Name: 粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 54 s
Description: 学ぶマイクロ流体CODES技術による粒子の多重検出とサイズ測定法。抵抗パルスセンシングとCDMAを組み合わせ、外部機器不要で電子的に粒子を追跡し、ポイントオブケア検査に適したポータブルデバイスを実現します。

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

playerTrialDesktop

この研究は、National Science Foundation Award No.の支援を受けました。ECCS 1610995。著者らは、共有施設の使用に際し、Institute of Electronics and NanotechnologyおよびParker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscienceのスタッフに感謝します。著者はまた、原稿の準備に協力してくれたChia-Heng Chuに感謝したいと思います。

コーディング電極の1デザイン 注：図1aは、微細電極の3次元構造を示しています。 <ol><li>マイクロ流体チャネル23を符号化するための4つの7ビットのゴールドコードのセットを設計します。 <ol><li> 2つの線形フィードバックシフトレジスタ（LFSRに）、原始多項式を表す各を構築します。 </li><li> 7ビットメートルの -sequencesの好ましいペアを生成するためのLFSRを使用してください。 </li><li>周期的メートルの -sequencesの好ましい組をシフトし、4つの異なるゴールド符号を生成するためのmod 2でそれらを追加します。 </li></ol></li><li>コーディング電極（ 図1b）のレイアウトを設計します。 <ol><li> 3コーナーに正、負、および参照電極を表す、3電極端子を配置します。 </li><li>ルート正および負電極は、各マイクロ流体チャネルの両側にトレースします。 </li><li>正極および負極を拡張一意に割り当てられたゴールドコード（ 図1c）は、次の電極指のようなマイクロ流体チャネル、。 </li><li>正と負電極指との間に基準電極を配置します。 </li><li>コード領域の外側の電気伝導を最小限にするために、はるかに最も外側の参照電極指からの正負の電極トレースを置きます。 </li></ol></li></ol>表面電極の2微細加工 注：図2bは、表面電極の製造工程を示す図です。 <ol><li>ピラニア溶液で4インチホウケイ酸ガラスウェーハ清掃（98％硫酸：30％過酸化水素水= 5：1）20分間、全ての有機汚染物質を除去するために120℃。その後、残留水を除去するために20分間、200℃のホットプレート上にウエハを配置します。 </li><li>スピナーにウェハを転送します。ウェハ上に2 mLのネガ型フォトレジストを分配し、3の速度でウェハを回転、均一にコートする40秒1.5μmのフォトレジスト層を有するウェハ000 rpmで。 </li><li> 150℃のホットプレート上でウェーハを置き、1分間回転させ、フォトレジストを焼きます。 </li><li>マスクアライナを使用して、クロムマスクを介して365nmのUV光（225ミリジュール/ cm 2）でのフォトレジストを公開します。 </li><li> 100℃のホットプレート上にウエハを配置し、1分間露光されたフォトレジストを焼きます。 </li><li> 15秒のためのフォトレジスト現像液（RD6）にウェハを浸漬することによりフォトレジストを開発します。ゆっくり脱イオン（DI）水を噴霧し、ウェーハを洗浄します。圧縮窒素を吹き付けて乾燥しました。 </li><li>電子ビーム金属蒸発器にパターン化されたフォトレジストを有するウェハを置き、3×10 -6 Torrのベース圧力とでウエハ上に80nmの厚さの金膜に続いて厚さ20nmのクロム膜を堆積1 A / Sの堆積速度。 </li><li>部屋の気性で30分間、100％の振幅と周波数40kHzの超音波浴セット中のアセトンへの金属被覆されたウェハを浸し基本となるフォトレジストをエッチングし、リフトオフプロセスを完了するためにature。 </li><li>サイコロ従来のダイシングソーを使用して小片にウェハ。 </li></ol>マイクロ流体チャネルのためのSU-8鋳型の3製作 注：図2aは、マイクロ流体チャネル用モールドの製造工程を示す図です。 <ol><li>きれいにし、2.1に記載の同じ手順を使用して、4インチのシリコンウェハを焼きます。 </li><li>スピナーにウェハを転送します。ウェハ上に4 mLのフォトレジストを注ぎます。コートフォトレジストを有するウェーハ。 <ol><li> 15秒間500rpmでウエハをスピン。 </li><li> 15秒間1000rpmでウェハをスピン。 </li><li> 60秒が均一に被覆された15μmの厚さのフォトレジスト層を得るためにするために3000rpmでウェハを回転。 </li></ol></li><li>クリーンルームワイプアセトンに浸した上で、ウェハ面を配置し、裏面とウェハのエッジから残留フォトレジストを除去。 </li><li>ホットPL上にウェハを転送ソフトベーキングのために食べました。まず、1分間、65℃でウェーハを焼きます。その後すぐに95℃のホットプレートにウェハを移動し、2分間焼きます。 </li><li>マスクアライナを使用して、クロムマスクを介して365 nmのUV光（180ミリジュール/ cm 2）でのフォトレジストを露光します。 </li><li> 2分間、1分間、65℃で曝露した後、次いで95℃でウェハベーク。 </li><li>現像液中のウェハを浸し、軽く3分間の容器を振ります。その後、イソプロパノールアルコール（IPA）とのウェハを洗浄し、圧縮窒素を吹き付けて乾燥。白色の残留物がウェハ上に表示された場合は、再び開発者にそれを浸すと、より長い時間、乾燥のために開発しています。 </li><li>それを完全に乾燥させるために30分間、200℃のホットプレート上にウエハを焼きます。 </li><li>均一性を保証するために、ウェハ上の異なる場所でプロフィルメータを用いてパターニングされたフォトレジストの厚さを測定します。 </li><li>蒸着の技術を利用することにより、モールドウェーハSilanize。 TRの200μLを追加8時間のSU-8の金型ウエハと共に真空デシケーター中でペトリ皿や場所でichlorosilane。 </li></ol>マイクロ流体CODESデバイスの4組立<ol><li> 150 mmの直径ペトリ皿に金型と4インチのシリコンウェーハを配置し、その縁からテーピングすることによってそれを修正。 </li><li> 10の割合でポリジメチルシロキサン（PDMS）プレポリマーと架橋剤の混合：1、およびペトリ皿に混合物を50g注ぎます。 1時間脱ガスし、混合物を真空デシケーター中でペトリ皿に置き、その後、少なくとも4時間（ 図2A）を65℃のオーブンで硬化。 </li><li>メスを用いて硬化PDMS層を切り取り、ピンセットを用いたモールドウエハを、それをはがします。プルーフの原理装置の大きさは、約20mm×7 mmです。その後、生検パンチャーを使用して、マイクロ流体チャネルの入口と出口のためのPDMSを介して1.5ミリメートルの直径を有する穴をパンチ。 </li><li>私を置くことによって、PDMS部のパターン形成された側をきれいにしてくださいクリーンルーム粘着テープ上のトン。 </li><li>アセトン、IPA、脱イオン水ですすぐことによって表面電極を有するガラス基板を洗浄し、圧縮窒素を使用して乾燥させます。 </li><li>各部品の微細加工された側が100 mWのに設定されたRFプラズマ発生器内で上に向けて30秒間酸素プラズマ中のPDMSとガラス基板の表面を活性化させます。 </li><li>光学顕微鏡を用いてガラス基板上に表面電極を有するPDMSマイクロ流体チャネルを整列した後、物理的に接触する2つのプラズマ活性化表面をもたらします。 </li><li>ホットプレートに面したガラス側で、5分間、70℃のホットプレート上でデバイスを焼きます。 </li><li>半田付けすることにより、ワイヤと電極の接触パッドを接続します。 </li></ol>模擬生物学的サンプルの5準備<ol><li>培養RPMI 1640中HeyA8ヒト卵巣癌細胞を、10％ウシ胎児血清（FBS）を補充した、1％ペニシリン-ストレプトマイシン、5％CO 2雰囲気中37℃で彼らは、80％コンフルエンスに達するまで。 </li><li>ガラスピペットを用いて培養フラスコから培地を吸引します。分配した後、細胞を洗浄し、1×リン酸緩衝生理食塩水（PBS）を吸引除去します。 </li><li>接着細胞を懸濁し、37℃で2分間（w / v）のトリプシン溶液2ml中の細胞を、0.05％をインキュベートします。その後、トリプシンを中和するために培養培地の4 mLを加え。 </li><li>遠心機で5分間、100×gで細胞懸濁液を試験管に細胞をペレット化します。その後、完全に上清を吸引除去します。 </li><li>穏やかにピペッティングすることによって、および機械的に解離細胞塊まで1-2 mLの1×PBSで細胞を再懸濁します。 </li><li>ピペットに細胞懸濁液の少量を描画し、血球計数器を用いて細胞数を数えます。 </li><li> 10 5〜10 6細胞/ mLの最終細胞濃度でサンプルを調製するためにPBSで細胞懸濁液を希釈します。 </li></ol> 6.マイクロ流体CODESデバイスを実行します 注：Fiを提供してグレ3に実験を示しています。 <ol><li>光学顕微鏡のステージ上にマイクロ流体CODESデバイスを配置します。 </li><li>電子ファンクション・ジェネレータを使用して、チップ上の基準電極400 kHzの正弦波を適用します。 </li><li>電圧信号は、それぞれの電流信号に変換するために、2つの独立したトランスインピーダンス増幅器に正および負の検知電極を接続します。 </li><li>バイポーラ信号を得るために、差動電圧増幅器を使用して、負の感知電極電圧信号から正の感知電極電圧信号を減算します。 </li><li>検証と特性解析の目的のために、デバイスの光学的に記録動作に高速度カメラを使用してください。 </li><li>シリンジポンプを用いて一定の流量（50〜1000μL/時間）マイクロ流体CODES装置を介して細胞懸濁液を駆動します。 </li><li>ロックインアンプを用いてインピーダンス変調信号を測定します。 <ol><li>参考文献を参照AC信号を接続しますロックインアンプのレンス入力。入力信号としてロックインアンプに差動バイポーラ信号を接続します。 </li><li>ロックインアンプの出力から差動信号のRMS振幅を取得します。 </li></ol></li><li>さらなる分析のためのデータ収集ボードを介してコンピュータに1メガヘルツの速度でのロックインアンプの出力信号をサンプリングします。 </li></ol>センサ信号の7処理<ol><li>後処理および復号化のためにMATLABに記録された電気データを転送します。 </li><li>高周波ノイズ（&gt; 2.5 kHzの）を除去するためにバターワースフィルタ（MATLAB組み込み関数）を使用して、デジタル領域で記録された信号をフィルタリングします。 </li><li>センサ信号からテンプレートコードライブラリを生成します。 <ol><li>デバイス内の各センサに対応する代表非重複コード信号を識別し、別々の波形ベクトルとしてデータセットから、これらの信号ブロックを抽出します。 </li><li>各テンプレートコード波形ベクトルを正規化その力によって。信号電力を測定するためにMATLAB組み込み関数（bandpower）を使用してください。 </li><li>デジタル的に電極上の細胞流速の変動に対応するために、継続時間を変えて正規化されたコード信号のバージョンを作成することにより、テンプレートライブラリを拡張するためにMATLAB関数（リサンプル）を使用してください。 </li></ol></li><li>フィルタリング波形：（SNR&gt; 12デシベル閾値）の活動をセンサに対応する信号ブロックを特定します。閾値下のSNRの波形はノイズとして扱われることになります。 </li><li>連続干渉除去に基づく反復アルゴリズム、一般的にマルチユーザCDMA通信ネットワーク24、25に使用される技術を使用して記録された信号のセンサ活性の個々のブロックを復号します。 <ol><li>スライディング内積を使用して、ライブラリ内のすべてのテンプレートで各信号ブロックの相互相関を計算します。 </li><li>ラーグを生成するテンプレートを識別するEST自己相関ピークが支配的な個々のセンサコード信号を決定します。自己相関ピークの時間と振幅の両方を記録します。 </li><li> （ステップ7.5.2で決定）は、測定自己相関ピークの振幅とタイミング情報に基づいて識別コードテンプレートをスケーリングすることによって推定センサーコード信号を構築します。 </li><li>元のデータから推定センサーコード信号を減算します。 </li><li>残差信号は、数学的には0.5未満である相関係数として定義され、テンプレートライブラリ内の任意の信号に似なくなるまで、7.5.1からの処理を繰り返します。 </li></ol></li><li>最適化プロセスを用いて、ステップ7.5からの初期のセンサ信号の推定を絞り込みます。 <ol><li>各反復から推定個々のセンサ信号を加算して信号を再構成します。 </li><li>記録された電気信号との最良適合を生成するために元の推定値の周りの個々のセンサ信号の振幅、持続時間およびタイミングをスイープ最小二乗に基づいて、26を近似。 </li></ol></li><li>光学像に対して電気信号を較正することにより、セルサイズに推定センサ信号の振幅を変換します。 </li></ol>

