Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 42 s
Description: 学ぶ ドライフィルムフォトレジストを用いた電気化学マイクロ流体バイオセンサーの作製法。酵素連結アッセイの停止流れ技術による迅速な分析物定量が可能です。

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

著者は、ドイツ研究振興協会 (DFG) 許可番号 UR 70/10-01 と UR 70/12-01 下でこの作業を部分的に資金調達のために感謝したいと思います。

1 マイクロ流体バイオ センサーを用いた DFR 技術の作製 <ol><li>ウェーハの PI の準備。。
	<ol><li>カット PI 基板 6 にウェーハをラウンドします。脱水焼くに約 1 時間の 120 の ° C のオーブンで PI ウェーハを置く</li>。
	</ol></li> <li>リフトオフ プロセス用フォトリソグラフィまず。
	<ol><li>3,000 rpm、2,000 rpm の加速時 30 の回転するスピン コーターをプログラム/s の場所スピンコーター PI ウエハーと真空を適用する、それを修正します。リフトオフ プロセスを可能に、レジスト 2 mL を分注、スピンコーター プログラムを開始します。スピンコーターからウェハを削除し、ソフト焼く 100 で 2 分間ホット プレート上の PI ウェーハ ° C</li>
		<li>肉眼で PI 基板上の電極をパターニングのため目的のマスクを調整し、400 mJ/cm 2 UV 光にそれを露出する (365 nm)。わずか 1 分の場所ボウルにウェハ軌道シェーカーでレジスト マッチング開発者でいっぱいそれを振る</li>
		<li>余分なレジストを除去した後は、濡れたベンチに脱イオン水 (純水) で PI ウエハを洗浄し、乾燥後、圧縮空気を使用してシャワーを使用します</li>。
	</ol></li> <li>プラチナ電極の形成のための蒸着。
	<ol><li>預金 200 標準物理蒸着法を使用してウェーハ 19 にプラチナの nm</li>。
		<li>は、ウェハをボウルに配置します。ボウルに一致する除去を追加し、すべての余分なプラチナが削除されるまで軌道シェーカーでウェハを少し振りながらリフトオフ レジストを除去します。1.2.3 のステップで説明したように PI ウェーハを乾燥をすすいで</li>。
	</ol></li> <li>2 番目写真平版ステップ: 断熱層を形成します。
	<li>それを脱水する 5 分の 120 ° C に予熱したオーブンで PI ウェーハを置く</li> <ol>
		500 rpm 時の回転の <li>プログラム最初ステップ スピン コーターの 5 s。30 の 2 番目のステップをプログラムに 4,000 回転, 700 rpm/s の加速を持つ s</li>
		<li>PI ウェーハ スピン コーターに置き、真空を適用する、それを修正します。スピンコーターのプログラムを開始する前に適切なエポキシ系フォトレジストの 4 mL を分注します</li>。
		<li>ソフト焼くホット プレート上 95 ° C で 3 分間コーティング ウェハ</li>。
		<li>は、それぞれアライメント マークと眼のレンズを使用してウェーハ上の絶縁層のマスクを調整します。100 mJ/cm 2 UV 光にウェーハを公開 (365 nm).</li>
		<li>露光後ベークの 95 で 2 分間予熱したホット プレート上のウェハを配置 ° C</li>
		<li>ボウルにウェハを置き、軌道のシェーカーに適して開発者 (例えば 1-メトキシ-2-プロピル-acetat SU 8 本の場合、2 分間) とレジストを開発</li>。
		<li>イソプロパノールでまず PI ウェーハを洗い流しし、すすいで 1.2.3 のステップで説明するよう、それを乾燥します</li>。
		<li>ハード焼く 150、3 時間オーブンでフォトレジスト ° C</li>
	</ol></li> <li>電極の洗浄プラズマ援用します。
	<ol><li>標準プラズマ装置酸素プラズマを使用して、フォトレジスト残留物を除去します。100% O 2 の流れ、250 sccm の割合 3 分の合計時間と 200 W 低周波電源を使用して、洗浄プログラムをスタート</li>
