컴퓨터 수치 제어 자기 나노 입자 기반 면역 분석에 대한 엇갈린 제한이있는 미세 유체 아크릴 장치의 마이크로 밀링

Summary

미세 유체 공학은 진단 테스트 개발을위한 강력한 도구입니다. 그러나 값비싼 장비와 재료, 힘든 제조 및 취급 기술이 필요한 경우가 많습니다. 여기에서는 저비용 및 사용이 간편한 환경에서 자성 마이크로 및 나노 입자 기반 면역 분석을위한 아크릴 미세 유체 장치의 제조 프로토콜에 대해 자세히 설명합니다.

Abstract

미세 유체 시스템은 면역 분석 기술을 크게 향상 시켰습니다. 그러나 많은 미세 가공 기술에는 전문적이고 비싸거나 복잡한 장비가 필요하므로 제조 비용이 많이 들고 대량 생산과 양립 할 수 없으며, 이는 자원이 부족한 환경에서 현장 진료 테스트 (POCT)를 채택하기위한 가장 중요한 전제 조건 중 하나입니다. 이 작업은 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 마이크로 밀링 기술을 사용하여 나노 입자 접합 효소 면역 분석 테스트를위한 아크릴 (폴리 메틸 메타 크릴 레이트, PMMA) 장치의 제조 공정을 설명합니다. 미세유체 장치의 기능은 100 nm 자성 나노입자에 접합된 모델 항원으로서 라이소자임을 사용하여 상용 항체를 검출하기 위한 면역검정을 수행함으로써 나타난다. 이 장치는 높이가 5μm에 불과한 물리적 엇갈린 제한을 통합하여 외부 자석을 배치하여 자기 트랩을 구성하는 자성 미세 입자를 포착하는 데 사용됩니다. 이러한 방식으로, 공액 나노 입자의 면역 지지체에 대한 자기력은이를 포착하고 유동 항력에 저항하기에 충분합니다. 이 미세유체 장치는 면역분석 성능을 위한 정밀도의 손실 없이 저비용 대량 생산에 특히 적합합니다.

Introduction

최근 몇 년 동안 미세 유체 공학은 면역 분석 기술¹에서 중요한 역할을했습니다. 소형화 기술은 기존 면역분석법에 비해 시료 및 시약 소비 감소, 배양 시간 단축, 효율적인 용액 교환, 높은 통합^{및 자동화 2}와 같은 많은 뛰어난 이점을 가지고 있습니다.

또한, 면역 분석의 미세 유체 시스템은 면역 지원체로서 자성 나노 입자와 결합하여 배양 시간을 상당히 단축시켜 증가 된 표면 대 부피 비율로 인해 높은 검출 감도를 달성합니다³. 입자의 브라운 운동은 항원-항체 복합체 ^4,5의 형성 동안 반응 동력학을 향상시킵니다. 또한, 나노입자의 자기적 특성은 다양한 미세유체 장치 구성에 통합될 수 있는 다기능성을 제공하여 소형화된 온칩 바이오^{감지 시스템5}에서 신호 전달 및 분자 포획에 이상적인 후보가 됩니다. 그러나, 자기력은 높은 표면 대 부피 비율⁶로 인해 나노 미터 규모의 항력보다 현저히 약하다. 따라서 세척 및 검출과 같은 중요한 면역....

Protocol

1. 마이크로 밀링

1. 표면 연삭
   1. 마이크로 밀링 머신과 압전 컨트롤러를 켭니다. 각각의 제어 소프트웨어를 시작하십시오¹².
   2. 필요한 엔드밀 비트(직경 200μm 및 800μm)를 선택합니다. 밀링 머신의 적절한 구획에 배치합니다(그림 1).
   3. 800μm 엔드밀 비트로 1.3mm 두께의 PMMA의 9mm x 25mm 직사각형을 절단합니다. 양면 접착 테이프를 사용하여 이러한 직사각형 중 하나를 압전 플랫폼에 조심스럽게 부착합니다(그림 2).
      참고: 모서리 중 하나가 가공을 위해 x축 및 y축의 원점 좌표와 일치하도록 항상 아크릴 직사각형을 같은 위치에 배치해야 합니다.
   4. z-센서를 연결하여 PMMA 사각형의 표면에 놓습니다. 감지 핀을 선택하고 센서 표면 위로 이동합니다. 센서에 접촉하지 않고 수동으로 핀을 내립니다. Z0 감지 모드를 활성화합니다(그림 3).
   5. 200μm 엔드밀 비트를 선택하고 x, y 원점으로 이동합니다. z-센....

