Name: יישומים Microfluidic עבור אבחון פנויה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-02-03T23:55:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: למד יישומים מיקרו-נוזליים לאבחון פנוי באמצעות מכשירים תרמופלסטיים. שיטה זו מאפשרת הכנת דגימות קליניות וזיהוי מולקולרי בשטח ללא ציוד מעבדה מורכב.

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

למחברים אין הצהרות גילוי לנשוא.

יישומים microfluidic עבור אבחון פנויה

Microfluidic Applications for Disposable Diagnostics

בראיון זה, ד&quot;ר Klapperich דן תרמופלסטיים ייצור של מכשירים microfluidic ויישומם לפיתוח של כלי אבחון חדשים.

יישומים Microfluidic עבור אבחון פנויה

בראיון זה, ד"ר Klapperich דן בייצור של התקני מיקרופלואידיקה תרמופלסטיים וביישומם לפיתוח של ...

שמי קתרין קלאודברידג' (Catherine CloudBridge) ואני פרופסור לייצור, הנדסה והנדסה ביו-במדית באוניברסיטת בוסטון. כמו כן, אני מנהלת את המעבדה למכשירים ביו-במדיים זעירים וסביבות מיקרו. אנו עוסקים בעיקר בפיתוח אמצעי אבחון חד-פעמיים ליישומים בסביבות עם משאבים מוגבלים.לכן אנו משתמשים במיקרופלואידיקה כדי לייצר את ההתקנים הללו. אנו מעוניינים למעשה בשני תחומי מחקר. בראש ובראשונה, אנו מעוניינים לבחון כיצד ביו-מולקולות ותאים מגיבים למשטחי פולימרים פלסטיים.זוהי מסגרת העל המרכזית שלנו. עבודה זו באה לידי ביטוי ביישומים מיקרופלואידיים לאבחונים חד-פעמיים. לכן, במעבדה, אנו מייצרים התקנים מיקרופלואידיים.בחומרים תרמופלסטיים איננו משתמשים, בדרך כלל, ב-PDMS, שהוא החומר הגומי שרוב האנשים משתמשים בו כדי ליצור מערכות מיקרופלואידיקה במעבדה. אנו מייצרים את המכשירים שלנו מחומרים תרמופלסטיים. אנו מעוניינים להשתמש במכשירים תרמופלסטיים אלה כדי לבצע ביולוגיה מולקולרית בקנה מידה מיקרוסקופי, באופן שיאפשר ביצוע של ביולוגיה מולקולרית בשטח, הרחק ממעבדה מרכזית.האופן שבו זה מיושם במעבדה הוא שאנו מייצרים כרטיסי פלסטיק קטנים, ובתוך כרטיסים אלו נמצאות עמודי מיצוי פאזה מוצקה (solid phase extraction), עמודי ליזיס של תאים או עמודי ערבוב. אנו מבצעים גם תגובת שרשרת פולימראז (polymerase chain reaction) על השבב כטכניקת זיהוי. כל הרכיבים הללו מאוגדים למכשיר קטן שבטווח הרחוק של המחקר יהפוך למכשיר אינטגרטיבי שניתן יהיה להחזיקו ביד ולהוציאו לשטח או לסביבות שבהן מעבדה רחבת היקף, עם כל מכשירי הסנטריפוגה, האינקובטורים לחימום וכדומה, לא תהיה זמינה.לכן, השאיפה שלנו היא להיות מסוגלים להתחיל מדגם אנושי, כגון דם, שתן, צואה או למשל סוואב נזופרינגיאלי, שיהיה מורכב מרירי. ובמוצא של השבב לקבל תשובה, כן או לא, האם אדם נגפה במיקרואורגניזם מסוים. אנו עושים זאת על ידי חיפוש ה-DNA או ה-RNA של אותו מיקרואורגניזם ספציפי, תלוי בסוג המיקרואורגניזם, בתוך דגימת המטופל.