		<li>プラズマ室に PI ウェーハを置いて、ガラス蓋を使用して接地板にウェハを修正、プラズマ プロセスを開始します</li>。
	</ol></li> <li>銀・塩化銀沈着: オンチップ参照電極を作成する。
	紫外線に敏感な粘着テープによるウエハの <ol><li>Passivate プラチナ接触パッド。5 mm 幅と 11 cm 長いストライプに箔をカットし、銀と供託すべきではない部分を保護するウェハに結び付けます</li>。
		<li>銀蒸着のシリカフューム戸棚に超音波槽 (35 kHz) を入れて、お風呂に銀電解液 (100 g/L Ag、pH 12.5) のコンテナーを挿入します。ソニックのお風呂を部屋の温度と電源を 10% に設定します 。
		注意: 銀電解質溶液は毒性が高く、慎重に処理する必要があります。煙を吸入しない必要があります</li>。
		<li>は、参照電極の一括コンタクトを定電流源に接続します。カウンター電極、標準接続ケーブルを使用して現在のソースに、銀の電解質溶液に浸漬銀線を接続します</li>。
		<li>DC に-4.5 の電流密度に電流源を設定 mA/cm 2 の銀蒸着速度約 0.3 μ m/分のソニックのバスを開始させ 10 分・ ディ ・水ですすぎ、ウェーハが実行現在ソース</li>
		<li>参照電極の塩素処理、超音波浴に 0.1 M 塩化カリウム (KCl) 溶液の容器を挿入します。ウェハと定電流源による KCl 溶液中浸漬白金電極の一括接触を接続します</li>。
		<li>+0.6 の電流密度と dc 電流源を設定 mA/cm 2、約 0.075 μ m/分の沈着率の結果ソニックのバスを開始し、電流 7.5 分の実行</li>
		<li>水洗、乾燥、PI ウェーハ、1.2.3 のステップで説明したようします</li>。
		<li>UV 後 UV 感光性テープを削除 (365 nm) 300 mJ/cm 2 ・ リンス ドライに記載されているステップ 1.2.3 として再度、PI ウエハーの露光します</li>。
	</ol></li> <li>3 番目の写真平版ステップ: マイクロ チャネルを作成する使用して DFRs。
	<ol><li>は、ウエハース (20 × 20 cm 2) のようなサイズに必要な DFR レイヤーをカットしました。露出ユニットに必要なマスクを修正し、肉眼を使用してマスクに DFR のレイヤーを整列します。250 mJ/cm 2 UV 光でレジストを照らす (365 nm).</li>
		<li>は、フォトレジストの保護紙をはがすし、42 ° C とソニック パワーに予熱 (35 kHz) の標準的なソニックのバスを使用して 1% 炭酸ナトリウム (Na 2 CO 3) 溶液を約 2 分間 (構造) によってレジストを開発100%。反作用をすぐに停止し、軌道のシェーカーで 1% 塩酸風呂に 1 分のレジストをシェイクします。1.2.3 のステップで説明したように、DFR 各層を乾燥をすすいで 。
		注: 必要合計では、4 つの DFR 層 1.7 の手順に記載されているように処理する: 1 つのチャネル層、1 つのカバー層および (端曲げからバイオ センサーを防ぐため) 2 つの裏面レイヤーします</li>。
	</ol></li> <li>、DFR のラミネーション層 PI 基板上。
	<ol><li>は、透明オーバーヘッド箔に PI ウェーハを置き、標準の粘着テープを使用してそれを修正します。それぞれの配置構造を用いた顕微鏡下で PI ウェーハ上チャネル DFR 層を調整します</li>。
		<li>、ラミネート用標準圧延ラミネーターと予 100 ° c 上のロールおよび下部ロール 60 ° C 圧設定 3 バー、0.3 m/分の場所の前方速度、ラミネーターの真ん中に固定の DFR 層とウェハと開始します。民主は、ラミネーターがプッシュされます。180 ° でウェハを回転後の手順を繰り返します</li>。
		<li>バイオ センサーの曲げを防ぐため、次の手順 1.8.1-1.8.2 ウエハの上に 2 つの開発裏面層を積層します</li>。
	</ol></li> <li>疎水性停止バリアを採用・ チップを封止します。
	<ol><li>削除 DFR チャンネルのフロント側からの保護の層を置く

