Name: biomems in diagnostics and miniaturization
Uploaded: 2023-04-30T06:32:23.000Z
Duration: 8 min 28 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">
באמצעות שימוש בנפחי דגימה וריאגנט נמוכים, כמו גם עיבוד מקביל, מזעור התקנים אנליטיים בקנה המידה הזעיר חוסך זמן ועלות. מכשירים זעירים אלה מכונים ביו מיקרו-אלקטרו-מכני התקנים הידועים גם בשם BioMEMs. BioMEMs משמשים כמכשירי אבחון ממוזערים ב- vivo או במבחנה ויכולים לבצע פונקציות שונות כגון דגימה, תגובות סינון או זיהוי. בנוסף, הממדים שלהם מאפשרים רגישות וסלקטיביות משופרות במכשירים אנליטיים. וידאו זה יציג התקני BioMEMs נפוצים המשמשים במחקר, שיטות ייצור בולטות ואתגרים מרכזיים בתחום.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
התקני BioMEM מיוצרים בדרך כלל בטכניקות מיקרו-פייבר בחדר נקי ויש להם לפחות ממד אחד בסולם המיקרומטר. עם הייצור, המכשיר משולב מכשור גדול יותר. התקני BioMEM נפוצים הם מערכות ניתוח מיקרו-סה"כ, הנקראות גם מעבדה על שבב. מערכות אלה מבצעות ניתוח ספציפי כולו או חלקו. לדוגמה, התקנים מיקרופלואידיים הם אחד הסוגים הנפוצים ביותר של מערכות Lab-on-a-chip. התקנים מיקרופלואידיים מחזיקים ערוצים מיקרו-בקנה מידה על שבב, המאפשרים הפרדות צבע, תגובות ומדידות עם נפחי מדגם קטנים. בגלל הממדים microscale, התקנים אלה משתמשים זרימה מונחה לחץ או פעולה נימית כדי להעביר ניתוחים או ריאגנטים דרך הערוצים. מאז המערכת משתמשת זרימה למינאר, העברה המונית וערבוב מבוסס דיפוזיה. זה מועדף על פני זרימה סוערת, שבו ערבוב הוא כאוטי ולא סדיר. בנוסף, הממדים מאפשרים יחס שטח-נפח גבוה במערכות המשתמשות בזרז או באנזים הקשורים לפני השטח. פעולה זו מעודדת אינטראקציות משופרות בין ניתוחים בזרם הנוזלים לבין הרכיבים הקשורים לשירות. לבסוף, בשל גודלם הקטן, העברת חום מהירה ואחידות אפשרית. זה מאפשר שליטה ואחידות משופרת במהלך חימום מדגם. מערכות אלה משמשות אפוא למגוון רחב של יישומי אבחון או אפילו לייצור מיקרו-חלקיקים. עכשיו כשהצגנו את BioMEMs, בואו נסתכל על איך הם בדרך כלל מפוברקים.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
החומר הנפוץ ביותר המשמש עבור BioMEMs, במיוחד התקני מעגל משולבים, הוא סיליקון. ופלים מסיליקון משמשים בדרך כלל כחומר המצע שבו צורות ודפוסים נוצרים על גבי או אפילו חרוט על פני השטח. פולימרים משמשים לעתים קרובות, כמו גם הם פחות יקרים ולפעמים קל יותר לתפעל ולהכין. פולימרים מאפשרים שכפול פשוט של מבנים מורכבים באמצעות הזרקת דפוס, הדגמה או עיצוב העתק. לבסוף, מתכות משולבות BioMEMs כדי לאפשר ייצור משופר של מעגלים בקנה מידה מיקרו. מתכות כגון זהב, כסף וכרום מופקדות בשכבות באמצעות אלקטרופלציה או אידוי. רוב המיקרו-מבנים המורכבים מפוברקים באמצעות פוטוליתוגרפיה, טכניקה המשמשת ליצירת מצע באמצעות אור. המצע, בדרך כלל רקיק סיליקון, מצופה תחילה בחומר תגובתי UV הנקרא פוטורסיסט. לאחר מכן התבנית מועברת ממסיכה למצע מצופה באמצעות אור UV. לאחר שלבי עיבוד שונים דפוס זה חרוט לצמיתות לתוך מצע הסיליקון ומשאיר מבנה תלת מימדי. טכניקה נוספת, המשמשת לעתים קרובות בשילוב עם פוטוליתוגרפיה, היא ליטוגרפיה רכה. ליטוגרפיה רכה היא טכניקה המשתמשת בפולימרים כדי לשכפל מבנים תלת-ממדיים. זה נקרא ליטוגרפיה רכה כי פולימרים אלסטומריים משמשים בדרך כלל. האלסטומר הנפוץ ביותר המשמש לכך הוא פולידימתילסילוקסן, או PDMS. PDMS הוא אלסטומר מבוסס סיליקון כי הוא ברור אופטית, לא רעיל, אינרטי. PDMS נשפך ישירות על מבנה המיקרו, ואז מתפרק ומתרפא. טכניקה זו מאפשרת שכפול של מבנים מורכבים ללא צורך בשלבי עיבוד מסובכים או יקרים.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