לפיכך, האתגרים הטכניים שמתעוררים נמצאים בעיקר בצד של הכנת הדגימה במשוואה זו. כאשר מתחילים עם דם, צואה או שתן, עליך להגיע ממצב שבו יש לך דגימה אנושית מורכבת, המכילה כמות גדולה של חלקיקים פוטנציאליים או מעכבים של PCR או של טכניקות הגברה אחרות, למצב שבו בסוף התהליך תהיה דגימה נקייה מאוד של חומצות גרעין שחולצו, שניתן להשתמש בהן להגברה או לחיפוש אחר DNA או RNA ספציפיים שיעידו אם המיקרואורגניזם שאתה מחפש היה נוכח.כדי לנקות את הדגימות הללו, יש לבצע מספר פעולות. ראשית, יש לסנן את הדגימה, תהליך אשר בהתאם לסוג הדגימה, עשוי לכלול סינון גס או שלב של סבב מהיר (spin) לפני שהדגימה מועברת לשבב. לכן, אנו תמיד שואפים להתחיל עם הדגימות כפי שהן מתקבלות מהקליניקאי.לכן, עבור דגימות שתן, צואה ומטוחי נזל-לוע, המטרה שלנו היא שהקליניקאי פשוט יבצע את עבודתו כפי שהוא רגיל ויגבה את הדגימה כפי שהוא רגיל. לאחר מכן, אנו לוקחים את הדגימה ומניחים אותה על השבבים. לפיכך, אם נדרש סינון נוסף בשלב זה, הסינון יתבצע בתוך השבב.השלב השני כולל, מכיוון שאנו מבצעים בדיקות מולקולריות, את הצורך בליס (lyse) של התאים והמיקרואורגניזמים הנמצאים בדגימה זו. לכן אנו מבצעים שלב ליסיס, הכולל בדרך כלל דחיפה של הדגימה דרך מסנן בעל נקביות קטנות. לעיתים המסנן מכיל גם ננו-חלקיקים כגון ננו-צינוריות פחמן, בעלות קצוות חדים, שיכולים לשמש לפירוק של חלק מהאורגניזמים בעלי דפנות תאים עמידות יותר כמו C difficile, שהיא חיידק גרם-חיובי שאיתו אנו עובדים והוא קשה מאוד לליסיס.לכן עלינו להשתמש בעמודי ליזיס עמידים יותר. אך בדרך כלל אנו מבצעים ליזיס כימי ומכני משולב בתוך השבב. לאחר מכן, מטרתנו היא לקחת את הליזט ולאחר מכן להוציא את החומצות הגרעיניות המזוהות.כעת אנו מעבירים את הליזאט על פני עמודת מיצוי פאזה מוצקה (solid phase extraction column) המשובצת בשבב המיקרופלואידי. עמודת מיצוי פאזה מוצקה זו עשויה מפלסטיק ומיוצרת באמצעות כימיה בעירור פוטו-כימי בתוך התעלה המיקרופלואידית לאחר שהיא כבר יוצרה. בנוסף, היא ספוגה בדרך כלל בחלקיקי סיליקה, מכיוון שאנו מעוניינים לקשור ולשחרר חומצות גרעיניות.במקרים מסוימים, שילבנו גלובוליות oligo DT אם ברצוננו לקשור ולשחרר mRNA באופן ספציפי, למשל, או גלובוליות הנושאות נוגדנים ספציפיים, אם ברצוננו לקשור ולשחרר חלבונים מסוימים. ואנו יכולים להכין עמודי מיצוי המבצעים את כל הפעולות הללו. אך היום נראה לכם כיצד להכין את עמוד המיצוי של sase עם גלובוליות סיליקה.לאחר שביצענו זאת, מעבירים את הליזט דרך עמודת הסיליקה; התהליך עובד בדיוק כפי שעובד ערכה של Qiagen במעבדה בקנה מידה מאקרוסקופי. לאחר מכן נבצע שטיפה כדי להסיר את כל שאר הרכיבים שאינם רצויים, את כל הפחמימות, הליפידים וחומרים אחרים הנמצאים בליזט התאי ובשאר הדגימה האנושית שאיננו מעוניינים בהם. ובסוף התהליך, נבצע אלוציה באמצעות מים.והיתרון בעמודי מיסור של פאזה מוצקה (solid phase extraction) במיקרו-קנה מידה הוא שניתן לבצע אלucia עם כמות קטנה מאוד של מים, בדרך כלל בסדר גודל של 1 עד 5 µL. אנו מקבלים בחזרה כמעט את כל החומצות הגרעיניות שהכנסנו. קצב היעילות הוא כ-70% עד 90% ב-10 µL הראשונים שאנו מקבלים בחזרה מהתעלה הזו.