Name: Feuil sec axée sur la résine photosensible de biocapteurs microfluidiques électrochimiques plate-forme : Fabrication de dispositifs, préparation de dosage sur puce et fonctionnement du système (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 42 s
Description: Découvrez la fabrication de biocapteurs microfluidiques électrochimiques utilisant la technologie de résine photosensible sèche. Cette méthode permet la quantification rapide d'analytes pour le diagnostic médical au point de soins.

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Les auteurs tiennent à remercier la Fondation allemande de la recherche (DFG) pour financer partiellement cette œuvre sous Grant Numbers UR 70/10-01 et UR 70/12-01.

1. fabrication de la microfluidique biocapteur utilisant la technologie DFR <ol><li>gaufrettes de préparation de la PI.
	Substrat de couper un PI <ol><li>in 6 - autour de gaufrettes. Mettre la plaquette de la PI dans un four à 120 ° C pendant environ 1 h pour une cuisson au four déshydratation.</li>
	</ol></li> <li>Pour le processus de décollage, première étape de photolithographie.
	<ol><li>Programme l’essorage-coater à une heure de spinning de 30 s à 3 000 tr/min, avec une accélération de 2 000 tr/min/s. Place la plaquette PI sur le spin-coater et résoudre ce problème, appliquer le vide. Verser 2 mL d’une résistance, permettant le processus de décollage et démarrer le programme d’essorage-coater. Enlever la plaquette de l’essorage-coater et soft-cuire la gaufrette PI sur une plaque chauffante pendant 2 min à 100 ° C.</li>
		<li>Ajuster le masque souhaité pour les électrodes sur la plaquette de PI à le œil nu le patterning et l’exposer à la lumière de 2 UV 400 mJ/cm (365 nm). Place la plaquette dans un bol rempli d’un développeur de filtrage de résister dans un agitateur orbital et laissez-le agiter légèrement pendant 1 min.</li>
		<li>Après avoir retiré l’excédent resist, utiliser une douche pour rincer la gaufrette de PI à l’eau désionisée (DI-eau) sur un banc humide et ensuite à l’aide d’air comprimé sec.</li>
	</ol></li> <li>Dépôt de platine pour la formation des électrodes.
	<ol><li>Utilise un procédé de déposition de vapeur physique standard de dépôt 200 nm de platine la gaufrette 19.</li>
		<li>Dans un bol, mettre la plaquette. Ajouter le solvant correspondant dans le bol et enlevez la resist déjaugeage et en agitant légèrement la plaquette dans un agitateur orbital jusqu'à ce que tous les excès platine est supprimé. Rincez et séchez la gaufrette PI tel que décrit à l’étape 1.2.3.</li>
	</ol></li> <li>Deuxième étape de photolithographie : formant la couche d’isolation.
	<ol>, <li>Mettre la plaquette de la PI dans un four préchauffé à 120 ° C pendant 5 min déshydrater les it.</li>
		<li>Programme de la première étape d’un spin-coater à 5 s de la filature de temps à 500 tr/min. Programme de la deuxième étape de 30 s à 4 000 tr/min, avec une accélération de 700 tr/min/s.</li>
		<li>Placer la plaquette PI sur le spin-coater et résoudre ce problème, appliquer le vide. Verser 4 mL d’une photorésine de base d’époxy approprié avant de démarrer le programme d’essorage-coater.</li>
		<li>Soft-cuire la gaufrette couchée pendant 3 min à 95 ° C sur une plaque chauffante.</li>
		<li>Ajuster le masque pour la couche d’isolation sur la plaquette en utilisant les repères respectifs et une lentille de l’oculaire. Exposer la gaufrette à 100 mJ/cm 2 UV light (365 nm).</li>
		<li>Pour une cuisson au four après l’exposition, placer les tranches sur une plaque chauffante préchauffée pendant 2 minutes à 95 ° C.</li>
		<li>Placer les tranches dans un bol et développer la résistance avec un développeur approprié (par exemple, 1-méthoxy-2-propyle-acetat pendant 2 min, dans le cas de SU-8) dans un agitateur orbital.</li>
		<li>Rincer la gaufrette PI d’abord avec de l’isopropanol et puis rincer et sécher comme indiqué au point 1.2.3.</li>
		<li>Dur-cuire la résine photosensible dans une étuve pendant 3 h à 150 ° C.</li>
	</ol></li> <li>Assisté par plasma nettoyage des électrodes.
	<ol><li>Pour enlever les résidus de résine photosensible, utiliser le plasma d’oxygène avec une unité de plasma standard. Démarrez le programme de nettoyage, à l’aide de puissance de 200 W basse fréquence avec un temps total de 3 min. 100 % O 2 flux et un taux de 250 sccm</li>
		<li>Placer la plaquette de la PI dans la chambre de plasma, fixer la plaquette sur la plaque de mise à la terre à l’aide de couvercles en verre et démarrer le processus de plasma.</li>
	</ol></li> <li>Argent et dépôts de chlorure d’argent : création de l’électrode de référence sur puce.