למרות שיטות הייצור המבוססות היטב, ישנם אתגרים הקשורים בהכנת מכשירי BioMEM ושימוש בהם. ראשית, התקני BioMEM משתמשים בתכונות תת-מיקרומטר אשר יכול להיות קשה לפברק כאשר הם מורכבים מאוד או דורשים שכבות מרובות. מזעור גם מציב אתגרים פיזיים שלא ייתקלו בהם בקנה מידה גדול. לדוגמה, פגמים בגסות פני השטח, קטרי הערוצים או מולקולות מורכבות בתוך ההתקן, מוגברים בשל קנה המידה הקטן, ויכולים לשנות את פונקציית ההתקן. אתגר נוסף הוא זיהום. התקני BioMEM חייבים להיות בקשר עם הסביבה, אך יש להגן עליהם בו-זמנית. אבק, ביומולקולים לא רצויים או חלקיקים אחרים יכולים לזהם בקלות את המבנים בקנה מידה זעיר המפחיתים או הורסים לחלוטין את פונקציונליות המכשיר. לכן, ייצור של מכשירים אלה בחדר נקי עדיף על מנת למזער את הזיהום. מערכות ממוזערות אלה משמשות לעתים כהוכחת התקני קונספט שבסופו של דבר מוגדלים כדי להתאים לניתוח של כרכים גדולים או ניתוח. עם זאת, זה יכול להוות אתגר משמעותי. לדוגמה, שינוי קנה מידה של התקן microfluidic לממדים גדולים יותר יגרום לשינויים משמעותיים בזרימת הנוזלים ובהתנהגות העברת ההמונים. כתוצאה מכך, לא ניתן לשכפל את התוצאה הרצויה בקנה מידה גדול ובכך להגביל את קנה המידה עד לשימוש במכשירים קטנים רבים.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_4">
התקני BioMEM משמשים במגוון רחב של יישומים במחקר ביואנליטי. לדוגמה, מכשירים מיקרופלואידיים יכולים להיות מועסקים כגורמי ביו-ריאקטורים בנפח קטן במיוחד. במחקר זה נעשה שימוש ביו-כור פיקו-ליטר לניתוח תאים בודדים. תאים בודדים נכנסו לתא והצליחו לגדול ולהתחלק. ככל שצפיפות התאים הכוללת גדלה במהלך הצמיחה, תאים בודדים יצאו מהכור בערוצים קטנים, מה שאפשר ניתוח תאים בודדים. זה איפשר מדידה ישירה של קצב גדילה, מורפולוגיה, והטרוגניות פנוטיפית ברמת התא הבודד. מיקרופלואידיקה משמשת גם כדי לאפשר הפרדה מהירה של ביומולקולים ורכיבים מיקרו-קשקשיים אחרים. בדוגמה זו, התקנים מיקרופלואידיים מסועפים שימשו להפרדת חרוזים ותאים בגודל דומה. חרוזים ותאים זרמו לתוך הערוצים והמכשיר אז מחובר למקור חשמלי כדי לגרום לשדה חשמלי. ללא השדה החשמלי המיושם, החרוזים זרמו בכל הערוצים. עם זאת, ברגע שהשדה הופעל, החרוזים כוונו רק דרך אחד. תערובת של חרוזים ותאים אז ניתן להפריד לערוצים שונים באמצעות טכניקה זו. לבסוף, התקני BioMEM משמשים לעתים קרובות כביו-קטרוניה זעירה. בדוגמה זו, טרנזיסטור אפקט שדה, או FET, נעשה בקנה המידה המיקרו. FETs להשתמש בשדה חשמלי כדי לשלוט על מוליכות חשמלית של חומר מוליך למחצה במכשיר. FET זה היה פונקציונלי עם ננו חוטי סיליקון ומולקולות בדיקה אשר רגישים לשינויים בסביבה. לאחר מכן הוא שימש לחוש מטרות ביולוגיות, כגון DNA או סמנים ביולוגיים.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
הרגע צפית בסקירה הכללית של יובה על ביומים. עכשיו אתה צריך להבין מה הם BioMEMs, כמה טכניקות נפוצות המשמשות כדי לפברק אותם, האתגרים שלהם וכיצד הם משמשים בתחום הביו-הנדסה. תודה שצפיתם.
</div>

לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.

סקירה כללית של התקני biomem

Overview of BioMEM Devices

מערכות ביו-מיקרו-מיקרואלקטריות, הנקראות גם BioMEMs, הן התקנים זעירים המאפשרים שימוש בנפחי דגימה וריגנט קטנים עבור התקני אבחון ב- vivo וב- vitro. התקנים אלה מבצעים פונקציות שונות כגון סינון, חישה או סינתזה על קנה המידה הזעיר, המאפשרים חיסכון בעלויות ורגישות משופרת.
וידאו זה מציג BioMEMs, נוגע בשימוש שלהם בתחום הביו-הנדסה, ומציג כמה שיטות בולטות המשמשות לייצור. בנוסף, סרטון זה דן בכמה אתגרים מרכזיים הקשורים למזעור מכשירים, כמו גם בחלק מהיישומים של הטכנולוגיה.

סקירה כללית של התקני BioMEM

Bio-microelectromechanical systems, also called BioMEMs, are microscale devices that enable the use of small sample and reagent volumes for diagnostic ...

באמצעות שימוש בנפחי דגימות וריאגנטים נמוכים כמו גם עיבוד מקביל, מזעור התקנים אנליטיים לקנה מידה מיקרו חוסך זמן ועלות. מכשירים זעירים אלה מכונים התקנים ביו-מיקרו-אלקטרו-מכניים הידועים גם בשם BioMEMs. BioMEMs משמשים כמכשירי אבחון ממוזערים in vivo או in vitro ויכולים לבצע פונקציות שונות כגון דגימה, תגובות סינון או זיהוי. בנוסף, הממדים שלהם מאפשרים רגישות וסלקטיביות משופרות במכשירים אנליטיים. סרטון זה יציג התקני BioMEMs נפוצים המשמשים במחקר, שיטות ייצור בולטות ואתגרים מרכזיים בתחום. מכשירי BioMEM מיוצרים בדרך כלל בטכניקות מיקרו-ייצור בחדר נקי ויש להם לפחות ממד אחד בקנה מידה מיקרומטרי. עם הייצור, המכשיר משולב במכשור גדול יותר. התקני BioMEM נפוצים הם מערכות ניתוח מיקרו-טוטאל, הנקראות גם מעבדה על שבב. מערכות אלו מבצעות ניתוח ספציפי כולו או חלקו. לדוגמה, מכשירים מיקרופלואידיים הם אחד הסוגים הנפוצים ביותר של מערכות מעבדה על שבב. למכשירים מיקרופלואידיים יש תעלות בקנה מידה מיקרו על שבב, המאפשרות לבצע הפרדות, תגובות ומדידות עם נפחי דגימה קטנים. בגלל הממדים המיקרו-סקאלים, מכשירים אלה משתמשים בזרימה מונעת לחץ או בפעולה נימית כדי להעביר אנליטים או ריאגנטים דרך התעלות. מכיוון שהמערכת משתמשת בזרימה למינרית, העברת מסה וערבוב מבוססת דיפוזיה. זה עדיף על פני זרימה טורבולנטית, שבה הערבוב כאוטי ולא סדיר. בנוסף, הממדים מאפשרים יחס משטח לנפח גבוה במערכות המשתמשות בזרז או אנזים הקשור למשטח. זה מעודד אינטראקציות משופרות בין אנליטים בזרם הנוזל ורכיבים קשורים לשירות. לבסוף, בשל גודלם הקטן, העברת חום מהירה ואחידה אפשרית. זה מאפשר שליטה ואחידות משופרות במהלך חימום הדגימה. מערכות אלו משמשות אפוא למגוון רחב של יישומי אבחון או אפילו לייצור מיקרו-חלקיקים. כעת, לאחר שהצגנו את BioMEMs, בואו נסתכל על האופן שבו הם מיוצרים בדרך כלל. החומר הנפוץ ביותר המשמש עבור BioMEMs, במיוחד התקני מעגלים משולבים, הוא סיליקון. פרוסות