo, todos estos pasos se pueden realizar rápidamente en dispositivos de microfluidos en papel con una intervención mínima del usuario.
El dispositivo que se utiliza para el inmunoensayo de hCG comprende seis capas activas, que son, de arriba hacia abajo, que se utiliza para la adición de la muestra, almacenamiento conjugado, la incubación, la captura, lavado, y blot (Figura 1). La capa de adición de la muestra está hecha de papel de filtro cualitativo. Se facilita la introducción de una muestra líquida y protege los reactivos en el Laye conjugador de la contaminación del medio ambiente o el contacto accidental por parte del usuario. La capa de conjugado (papel de filtro cualitativo) mantiene el reactivo productor de color (por ejemplo, anticuerpo marcado con oro coloidal) para el inmunoensayo. La capa de incubación (papel de filtro cualitativo) permite que la muestra de viajar lateralmente dentro del plano del papel para promover la unión del analito con reactivos antes de llegar a la siguiente capa, la capa de captura. La capa de captura (membrana de nylon) contiene ligandos específicos para el analito adsorbido en el material. Después de que se completó el ensayo, esta capa se revela para permitir la visualización del inmunocomplejo completado. La capa de lavado (papel de filtro cualitativo) dibuja el exceso de líquidos que incluyen reactivos conjugados libres de distancia de la superficie de la capa de captura en la capa de transferencia (papel de cromatografía de espesor). El dispositivo de seis capas se mantiene unido por cinco capas de adhesivo modelada, de doble cara: cuatro capas de adhesivo permanente a mantener la integridad de la assemdispositivo de sangrado y una capa de adhesivo desprendible facilita el pelado del dispositivo para inspeccionar los resultados del inmunoensayo en la capa de captura.
A los efectos de este manuscrito, utilizamos solamente las muestras de control negativo y positivo de hCG (0 mUI / ml y 81 mUI / ml, respectivamente) para proporcionar resultados representativos de un inmunoensayo basado en papel, que permite una discusión dedicado de la relación entre métodos de fabricación y el funcionamiento de un dispositivo. Además de demostrar cómo fabricar dispositivos con éxito, destacamos varios errores de fabricación que podrían conducir a la falla de un dispositivo o de los resultados del ensayo irreproducibles. El protocolo y la discusión se detalla en este manuscrito se proporcionar a los investigadores información valiosa sobre cómo los inmunoensayos basados en papel son diseñados y fabricados. Mientras que nos centramos nuestra demostración en inmunoensayos, anticipamos que las directrices que se presentan en este documento serán ampliamente útil para la fabricación de las tres dimensional en papel en dispositivos de microfluidos.