	<ol><li>Passivation le contact platine tampons de la plaquette avec un ruban adhésif de sensibles aux UV. Couper la feuille à 5 mm de largeur et 11 cm de long rayures et joignez-les à la plaquette, en protégeant les parties ne pas à déposer d’argent.</li>
		<li>Pour le dépôt d’argent, mettre un bain à ultrasons (35 kHz) dans une hotte et insérez un conteneur de solution d’électrolyte argent (100 g/L Ag, pH 12,5) dans la baignoire. Mettre le bain à ultrasons à température ambiante et la puissance de 10 %. 
		ATTENTION : Solutions électrolytiques argent sont très toxiques et doivent être manipulées avec précaution. Les fumées ne devraient jamais être inhalées.</li>
		<li>Connecter le contact en vrac les électrodes de référence à une source de courant constant. Connecter l’électrode du compteur, un fil d’argent qui est immergé dans la solution d’électrolyte argent, à la source de courant à l’aide de câbles de raccordement standards.</li>
		<li>Définir la source de courant DC et une densité de courant de -4,5 mA/cm 2, soit un taux de dépôt argent d’environ 0,3 µm/min. commencer le bain à ultrasons et laisser la source actuelle tourner pendant 10 min. Rincer la gaufrette à DI-eau</li>
		<li>Pour la chloration de l’électrode de référence, insérez un navire de solution de chlorure de potassium (KCl) 0,1 M dans le bain à ultrasons. Raccorder le contact en vrac de la plaquette et une électrode de platine qui est immergée dans la solution de KCl avec la source de courant constant.</li>
		<li>Définir la source de courant DC et une densité de courant de + 0,6 mA/cm 2, soit un taux de dépôt d’environ 0,075 µm/min. commencer le bain à ultrasons et laissez la source de courant pour 7,5 min.</li>
		<li>Rincer et sécher le PI de wafer, tel que décrit à l’étape 1.2.3.</li>
		<li>Enlever le ruban de sensibles aux UV après un UV (365 nm) exposition de 300 mJ/cm 2 et de rincer et de sécher la gaufrette de PI, à nouveau, comme décrit dans étape 1.2.3.</li>
	</ol></li> <li>Troisième étape photolithographie : DRJ aide à créer des canaux microfluidiques.
	<ol><li>Coupe les couches DFR nécessaires à une taille similaire à celle de la plaquette (20 x 20 cm 2). Fixer le masque désiré sur l’Exposeur et aligner la couche DFR sur le masque en utilisant l’oeil nu. Illuminer la resist avec 250 mJ/cm 2 UV light (365 nm).</li>
		<li>Retirer le film protecteur de la résine photosensible et développer la résistance pendant environ 2 minutes (selon les structures) dans une solution de carbonate de sodium (Na 2 CO 3) de 1 % à l’aide d’un bain à ultrasons standard (35 kHz) préchauffé à 42 ° C et une puissance sonore de 100 %. Pour arrêter la réaction immédiatement, secouez la résister pendant 1 min dans un bain d’HCl 1 % dans un agitateur orbital. Rincer et sécher chaque couche DFR, tel que décrit à l’étape 1.2.3. 
		Remarque : Au total, quatre couches DFR doivent être traités comme indiqué dans l’étape 1.7 : couche un canal, un couvre couche et deux couches de dos (empêchant le biocapteur de plier à la fin).</li>
	</ol></li> <li>Des couches de stratification de la DRF sur le substrat PI.
	<ol><li>Placer la plaquette PI sur une feuille de frais généraux de transparence et fixez-le à l’aide d’un ruban adhésif standard. Ajuster la couche de canal DFR sur la plaquette PI sous un microscope, en utilisant les structures respectives alignement.</li>
		<li>Pour la stratification, utiliser une plastifieuse standard de pain chaud et préchauffer le rouleau supérieur à 100 ° C et le rouleau inférieur à 60 ° C. régler la pression à 3 bars, avec une vitesse de 0,3 m/min. Place la gaufrette avec la couche DFR fixe au milieu de la plastifieuse et Démarrez-le ; la DRF est poussée par la plastifieuse. Répétez l’étape après avoir tourné la gaufrette de 180°.</li>
		<li>Pour éviter la flexion du biocapteur, stratifié les deux couches de dos développés sur la plaquette suivant étapes 1.8.1-1.8.2.</li>
	</ol></li> <li>Employant une barrière hydrophobe s’arrêter et la puce d’étanchéité.
