Name: פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 54 s
Description: למד פלטפורמת microfluidic CODES לזיהוי ומדידת חלקיקים במערכות מרובות ערוצים. הטכנולוגיה מאפשרת מעקב אלקטרוני ללא צורך במיקרוסקופ חיצוני ומתאימה לבדיקות נקודת טיפול.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי פרס הקרן הלאומית למדע מס. ECCS 1610995. המחברים רוצים להודות למכון לאלקטרוניקה וננוטכנולוגיה ולצוות המכון לביו-הנדסה וביו-מדע על תמיכתם בשימוש במתקנים משותפים. המחברים גם רוצים להודות לצ'יה-הנג צ'ו על עזרתו בהכנת כתב היד.

<ol><li>De Roy, K., Clement, L., Thas, O., Wang, Y., Boon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+cytometry+for+fast+microbial+community+fingerprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Flow cytometry for fast microbial community fingerprinting.</a> Water Res. 46 (3), 907-919 (2012).</li>
<li>Vives-Rego, J., Lebaron, P., Nebe-von Caron, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+and+future+applications+of+flow+cytometry+in+aquatic+microbiology%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Current and future applications of flow cytometry in aquatic microbiology.</a> FEMS Microbiol Rev. 24 (4), 429-448 (2000).</li>
<li>Alvarez-Barrientos, A., Arroyo, J., Cantón, R., Nombela, C., Sánchez-Pérez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+flow+cytometry+to+clinical+microbiology%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Applications of flow cytometry to clinical microbiology.</a> Clin Microbiol Rev. 13 (2), 167-195 (2000).</li>
<li>Toner, M., Irimia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Blood-on-a-chip.</a> Annu Rev Biomed Eng. 7, 77-103 (2005).</li>
<li>Mehling, M., Tay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+cell+culture%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opin+Biotech%22%5BJournal%5D)">Microfluidic cell culture.</a> Current Opin Biotech. 25, 95-102 (2014).</li>
<li>Sarioglu, A. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfluidic+device+for+label-free%2C+physical+capture+of+circulating+tumor+cell+clusters%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">A microfluidic device for label-free, physical capture of circulating tumor cell clusters.</a> Nat Methods. 12 (7), 685-691 (2015).</li>
<li>Cermak, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+measurement+of+single-cell+growth+rates+using+serial+microfluidic+mass+sensor+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">High-throughput measurement of single-cell growth rates using serial microfluidic mass sensor arrays.</a> Nat Biotechnol. , (2016).</li>
<li>Gossett, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+cell+separation+and+sorting+in+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Bioanal+Chem%22%5BJournal%5D)">Label-free cell separation and sorting in microfluidic systems.</a> Anal Bioanal Chem. 397 (8), 3249-3267 (2010).</li>
<li>Tsutsui, H., Ho, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+separation+by+non-inertial+force+fields+in+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Mech+Res+Commun%22%5BJournal%5D)">Cell separation by non-inertial force fields in microfluidic systems.</a> Mech Res Commun. 36 (1), 92-103 (2009).</li>
<li>Edwards, T. L., Gale, B. K., Frazier, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfabricated+thermal+field-flow+fractionation+system%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">A microfabricated thermal field-flow fractionation system.</a> Anal Chem. 74 (6), 1211-1216 (2002).</li>
<li>Wang, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+sorting+of+mammalian+cells+by+optical+force+switching%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Microfluidic sorting of mammalian cells by optical force switching.</a> Nat Biotechnol. 23 (1), 83-87 (2005).</li>
<li>Shields, C. W. IV, Reyes, C. D., López, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+cell+sorting%3A+a+review+of+the+advances+in+the+separation+of+cells+from+debulking+to+rare+cell+isolation%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation.</a> Lab Chip. 15 (5), 1230-1249 (2015).</li>
<li>Gawad, S., Schild, L., Renaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromachined+impedance+spectroscopy+flow+cytometer+for+cell+analysis+and+particle+sizing%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Micromachined impedance spectroscopy flow cytometer for cell analysis and particle sizing.</a> Lab Chip. 1 (1), 76-82 (2001).</li>
<li>Haandbæk, N., Bürgel, S. C., Heer, F., Hierlemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+subcellular+morphology+of+single+yeast+cells+using+high+frequency+microfluidic+impedance+cytometer%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Characterization of subcellular morphology of single yeast cells using high frequency microfluidic impedance cytometer.</a> Lab Chip. 14 (2), 369-377 (2014).</li>
<li>Bayley, H., Martin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resistive-pulse+sensing-from+microbes+to+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Resistive-pulse sensing-from microbes to molecules.</a> Chem Rev. 100 (7), 2575-2594 (2000).</li>
<li>Polling, D., Deane, S. C., Burcher, M. R., Glasse, C., Reccius, C. H. Coded electrodes for low signal-noise ratio single cell detection in flow-through impedance spectrophy. Proceedings of uTAS. (The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences), Groningen, The Netherlands, , 3-7 (2010).</li>
