באמצעות תמסורת אופטית יוצאת דופן לכמת סמנים לב בנסיוב אדם

המטרה הכוללת של טכניקה זו היא למדוד סמנים ביולוגיים הקיימים ברקע נוזל ביולוגי מורכב בריכוזים רלוונטיים מבחינה קלינית במסגרת נקודת טיפול ללא צורך בהגדרות אופטיות או חשמליות משוכללות. שיטה זו יכולה לסייע בהפיכת חיישנים ביולוגיים המבוססים על שידור יוצא דופן למציאות בתרחישי נקודת טיפול. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא אינה זקוקה להגדרות חשמליות או אופטיות מסובכות.

בניסויים שלנו הוא יכול לזהות באופן אמין סמנים ביולוגיים בריכוזים רלוונטיים מבחינה קלינית. ייצור שבב החיישן מתבצע בחדר הנקי ולא ניתן לצלם אותו. למטרות הדגמה ההליך מיוצג כאן על ידי אנימציה.

להכנת ציפוי תבנית הניקל שכבה בעובי 220 ננומטר של התנגדות קרן אלקטרונים שלילית על פרוסת סיליקון בעובי 600 מיקרון של ארבעה אינץ'. כתוב את מערך הננו-חורים המתוכנן על פרוסה זו, באמצעות מערכת ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים. כדי להאיץ את כתיבת אלומת האלקטרונים כתוב את התבניות עם מפת נקודות נמוכה של 20,000 עבור כל גודל שדה של 300 מיקרון.

פתח את ההתנגדות על ידי טבילת פרוסת הסיליקון בגודל 4 אינץ' בפתרון המפתח למשך 10 שניות ומתן לוופל להתייבש באוויר. הפקידו שכבת זרעים של מתכת, כגון ניקל, נחושת או אלומיניום על פרוסת הסיליקון. לאחר מכן צלחת את הוופל במערכת ציפוי בתוך אמבט ניקל-סולפאמט בשני שלבים.

הפרד את תבנית הניקל ממצע הסיליקון על ידי הפעלת כוח מכני עדין. לאחר מכן, באמצעות מדפסת ננו, הטביע את דפוסי הננו על פרוסת זכוכית בגודל 4 אינץ' שצופה בעובי של 300 ננומטר מאוחר יותר של התנגדות ליתוגרפיה הניתנת לריפוי ננו. העבירו את התבנית, את ההתנגדות לצילום ואת פרוסת הזכוכית למערכת ריפוי אור UV וריפוי פוטו.

אם כל השלבים בוצעו כהלכה, יש לפרק בקלות את תבנית הניקל מהפוטו-רזיסט. לאחר ביצוע תחריט ריק של התנגדות האור על תת-ישר הזכוכית, על פרוסת הזכוכית, במכונת תצהיר קרן אלקטרונים הפקידו שכבת כרום להדבקת מתכת ושכבת זהב לחיישן הפלזמוני. בצע הרמה של הפוטו-רזיסט על ידי תחריט פלזמה חמצן למשך שלוש דקות, ולאחר מכן שלב סונופיקציה של 15 שניות באצטון.

לאחר מכן, חתכו את הדגימה לקוביות של חמישה מילימטר על חמישה מילימטרים. מערך הננו-חורים יתפוס את הריבוע המרכזי של השבב, שני מילימטר על שני מילימטרים. כדי לרכוש את הנתונים, הגדר את המנגנון לביצוע המדידות האופטיות, כך שקרן אור לבן היוצאת דרך קצה הסיב האופטי של המשדר תהיה עמודה ותפגע במשטח החיישן ב-90 מעלות.

האור מועבר דרך כל מערך הננו-חורים. אסוף את האות המשודר עם הסיב האופטי של המקלט והקלט אותו עם ספקטרומטר גלוי UV הפועל בטווח של 300 עד 1,000 ננומטר. לבדיקת רגישות בתפזורת החיישן, הפקידו את נוזל מקדם השבירה הסטנדרטי לתוך התא הנוזלי כאשר מקדמי השבירה משתנים בין 1.31 ל-1.39.

טבלו את שבב החיישן בנוזל מקדם השבירה הסטנדרטי ויישרו אותו עם אלומת האור הלבן. לאחר מכן השג את ספקטרום ההילוכים. נקה את שבב החיישן לאחר כל מדידה עם מגיב ניקוי פעיל על פני השטח וייבש אותו בגז חנקן.

לשינוי משטח החיישן, נקה את שבבי החיישן על ידי טבילה רציפה באיזופרופנול, אצטון ומים נטולי יונים לפני כל שינוי כימי. לאחר מכן, יבש את שבבי החיישן בטמפרטורת החדר בקיטור של גז חנקן יבש. לאחר מכן, דגרו את שבבי החיישן בתמיסה אתנולית למשך 12 שעות בטמפרטורת החדר.