<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>

著者らは開示するものは何もない。

複数の抵抗パルスセンサが以前に、マイクロ流体チップ28、29、30、31、32に組み込まれています。これらのシステムでは、抵抗パルスセンサはどちら28、29、30、31、またはそれらは異なる周波数32で駆動されるように、個々のセンサを必要と多重化されていませんでした。両方の場合において、専用の外部接続は、チップ上の各抵抗脈拍センサのために必要とし、したがって、センサの多くは、より大きなハードウェアの複雑さなしに統合...

このような液体中に懸濁された細胞、細菌またはウイルスのような生物学的粒子の正確な検出および分析アプリケーション1、2、3の範囲のための非常に興味深いです。サイズがよくマッチ、マイクロ流体デバイスは、高感度、穏やかなサンプル操作とよく制御微小環境4、5、6、7、この目的のためのユニークな利点を提供します。さらに、マイクロ流体デバイスは、受動的に種々の性質8、9、10、11、12に基づいて、生物学的粒子の不均一な集団を分画するために流体力学とフォースフィールドの組み合わせを使用するように設計することができます。これらの装置ではS、得られた粒子分布は、読み出しとして使用することができるが、空間情報は、ラボのインフラストラクチャに結びつけることにより、マイクロ流体デバイスの実用性を制限する、唯一の顕微鏡を通して一般的にアクセス可能です。したがって、それらはマイクロ流体デバイス上で操作しているように容易に、粒子の時空間マッピングを報告することができる統合されたセンサーは、潜在的にモバイルでの試料の試験のために特に魅力的で低コスト、統合されたラボオンチップデバイスを有効にすることができます、リソースが制限された設定。 薄膜電極は、様々なアプリケーション13、14のためにマイクロ流体デバイスに統合されたセンサーとして使用されています。抵抗パルスセンシング（RPS）は、電気測定15から直接、堅牢敏感、およびハイスループット検出機構を提供していますように、マイクロ流体チャネル内の小さな粒子の統合センシングのために特に魅力的です。 RPSは、電解液中に浸漬一対の電極間のインピーダンスの変調は、粒子を検出するための手段として使用されます。粒子が開口部を通過するとき、粒子のオーダーの大きさ、数および電流の過渡パルスの振幅は、それぞれ、カウントおよびサイズ粒子に使用されます。また、センサの幾何学的形状は、感度16、17、18、19を強化するか、マイクロ流体チャネル20内の粒子の垂直位置を推定するために、抵抗パルス波形を整形するために、フォトリソグラフィの解像度を有するように設計することができます。 我々は最近、電気的検出（マイクロ流体CODES）21によってマイクロ流体符号化直交検出と呼ばれる拡張性とシンプルな多重抵抗パルスセンシング技術を導入しています。マイクロ流体コードはに依存しています抵抗パルスセンサの相互接続ネットワーク、多重化を可能にするために、それぞれ、一意の識別可能な方法で伝導を調節するために微細加工電極のアレイからなります。我々は、特に符号分割多元接続で使用されるデジタルコードに似て、直交電気信号を生成するために各センサを設計した22（CDMA）通信ネットワーク、個々の抵抗パルスセンサ信号は一意に単一の出力波形から回収することができるようにも信号の場合異なるセンサが干渉する。このように、我々の技術は、最小限に、デバイスに、両方のシステムレベルの複雑さを維持しながら、マイクロ流体チップ上の異なる位置での粒子のモニタリングを可能にする、1D電気信号への粒子の2次元空間情報を圧縮します。 本稿では、実験と計算マイクロ流体CODES技術を使用するために必要な方法と同様に、Rのための詳細なプロトコルを提示しますシミュレートされた生物学的試料の分析におけるその使用からepresentative結果。技術を説明するための例の4多重センサを有する試作装置の結果を使用して、我々は、（2）実験の説明を含むマイクロ流体CODES技術とマイクロ流体デバイスを作成するために、（1）微細加工プロセスのプロトコルを提供します、電子的、光学的、および流体ハードウェア、（3）異なるセンサからの干渉信号を復号するためのコンピュータアルゴリズム、および（4）の検出およびマイクロ流体チャネル中の癌細胞の分析からの結果。私たちは、ここで説明する詳細なプロトコルを使用して、他の研究者が自分の研究のために当社の技術を適用することができると信じています。