לכן, אם נבצע שטיפה כפולה עם 2 עד 10 µL, נקבל בחזרה כמעט את כל החומצות הגרעיניות שהכנסנו. כך מקבלים לא רק דגימה נקייה שניתן להריץ לה PCR, אלא גם דגימה בריכוז גבוה בהרבה מזה שניתן להשיג באמצעות ערכה סטנדרטית לשולחן המעבדה. המטרה הסופית של כל טכניקות הכנת הדגימות הללו היא ליצור תוצרים התואמים לחלק מהעבודות האחרות שבוצעו בתחום.עבודה מרשימה מאוד בתחום, המראה שניתן לבצע הגברת PCR על גבי שבב. ניתן לבצע את תגובת ה-reverse transcriptase על גבי שבב אם אתם עוסקים בנגיף RNA או אם ברצונכם לבצע ניסוי של ביטוי גנים. ניתן לשלב את טכניקות הכנת הדגימות שלנו ישירות עם PCR על גבי שבב, כך שלא תצטרכו לבצע אף אחד משלבי הניקוי וההכנה של הדגימה על השולחן.בנוסף, ישנו שלב הריכוז שעליכם לבצע כדי להשיג את הנפחים הזעירים הדרושים לביצוע PCR רב-מיקוד (multiplexed PCR) על שבב קטן. לכן, הניסויים שנציג בפניכם היום ידגימו כיצד אנו מרכיבים את השבב המיקרופלואידי, העשוי מתרמופלסטי ולא מ-PDMS. לכן, הוא דורש תהליך ייצור שונה מעט מהמקובל, וכן נראה כיצד שבבים אלו נסגרים.ולאחר מכן כיצד אנו מבצעים את הכימיה בהשראת אור בתוך השבב כדי ליצור את המונולית הפולימרית המשמשת הן לליזיס של תאים והן לחילוץ פאזה מוצקה. ובסוף תהליך זה, שכרגע מדובר בתהליכים מודולריים במעבדה, אך הם יכולים ולהיושמו באופן אינטגרטיבי, תתקבל דגימה מרוכזת מאוד של חומצות גרעיניות, RNA ו-DNA במים, שיכולה לעבור לאחר מכן למודול PCR או למודול הגברה אחר שבו ניתן לבצע זיהוי של מיקרואורגניזם או זיהום. למעשה, יש לנו מענק שאנו עובדים עליו כעת, שבו התחלנו לאסוף דגימות אנושיות מהמרכז הרפואי של בוסטון מחולים שייתכן שהם נגועים בשפעת A או שלא. כיוון שזו עונת השפעת, אלו הן הדגימות שאנו אוספים.ואז במעבדה, אנו מבצעים את בדיקות ה-gold standard כדי לבדוק אם אדם נגוע ב-Influenza A, שזוהי בעיקר בדיקת תרבית, אשר לביצועה נדרשים מספר ימים. ובמקביל לכך, אנו מעבירים את הדגימות הללו דרך המודולים של השבב שלנו. אנו מעבירים אותן דרך עמודת הליזיס, דרך עמודת מיצוי הפאזה המוצקה (solid phase extraction), ולאחר מכן אנו מבצעים את ה-PCR כדי לבחון את רמת הביצועים שלנו בהשוואה לשיטות ה-gold standard.זהו השלב שבו אנחנו נמצאים כעת. אם ניסויים אלו יצליחו, אני חושב שבמהלך ארבע עד שש השנים הבאות, אולי נגיע למצב שבו יהיה לנו שבב משולב ובדיקה מלאה עבור influenza A, ובנוסף אנו עובדים על clostridium difficile ודגימות צואה. ואנחנו גם קרובים מאוד לא רק לשילוב המכשיר, אלא גם לשילוב הבדיקה.לפיכך, פיתוח הבדיקה ותכנון השבב חייבים להתרחש במקביל. עבור יישום מסוים, במטרה להגיע לשימוש במיטת החולה, מדובר בתהליך המכוון למטרה. עליך להכיר את הדגימה ממנה אתה מתחיל ואת המיקרואורגניזם שאתה מחפש כדי לבצע אופטימיזציה לשבב לצורך שימוש במיטת החולה.אז אני, אני לא חושב שאנחנו רחוקים כל כך מלהוציא את זה אל הפועל כפרוטוטיפ. אלו הן מטרות הסוף שלנו, כך שאני מקווה שנגיע לשם.