<li>Javanmard, M., Davis, R. W. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6417941/">Coded corrugated microfluidic sidewalls for code division multiplexing.</a> IEEE Sensors J. 13 (5), 1399-1400 (2013).</li>
<li>Balakrishnan, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Node-pore+sensing%3A+a+robust%2C+high-dynamic+range+method+for+detecting+biological+species%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Node-pore sensing: a robust, high-dynamic range method for detecting biological species.</a> Lab Chip. 13 (7), 1302-1307 (2013).</li>
<li>Emaminejad, S., Talebi, S., Davis, R. W., Javanmard, M. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/7004867/">Multielectrode sensing for extraction of signal from noise in impedance cytometry.</a> IEEE Sensors J. 15 (5), 2715-2716 (2015).</li>
<li>Spencer, D., Caselli, F., Bisegna, P., Morgan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+accuracy+particle+analysis+using+sheathless+microfluidic+impedance+cytometry%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">High accuracy particle analysis using sheathless microfluidic impedance cytometry.</a> Lab Chip. 16 (2016), 2467-2473 (2016).</li>
<li>Liu, R., Wang, N., Kamili, F., Sarioglu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+CODES%3A+a+scalable+multiplexed+electronic+sensor+for+orthogonal+detection+of+particles+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidic CODES: a scalable multiplexed electronic sensor for orthogonal detection of particles in microfluidic channels.</a> Lab Chip. 16 (8), 1350-1357 (2016).</li>
<li>Buehrer, R. <a target="_blank" href="http://www.morganclaypool.com/doi/abs/10.2200/S00017ED1V01Y200508COM002">Code Division Multiple Access (CDMA).</a> Synthesis Lectures on Communications. 1 (1), 1-192 (2006).</li>
<li>Proakis, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aProakis%2C+J+%22Digital+Communications%22">Digital Communications</a>. , McGraw-Hill. New York, NY. (1989).</li>
<li>Patel, P., Holtzman, J. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/298053/">Analysis of a simple successive interference cancellation scheme in a DS/CDMA system.</a> IEEE J Sel Areas Commun. 12 (5), 796-807 (1994).</li>
<li>Hui, A., Letaief, K. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/662644/">Successive interference cancellation for multiuser asynchronous DS/CDMA detectors in multipath fading links.</a> IEEE Trans Commun. 46 (3), 384-391 (1998).</li>
<li>Whittle, P. <a target="_blank" href="https://www.upress.umn.edu/book-division/books/prediction-and-regulation-by-linear-least-square">Prediction and regulation by linear least-square methods.</a> J Macroecon. 7 (1), 126(1985).</li>
<li>Whitesides, G., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+lithography+in+biology+and+biochemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Soft lithography in biology and biochemistry.</a> Annu Rev Biomed Eng. 3 (1), 335-373 (2001).</li>
<li>Zhe, J., Jagtiani, A., Dutta, P., Hu, J., Carletta, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/17/2/017/meta">A micromachined high throughput Coulter counter for bioparticle detection and counting.</a> J Micromech Microeng. 17 (2), 304-313 (2007).</li>
<li>Song, Y., Yang, J., Pan, X., Li, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+and+sensitive+particle+counting+by+a+novel+microfluidic+differential+resistive+pulse+sensor+with+multidetecting+channels+and+a+common+reference+channel%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">High-throughput and sensitive particle counting by a novel microfluidic differential resistive pulse sensor with multidetecting channels and a common reference channel.</a> Electrophoresis. 36 (4), 495-501 (2015).</li>
<li>Watkins, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+CD4%2B+and+CD8%2B+T+lymphocyte+counters+for+point-of-care+HIV+diagnostics+using+whole+blood%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">Microfluidic CD4+ and CD8+ T lymphocyte counters for point-of-care HIV diagnostics using whole blood.</a> Sci Transl Med. 5 (214), 214ra170(2013).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400515002920">Portable Coulter counter with vertical through-holes for high-throughput applications.</a> Sensor Actuat B-Chem. 213, 375-381 (2015).</li>
<li>Jagtiani, A., Carletta, J., Zhe, J. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/21/4/045036/meta">An impedimetric approach for accurate particle sizing using a microfluidic Coulter counter.</a> J Micromech Microeng. 21 (4), 045036(2011).</li>
<li>Gold, R. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1054048/">Optimal binary sequences for spread spectrum multiplexing (Corresp).</a> IEEE Trans. Inform. Theory. 13 (4), 619-621 (1967).</li>
<li>Dinan, E., Jabbari, B. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/714616/">Spreading codes for direct sequence CDMA and wideband CDMA cellular networks.</a> IEEE Commun Mag. 36 (9), 48-54 (1998).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

חיישני דופק resistive מרובים שולבו בעבר לתוך שבבי microfluidic 28, 29, 30, 31, 32. במערכות אלה, חיישני דופק resistive היו גם לא מרובבים 28, 29, 30, 31 או שהם נדרשים חיישנים בודדים שיסייעו בתדר...