סיליקון משמשות בדרך כלל כחומר המצע שבו צורות ודפוסים נוצרים על גבי או אפילו חרוטים על פני השטח. לעתים קרובות משתמשים בפולימרים, כמו גם הם זולים יותר ולעיתים קלים יותר למניפולציה ולהכנה. פולימרים מאפשרים שכפול פשוט של מבנים מורכבים באמצעות הזרקה, הבלטה או יציקת העתק. לבסוף, מתכות משולבות ב-BioMEMs כדי לאפשר ייצור משופר של מעגלים בקנה מידה מיקרו. מתכות כגון זהב, כסף וכרום מופקדות בשכבות באמצעות ציפוי או אידוי. רוב המיקרו-מבנים המורכבים מיוצרים באמצעות פוטוליתוגרפיה, טכניקה המשמשת לעיצוב מצע באמצעות אור. המצע, בדרך כלל פרוסת סיליקון, מצופה תחילה בחומר מגיב UV הנקרא פוטו-רזיסט. לאחר מכן התבנית מועברת ממסכה למצע המצופה באמצעות אור UV. לאחר שלבי עיבוד שונים, דפוס זה נחרט לצמיתות במצע הסיליקון ומשאיר מבנה תלת מימדי. טכניקה נוספת, המשמשת לעתים קרובות בשילוב עם פוטוליתוגרפיה, היא ליתוגרפיה רכה. ליתוגרפיה רכה היא טכניקה המשתמשת בפולימרים כדי לשכפל מבנים תלת מימדיים. זה נקרא ליתוגרפיה רכה מכיוון שבדרך כלל משתמשים בפולימרים אלסטומריים. האלסטומר הנפוץ ביותר המשמש לכך הוא פולידימתילסילוקסן, או PDMS. PDMS הוא אלסטומר מבוסס סיליקון שהוא שקוף אופטית, לא רעיל, אינרטי. PDMS נשפך ישירות על המיקרו-מבנה, ואז משחרר גזים ונרפא. טכניקה זו מאפשרת שכפול של מבנים מורכבים ללא צורך בשלבי עיבוד מסובכים או יקרים. למרות שיטות הייצור המבוססות, ישנם אתגרים הקשורים להכנה ושימוש במכשירי BioMEM. ראשית, התקני BioMEM משתמשים בתכונות תת-מיקרומטריות שיכולות להיות קשות לייצור כאשר הן מורכבות ביותר או דורשות שכבות מרובות. מזעור מציב גם אתגרים פיזיים שלא ניתן היה להיתקל בהם בקנה מידה גדול. לדוגמה, פגמים בחספוס פני השטח, קוטר התעלה או מולקולות מורכבות בתוך המכשיר, מוגברים בשל קנה המידה הקטן, ויכולים לשנות את תפקוד המכשיר. אתגר נוסף הוא זיהום. התקני BioMEM חייבים להיות במגע עם הסביבה, אך חייבים להיות מוגנים מפניה. אבק, ביומולקולות לא רצויות או חלקיקים אחרים יכולים לזהם בקלות את המבנים בקנה מידה מיקרו ולהפחית או להרוס לחלוטין את פונקציונליות המכשיר. לפיכך, עדיף ייצור מכשירים אלה בחדר נקי על מנת למזער את הזיהום. מערכות ממוזערות אלה משמשות לפעמים כהוכחת קונספט מכשירים שבסופו של דבר מוגדלים כדי להתאים לניתוח של נפחים גדולים או אנליט. עם זאת, זה יכול להוות אתגר משמעותי. לדוגמה, קנה מידה של מכשיר מיקרופלואידית לממדים גדולים יותר יביא לשינויים משמעותיים בזרימת הנוזלים ובהתנהגות העברת המסה. כתוצאה מכך, לא ניתן לשכפל את התוצאה הרצויה בקנה מידה גדול ובכך להגביל את קנה המידה לשימוש במכשירים קטנים רבים יותר. מכשירי BioMEM משמשים במגוון רחב של יישומים במחקר ביואנליטי. לדוגמה, ניתן להשתמש במכשירים מיקרופלואידיים כביו-ריאקטורים בנפח קטן במיוחד. במחקר זה נעשה שימוש בביו-ריאקטור