<ol><li>Spindel, S., Sapsford, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+optical+detection+platforms+for+multiplexed+detection+of+proteins+and+the+need+for+point-of-care+biosensors+for+clinical+use%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Evaluation of optical detection platforms for multiplexed detection of proteins and the need for point-of-care biosensors for clinical use.</a> Sensors (Basel). 14 (12), 22313-22341 (2014).</li>
<li>Luppa, P. B., Bietenbeck, A., Beaudoin, C., Giannetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinically+relevant+analytical+techniques%2C+organizational+concepts+for+application+and+future+perspectives+of+point-of-care+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Adv%22%5BJournal%5D)">Clinically relevant analytical techniques, organizational concepts for application and future perspectives of point-of-care testing.</a> Biotechnol Adv. 34 (3), 139-160 (2016).</li>
<li>Gauglitz, G. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25014344">Point-of-Care Platforms.</a> Annu Rev Anal Chem. 7 (1), 297-315 (2014).</li>
<li>Jung, W., Han, J., Choi, J. W., Ahn, C. H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167931714004316">Point-of-care testing (POCT) diagnostic systems using microfluidic lab-on-a-chip technologies.</a> Microelectron Eng. 132, 46-57 (2014).</li>
<li>Yager, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+diagnostic+technologies+for+global+public+health%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Microfluidic diagnostic technologies for global public health.</a> Nature. 442 (7101), 412-418 (2006).</li>
<li>Fu, E., Yager, P., Floriano, P. N., Christodoulides, N., McDevitt, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perspective+on+diagnostics+for+global+health%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Pulse%22%5BJournal%5D)">Perspective on diagnostics for global health.</a> IEEE Pulse. 2 (6), 40-50 (2011).</li>
<li>Yager, P., Domingo, G. J., Gerdes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Point-of-care+diagnostics+for+global+health%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Rev+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Point-of-care diagnostics for global health.</a> Ann Rev Biomed Eng. 10, 107-144 (2008).</li>
<li>Dincer, C., Bruch, R., Kling, A., Dittrich, P. S., Urban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiplexed+point-of-care+testing+-+xPOCT%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Multiplexed point-of-care testing - xPOCT.</a> Trends Biotechnol. 35, (2017).</li>
<li>Horak, J., Dincer, C., Bakirci, H., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400513012057">A disposable dry film photoresist-based microcapillary immunosensor chip for rapid detection of Epstein-Barr virus infection.</a> Sens Actuators B Chem. 191, 813-820 (2014).</li>
<li>Method for the fabrication of a &#34;lab on chip&#34; from photoresist material for medical diagnostic applications. US patent. , 7,691,623 (2010).</li>
<li>Kling, A., Dincer, C., Armbrecht, L., Horak, J., Kieninger, J., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705815024571">Electrochemical microfluidic platform for simultaneous multi-analyte detection.</a> Procedia Eng. 120, 916-919 (2015).</li>
<li>Armbrecht, L., Dincer, C., Kling, A., Horak, J., Kieninger, J., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+magnetic+bead+chains+for+sensitivity+enhancement+of+microfluidic+electrochemical+biosensor+platforms%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Self-assembled magnetic bead chains for sensitivity enhancement of microfluidic electrochemical biosensor platforms.</a> Lab Chip. 15, 4314-4321 (2015).</li>
<li>Dincer, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designed+miniaturization+of+microfluidic+biosensor+platforms+using+the+stop-flow+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Designed miniaturization of microfluidic biosensor platforms using the stop-flow technique.</a> Analyst. 141, 6073-6079 (2016).</li>
<li>Weltin, A., Kieninger, J., Enderle, B., Gellner, A. K., Fritsch, B., Urban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-based%2C+flexible+glutamate+and+lactate+microsensors+for+in+vivo+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Polymer-based, flexible glutamate and lactate microsensors for in vivo applications.</a> Biosens Bioelectron. 61, 192-199 (2014).</li>
<li>Kling, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multianalyte+Antibiotic+Detection+on+an+Electrochemical+Microfluidic+Platform%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Multianalyte Antibiotic Detection on an Electrochemical Microfluidic Platform.</a> Anal Chem. 88 (20), 10036-10043 (2016).</li>
<li>Bruch, R., et al. Clinical on-site monitoring of ß-lactam antibiotics for a personalized antibiotherapy. Sci Rep. , (2017).</li>
<li>Horak, J., Dincer, C., Qelibari, E., Bakirci, H., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400514015482">Polymer-modified microfluidic immunochip for enhanced electrochemical detection of troponin i.</a> Sens Actuators B Chem. 209, 478-485 (2015).</li>
<li>Horak, J., Dincer, C., Bakirci, H., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitive%2C+rapid+and+quantitative+detection+of+substance+P+in+serum+samples+using+an+integrated+microfluidic+immunochip%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Sensitive, rapid and quantitative detection of substance P in serum samples using an integrated microfluidic immunochip.</a> Biosens Bioelectron. 58, 186-192 (2014).</li>
<li>Mattox, D. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMattox%2C+DM+%22Handbook+of+Physical+Vapor+Deposition+%28PVD%29+Processing%22">Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing</a>. , Elsevier Inc. (2010).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