זיהוי וניתוח מדויק של חלקיקים ביולוגיים כגון תאים, חיידקים או וירוסים מושעים בנוזל הוא עניין רב עבור מגוון רחב של יישומים 1, 2, 3. ובכן, שבמסע גודל, מכשירים microfluidic מציעים יתרונות ייחודיים למטרה זו כגון רגישות גבוהה, מניפולציה מדגם עדין מבוקר היטב microenvironment 4, 5, 6, 7. בנוסף, מכשירי microfluidic יכולים להיות מתוכננים להעסיק שילוב של דינמיקה של נוזלים ושדות כוח כדי fractionate אוכלוסייה הטרוגנית באופן פסיבי של חלקיקים ביולוגיים המבוססים על מאפיינים שונים 8, 9, 10, 11, 12. באותם מכשירהים, חלוקת החלקיקים כתוצאה יכולה לשמש הודעה אך מידע מרחבים זמין בדרך כלל רק באמצעות מיקרוסקופיה, הגבלת השימוש המעשי של מכשיר microfluidic על ידי קשירה אותו לתשתית במעבדה. לכן, חיישן משולב שיכול לדווח מיפוי spatiotemporal &#39;חלקיקים בקלות, כפי שהם הם מניפולציה במכשיר microfluidic, עלול לאפשר בעלות נמוכה, משולבים מעבדה על שבב התקנים הם אטרקטיביים במיוחד עבור הבדיקות של דגימות ניידות , הגדרות-משאב מוגבל. אלקטרודות סרט דקות שמשו חיישנים משולבים מכשירי microfluidic עבור יישומים שונים 13, 14. התנגדותי דופק חישה (RPS) הוא אטרקטיבי במיוחד עבור חישה משולבת של חלקיקים קטנים בערוצי microfluidic כפי שהוא מציע מנגנון זיהוי חזק, רגיש, תפוקה גבוהה ישירות מדידות חשמליות 15. ב RPS, אפנון העכבה בין זוג אלקטרודות, שקוע בתוך אלקטרוליט, משמש כאמצעי לגילוי חלקיק. כאשר החלקיק עובר דרך צמצם, בגודל בסדר גודל של החלקיקים, המספר משרעת של פולסים חולפים הזרם החשמלי משמשים לספור חלקיקים בגודל, בהתאמה. יתר על כן, את הגיאומטריה החיישן יכול להיות מתוכנן עם רזולוציה photolithographic לעצב צורות גל הדופק resistive כדי לשפר את הרגישות 16, 17, 18, 19 או להעריך במצב אנכי של חלקיקים ערוצי microfluidic 20. יש לנו הציג לאחרונה טכנולוגיית חישה הדופק resistive מרובב מדרגי פשוט שנקרא Microfluidic מקודד אורתוגונלית זיהוי על ידי חשמל חישה (קודי Microfluidic) 21. קודי Microfluidic מסתמך עלרשת מקושרת ביניהם של חיישנים דופקים התנגדות, כל אחת בהיקף של מערך של אלקטרודות micromachined לווסת הולכה באופן ייחודי, הבחנה, כדי לאפשר ריבוב. עצבנו כל חיישן במיוחד כדי לייצר אותות חשמליים מאונכים דומים הקודים הדיגיטליים המשמשים גישה מרובה חלוקת קוד 22 (CDMA) רשתות תקשורת, כך אות חיישן דופק התנגדות פרט ניתן לשחזר באופן ייחודי בין צורת גל פלט יחידה, גם אם אותות חיישנים שונים להתערב. בדרך זו, הטכנולוגיה שלנו דוחס מידע מרחבי 2D של חלקיקים לתוך אות 1D חשמל, המתיר ניטור של חלקיקים במקומות שונים על שבב microfluidic, תוך שמירה הן מורכבות התקן, על מערכת ברמה למינימום. במאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול מפורט עבור שיטות ניסיוניות חישובית צורך להשתמש בטכנולוגית קודי Microfluidic, כמו גם rתוצאות epresentative מהשימוש בנכס בניתוח של דגימות ביולוגיות מדומה. באמצעות התוצאות מהתקן אבטיפוס עם ארבעה חיישנים מרובבים כדוגמא להסביר את הטכניקה, אנו מספקים פרוטוקולים על (1) תהליך microfabrication כדי ליצור התקני microfluidic עם טכנולוגית קודי Microfluidic, (2) התיאור של הגדרת הניסוי כולל חומרה אלקטרונית, אופטית, fluidic, (3) אלגוריתם המחשב עבור פענוח אותות מפריעים מחיישנים שונים, ו- (4) את התוצאות של זיהוי וניתוח של תאים סרטניים ערוצי microfluidic. אנו מאמינים כי באמצעות הפרוטוקול המפורט המתואר כאן, חוקרים אחרים יכולים ליישם את הטכנולוגיה שלנו למחקר שלהם.