Results

기존 마이크로 밀링 기술의 분해능을 향상시키는 재현성이 높은 제조 프로토콜을 수립 할 수있었습니다. 이 프로토콜을 사용하면 200μm 높은 채널에서 엇갈린 제한으로 작동하는 높이 5μm만큼 작은 채널을 제작할 수 있습니다. 엇갈린 제한의 단순한 설계는 7.5μm 직경의 철 미세 입자를 포착하여 마이크로 채널에서 압축될 때 외부 자석이 장치에 접근할 때 자기 트랩을 생성할 수 있습니다. 이 장치를 사용하면 관심 분석물과 면역학적 지지체로 접합된 나노입자를 사용하여 면역분석을 수행할 수 있습니다. 이 연구에서는 효소 표지 항체 기반 검출을 통한 비경쟁적 간접 면역 분석법을 수행했습니다. 모델 항원(Ag)은 직경 100 nm의 나노입자(NPs)에 접합된 라이소자임 단백질이었다. 토끼 항-리소자임 IgG를 1차 항체(AbI)로 사용하였고, 검출은 토끼 양 고추냉이 퍼옥시다아제-접합 2차 항체(HRP-AbII)를 사용하여 수행하였다.

검출은 트랩을 통과할 때 HRP-AbII와 플루오로제닉.......

Discussion

나노입자를 면역지지체로서 사용하는 면역분석용 아크릴 미세유체 장치를 마이크로밀링 기술을 사용하여 제작하였다. 기판 상에 직접 제조하는 방법은 마스터 몰드의 사용과 이것이 의미하는 시간 및 비용을 피할 수 있는 장점이 있다. 그러나 신속한 프로토 타이핑 및 대량 장치 제조로 제한됩니다.

여기에서, 우리는 밀링 머신⁽¹²)에 대해 이전에보고 된 액세서리 압전 플랫폼을 사용했다. 이 플랫폼은 기존 마이크로 밀링 머신의 10μm 분해능보다 더 나은 수직 분해능으로 가변 깊이 채널을 생성하기 위해 3D 프린팅으로 제작되었습니다. 우리는 200 μm 미세 유체 채널에서 엇갈린 제한을 형성하는 최대 5 μm 높이의 채널 밀링을 달성했습니다.

200 μm 및 800 μm 직경의 두 개의 엔드 밀 비트만 미세 유체 장치의 제조에 필요하며 비트를 수동으로 변경할 필요가 없습니다. 사용된 밀링 머신 모델은 .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.008 엔드밀	교세라 SGS	2204	2FL 0.008x1/8x0.12x1-1/12
0.032 엔드밀	KYOCERA SGS	2228	2FL 0.032x1/8x0.48x1-1/12
카르보닐-철 미립자	시그마-알드리치	44890	7 μ 엠
클로로포름	페르몬트	6201	건강 위험: 보통 가연성: 없음 반응성: 없음 접촉 위험: 보통
CMOS 카메라 Moment	Teledyne Photometrics		센서 기술: CMOS 양자 효율: 73% 픽셀 크기: 4.5 &마이크로; m x 4.5 &마이크로; m 지원 인터페이스: USB 3.2 Gen 2
Dr Engrave Software	Roland DGA Corporation		표면에 새겨진 경로를 설계하고 생성하는 새끼는 소프트웨어
추출 후드	알 수 없음	수 없음
유연한 플라스틱 튜빙	Tygon		AAD04103 ID = 0.020, OD = 0.060
형광 마이크로소프	ZEISS	Axio Vert.A1
고정밀 디스펜스 니들	록타이트	98612
홈메이드 압전 컨트롤러 애플리케이션	LabView		자세한 내용은 참조 12를 참조하십시오.
Loctite 495 즉시 접착제	Henkel	49503	마이크로피펫 팁 또는 분배 바늘로 적용
MagJET 분리 랙	열과학		12 x 1.5 mL
메카닉 프레스	집에서 만든
밀링 머신	Roland	MDX-50
압전 플랫폼	집에서 만든		참조 참조 12
Polymethylmethacrylate - 시트 - PMMA, 아크릴	Goodfellow	ME303018/1	두께: 1.3 mm, 투명도: 투명/투명
PVCamTest 소프트웨어	Teledyne Photometrics	버전 3.10.107	이미지 획득 소프트웨어
실체 현미경	Nikon	SMZ 7457
SuperMag Carboxyl Beads	Ocean NanoTech	KSC0100	100 nm
주사기 펌프	kd 과학	적  KDS200	최대 두 개의 주사기를 수용할 수 있습니다.
Utrasonic bath	Branson	2800
VPanel 소프트웨어	Windows OS	버전 1.0.3.0	마이크로 밀링 머신 제어용 소프트웨어