マイクロ流体電気化学バイオ センサーの作製はここで説明したプロトコルにより、生体分子の検出のための低コスト、コンパクト、簡単に使用できるプラットフォームの開発。バイオ センサーでその後使用されるアッセイ、に応じていくつかの異なるマーカーを検出できます。これは、プラットフォームは、非常に汎用性とポイント ・ オブ ・ ケア アプリケーションに標準的な診断テスト (例えば医者のオフィスで特定の疾患の有無を判定) から様々 な分野への幅広いアクセスを提供します (など薬物療法を個別の患者の治療薬物モニタリング)。特にポイント ・ オブ ・ ケア診断、小型バイオ センサーは通常長い転換を広範な実験装置、専門の従業員と大規模な試薬およびサンプル ボリュームを必要とする従来の方法に比べて多くの利点があります。回。
このバイオ センサーの作製が必要厳密に次のプロトコル;そうでなければ、生産問題に発生します。最も頻繁に観察された問題の 1 つは、異なる層のずれです。これは、異なる層のより簡単より正確なアライメントを可能にする製造プロセスのより高度な装置を使用して...

過去二十年以上診断アプリケーションは世界の公衆衛生の開発に関する詳細な研究の基礎になっています。伝統的に、病気の検出実験室の診断ツールを使用します。にもかかわらず、彼らはまだ病気の診断に重要な役割を再生、ポイント ・ オブ ・ ケア ・ テスト (POCT) 患者の近くを実行または患者自身によって近年ますます一般的になっています。急性心筋梗塞や糖尿病のモニタリングなど、すぐに治療を必要とするような場合に特に臨床知見の迅速な確認が欠かせません。したがって、POCT 機器非専門家を運営することができ、同時に短時間1,2,3,4 で正確な体外診断テストを実行することが可能である必要があります。.
顕著な改善は、POCT の分野ですでに達成されています。しかし、まだ5,6,7、8を克服するために多くの課題があります。POCT プラットフォーム市場を正常に起動して実験室の診断と競合するデバイスは厳密に次の要件を満たす必要があります: (i) は研究所と一致している正確で定量的なテスト結果を提供します。調査結果;(ii) 患者の即時の処置を有効にする時間の短いサンプル結果があります。(iii) 未熟な個人によって動作する場合でも、シンプルで簡単な処理を機能し、最小のユーザー介入を必要とします。(iv) 単一用途のために設計された低コストのセンサー ユニットを構成します。さらに、無料の設備診断、資源の乏しい環境3,4,6を中心に、有利です。
これらの厳しい要件のため電気化学検出 (例えば、血ブドウ糖テスト ストリップ) と側方流動免疫測定 (例えば、ホーム妊娠検査) に基づいてのみ 2 つの POCT システム開始されている正常に市場にそうこれまで。しかし、両方のシステムはパフォーマンスの低下などの欠点に苦しむ (不正確なテスト結果をすなわち、血ブドウ糖の監視と横の流れの試金は質的 (正または負) の測定結果を提供するだけ)4、 6。従来の POCT システムのこれらの欠点は、介護4、5の時点で高速、低コスト、および定量的な検出を提供する新しい技術の探索の需要の増加につながっています。
DFR 技術 POCT 機器が直面する課題を満たすためには、使い捨て・低コストのバイオ センサー9,10、11,12,の作製の最近採用されています13,14. DFRs PDMS や SU-8 などのソフトと液体のリソグラフィ材料に比べて多くの利点を提示: (i) 発行しております様々 な組成と厚さ (から数ミリ、数ミクロン);(ii) 各種材料への接着を容易に非常に大まかな表面領域があります。(iii) 機能優れた膜厚均一性;(iv) 量産の安易な安い、高スループットの作製を提供します。(v) ではさみ; シンプルなペアのような様々 な低コストのツールで簡単にカット(vi) 互いの上に複数の DFR 層を積層することによりマイクロ流路などの三次元構造の作成を可能にします。
その一方で、DFRs の一般マスクと保護箔、さらに光を可能にするため DFR の増加の距離の膜厚によって主に引き起こされる液体のフォトレジストと比較して解像度が比較的低いがあります。散乱。まだ、統合されたマイクロ流体バイオ センサーの製造、DFRs が低コストで量産に最適です。
したがって、私たちはこの存在は DFR に基づく電気化学マイクロ流体バイオ センサーの作製と機能します。詳細なプロトコルでは、バイオ センサー プラットフォームの各生産段階、オンチップの固定化 DNA ベースのモデル分析とストップ フロー法を用いたその電気化学的読み出しをについて説明します。この普遍的なプラットフォームは、さまざまな分析技術 (例えばゲノミクス、cellomics、およびプロテオミクス) またはアッセイ フォーマット (例えば、競争力のある、サンドイッチ、または直通) 生体分子の多数の種類の検出を有効。 にします。このような DFR プラットフォームに基づいて、私たちのグループ以前実証抗生物質13,15,16 (テトラサイクリンを含む、様々 な検体の迅速・高感度定量プリスチナマイシンと β-ラクタム系抗生物質)、トロポニン私17、およびサブスタンス P18。