<table><tbody><tr><td>98% חומצה גופרתית&nbsp; &nbsp; &nbsp;</td><td>BDH כימיקלים</td><td>BDH3074-3.8LP</td><td></td></tr><tr><td>30% מי חמצן&nbsp; &nbsp;</td><td>BDH כימיקלים</td><td>BDH7690-3</td><td></td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Aldrich כימיה</td><td>235725-100G</td><td></td></tr><tr><td>NR9-1500PY שלילי Photoresist</td><td>Furuttex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Resist מפתח RD6</td><td>Furuttex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>BDH Chemicals</td><td>BDH1101-4LP</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2015 שלילי Photoresist</td><td>Microchem</td><td>SU8-2015</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 מפתח</td><td>Microchem</td><td>Y010200</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>3097358-1004</td><td>Sylgard 184 ערכת אלסטומר סיליקון</td></tr><tr><td>איזופרופיל אלכוהול</td><td>BDH כימיקלים</td><td>BDH1133-4LP</td><td></td></tr><tr><td>RPMI 1640</td><td>Corning Cellgro</td><td>10-040-CV</td><td></td></tr><tr><td>סרום בקר עוברי (FBS)</td><td>Seradigm</td><td>1500-050</td><td></td></tr><tr><td>פניצילין-סטרפטומיצין</td><td>אמרסקו</td><td>K952-100ML</td><td></td></tr><tr><td>פוספט חוצץ מלח (PBS)</td> <td>Corning Cellgro</td><td>21-040-CM</td><td></td></tr><tr><td>PHD 22/2000 משאבת מזרק</td><td>הרווארד מנגנון</td><td>70-2001</td><td></td></tr><tr><td>HF2LI מגבר נעילה</td><td>ציריך מכשיר</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HF2TA מגבר זרם</td><td>ציריך מכשיר</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ליקוי חמה מיקרוסקופ Ti-U</td><td>Nikon Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DS-Fi2 מצלמה צבעונית בחדות גבוהה&nbsp;</td><td>Nikon Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>v7.3 מצלמה מהירה</td><td>Phantom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PCIe-6361 לוח רכישת נתונים&nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>781050-01</td><td></td></tr><tr><td>BNC-2120 בלוק מחברים מסוכך</td><td>National Instruments</td><td>777960-01&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>מערכת טיפול בפלזמה PX-250</td><td>Nordson MARCH&nbsp;</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

פלטפורמת microfluidic עם איתור multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

עיבוד microfluidic של דגימות ביולוגיות בדרך כלל כרוך מניפולציות הפרש של חלקיקים מרחפים תחת שדות כוח שונים כדי fractionate מדגם מרחבית על בסיס תכונה ביולוגית של עניין. עבור פריסת המרחבית כתוצאה לשמש את הודעת assay, מכשירי microfluidic לעתים קרובות נאלצים לעבור ניתוח מיקרוסקופי מחייב מכשור מורכב עם עלות גבוהה וניידות מופחתת. כדי לתת מענה על מגבלה זו, פתחנו טכנולוגיית חישה אלקטרונית משולבת לגילוי מרובב של חלקיקים במקומות שונים על שבב microfluidic. הטכנולוגיה שלנו, שנקראה קודי Microfluidic, המשלב חישה דופקת התנגדותי עם מרובי גישת חטיבת הקוד לדחוס מידע 2D מרחבית לתוך אות חשמלי 1D. במאמר זה, אנו מציגים הדגמה מעשית של טכנולוגית קודי Microfluidic כדי לזהות תאים סרטניים בתרבית גודל מפוזרת על פני ערוצי microfluidic מרובים. כפי שמאומת על ידי מיקרוסקופית במהירות גבוהה, הטכנולוגיה שלנו יכולה לנתח אוכלוסיות תאים צפופים במדויק כל אלקטרונית ללא צורך במכשיר חיצוני. ככזה, קודי Microfluidic פוטנציאליים יכולים לאפשר משולבים בעלות הנמוכה מעבדה על שבב התקנים מתאימים גם עבור הבדיקות של טיפול נקודת דגימות ביולוגיות.

מכשיר קודי Microfluidic מורכב מארבעה חיישנים מפוזרים על פני ארבעה ערוצי microfluidic מוצג באיור 1b. במערכת זו, בחתך של כל ערוץ microfluidic נועד להיות קרוב בגודל של תאים כך (1) מספר תאים לא יכול לעבור על האלקטרודות במקביל (2) התאים נשארים קרוב אלקטרודות הגדלת הרגישות . כל חיישן נועד ליצור קוד מספרים 7 סיבי ייחודי. המכשיר נבדק ולאחר מכן באמצעות השעית תא. אותות חשמליים קלטות מתאימות ארבעה חיישנים בודדים מוצגים עם קודים דיגיטליים אידי...