פיקו-ליטר לניתוח תא בודד. תאים בודדים נכנסו לתא והצליחו לגדול ולהתחלק. ככל שצפיפות התאים הכוללת גדלה במהלך הצמיחה, תאים בודדים יצאו מהכור דרך תעלות קטנות, מה שאפשר ניתוח תא בודד. זה איפשר מדידה ישירה של קצב הגדילה, המורפולוגיה וההטרוגניות הפנוטיפית ברמת התא הבודד. מיקרופלואידיקה משמשת גם כדי לאפשר הפרדה מהירה של ביומולקולות ורכיבים מיקרו-סקאליים אחרים. בדוגמה זו, מכשירים מיקרופלואידיים מסועפים שימשו להפרדת חרוזים ותאים בגודל דומה. חרוזים ותאים הוזרמו לתעלות ולאחר מכן המכשיר חובר למקור חשמלי כדי לגרום לשדה חשמלי. ללא השדה החשמלי המופעל, החרוזים זרמו בכל הערוצים. עם זאת, ברגע שהשדה הופעל, החרוזים כוונו רק דרך אחד. לאחר מכן ניתן היה להפריד את תערובת החרוזים והתאים לערוצים שונים באמצעות טכניקה זו. לבסוף, התקני BioMEM משמשים לעתים קרובות כביו-אלקטרוניקה מיניאטורית. בדוגמה זו, טרנזיסטור אפקט שדה, או FET, נוצר בקנה מידה מיקרו. FET משתמשים בשדה חשמלי כדי לשלוט במוליכות החשמלית של החומר המוליך למחצה במכשיר. FET זה תופקד עם ננו-חוטי סיליקון ומולקולות בדיקה הרגישות לשינויים בסביבה. לאחר מכן הוא שימש לחישת מטרות ביולוגיות, כגון DNA או סמנים ביולוגיים. זה עתה צפיתם בסקירה של ג'וב על BioMEMs. כעת עליכם להבין מהם BioMEMs, כמה טכניקות נפוצות המשמשות לייצורם, האתגרים שלהם וכיצד משתמשים בהם בתחום הביו-הנדסה. תודה שצפית.

Education

JoVE Science Education

Engineering

הנדסה

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

biomems in diagnostics and miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient.

BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The technology also depends on fabrication methods designed for small, precise structures.

Miniaturizing devices creates important design challenges, and those issues are part of BioMEM research. The field also includes many practical uses of these systems. BioMEMs continue to play a growing role in diagnostics and other bioengineering applications.

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

biomems-in-diagnostics-and-miniaturization

overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

This collection covers core bioengineering concepts, which include production of biomaterials, histotypic and whole organ tissue cultures, bioprocessing techniques, and the complex system-level fields of bioMEMs and biosensing.


Explore BioMEMs, microscale devices used in diagnostics, bioengineering, and fabrication. Learn how miniaturization affects sensing, filtration, and synthesis.

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Description

Transcript

Tags