<table><tbody><tr><td>Material</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>AP8525R</td><td>ポリイミド基板として使用</td></tr><tr><td>MA-N 1420</td><td>マイクロレジスト技術</td><td>MA-N1420</td><td>リフトオフ プラチナdepositionionを定義するためのリシット</td></tr><tr><td>Ma-D 533s</td><td>マイクロレジスト技術</td><td>MA-N1420</td>プラチナ<td></td>用MaD533S現像液</tr><tr><td></td><td></td><td></td> -<td>電極・接点パッド材料</td></tr><tr><td>Ma-R 404s</td><td>マイクロレジスト技術</td><td>MaR404S</td><td>MA-N1420</td></tr><tr><td>SU-8 3005</td>用リムーバー <td>MicroChem Corp.</td><td>SU-8-3005</td><td>電極領域を定義し、絶縁体としてフォトレジスト</td></tr><tr><td>1-メトキシ-2-プロパノール酢酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108-65-6</td><td>SU-8 3005</td></tr><tr><td>2-プロパノール</td><td>VWR</td><td>8.18766.2500</td><td>SU-8 現像液の除去</td></tr><tr><td>1020R</td><td>Ultron Systems Inc.</td>接触パッドの保護のための<td>1020R</td><td>紫外線敏感な粘着テープ</td></tr><tr><td>Arguna S</td><td>Degussa</td><td>1935</td><td>参照電極</td></tr><tr><td>KCl</td><td>のMethrom</td><td>62308.020</td><td>銀の塩素化のために</td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>PC1025</td><td>乾燥フィルムのフォトレジスト</td></tr><tr><td>Fluka</td><td></td><td>71352</td><td>Pyraluxのための現像液PC1025</td></tr>塩化<tr><td>水素</td><td>Σアルドリッチ</td><td>30720</td> DFRテフロンAF1600デュポンAF1600<td>の開発を上回る</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>停止障壁を採用するため</td></tr><tr><td>名前</td><td>会社名</td><td>カタログ番号</td><td>コメント</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PA104</td><td>メガエレクトロニクス</td><td>-</td><td>バブルエッチングタンク</td></tr><tr><td>FED 53</td><td>バイン</td><td>ダー9010-0018</td><td>オーブン</td></tr><tr><td>SPIN150</td><td>APT</td><td>-</td><td>スピンコー</td></tr><tr><td>ターPr&auml;zitherm</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>PZ 28-2</td><td>ホットプレート</td></tr><tr><td>Hellas</td><td>Bungard Elektronik</td><td>40000</td><td>露光ユニット</td></tr><tr><td>Tetra30-LF-PC</td><td>Diener</td><td>-</td><td>プラズマユニット</td></tr><tr><td>Univex 500</td><td>Leybold</td><td>-</td><td>物理蒸着ユニット</td></tr><tr><td>シェーカー S4</td><td>ELMI-</td><td></td><td>オービタルシェーカー</td></tr><tr><td>Sonorex Super 10 P</td><td>Bandelin</td><td>783</td><td>ソニックバス</td></tr><tr><td>6221 DC および AC</td><td>ケースレー</td><td>-</td><td>電流源</td></tr><tr><td>HRL 350</td><td>オザテック</td><td>-</td><td>ラミネーターユニット</td></tr><tr><td>バキュームペン</td><td>EFD</td><td>-</td><td>バキュームペン</td></tr></tbody></table>

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

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

近年、バイオ マーカー診断ポイント ・ オブ ・ ケア診断にとって、人間の病気の診断のために欠かせないツールとなった。使いやすい、低コストのセンサー プラットフォームは、定量的かつ具体的にはさまざまな種類の分析 (例えば、バイオ マーカー、ホルモンや薬) を測定するが望ましい。このため、ドライ フィルムのレジスト技術 - 安価な安易な、高速加工 - を有効にするは、ここで紹介するマイクロ流体バイオ センサーを製造する使用されました。その後使用される生物検定によって汎用性の高いプラットフォームは、生体分子の様々 なタイプの検出が可能です。デバイスの作製、白金電極のみクリーン ルーム工程で柔軟性の高いポリイミド (PI) 箔で構成されています。PI 箔はエポキシ系フォトレジスト絶縁電極用基板として提供しています。マイクロ流路がその後開発と PI ウエハの上にドライ フィルムのレジスト (DFR) 箔の積層によって生成されます。チャネルの疎水性停止バリアを使用して、チャネルは、2 つの特定の領域に分かれています: 酵素試金のアンペロ メトリック信号の読み出しのための電気化学的測定セル固定セクション。
チャネル表面への生体分子の吸着によるオンチップ生物検定の固定化が実行されます。グルコース酸化酵素酵素は、電気化学信号のトランスデューサーとして使用されます。基板、グルコースの存在下でこれがプラチナの作用電極で検出された過酸化水素が生成されます。ストップ フロー法は、迅速な検出と信号増幅を得るに適用されます。異なる生体分子は、病気のまたは監視、パーソナライズされた療法を促進する治療薬に関しては、さまざまな種類の指標を与えて導入マイクロ流体システムによる定量的測定できます。