אנו מדגימים פלטפורמת microfluidic עם רשת האלקטרודה משטח משולבת המשלב חישת דופק התנגדות (RPS) עם הגישה מרובה חלוקת קוד (CDMA), לבצע ריבוב איתור אומדת חלקיקי ערוצי microfluidic מרובים.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

המטרה הכללית של הליך זה היא להדגים פלטפורמה מיקרופלואידית המשלבת חישוש בדחף התנגדותי (resistive pulse sensing) עם גישה לריבוי גישה באמצעות קוד (code division multiple access) כדי לבצע מולטיפלקס של זיהוי ומדידת גודל של חלקיקים במספר ערוצים מיקרופלואידיים. טכנולוגיה זו, הנקראת microfluidic CODES, יכולה לסייע במימוש התקני מעבדה על שבב (labware chip) המשולבים באופן מלא וניידים באמת, המתאימים לבדיקות בנקודת הטיפול (point of care) של דגימות ביולוגיות בסביבות עם משאבים מוגבלים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא היכולת לעקוב באופן אלקטרוני אחר מניפולציה מרחבית וזמנית של חלקיקים על השבב המיקרופלואידי, ובכך לבטל את הצורך במכשיר חיצוני כגון מיקרוסקופ.הטכנולוגיה שלנו תואמת לליתוגרפיה רכה וניתן לשלבה בקלות במכשיר מיקרו-פוטוני שבו חלקיקים מופרדים כדי לספק קריאה אלקטרונית ישירה הדומה למונה קולטר (Coulter counter). כדי להתחיל בבניית המכשיר המיקרופלואידי, צרו סט של ארבעה קודי זהב (gold codes) בני שבעה ביטים. לאחר מכן, תכננו ארבעה פריסות אלקטרודות ייחודיות המבוססות על קודי הזהב באמצעות תוכנה לתכנון בעזרת מחשב, או תוכנת CAD, כגון AutoCAD.לבסוף, הזמינו ייצור של המסכה הפוטוגרפית (Photomask) עם תכנון האלקטרודות המתוכנן מספק מסכות פוטוגרפיות. לאחר מכן, השרו פרוסת זכוכית בורוסיליקט בקוטר של ארבעה אינץ' בתמיסת פיראנה ביחס של חמישה לאחד בטמפרטורה של 120 °C למשך 20 דקות. לאחר הניקוי, חממו את הפרוסה על פלטה חמה בטמפרטורה של 200 °C למשך 20 דקות כדי לאדות שאריות מים.הניחו את הפרוסה (wafer) הנקייה והיבשה במכשיר סיבוב לציפוי (spin coater). מרחו 2 milliliters של תמיסת פוטורזיסט שלילי על הפרוסה ובצעו ציפוי בסיבוב במהירות של 3000 revolutions per minute למשך 40 seconds. ייבשו את הפרוסה המצופה על פלטה חמה בטמפרטורה של 150 degrees Celsius למשך דקה אחת.כסו את הפרוסה במסיכת כרום בתבנית האלקטרודות הרצויה. חשפו את פני הפוטורזיסט הממוסכים לאור UV באורך גל של 365 nanometer כדי להגיע ל-225 millijoule per centimeter squared. לאחר מכן, אפו את הפוטורזיסט החשוף על פלטה חמה בטמפרטורה של 100 degrees Celsius למשך דקה אחת.טבול את הפרוסה במפתח פוטורזיסט למשך 15 שניות, לאחר מכן שטוף את הפרוסה המודפסת תחת רסס עדין של מים דאיוניים וייבש את הפרוסה תחת זרם של גז חנקן. לאחר מכן, הנח את הפרוסה המודפסת במאדה מתכת באמצעות קרן אלקטרונים. שקדק שכבת כרום בעובי 20 nanometer ושכבת זהב בעובי 80 nanometer על הפרוסה בקצב של אנגסטרם אחד לשנייה.לאחר מכן, בצעו תכסית (etch) של הפוטורזיסט התחתי על ידי חימום אולטרסוני של הפרוסה המצופה במתכת באצטון למשך 30 דקות בתדר של 40 kilohertz וב-100% amplitude. השתמשו במסור חיתוך (dicing saw) כדי לחתוך את הפרוסה לחלקים קטנים יותר לפי הצורך. כדי להתחיל בייצור תבנית הערוץ המיקרופלואידי, נקו ויבשו פרוסת סיליקון של ארבעה אינץ' באותו אופן שבו טופלה פרוסת הבורוסיליקט שתוארה קודם לכן.הנח את פרוסת הסיליקון במכשיר סיפינ-קוטור (spin coater) ומרח ארבעה milliliters של תמיסת פוטורזיסט שלילי. בצע סיפינ-קוטינג לפרוסה ב-500 rpm למשך 15 שניות, לאחר מכן ב-1,000 rpm למשך 15 שניות, ולבסוף ב-3,000 rpm למשך 60 שניות. הנח את הפרוסה כשהפנים כלפי מעלה על נייר ניגוב לחדר נקי ספוג באצטון כדי להסיר שאריות פוטורזיסט מגב הפרוסה ומקצוותיה.אפו את הפרוסה בטמפרטורה של 65 °C למשך דקה אחת ולאחר מכן בטמפרטורה של 95 °C למשך שתי דקות. הניחו תבנית מסכת כרום עבור התעלים המיקרופלואידיים על הפרוסה היבשה. חשפו את הפוטורזיסט לאור UV באורך גל של 365 nm במינון של 180 mJ/cm² ולאחר מכן אפו שוב את הפרוסה בטמפרטורות של 65 ו-95 °C למשך דקה אחת ושתי דקות בהתאמה.הנח את הפרוסת הסיליקון (wafer) המודפסת בתוך מיכל המכיל חומר מפיתח לפוטורזיסט (photoresist developer) ונער את המיכל בעדינות במשך שלוש דקות. שטוף את הפרוסת המפותחת באיזופרופנול וייבש אותה תחת זרם של גז חנקן. חמם את הפרוסת בטמפרטורה של 200 °C למשך 30 דקות, ולאחר מכן השתמש בפרופילומטר כדי לוודא שעובי הפוטורזיסט המודפס אחיד לכל אורך הפרוסת.הניחו את הפרוסה (wafer) בתוך דסיקטור ואקום יחד עם 200 µL של trichlorosilane בתוך צלחת פטרי פתוחה. השאירו את הפרוסה בדסיקטור עם ה-trichlorosilane למשך שמונה שעות כדי לבצע סילניזציה של פני השטח של הפרוסה. כדי להתחיל בהרכבת ההתקן, השתמשו בסרט דביק רב-שימושי לחדר נקי כדי לקבע את תבנית פרוסות הסיליקון בתוך צלחת פטרי בקוטר 150 millimeter.