	<ol><li>Enlever la couche protectrice de la face avant du chenal DFR laycateur en plaçant un ruban adhésif standard à une extrémité de la DRF et en tirant vers le haut. Utiliser un distributeur de main avec tubes de 0,004 composant logiciel enfichable pour distribuer des petites gouttelettes de polytétrafluoroéthylène dissous dans les puits de la couche d’isolation. Pour sceller la puce microfluidique, laminé la pellicule protectrice DFR sur la couche de canal, tel que décrit à l’étape 1.8.</li>
	</ol></li> <li>Dur la cuisson les biocapteurs microfluidiques.
	<ol><li>Supprimer tous les protecteur feuilles sur la couverture et le dos de couches DFR. Couper les biocapteurs en lanières à l’aide d’une paire de ciseaux d’ordinaire. Guérir les puces dans un four à 160 ° C pendant 3 h</li>
	</ol></li></ol> 2. MODE OPERATOIRE immobilisation sur puce <ol><li>Adsorption d’avidine dans le domaine de l’immobilisation de la chaîne.
	<ol><li>Préparer une solution d’avidine 100 µg/mL en 10 mM tampon phosphate salin (PBS) à un pH de 7.4.</li>
		<li>Distribuer 2 µL de la solution de l’avidine à la prise du biocapteur. 
		Remarque : Le canal est rempli par des forces capillaires jusqu'à ce que le liquide atteigne la barrière hydrophobe arrêt.</li>
		<li>Pour s’assurer que la fluidique continue d’arrêt à la barrière pendant le temps entier d’incubation, administrer 2 µL de DI-l’eau à la sortie de la puce. Incuber la puce à 25 ° C pendant 1 h dans un récipient fermé.</li>
		<li>Supprimer excès réactifs grâce à l’entrée de la puce en appliquant un vide. Laver le canal avec 50 µL de tampon de lavage (PBS avec 0,05 % Tween 20), distribué à la sortie alors que le vide est appliqué. Sécher le canal pendant 30 s, tandis que le vide est appliqué.</li>
	</ol></li> <li>Bloquer la surface du canal pour inhiber la liaison non-spécifique.
	<ol><li>Préparer une solution d’albumine sérique bovine (BSA) de 1 % en 10 mM PBS à un pH de 7.4.</li>
		<li>Pipette 2 µL de la solution de BSA 1 % sur l’entrée et 2 µL de DI-l’eau à la sortie du canal. Incuber la puce à 25 ° C pendant 1 h dans un récipient fermé. Retirez l’excès réactifs et sécher le canal comme indiqué au point 2.1.4.</li>
	</ol></li> <li>Oligos d’incubation de l’ADN marqué avec biotine et 6-Fam.
	<ol><li>Préparer à différentes concentrations (0,001-5 µM) de la solution d’ADN en 10 mM PBS à un pH de 7.4.</li>
		<li>Distribuer 2 µL d’une concentration de la solution d’ADN sur l’entrée et 2 µL de DI-l’eau à la sortie. Incuber la puce à 25 ° C pendant 15 minutes dans un récipient fermé.</li>
		<li>Répéter l’étape 2.3.2 pour les autres concentrations d’ADN à l’aide de jetons supplémentaires biocapteur.</li>
		<li>Enlever les excès réactifs et sécher le canal comme indiqué au point 2.1.4.</li>
	</ol></li> <li>Anticorps marqués immobilisation de GOx de 6-FAM.
	<ol><li>Formuler une concentration de 5 µg/mL d’anticorps 6-FAM en 10 mM PBS à un pH de 7.4.</li>
		<li>Introduire 2 µL de la solution d’anticorps à l’entrée et 2 µL de DI-l’eau à la sortie du canal. Incuber les anticorps marqués à 25 ° C pendant 15 minutes dans un récipient fermé. Retirez l’excès réactifs, comme indiqué au point 2.1.4.</li>
	</ol></li></ol> 3. Ampérométrique Signal Detection Using la Technique coule-Stop <ol><li>préparation de la solution de substrat pour la détection électrochimique.
	<ol><li>Formuler une solution de glucose de 40 mM dans du PBS de 0,1 M à un pH de 7,4 à ultra-pures.</li>
		<li>Pour le traitement préliminaire, préparer une solution de PBS de 0,1 M à pH 7,4 dans ultra-pures.</li>
	</ol></li> <li>Traitement préliminaire des électrodes travail.
	<ol><li>Utiliser le support de la puce sur mesure afin de permettre la mise en place facile de la puce et un lien fluidique et électrique.</li>
		<li>Connecter électriquement le biocapteur au potentiostat. Assurer le contact fluidique du canal microfluidique un pousse-seringue et le réservoir de réactif à l’aide de l’adaptateur sur mesure et les tubes. Démarre l’ordinateur portable qui est connecté à la potentiostat et démarrer le contrôleur de pompe seringue, contrôle de la circulation fluidique grâce à la puce.</li>
		<li>Démarrer manuellement, le pousse-seringue avec du PBS de 0,1 M à un débit de 20 µL/min. À l’électrode de travail par rapport à l’électrode de référence sur puce, appliquer une tension alternative de 0,8 et de -0,05 V pour 5 s chaque 30 cycles. Suite à cela, s’oxydent l’électrode de travail en appliquant une tension de 0,8 V pendant 60 s.</li>
	</ol></li> <li>Lecture de test en utilisant la technique d’arrêt de débit.