<table><tbody><tr><td>98%硫酸&nbsp;&nbsp;&nbsp;</td><td>BDHケミカルズ社</td><td>BDH3074-3.8LP</td><td></td></tr><tr><td>30%過酸化水素&nbsp;&nbsp;</td><td>BDHケミカルズ</td><td>社 BDH7690-3</td><td></td></tr><tr><td>トリクロロシラン</td><td>アルドリッチ化学社</td><td>235725-100G</td><td></td></tr><tr><td>NR9-1500PY ネガ型フォトレジスト</td><td>フルテックス</td><td></td><td></td></tr>レジ<tr><td>スト現像液 RD6</td><td>フルテックス</td><td></td><td></td></tr><tr><td>アセトン</td><td>BDHケミカルズ</td><td>BDH1101-4LP</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 2015年型 ネガ型フォトレジスト</td><td>マイクロケム</td><td>SU8-2015</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 現像液</td><td>Microchem</td><td>Y010200</td><td></td></tr><tr><td>ポリジメチルシロキサン (PDMS)</td> <td>ダウ コーニング</td><td>3097358-1004</td><td>シルガード 184 シリコーンエラストマーキット</td></tr><tr><td>イソプロピルアルコール</td><td>BDH ケミカルズ</td><td>BDH1133-4LP</td><td></td></tr><tr><td>RPMI 1640</td><td>コーニング セルグロ</td><td>10-040-CV</td><td></td></tr><tr><td>ウシ胎児血清 (FBS)</td> <td>セラディム</td><td>1500-050</td><td></td></tr><tr><td>ペニシリン-ストレプトマイシン</td><td>アムレスコ</td><td>K952-100ML</td><td></td></tr><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水(PBS)</td><td>Corning Cellgro</td><td>21-040-CM</td><td></td></tr><tr><td>PHD 22/2000シリンジポンプ</td><td>ハーバード装置</td><td>70-2001</td><td></td></tr><tr><td>HF2LIロックインアンプ</td>チュー<td>リッヒ機器</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HF2TA電流増幅器</td>チュー<td>リッヒ機器</td>エ<td></td><td></td></tr><tr><td>クリプスTi-U顕微鏡</td><td>ニコン株式会社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DS-Fi2 高精細カラーカメラ&nbsp;</td><td>株式会社</td><td></td><td></td>ニコン</tr><tr><td>v7.3 ハイスピードカメラ</td><td>Phantom</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PCIe-6361 データ収集ボード&nbsp;</td><td>National Instruments</td><td>781050-01</td><td></td></tr><tr><td>BNC-2120シールド端子台</td><td>National Instruments</td><td>777960-01&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PX-250 プラズマ処理システム</td><td>ノードソン MARCH&nbsp;</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

生物学的サンプルのマイクロ流体処理は、典型的には、空間的に関心のある生物学的特性に基づいて、試料を分別するために、様々な力場下の浮遊粒子の微分操作を含みます。得られた空間分布は、アッセイの読み出しとして使用するために、マイクロ流体デバイスは、多くの場合、より高いコストおよび低減可搬性を有する複雑な機器を必要とする顕微鏡分析に供されます。この制限に対処するために、我々は、マイクロ流体チップ上の異なる位置での粒子の多重検出のための統合された電子センシング技術を開発しました。マイクロ流体CODESと呼ばれる私たちの技術は、1D電気信号に二次元空間情報を圧縮するために符号分割多元接続で抵抗パルスセンシングを兼ね備えています。本稿では、検出するためのマイクロ流体CODES技術の実用的なデモンストレーションを提示し、サイズ培養癌細胞は、複数のマイクロ流体チャネルにわたって分布します。として高速顕微鏡によって検証、当社の技術は、正確に外部機器を必要とせずに、すべての電子密度の高い細胞集団を分析することができます。このように、マイクロ流体CODESは、潜在的に生物学的サンプルのポイント・オブ・ケア検査するのに適している低コストの統合されたラボオンチップデバイスを有効にすることができます。