הוסיפו 50 גרם של תערובת ביחס של 10 ל-1 של פולידימטילסילוקסן (polydimethylsiloxane) פרה-פולימר לצחנת הפטרי, ובצעו ניתון גזים (degassing) לתערובת במייבש ואקום למשך שעה אחת. המתינו לסיום תהליך הפולימריזציה (cure) של התערובת שנוקתה מגזים בטמפרטורה של 65 °C למשך ארבע שעות לפחות. השתמשו בסקלפל כדי לחתוך את שכבת ה-PDMS המקשחת, ולאחר מכן קלפו את השכבה המקשחת מהתבנית באמצעות פינצטה.חתוך את ה-PDMS לחתיכות קטנות. נקב את חורי תעלות המיקרופלואידיקה של הכניסה והיציאה באמצעות מחורר ביופסיה. הנח את שכבת ה-PDMS כשהצד המודפס פונה כלפי מטה על סרט דביק שקוף לחדר נקי כדי לנקות את המשטח שעבר עיבוד מיקרומכני.שטפו את תשתית הזכוכית הנושאת את האלקטרודה שהוכנה קודם לכן באצטון, איזופרופנול ומים דה-יוניים. ייבשו את התשתית תחת זרם של גז חנקן. הניחו את שכבת ה-PDMS ואת התשתית במחולל פלזמה RF המכוון ל-100 milliwatts, כאשר הצדדים של המיקרו-מכונה פונים כלפי מעלה.הפעל את משטחי המיקרו-מכונה בפלזמה של חמצן למשך 30 שניות. לאחר מכן, השתמש במיקרוסקופ אופטי כדי ליישר את שכבת ה-PDMS בעלת התבנית עם האלקטרודות שעל פני השטח. לאחר היישור, אפשר למשטחים לבוא במגע פיזי כדי לאטום את שכבת ה-PDMS על מצע הזכוכית.חיוני שדגם אלקטרודת הציפוי על תשתית הזכוכית יהיה מיושר כראוי עם תעלות המיקרופלואידיקה של ה-PDMS. לאחר יישור נכון, האינטראקציה של החלקיקים עם אלקטרודת השטח תייצר את צורת הגל המקודדת הרצויה לריבוי (multiplexing). חממו את המכשיר המורכב בטמפרטורה של 70 °C למשך חמש דקות, כאשר צד הזכוכית פונה כלפי מטה.לבסוף, הלחים את החוטים למסדי המגע של האלקטרודה כדי להשלים את הרכבת המכשיר. כדי להתחיל בניסוי, הנח את המכשיר המיקרופלואידי על במה של מיקרוסקופ אופטי. חבר את אלקטרודת הייחוס של המכשיר ליציאת האות של מגבר lock-in והפעל גל סינוס בתדר של 400 kilohertz.חבר את אלקטרודות החיישן החיובית והשלילית לשני מגברי טרנס-אימפדנס (transimpedance amplifiers) עצמאיים. חבר את שני מגברי הטרנס-אימפדנס לכניסות המתח הדיפרנציאלי של מגבר ה-lock-in, כך שאות החיישן החיובי יופחת מאות החיישן השלילי. חבר את יציאת הדמודולטור של מגבר ה-lock-in ליחידה לרכישת נתונים.בתוכנת רכישת הנתונים, הגדירו קצב דגימה של 1 Megahertz עבור פלט מגבר הנעילה (lock-in amplifier). הגדירו מצלמה במהירות גבוהה כדי להקליט באופן אופטי את פעולת המכשיר כפי שהיא נראית תחת המיקרוסקופ. שאבו תרחיף תאים שהוכן למזרק.הצמד את מזרק הדגימה למשאבת מזרקים וחבר את המזרק לתעלת הכניסה. כוון את תעלת היציאה למכל פסולת. השתמש במשאבת המזרקים כדי להזרים את תרחיף התאים דרך המכשיר בקצב זרימה קבוע, תוך כדי הקלטת אות אפלולת העכבה.עם השלמת הניסוי, יש לעבד את הנתונים החשמליים באמצעות תוכנת ניתוח. השוו את האות החשמלי המעובד לתמונות ממצלמת המהירות הגבוהה כדי ליצור עקומת כיול לגודל התא. תרחיף תאים הועבר דרך התקן חיישן מיקרופלואידי עם ארבע תבניות אלקטרודות ייחודיות שנגזרו מקודים של חיישנים אורתוגונליים.ארבעת אותות החיישן הוקלטו ממוצא חשמלי יחיד. החיישן הבודד הקשור לכל אות שהוקלט זוהה באמצעות קורלציה של אותות החיישן שהוקלטו עם כל הקודים האפשריים, מה שהניב שיאי אוטוקורלציה שניתן להבחין ביניהם בבירור. צורות גל שנוצרו על ידי אותות מפריעים מזיהוי סימולטני של תאים בכל ארבעת הערוצים נפתרו באמצעות אלגוריתם איטרטיבי.צורת גל מוקלטת הועמדה במתאם (correlated) עם כל הקודים האפשריים, ושיאו הגבוה ביותר של המתאם העצמי זוהה. אות החיישן האינדיבידואלי המתאים שוחזר והופחת מצורת הגל שנכנסה. האות השאריתי הועבר לאיטרציה הבאה כקלט, והתהליך נמשך עד שהאות השאריתי לא הפיק עוד שיאי מתאם עצמי.האותות המוערכים עובדו ודוקדקו על בסיס אלגוריתם אופטימיזציה שחיפש את ההתאמה הטובה ביותר בין צורות הגל המשוחזרות לאלו שהוקלטו במקור, תוך שימוש בקירוב ריבועים פחותים. מיקום התא, גודלו והזמן שלקח לו לחצות את החיישן נקבעו לאחר מכן על סמך מספר הערוץ, האמפליטודה, משך הזמן והתזמון היחסי של אותות החיישן המוערכים. הפרוצדורה תוקפה באמצעות השוואה של האותות החשמליים עם מדידות אופטיות ממצלמה במהירות גבוהה.ברגע שהטכניקה נלמדת, יישומה קל מאוד, כיוון שהיא פשוטה מאוד מבחינת החומרה. היא אינה כוללת רכיב פעיל על השבב. היא תואמת ישירות לליתוגרפיה רכה, ועיבוד האותים מתבסס על אלגוריתם חישובי פשוט.בעזרת פרוטוקול זה תוכלו לייצר שבבים מיקרופלואידיים בעלי חיישנים חשמליים מרובי-ערוצים המבוססים על קוד, ולפענח אותות חשמליים למדידה ביו-אנליטית. טכנולוגיית חישוש אלקטרונית זו, שהיא ורסטילית וניתנת להרחבה, ניתנת לשילוב קל במכשירים מיקרופלואידיים שונים לביצוע בדיקות כמותיות באמצעות מעקב מרחבי-זמני אחר חלקיקים בזמן עיבודם על השבב. לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה באופן התכנון, הייצור והיישום של טכנולוגיית CODES מיקרופלואידית.