	<ol><li>Pour commencer la lecture du signal test, attendez jusqu'à ce que le signal mesuré actuel se stabilise. Arrêter la pompe de seringue et basculer le réactif de PBS de 0,1 M à la solution de glucose de 40 mM et démarrez le logiciel sur le contrôleur de pompe seringue ; Il s’arrête automatiquement l’écoulement pour 1, 2 ou 5 min et va redémarrer puis le débit à nouveau. Observez la pointe de courant qui en résulte. 
		Remarque : Pour l’analyse des données, la pointe de courant ou de la charge du PIC sont envisageables, comme décrit dans le modèle d’un affichage de signal électrochimique ( Figure 2).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Le protocole présenté ici pour la fabrication d’un Biocapteur électrochimique microfluidique permet le développement d’une plate-forme abordable, compact et facile à utiliser pour la détection des biomolécules. Selon le test utilisé par la suite sur le biocapteur, plusieurs différents biomarqueurs peuvent être détectées. Cela rend la plate-forme très polyvalent et fournit un accès étendu à divers domaines d’application, des tests de diagnostic standards (p. ex., déterminer la présence de certaines maladies chez ...

Pendant les deux dernières décennies, les applications diagnostiques sont devenus élémentaires pour des études approfondies sur le développement de la santé publique mondiale. Traditionnellement, les outils de diagnostic de laboratoire sont utilisées pour la détection des maladies. Même s’ils jouent encore un rôle essentiel dans le diagnostic des maladies, point-of-care test (FAOP) effectué à proximité du patient ou par le patient lui-même est devenu de plus en plus monnaie courante ces dernières années. Surtout dans de tels cas nécessitant un traitement immédiat, tels que l’infarctus aigu du myocarde ou de suivi de diabète, la confirmation rapide d’une constatation clinique est indispensable. Par conséquent, il y a un besoin croissant de dispositifs FAOP qui peut être utilisé par des non-spécialistes et qui sont en même temps capables d’effectuer des tests de diagnostic précis en vitro dans un court laps de temps1,2,3,4 .
Des améliorations remarquables ont été accomplis dans le domaine de la FAOP. Cependant, il existe encore de nombreux défis à surmonter5,6,7,8. Pour une plate-forme de FAOP qui sera lancé avec succès sur le marché et d’être compétitifs avec les diagnostics de laboratoire, l’appareil doit strictement remplir les exigences suivantes : (i) fournir des résultats précis et quantitatives qui sont en accord avec le laboratoire constatations ; (ii) avoir court échantillon-à-résultat fois, ce qui permet le traitement immédiat du patient ; (iii) disposent d’une manipulation simple et facile, même lorsque utilisé par des personnes inexpérimentées et nécessitent l’intervention de l’utilisateur réduite ; et (iv) comprennent un détecteur de faible coût conçu pour les applications à usage unique. En outre, exempte d’équipement diagnostic est favorables, principalement dans des environnements pauvres en ressources3,4,6.
En raison de ces exigences sévères, que deux systèmes FAOP basés sur détection électrochimique (p. ex., bandelettes de test glycémique) et sur les immuno-essais écoulement latéral (p. ex., les tests de grossesse maison) ont été lancés avec succès sur le marché ainsi jusqu'à maintenant. Cependant, les deux systèmes souffrent de désavantages comme mauvaises performances (c'est-à-dire sang surveillance du glucose a résultats inexacts et essais d’écoulement latéral fournissent seulement des résultats de mesure qualitative de (positifs ou négatifs))4, 6. Ces inconvénients des systèmes conventionnels de FAOP ont conduit à une demande croissante sur l’exploration de nouvelles technologies qui offrent une détection rapide, peu coûteux et quantitative au point de soins4,5.
Pour relever ces défis de dispositifs FAOP, technologie DFR a été récemment employée pour la fabrication de biocapteurs jetables et low-cost9,10,11,12, 13 , 14. par rapport aux matériaux lithographiques mou et liquides, comme le PDMS ou SU-8, DRJ présente de nombreux avantages : (i) sont disponibles dans une variété de compositions et d’épaisseurs (de quelques microns à quelques millimètres) ; (ii) ont une surface très rugueuse, qui facilite l’adhérence aux différents matériaux ; (iii) uniformité d’épaisseur excellente fonctionnalité ; (iv) offrir à peu de frais, facile et haut débit de fabrication pour la production de masse ; (v) sont facile à couper avec divers outils de faible coût, comme une simple paire de ciseaux ; et (vi) permettent la création de structures tridimensionnelles, comme canaux microfluidiques, par empilement des couches multiples de DFR uns sur les autres.