microfluidic-applications-for-disposable-diagnostics

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

אנו מדגימים פרוטוקולים לייצור מיכון אלסטומרי polydimethylsiloxane (PDMS) מבוססי מערכים microvalve כי אין צורך אנרגיה נוספת כדי לסגור תכונה כרכים מדויק מוגדר photolithographically. מיקסר במקביל subnanoliter נפח ומערכת משולבת זלוף microfluidic מוצגים.

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי

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

שבב microfluidic תרמופלסטיים משולב פותח לשימוש כאבחון מולקולרי. השבב מבצע חילוץ חומצות גרעין, transcriptase ההפוכה, וה-PCR. שיטות לבודה והפעלת השבב מתוארות.

ייצור שבבים microfluidic ושיטה לגילוי שפעת

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

במאמר זה אנו מתארים טכניקות שונות עבור פלטפורמות אב טיפוס מהירות מיקרופלואידיות. הטכניקות המוצעות מבוססות על אפוקסי אולטרה סגול (UV) וריפוי טמפרטורה, צינורות מבוססי פולידימתילסילוקסן (PDMS), הדבקת חוטים וסרטי דבק אנזוטרופיים. הליכי ההרכבה המוצגים פותחו הן עבור מכשירים לשימוש חד פעמי והן עבור מערכות מיקרופלואידיות לשימוש חוזר.

שיטות אריזה של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי בתפוקה גבוהה מהירה ובעלות נמוכה

אנו מציגים biochip אלקטרוכימיים המבוסס על microfluidic לגילוי הכלאת DNA. בעקבות functionalization הבדיקה ssDNA, הסגוליות, הרגישות, וגבול הגילוי נלמדים ביעדי ssDNA משלימים ולא משלימים. תוצאות ממחישות את השפעתם של אירועי הכלאת DNA על מערכת אלקטרוכימיים, עם גבול גילוי של 3.8 ננומטר.

Biochip אלקטרוכימי מבוסס Microfluidic לניתוח הכלאה DNA ללא תווית

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

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

Microfluidics הוא כלי רב עוצמה לפיתוח בדיקות אבחון. עם זאת, ציוד וחומרים יקרים, כמו גם טכניקות ייצור וטיפול מייגע, נדרשים לעתים קרובות. כאן אנו מפרטים את פרוטוקול הייצור של התקן מיקרופלואידי אקרילי עבור אימונו-אנליזות מגנטיות מבוססות מיקרו וננו-חלקיקים בסביבה זולה ופשוטה לשימוש.

מיקרומילינג בקרה נומרי ממוחשב של מכשיר אקרילי מיקרופלואידי עם הגבלה מדורגת עבור בדיקות חיסוניות מבוססות ננו-חלקיקים מגנטיים

למד יישומים מיקרו-נוזליים לאבחון פנוי באמצעות מכשירים תרמופלסטיים. שיטה זו מאפשרת הכנת דגימות קליניות וזיהוי מולקולרי בשטח ללא ציוד מעבדה מורכב.

יישומים Microfluidic עבור אבחון פנויה

גלה סרטונים נוספים