設計とマイクロ流体バイオ センサー プラットフォームの試作:
ウエハー レベルで複数 DFR 層を用いた標準写真平版の技術によりマイクロ流体バイオ センサー チップの作製を実現します。この製作方法は、マイクロ流路の形成、プラチナ パターン PI 基板 DFRs の先進層の積層に依存します。作製手順を描いた短い概要は、図 1で与えられます。シングル 6-でウェハ構成 130 マイクロ流体バイオ センサー、8 × 10 mm の寸法で各2。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56105/56105fig1.jpg"> 
図 1。マイクロ流体バイオ センサー ...

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 フロー法による上チップ-固定化酵素試金の電気化学的読み出しができます。

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

本手順の全体的な目的は、低コストのドライフィルム・フォトレジスト技術に基づいた、汎用性の高い電気化学マイクロ流体バイオセンサプラットフォームを導入することです。このプラットフォームは、その後に使用する固定化酵素結合アッセイに応じて、さまざまな種類の分析物を測定することが可能です。この手法は、抗生物質などの異なる薬剤の定量や、がんなどのさまざまな疾患の診断など、ポイントオブケア検査（POCT）分野における重要な課題の解決に寄与します。本技術の主な利点は、ここで提示するバイオセンサが主に低コストの材料に基づいていること、使いやすく、また用途の面で非常に汎用性が高いことです。ドライフィルムレジストに関連する工程は、取り扱いに多大なトレーニングと練習を要するため習得が困難であり、本手法の視覚的なデモンストレーションが極めて重要です。チップ上でのアッセイの固定化および測定のデモンストレーションは、私のグループの学生助手であるEva Gretherが行います。まず、ポリイミド（PI）基板を6インチの円形ウェハーに切り出します。次に、PIウェーハを120 °Cのオーブンに入れ、約1時間脱水ベークを行います。リフトオフプロセスのための最初のフォトリソグラフィ工程を行うため、スピンコーターを回転時間30秒、回転数3000 rpm、加速度2000 rpm/sに設定します。PIウェーハをスピンコーターに載せ、真空吸引で固定します。次に、スピンコーターのプログラムを開始し、レジストを2 mL分 dispense して、リフトオフ工程を可能にします。ウェハーをスピンコーターから取り出し、PIウェハーをホットプレート上で100 °Cで2分間ソフトベークします。PIウェハー上に電極をパターニングするための所望のマスクを目視で調整し、400 mJ/cm²のUV光で露光します。次に、ウェハをレジスト適合現像液で満たしたボウルに入れ、オービタルシェーカーで1分間軽く振盪させます。余剰なレジストを除去した後、ウェットベンチで脱イオン水を用いてPIウェハをシャワー洗浄し、圧縮空気で乾燥させます。続いて、標準的な物理気相成長法を用いて200 nanometersの白金（プラチナ）をウェハ上に堆積させ、電極を形成します。ウェハをボウルに入れた後、対応する除去剤をボウルに加え、オービタルシェーカーでウェハを軽く揺らしながら、余剰な白金がすべて除去されるまでリフトオフレジストを除去します。前述と同様にPIウェハの洗浄と乾燥を行った後、2回目のフォトリソグラフィー工程を行い、テキストプロトコルに従って電極を洗浄します。次に、UV感応性粘着テープを用いてウェハの白金コンタクトパッドをパッシベーションします。そのためには、フォイルを幅5 mm、長さ11 cmの帯状に切り、銀を析出させたくない部分を保護するようにウェハーに取り付けます。銀の析出には、超音波洗浄機をドラフトチャンバー内に設置し、銀電解液を入れた容器を洗浄機に入れます。超音波洗浄機を室温に設定し、出力を10%に下げます。参照電極のバルク接点を定電流源に接続します。次に、銀電解液に浸した銀線である対極を、標準的な接続ケーブルを用いて電流源に接続します。電流源をDCに設定し、電流密度を約4.5 milliampere per square centimeterに設定します。これにより、銀の析出速度は分間約0.3 micronsとなります。超音波洗浄機を始動させ、電流源を10分間動作させます。10分後、ウェハを脱イオン水で洗浄します。3回目のフォトリソグラフィ工程を行うために、まずドライフィルムレジスト層をウェハと同程度の大きさにカットします。所望のマスクを露光装置に固定し、目視でDFR層をマスクに合わせて整列させます。次に、レジストに250 millijoules per square centimeterのUV光を照射します。フォトレジストの保護フォイルを取り除き、42 degrees Celsiusに予熱し超音波出力を100%に設定した標準的な超音波洗浄機を用いて、1%炭酸ナトリウム溶液中でレジストを約2分間現像します。反応を直ちに停止させるため、オービタルシェーカーを用い、1%塩酸浴中でレジストを1分間振とうします。前述と同様に、各DFR層を洗浄し、乾燥させます。PI基板にDFR層をラミネートするには、PIウェハを透明なオーバーヘッドフォイルの上に置き、標準的な粘着テープで固定します。