En revanche, DRJ ont en général une résolution relativement faible par rapport aux résines photosensibles liquides, qui sont principalement causés par l’épaisseur du film et de la distance accrue entre le masque et la DRF en raison de la pellicule protectrice, ce qui permet en outre de lumière diffusion. Pourtant, pour la fabrication de biocapteurs microfluidiques intégrée, DRJ est parfaitement adapté à la production de masse de faible coût.
Donc, nous présentons dans ce travail la fabrication et l’application d’un biocapteur axée sur la DFR électrochimique microfluidiques. Le protocole détaillé décrit chaque étape de production de la plateforme de biocapteurs, l’immobilisation sur puce d’un essai de modèle basé sur l’ADN et sa lecture électrochimique en utilisant la technique d’arrêt de débit. Cette plateforme universelle permet la détection de nombreuses sortes de biomolécules, utilisant des technologies de test différents (p. ex., génomique, cellomics et la protéomique) ou formats de test (p. ex., concurrentiel, sandwich ou direct). Basé sur une telle plate-forme DFR, notre groupe précédemment démontré avec succès la quantification rapide et sensible des analytes différents, y compris les antibiotiques13,15,16 (tétracycline, pristinamycine et ß-lactamines), troponine j’ai17et18de la substance P.

<table><tbody><tr><td>Material</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>AP8525R</td><td>Utilisé comme substrat polyimide</td></tr><tr><td>MA-N 1420</td><td>Micro Resist Technology</td><td>MA-N1420</td><td>Lift-off respit pour définir la déposition de platine</td></tr><tr><td>Ma-D 533s</td><td>Micro Resist Technology</td><td>MaD533S</td><td>Développeur pour MA-N1420</td></tr><tr><td>Platinum</td><td>-</td><td>-</td><td>Matériau de l’électrode et du tampon de contact</td></tr><tr><td>Ma-R 404s</td><td>Micro Resist Technology</td><td>MaR404S</td><td>Remover pour MA-N1420</td></tr><tr><td>SU-8 3005</td><td>MicroChem Corp.</td><td>SU-8-3005</td><td>Photorésine pour définir la surface de l’électrode et comme isolant</td></tr><tr><td>Acétate de 1-méthoxy-2-propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108-65-6</td><td>Révélateur pour SU-8 3005</td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>VWR</td><td>8.18766.2500</td><td>Retrait du révélateur SU-8</td></tr><tr><td>1020R</td><td>Ultron Systems Inc.</td><td>1020R</td><td>Ruban adhésif sensible aux UV pour la protection des tampons de contact</td></tr><tr><td>Arguna S</td><td>Degussa</td><td>1935</td><td>Pour le dépôt d’argent sur l’électrode de référence</td></tr><tr><td>KCl</td><td>Methrom</td><td>62308.020</td><td>Pour la chloration de l’électrode de référence en argent</td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>PC1025</td><td>Film sec photosensible</td></tr><tr><td>Sodium carbonat</td><td>Fluka</td><td>71352</td><td>Révélateur pour Pyralux PC1025</td></tr><tr><td>Chlorure d’hydrogène</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30720</td><td>Pour couronner le développement du DFR</td></tr><tr><td>Téflon AF 1600</td><td>DuPont</td><td>AF1600</td><td>Pour l’utilisation de la barrière d’arrêt</td></tr><tr><td>Nom</td><td>Entreprise</td><td>Numéro de catalogue</td><td>Commentaires</strong</td></tr><tr><td>>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PA104</td><td>Mega Electronics-Bubble</td><td></td> <td>etch tank</td></tr><tr><td>FED 53</td><td>Binder</td><td>9010-0018</td><td>Four</td></tr><tr><td>SPIN150</td><td>APT-Spin</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>coater Pr&auml ; zitherm</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>PZ 28-2</td><td>Plaque chauffante</td></tr><tr><td>Hellas</td><td>Bungard Elektronik</td><td>40000</td><td>Unité d’exposition</td></tr><tr><td>Tetra30-LF-PC</td><td>Diener-Unité</td><td></td> <td>plasma</td></tr><tr><td>Univex 500</td><td>Leybold-Unité de</td><td></td> <td>dépôt physique en phase vapeur</td></tr><tr><td>Shaker S4</td><td>ELMI-Vibrateur</td><td></td> <td>orbital</td></tr><tr><td>Sonorex Super 10 P</td><td>Bandelin</td><td>783</td><td>Bain sonique</td></tr><tr><td>6221 DC et AC</td><td>Keithley-Source</td><td></td> <td>de courant</td></tr><tr><td>HRL 350</td><td>Ozatec-Unité</td><td></td> <td>de lamination</td></tr><tr><td>Stylo sous vide</td><td>EFD-Stylo</td><td></td> à <td>vide</td></tr></tbody></table>

feuil sec axée sur la résine photosensible de biocapteurs microfluidiques électrochimiques plate-forme : fabrication de dispositifs, préparation de dosage sur puce et fonctionnement du système

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

Ces dernières années, diagnostic biomarqueur est devenu un outil indispensable pour le diagnostic de la maladie humaine, en particulier pour les diagnostics de point-of-care. Une plateforme facile à utiliser et peu coûteux de capteur est hautement souhaitée pour mesurer différents types d’analytes (p. ex., biomarqueurs, hormones et des médicaments) quantitativement et spécifiquement. Pour cette raison, la technologie de résine photosensible feuil sec - permettant pas cher, fabrication facile et haut débit - servait à fabriquer les biocapteurs microfluidiques présentées ici. Selon l’essai biologique utilisé par la suite, la plate-forme polyvalente est capable de détecter différents types de biomolécules. Pour la fabrication de l’appareil, les électrodes de platine sont articule autour d’une feuille souple polyimide (PI) dans l’étape du processus de salle blanche seulement. La feuille PI sert de substrat pour les électrodes, qui sont isolés avec un photosensible à base d’époxy. Le canal microfluidique est ensuite généré par le développement et le laminage de feuilles de résine photosensible (DFR) feuil sec sur la plaquette de la PI. En utilisant une barrière hydrophobe s’arrêter dans le canal, le canal est divisé en deux domaines spécifiques : une section d’immobilisation pour le dosage immunoenzymatique et une cellule de mesure électrochimique pour la lecture du signal ampérométrique.