microfluidic-platform-with-multiplexed-electronic-detection-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

במאמר זה, אנו מציגים שיטה microfluidic מבוסס על הכליאה החלקיקים מבוסס על זרימה הידרודינמית. אנו מדגימים לכידה חלקיק יציב בנקודה נוזל הקיפאון באמצעות מנגנון בקרה ומשוב, ובכך מאפשרים כליאה ו המיקרומניפולציה של חלקיקים שרירותי microdevice משולבת.

Microfluidic מבוססי הידרודינמית מלכודת חלקיקים יחיד

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

סרטון זה מדגים מערכת מיקרופלואידית עבור מערכת חיסונית מבוססת ננו-חלקיקים מגנטיים. מערכת הגילוי משתמשת במכשיר מיקרופלואידי המשלב מלכודת מגנטית בתעלותיו. אימונוקומפלקסים שנוצרו מראש, המורכבים מננו-חלקיקים מגנטיים מצופים אנטיגן הקשורים לנוגדנים משניים ראשוניים ומצומדים לפרוקסידז, מוכנסים לתעלות. האימונוקומפלקסים נלכדים במלכודת המגנטית הנקבובית עם הפעלת שדה מגנטי חיצוני. באמצעות מצע פלואורוגני הפולט פלואורסצנטיות על קטליזה על ידי peroxidases, immunocomplexes שנלכדו מזוהים תחת מיקרוסקופ.