顕微鏡下で、それぞれの合わせマークを用いてPIウェハ上のチャネルDFR層を調整します。ラミネートには標準的なホットロールラミネーターを使用し、上部ロールを100 °Cに、下部ロールを60 °Cに予熱します。圧力を3 barに設定し、送り速度を0.3 meters per minuteにします。DFR層を固定したウェハをラミネーターの中央に配置し、DFRがラミネーターを通過するように始動させます。ウェハを180度回転させた後、この工程を繰り返します。次に、DFRの端に標準的な粘着テープを貼り、上に引き剥がすことで、DFRチャネル層の表面から保護層を取り除きます。0.004インチのチューブを備えたハンドディスペンサーを使用して、溶解したポリテトラフルオロエチレンの微小液滴を絶縁層のウェルに分注します。マイクロ流体チップを密封するため、前述と同様にカバーDFR層をチャネル層にラミネートします。次に、カバー側および背面DFR層のすべての保護フィルムを取り除き、マイクロ流体バイオセンサーをハードベークします。バイオセンサーを普通のハサミでストリップ状に切り分けます。最後に、チップをオーブンを用いて160 °Cで3時間キュアします。チャネルの固定化領域にアビジンを吸着させるため、アビジン溶液 2 µL をバイオセンサーの入口に分注します。インキュベーション時間全体を通じて流体がバリアで停止し続けるように、チップの出口に脱イオン水 2 µL を分注してください。チップを密閉容器に入れ、25 °C で 1 時間インキュベートします。真空を印加し、チップの入口から過剰な試薬を除去します。次に、真空を印加したまま、出口から50 µLの洗浄バッファーを分注してチャネルを洗浄します。真空を用いてチャネルを30秒間乾燥させます。非特異的結合を抑制するためにチャネル表面をブロッキングします。チャネルの入口に1%BSA溶液を2 µL、出口に脱イオン水を2 µL注入します。密閉容器内でチップを25 °Cで1時間インキュベートした後、前述と同様に過剰な試薬を除去し、チャネルを乾燥させます。次に、ビオチンおよび6-FAMで標識したDNAオリゴをインキュベートさせるため、ある濃度のDNA溶液2 µLを入口に、脱イオン水2 µLを出口に注入します。チップを密閉容器に入れ、25 °Cで15分間インキュベートした後、過剰な試薬を除去してチャネルを乾燥させます。グルコースオキシダーゼ標識6-FAM抗体を固定化するために、チャネルの入口に抗体溶液2 µLを、出口に脱イオン水2 µLを導入します。再び、標識抗体を密閉容器に入れ、25 °Cで15分間インキュベートした後、過剰な試薬を除去します。流体用PMMAスペーサーをバイオセンサーに取り付け、バイオセンサーをポテンショスタットに電気的に接続します。流体アダプターを用いて、シリンジポンプとバイオセンサーの流体接続を行います。0.1 molar PPSを20 microliters per minuteの流速で、シリンジポンプを用いて手動で注入し始めます。チップ上の参照電極に対する作用電極に、0.8 Vと0.05 Vの交互電圧をそれぞれ5秒間、30サイクル印加します。その後、0.8 Vの電圧を60秒間印加して、作用電極を酸化させます。アッセイ信号の読み取りを開始する前に、測定された電流信号が安定するまで待ちます。シリンジポンプを停止し、試薬を0.1 molar PPSから40 millimolar グルコース溶液に切り替えてから、シリンジポンプコントローラーのソフトウェアを起動します。1分、2分、または5分間の自動停止後、シリンジポンプが再び流量を開始します。得られた電流ピークを観察してください。この電気化学バイオセンサは、疎水性のストッピングバリアによって隔てられた2つの異なる領域を持つ単一のマイクロ流路で構成されています。一つはバイオ分子の単純吸収によってアッセイを固定化する固定化領域であり、もう一つはアッセイのアンペロメトリック読み取りを行う電気化学セルです。バイオセンサのアンペロメトリック読み取りには、いわゆるストップフロー法が用いられます。まず、酵素基質であるglucoseを一定量流します。信号が安定した後、流量を停止させます。停止相において、glucoseが過酸化水素に変換され、チャンネル内に蓄積されます。フローを再開することで、過酸化水素が電気化学セル内を流れて検出され、電流ピークが生じます。結合した分析物の量、したがって結合したグルコースオキシダーゼの量に応じて信号強度が変化し、ここに示すような例として校正曲線が得られます。習熟すれば、適切に実施することでバイオセンサの作製はおよそ10時間で完了します。アッセイのインキュベーションおよび読み取り時間は、採用するアッセイによって異なりますが、通常は3時間以内に完了します。このビデオを視聴することで、電解質ドライフィルムフォトレジストを用いたバイオセンサーのチップ上アッセイの作製、準備、および操作について十分に理解できるはずです。この手順を試みる際は、すべてのプロトコルステップを厳格に遵守し、細心の注意を払って実施することが重要です。センサーの性能は作製プロセスに強く依存します。この技術の意義は、さまざまな種類の疾患や薬剤のオンサイト診断を可能にする個別化医療へと広がり、それによって個別化治療を促進することにあります。銀電解液を用いた作業は極めて危険であるため、本手順を実施する際は、常に保護ゴーグルの着用や適切な手袋の装着などの予防策を講じることを忘れないでください。