L’immobilisation de l’essai biologique sur puce est interprétée par l’adsorption de la biomolécules à la surface du canal. L’enzyme oxydase de glucose est utilisé comme un capteur pour la génération de signaux électrochimiques. En présence du substrat, glucose, peroxyde d’hydrogène est produit, qui est détecté à l’électrode de travail platine. La technique de coule-stop est appliquée pour obtenir l’amplification du signal avec une détection rapide. Biomolécules différent peut être mesurée quantitativement au moyen du système microfluidique introduite, ce qui donne une indication des différents types de maladies, ou, en ce qui concerne les drogues thérapeutiques surveillance, facilitant une thérapie personnalisée.

Conception et Fabrication de la plate-forme de biocapteurs microfluidiques :
La fabrication des puces microfluidiques biocapteur est réalisée sur le wafer-niveau par des techniques photolithographiques standard utilisant des couches multiples de DFR. Cette stratégie de fabrication repose sur la stratification de couches développés de DRJ sur un substrat de PI platine à motifs, formant des canaux microfluidiques. Un bref résumé décr...

Une plateforme de biocapteurs microfluidiques a été conçue et fabriqué en utilisant la technologie de résine photosensible feuil sec peu coûteux pour la quantification rapide et sensible des analytes différents. Ce système à usage unique permet la lecture électrochimique du-puce-immobilisé les dosages-enzymatique au moyen de la technique d’arrêt de débit.

Feuil sec axée sur la résine photosensible de biocapteurs microfluidiques électrochimiques plate-forme : Fabrication de dispositifs, préparation de dosage sur puce et fonctionnement du système

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

L'objectif général de cette procédure est de présenter une plateforme polyvalente de biocapteur électrochimique microfluidique basée sur une technologie peu coûteuse utilisant une résine photosensible en film sec, capable de mesurer divers types d'analites selon le dosage par enzyme liée immobilisée ultérieurement utilisé. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des tests diagnostiques rapides, comme la quantification de différents médicaments, tels que les antibiotiques, ou le diagnostic de diverses maladies telles que le cancer. Le principal avantage de cette technique réside dans le fait que le biocapteur présenté ici repose principalement sur des matériaux peu coûteux, est facile à utiliser et offre une grande polyvalence en termes d'applications.La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car les étapes liées aux résines photosensibles sèches sont difficiles à maîtriser en raison de la manipulation qui exige une grande quantité de formation et de pratique. La démonstration de l'immobilisation et de la mesure du test sur puce sera effectuée par Eva Grether, une assistante étudiante de mon équipe. Commencez par découper un substrat de polyimide (PI) en plaquettes rondes de six pouces. Ensuite, placez la plaquette de PI dans un four à 120 degrés Celsius pendant environ une heure pour une cuisson de déshydratation. Pour effectuer la première étape de photolithographie destinée au procédé de soulèvement, programmez le spin-coater pour une durée de rotation de 30 secondes à 3000 tr/min avec une accélération de 2000 tr/min par seconde. Placez la plaquette de PI sur le spin-coater et fixez-la en appliquant un vide.Ensuite, lancez le programme du spin coater et déposez deux millilitres d'une résine, permettant ainsi le procédé de soulèvement. Retirez la plaquette du spin coater et effectuez un pré-recuit de la plaquette en polyimide sur une plaque chauffante pendant deux minutes à 100 degrés Celsius. Ajustez manuellement le masque souhaité pour la structuration des électrodes sur la plaquette en polyimide et exposez-la à 400 millijoules par centimètre carré de lumière UV.Ensuite, placez la plaquette dans un récipient rempli d'un révélateur adapté à la résine, sur un agitateur orbital, et laissez agiter légèrement pendant une minute. Une fois la résine excédentaire éliminée, rincez la plaquette de polyimide à l'eau déionisée à l'aide d'une douche sur un poste humide, puis séchez-la à l'air comprimé. Déposez ensuite du platine pour la formation des électrodes en utilisant un procédé standard de dépôt physique en phase vapeur afin de déposer 200 nanomètres de platine sur la plaquette.Après avoir placé la plaquette dans un récipient, ajouter le solvant correspondant dans le récipient et éliminer la résine de soulèvement, tout en