4マイクロ流体チャネルに分散4つのセンサから成るマイクロ流体CODES装置は図1bに示されています。 （1）複数のセルが並行して、電極を通過することができず、（2）細胞の感受性を増加させる電極に近いままであるように、このシステムでは、各マイクロ流体チャネルの断面は、セルの大きさに近くなるように設計されました。各センサは、ユニークな7ビットのデジタルコードを生成するように設計されています。デバイスは、その後、細胞懸濁液を用いて試験しました。 4個々のセンサに対応する記録電気信号は、図4の関連する理想的なデジタルコードで示されています。小さな偏差が存在しない一方で記録された信号は、密接に、理想的な矩形パルスと一致しています。このような偏差は、同一平面上の電極、異なる電極対の間の結合の球状の間に不平等電界を含むいくつかの要因の組み合わせに起因します細胞、ならびにマイクロ流体チャネル内の細胞の一定の流速。我々は、再符号化センサ信号に基づいて、テンプレートライブラリを作成しました。ライブラリ内のすべてのテンプレー...

我々は、複数のマイクロ流体チャネル中の粒子の検出及びサイズを多重化するために、符号分割多重アクセス（CDMA）を有する抵抗パルスセンシング（RPS）を組み合わせた統合表面電極ネットワークとマイクロ流体プラットフォームを示します。

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

この手順の全体的な目的は、抵抗パルスセンシングと符号分割多重接続を組み合わせ、複数のマイクロ流体チャネルにおける粒子の検出およびサイズ測定を多重化するマイクロ流体プラットフォームを実証することです。microfluidic CODESと名付けられたこの技術は、リソースが限られた環境での生物学的試料のポイントオブケア検査に適した、完全に統合され、真にポータブルなラボオンチップデバイスの実現に寄与します。この手法の主な利点は、マイクロ流体チップ上の粒子の空間的および時間的な操作を電子的に追跡できるため、顕微鏡のような外部機器が不要になることです。本技術はソフトリソグラフィーとの互換性があり、粒子を分画してコールターカウンターと同様の直接的な電子読み出しを行うマイクロフォトニックデバイスへ容易に統合することが可能です。マイクロ流体デバイスの作製を開始するには、まず4組の7ビットのゴールドコードを生成します。次に、AutoCADなどのコンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを用いて、これらのゴールドコードに基づいた4種類の固有な電極レイアウトを設計します。最後に、設計した電極レイアウトに基づいたフォトマスクをフォトマスク業者に作製させます。次に、4インチのホウケイ酸ガラスウェハを、120 °Cで20分間、ピラニア溶液（5:1）に浸漬します。洗浄後、ウェハをホットプレートで200 °Cで20分間加熱し、残留水分を蒸発させます。洗浄し乾燥させたウェハをスピンコーターに設置します。ウェハにネガ型フォトレジスト溶液を2 milliliters滴下し、3000 revolutions per minuteで40 seconds間スピンコートします。スピンコート後のウェハをホットプレートにて150 degrees Celsiusで1 minute間乾燥させます。ウェハーを、所望の電極パターンのクロムマスクで覆います。マスクされたフォトレジスト表面に365 nanometerのUV光を照射し、225 millijoule per centimeter squaredに到達させます。その後、露光したフォトレジストをホットプレートを用いて100 degrees Celsiusで1分間ベークします。ウェハーをフォトレジスト現像液に15秒間浸し、その後、脱イオン水の緩やかなスプレーでパターンウェハーを洗浄し、窒素ガス流でウェハーを乾燥させます。次に、パターン形成後のウェハーを電子ビーム金属蒸着装置に設置します。1 Å/sの速度で、厚さ20 nmのクロム層と厚さ80 nmの金層をウェハー上に堆積させます。次に、金属コーティングしたウェーハをアセトン中で40 kHz、振幅100%で30分間超音波加熱し、下層のフォトレジストをエッチングします。ダイシングソーを使用して、必要に応じてウェーハを

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

この記事では、流体力学的流れに基づいて粒子の閉じ込めのためのマイクロ流体ベースの手法を提案する。我々はそれによって統合されたマイクロデバイスの任意の粒子の閉じ込めとマイクロマニピュレーションを可能にする、フィードバック制御のメカニズムを使用して流体よどみ点での安定した粒子のトラッピングを示しています。...