dry-film-photoresist-based-electrochemical-microfluidic-biosensor

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

電界印加による電極のアレイに -...

自動プロテオーム処理のためのデジタルマイクロ流体

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

このプロトコルでは、原核微生物のシングルセル分析のためのマイクロ流体ピコリットルバイオリアクター(PLBR)の製作、セットアップ、および基本的な操作が紹介されています。工業的に関連性のある微生物を原理の証明として分析し、従来の方法では不可能だった特定の期間の成長率、形態、表現型の不均一性についての洞察を可能にしました。...

微生物シングルセル解析のためのマイクロ流体ピコリットルバイオリアクター:作製、システムセットアップ、操作

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

多孔質媒体を模倣したマイクロ流体デバイスでのバイオフィルム形成の研究のためのプロトコルが議論されています。マイクロ流体デバイスは、一連のマイクロピラーで構成されており、このデバイスではPseudomonas...

マイクロピラーとマイクロ流体デバイス内のバイオフィルムストリーマ形成のためのプロトコル

私たちは、DNAハイブリダイゼーション検出のためのマイクロ流体ベースの電気化学バイオチップを提供する。のssDNAプローブ官能化に続いて、特異性、感度、および検出限界は、相補的および非相補的なssDNA標的と研究されている。結果は、3.8 nMでの検出限界で、電気化学システム上のDNAハイブリダイゼーション事象の影響を例示する。...

ラベルフリーDNAハイブリダイゼーション分析のためのマイクロ流体ベースの電気化学バイオチップ

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

我々詳細イムノアッセイの開発で使用するための三次元の紙ベースのマイクロ流体デバイスを製造する方法。装置アセンブリへの我々のアプローチは、多層の種類、添加剤の製造です。我々は、紙ベースのデバイスのこれらの種類の代表的な結果を提供するためのサンドイッチイムノアッセイを示します。...

イムノアッセイのための3次元紙ベースのマイクロ流体デバイスの作製

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。...

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

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

このプロトコルでは、ラボオンチップのマイクロ流体エレクトロポレーションデバイスを構築するために必要な微細加工技術について説明します。実験セットアップは、制御された単一細胞レベルのトランスフェクションを連続フローで実行し、集団ベースの制御により、より高いスループットに拡張することができます。細胞膜透過の程度をリアルタイムで電気的に監視する機能を示す分析が提供されます。...

透過処理検出機能付き連続フローマイクロエレクトロポレーションシステムの構築と運用

学ぶ ドライフィルムフォトレジストを用いた電気化学マイクロ流体バイオセンサーの作製法。酵素連結アッセイの停止流れ技術による迅速な分析物定量が可能です。

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

さらに動画を探す

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

さらに動画を探す

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