בדיקה חיסונית מגנטית מבוססת ננו-חלקיקים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי

במאמר זה אנו מציגים שבב microfluidic לניתוח תא בודד. זה מאפשר כימות של חלבונים תאיים, אנזימים, cofactors, ושליחים שני באמצעות מבחני או immunoassays ניאון.

שבב microfluidic לניתוח הכימי תכליתי של תאים בודדים

פרוטוקול זה מתאר ארכיטקטורת מערכת לביצוע הפרדות חלקיקים אוטומטיות בנפח קטן (0.15-1.5 מ"ל) באמצעות מכשיר מיקרופלואידי, ודן בשיטות לייעול הביצועים והתפעול של מכשיר אקוסטופלואידי.

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

אנו מציעים טכניקת הרכבה עצמית פשוטה של ננו-חלקיקים קולואידיים של סיליקה כדי ליצור צומת ננו-פלואידית בין שני מיקרו-ערוצים בפולידימתילסילוקסן (PDMS). באמצעות טכניקה זו, קרום חרוז ננו-נקבובי בגודל נקבוביות של עד ~45 ננומטר נבנה בתוך מיקרו-ערוץ והוחל על ריכוז מוקדם אלקטרוקינטי של דגימות DNA.

יצירת צומת תת-50 ננומטר ננו-נוזלי ב PDMS Microfluidic שבב באמצעות תהליך ההרכבה העצמית של חלקיקים קולואיד

פלטפורמה ביוסנסור microfluidic תוכנן של מפוברק בטכנולוגיית photoresist הסרט יבש בעלות נמוכה עבור כימות מהיר ורגיש של analytes שונים. מערכת זו לשימוש יחיד מאפשרת מדידה אלקטרוכימי של--צ'יפ-משותק מבחני מקושרים-אנזים באמצעות הטכניקה להפסיק זרימה.

פלטפורמה מבוססת Photoresist ביוסנסור אלקטרוכימי Microfluidic הסרט יבש: ייצור המכשיר, הכנה על שבב Assay, ותפעול המערכת

אלקטרונואידים מבוססי מיקרופלואידיג דיגיטלי היא טכניקה העושה שינוי מונחה מתח בזווית המגע לכאורה של droplet מיקרוליטר-נפח כדי להקל על המניפולציה שלה. שילוב זה עם חרוזים מגנטיים פונקציונליזציה מאפשר שילוב של מספר מבצעים ביחידת מעבדה עבור הכנה לדוגמה וזיהוי של פתוגנים באמצעות חיסוני מקושר אנזים (אליסה).

האלקטרו-מערכות מבוססות-פלטפורמת מיקרופלואידיקה דיגיטלית עבור מערכת חיסונית אוטומטית מקושרת אנזימים

אנו מציגים טכנולוגיה המשתמשת בהרכבה בסיוע נימי בפלטפורמה מיקרופלואידית כדי לעצב עצמים בגודל מיקרו המושעים בנוזל, כגון חיידקים וקוליואידים, למערכים שנקבעו על מצע פולידימתילסילוקסן.

דפוס של מיקרואורגניזמים ומיקרו-חלקיקים באמצעות הרכבה בסיוע נימים רציפים

מאמר זה מציע דור חדש של פלטפורמות אנליטיות רב-פרמטריות עם תפוקה מוגברת לאפיון תת-קבוצות שלפוחית חוץ-תאיות. השיטה מבוססת על שילוב של שיטות חישה ביולוגית מרובות עם אנליזות מטרולוגיות ומורפומכניות על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי, יחד עם ספקטרוסקופיית ראמאן, כדי להכשיר מטרות שלפוחיתיות הכלואות על שבב ביולוגי של מיקרו-מערך.

פלטפורמה אנליטית רב-מודאלית על שבב דימות תהודה פלסמון מרובה פני שטח לניתוח תת-קבוצות שלפוחית חוץ-תאית

הפרוטוקול מתאר פלטפורמה מיקרופלואידית מתקדמת למדידה כמותית של דינמיקת הפרשת ציטוקינים של תאי דם חד-גרעיניים היקפיים אנושיים בודדים. הפלטפורמה מודדת עד שלושה ציטוקינים במקביל (IL-6, TNFα ו-IL-1β) עבור כל תא בודד המגורה באמצעות ליפופוליסכריד כדוגמה.

גישה מיקרופלואידית לפתרון הפרשת ציטוקינים סימולטנית ורציפה של תאים רב-תפקודיים בודדים 

למד פלטפורמת microfluidic CODES לזיהוי ומדידת חלקיקים במערכות מרובות ערוצים. הטכנולוגיה מאפשרת מעקב אלקטרוני ללא צורך במיקרוסקופ חיצוני ומתאימה לבדיקות נקודת טיפול.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

גלה סרטונים נוספים