agitant légèrement la plaquette sur un agitateur orbital jusqu'à ce que tout le platine excédentaire soit retiré. Après rinçage et séchage de la plaquette en PI comme précédemment, effectuer la deuxième étape de photolithographie et nettoyer les électrodes comme décrit dans le protocole écrit. Ensuite, isoler les plots de contact en platine de la plaquette à l'aide d'un ruban adhésif sensible aux UV.Pour ce faire, découpez la feuille d'aluminium en bandes de cinq millimètres de large et de 11 centimètres de long, puis fixez-les sur la plaquette afin de protéger les parties qui ne doivent pas être recouvertes d'argent. Pour le dépôt d'argent, placez un bain à ultrasons dans une hotte aspirante et insérez un récipient contenant la solution électrolytique d'argent dans le bain. Réglez le bain à ultrasons à température ambiante et réduisez la puissance à 10 %. Connectez le contact massif des électrodes de référence à une source de courant constant.Ensuite, reliez l'électrode auxiliaire, un fil d'argent immergé dans la solution électrolytique d'argent, à la source de courant à l'aide de câbles de connexion standards. Réglez la source de courant en courant continu (CC) avec une densité de courant d'environ 4,5 milliampères par centimètre carré, ce qui entraîne un taux de dépôt d'argent d'environ 0,3 micron par minute. Démarrez le bain à ultrasons et laissez la source de courant fonctionner pendant 10 minutes.Après 10 minutes, rincez la plaquette avec de l'eau déionisée. Pour effectuer la troisième étape de photolithographie, commencez par découper les couches de résine photosensible en film sec à une taille similaire à celle de la plaquette. Fixez le masque souhaité sur l'unité d'exposition et alignez la couche DFR sur le masque à l'aide de l'œil nu.Ensuite, exposez la résine à une dose de 250 millijoules par centimètre carré de lumière UV. Retirez le film protecteur de la résine photosensible et révélez la résine pendant environ deux minutes dans une solution de carbonate de sodium à 1 %, à l’aide d’un bain ultrasonique préchauffé à 42 degrés Celsius et réglé à une puissance ultrasonore de 100 %. Pour arrêter immédiatement la réaction, agitez la résine pendant une minute dans un bain d’acide chlorhydrique à 1 % sur un agitateur orbital. Rincez et séchez chaque couche DFR comme précédemment.Pour stratifier les couches de DFR sur le substrat de PI, placez la plaquette de PI sur un film transparent pour rétroprojecteur et fixez-la à l'aide d'un ruban adhésif standard. Ajustez la couche de DFR du canal sur la plaquette de PI sous un microscope en utilisant les structures d'alignement respectives. Pour le stratifiage, utilisez un laminator thermique standard et préchauffez le rouleau supérieur à 100 degrés Celsius et le rouleau inférieur à 60 degrés Celsius.Régler la pression à trois bars avec une vitesse d'avancement de 0,3 mètre par minute. Placer la plaquette avec la couche DFR fixée au milieu du laminateur et lancer l'opération afin que la couche DFR traverse le laminateur. Répéter l'étape après avoir tourné la plaquette de 180 degrés.Ensuite, retirez la couche protectrice du côté avant de la couche de canal DFR en plaçant un ruban adhésif standard à une extrémité du DFR et en le tirant vers le haut. Utilisez un distributeur manuel équipé de tubes de 0,004 pouce pour déposer de petites gouttelettes de polytétrafluoroéthylène dissous dans les puits de la couche d'isolation. Pour sceller la puce microfluidique, appliquez la couche DFR de couverture sur la couche de canal comme précédemment.Ensuite, effectuez la cuisson finale du biosenseur microfluidique en retirant d'abord toutes les feuilles protectrices des couches DFR du couvercle et de la face arrière. Découpez les biosenseurs en bandes à l'aide d'une paire de ciseaux ordinaire. Enfin, durcissez les puces dans un four à 160 degrés Celsius pendant trois heures.Pour absorber l'avidine dans la zone d'immobilisation du canal, déposez deux microlitres de la solution d'avidine à l'entrée du biocapteur. Pour s'assurer que le fluide s'arrête bien au niveau de la barrière pendant toute la durée de l'incubation, déposez deux microlitres d'eau déionisée sur la sortie de la puce. Incubez la puce à 25 degrés Celsius pendant une heure dans un récipient fermé.