זה ייצור שכבה חד-שכבתית תגובתית להרכבה עצמית. לאחר הדגירה, השתמש באתנול כדי לשטוף ולייבש היטב את הצ'יפס בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, טבלו את הצ'יפס בתערובת של 75 מילי-מולרי סולפו n hydroxysuccinimide ו-15 מילי-מולרי EDC למשך 15 דקות.

זה יפעיל את קבוצת הקרבוקסילי של השכבה החד-שכבתית להרכבה עצמית. לאחר מכן אתר 50 מיקרוליטר של תמיסת נוגדנים אנטי-טריפוננטית של 200 מיקרוגרם למיליליטר המיוצרת במאגר ציטט Ph 4.5 על פני החיישן. לאחר דגירה של 30 דקות, השבת את האסטרים הלא מגיבים על ידי טבילת שבב החיישן בתמיסת אתנולאמין HCL טוחנת אחת למשך 15 דקות.

לבסוף, שטפו את השבב במים נטולי יונים וייבשו אותו בזרם של גז חנקן יבש בטמפרטורת החדר. חסום כל קשירה לא ספציפית על ידי איתור 100 מיקרוליטר של תמיסת אלבומין בסרום בקר 1% על פני שבב החיישן. דגירה למשך 15 דקות.

שטפו את שבבי החיישן שלוש פעמים בתמיסת מלח חוצצת פוספט. הכנס את השבב לתא המדידה כדי להקליט את ספקטרום השידור. זהו ספקטרום הייחוס.

לאחר מכן הבחין ב-50 מיקרוליטר של טרופונין הלב בתקן אחד על פני השבב. דגרו את השבב בסביבה לחה למשך 30 דקות. לאחר שטיפת שבבי החיישן שלוש פעמים בתמיסת PBS, הכנס אותו לתא המדידה כדי להקליט את ספקטרום השידור.

זהו הספקטרום שלאחר הכריכה. לאחר מכן, טבלו את השבבים ב-50 מילי-מולרי גליצין HCL למשך דקה אחת ולאחר מכן שטפו בתמיסת PBS שלוש פעמים כדי לחדש את פני השבב. מדוד את ספקטרום השידור ב-PBS כדי לאמת את הצלחת שלב ההתחדשות.

מוצג השינוי בספקטרום ההולכה של החיישן הביולוגי בעת אינטראקציה עם 30 ננוגרם למיליליטר של טרופונין לב אנושי בסרום. התרשים הכחול מייצג לפני האינטראקציה, ואילו התרשים האדום מייצג לאחר האינטראקציה. העיגול המקווקו מציין את הרצועה שנמצאת במעקב.

מוצג כאן השינוי באורך הגל עבור פס 2 בריכוזי טרופונין של 2.5 ננוגרם למיליליטר, 7.5 ננוגרם למיליליטר, 30 ננוגרם למיליליטר ו-75 ננוגרם למיליליטר. קווי השגיאה מייצגים את סטיית התקן. תרשים זה מציג את השינוי באורכי הגל של הרצועות שנצפה לאחר התחדשות עבור שבב חיישן ביולוגי ננו-חור.

הסטת המיקום של הרצועה השנייה בחזרה למקומה המקורי, מעידה על כך ששלב ההתחדשות היה מוצלח. לאחר השליטה, ניתן לבצע את המדידה תוך שעה אחת אם היא מבוצעת כראוי. בעת מדידת ביואנליטים בשיטה זו, חשוב להשתמש בריאגנטים טריים שהוכנו.

אנא הקפד להוציא את החומרים המתכלים שלך. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר חיישנים ביולוגיים הפועלים על פי העיקרון של שידור אופטי יוצא דופן ויכולים לנטר ביואנליטים על רקע מורכב. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שקשה ליצור מערכי ננו-חורים בנאמנות גבוהה המאפשרים לממשק את השבב עם סיב אופטי ללא צורך במיקרוסקופ כלשהו ולבחור בשרפים הניתנים לשחזור.

טכניקה זו מאפשרת לך לבצע מדידות סדרתיות שהן חיוניות במסגרות רפואיות. ייצור השבב עושה דרך ארוכה בהבטחת שחזור המדידות. כאשר הפלטפורמה הבסיסית תישאר זהה, שיפורים נוספים בטכניקה זו יגיעו משימוש בטכניקה עם רזולוציה טובה יותר שתשפר את הרגישות ומשימוש בשיטות עיבוד אותות להשגת יחסי אות לרעש טובים יותר.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על ניטור ביואנליטים מרובים על רקע מורכב של סרום בנקודת טיפול בזמן אמת.