単一粒子のためのマイクロ流体ベースの流体力学的トラップ

彼らはkHzのレートで安価にピコリットル、自己区分血管を生成することができるので、液滴ベースのマイクロ流体プラットフォームは、ハイスループットの実験のための有望な候補である。...

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

このビデオは、磁性ナノ粒子ベースの免疫測定法のためのマイクロ流体システムを示しています。検出システムは、チャネル内に磁気トラップを組み込んだマイクロ流体デバイスを利用しています。一次抗体およびペルオキシダーゼ標識二次抗体に結合した抗原被覆磁性ナノ粒子からなる、あらかじめ形成された免疫複合体をチャネルに導入します。免疫複合体は、外部磁場を印加すると多孔質磁気トラップに捕捉されます。ペルオキシダーゼによる触媒作用により蛍光を発する蛍光性基質を用いて、捕捉された免疫複合体を顕微鏡で検出します。...

マイクロ流体デバイスを用いた磁性ナノ粒子を用いたイムノアッセイ

この記事では、単一細胞解析のためのマイクロ流体チップを提示する。これは、蛍光アッセイまたはイムノアッセイによって細胞内タンパク質、酵素、補因子、およびセカンドメッセンジャーの定量化を可能にする。...

単一細胞の多彩な化学分析マイクロ流体チップ

このプロトコルは、マイクロ流体デバイスを使用して自動化された小容量(0.15–1.5...

マイクロ流体精密小容量サンプル処理のためのプラットフォームとアコースティックマイクロデバイスで区切り生物学的粒子サイズのためのその使用

マイクロ流体バイオ センサー プラットフォームは、設計された、様々 な検体の迅速・高感度な定量化のため低コスト ドライ フィルム現像液の技術を用いて作製しました。この単回使用システムは、ストップ...

ドライ フィルムのレジストを用いた電気化学マイクロ流体バイオ プラットフォーム: デバイス作製、チップの試金の準備、およびシステム操作

現在では、複雑なサンプル準備と高価な計測器が必要し、低リソース環境では使用しにくいジカ、チクングニア ウイルスおよびデング...

多重等温増幅ベース ジカ、チクングニア ウイルスおよびデング熱 1 を検出する診断プラットフォーム

エレクトロウェッティングベースのデジタルマイクロ流体は、マイクロリットル体積液滴の見かけの接触角の電圧駆動変化を利用して、その操作を容易にする技術です。これを機能化された磁気ビーズと組み合わせることで、酵素結合免疫測定アッセイ(ELISA)を用いた複数の実験ユニット操作を組み合わせて、サンプル調製と病原体の同定を可能にします。...

酵素結合免疫吸着アッセイ用エレクトロウェッティングベースのデジタルマイクロ流体プラットフォーム

マイクロ流体プラットフォーム内の毛細管現象支援アセンブリを用いて、細菌やコロイドなどの液体中に浮遊するマイクロサイズの物体をポリジメチルシロキサン基板上の所定のアレイにパターニングする技術を提示する。...

シーケンシャルキャピラリティーアシストアセンブリによる微生物と微粒子のパターニング

この論文は、細胞外小胞サブセットの特性評価のためのスループットを向上させた新世代のマルチパラメトリック分析プラットフォームを提案します。この方法は、多重化されたバイオセンシング法と、原子間力顕微鏡による計量学的および形態力学的分析とラマン分光法の組み合わせに基づいており、マイクロアレイバイオチップにトラップされた小胞ターゲットを認定します。...

細胞外小胞サブセット解析のための多重化表面プラズモン共鳴イメージングチップ上のマルチモーダル解析プラットフォーム

このプロトコルは、個々のヒト末梢血単核細胞のサイトカイン分泌動態を定量的に測定するための高度なマイクロ流体プラットフォームを説明しています。このプラットフォームは、例としてリポ多糖で刺激された個々の細胞ごとに最大3つのサイトカイン(IL-6、TNFα、およびIL-1β)を並行して測定します。...

個々の多機能細胞の同時および逐次サイトカイン分泌を解明するためのマイクロ流体アプローチ 

学ぶマイクロ流体CODES技術による粒子の多重検出とサイズ測定法。抵抗パルスセンシングとCDMAを組み合わせ、外部機器不要で電子的に粒子を追跡し、ポイントオブケア検査に適したポータブルデバイスを実現します。

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

さらに動画を探す