Éliminer les réactifs en excès par l'entrée de la puce en appliquant un vide. Ensuite, laver le canal avec 50 microlitres de tampon de lavage dispensé à la sortie pendant l'application du vide. Sécher le canal pendant 30 secondes sous vide.Bloquez la surface du canal pour inhiber la liaison non spécifique en introduisant deux microlitres de solution de BSA à 1 % à l'entrée et deux microlitres d'eau déionisée à la sortie du canal. Incubez la puce à 25 degrés Celsius pendant une heure dans un récipient fermé, puis retirez les réactifs d'accès et séchez le canal comme précédemment. Ensuite, incubez les oligonucléotides d'ADN marqués avec de la biotine et six FAM en dispensant deux microlitres d'une concentration de la solution d'ADN à l'entrée et deux microlitres d'eau déionisée à la sortie.Incuber la puce à 25 degrés Celsius pendant 15 minutes dans un récipient fermé avant de retirer les réactifs d'accès et de sécher le canal. Pour immobiliser les anticorps anti-glucose oxydase marqués par six FAM, introduire deux microlitres de la solution d'anticorps à l'entrée et deux microlitres d'eau déionisée à la sortie du canal. Incuber à nouveau les anticorps marqués à 25 degrés Celsius pendant 15 minutes dans un récipient fermé avant de retirer les réactifs en excès.Appliquez l'espacement PMMA fluidique sur le biocapteur et reliez électriquement le biocapteur au potentiostat. Établissez la connexion fluidique entre la pompe à seringue et le biocapteur à l'aide de l'adaptateur fluidique. Démarrez manuellement la pompe à seringue avec un PPS 0,1 molaire à un débit de 20 microlitres par minute.Appliquer 30 cycles d'une tension alternative de 0,8 et 0,05 volts pendant cinq secondes chacun à l'électrode de travail par rapport à l'électrode de référence intégrée sur la puce. Ensuite, oxyder l'électrode de travail en appliquant une tension de 0,8 volts pendant 60 secondes. Pour commencer la lecture du signal de dosage, attendre que le signal de courant mesuré se stabilise.Arrêtez la pompe à seringue et remplacez le réactif de PPS 0,1 molaire par une solution de glucose à 40 millimolaire avant de démarrer le logiciel sur le contrôleur de la pompe à seringue. Après avoir arrêté automatiquement l'écoulement pendant une, deux ou cinq minutes, la pompe à seringue redémarrera ensuite l'écoulement. Observez le pic des courants obtenus.Le biocapteur électrochimique contient un seul canal microfluidique comportant deux zones distinctes séparées par une barrière hydrophobe d'arrêt. La zone d'immobilisation, où le test est immobilisé par simple absorption des biomolécules, et la cellule électrochimique où la lecture ampérométrique du test est effectuée. Pour la lecture ampérométrique du biocapteur, on utilise la technique dite de « stop-flow ».Tout d'abord, un débit constant du substrat de l'enzyme, le glucose, est appliqué. Une fois que le signal se stabilise, le débit est arrêté. Pendant la phase d'arrêt, le glucose est converti en peroxyde d'hydrogène et s'accumule dans le canal.En redémarrant le flux, le peroxyde d'hydrogène est entraîné à travers la cellule électrochimique où il est détecté, produisant un pic de courant. Selon la quantité d'analyte lié, et donc la quantité de glucose oxydase liée, la hauteur du signal varie, ce qui donne une courbe d'étalonnage type, comme celle illustrée ici. Une fois maîtrisée, la fabrication du biocapteur peut être réalisée en environ 10 heures si elle est effectuée correctement.Bien que le temps d'incubation et de détection de l'analyse dépende du type d'analyse utilisé, il peut généralement être réalisé en moins de trois heures. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre la fabrication, la préparation de l'analyse sur puce et le fonctionnement des biocapteurs électrochimiques basés sur une résine photosensible sèche. Lors de la réalisation de cette procédure, il est important de s'assurer que toutes les étapes du protocole sont strictement suivies et exécutées avec la plus grande précaution.Étant donné que les performances du capteur dépendent fortement du procédé de fabrication. Les implications de cette technique s'étendent à la médecine personnalisée, couvrant le diagnostic sur site de différents types de maladies et de médicaments, et facilitant ainsi une thérapie individualisée. N'oubliez pas que le travail avec des solutions électrolytiques d'argent peut être extrêmement dangereux, et que des précautions telles que le port de lunettes de sécurité et de gants appropriés doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette procédure.

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Feuil sec axée sur la résine photosensible de biocapteurs microfluidiques électrochimiques plate-forme : Fabrication de dispositifs, préparation de dosage sur puce et fonctionnement du système

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