면역 측정법에 대한 3 차원 종이 기반 미세 유체 장치의 제작

이 프로토콜의 전반적인 목표는 현장 진료 면역 분석을 개발하기 위한 플랫폼으로 사용하는 3차원 종이 기반 장치를 제작하는 프로세스를 시연하는 것입니다. 이 방법은 신뢰할 수 있는 제조 공정을 종이 기반 미세유체 플랫폼에 제공하여 장치를 설계하는 대신 분석법을 개발하는 데 시간과 노력을 들일 수 있습니다. 우리 기술의 주요 장점은 많은 장치를 학술 연구 프로젝트에 바람직한 양으로 병렬로 준비할 수 있다는 것입니다.

일반적으로 신규 사용자는 레이어의 적절한 정렬과 같이 장치를 제작할 때 고려해야 할 변수가 많기 때문에 이 방법에 어려움을 겪을 것입니다. 실수로 인해 장치가 오작동할 수 있습니다. 이 방법의 시각적 시연은 원고에 제공된 세부 사항만 사용하여 조립을 구상하기 어려울 수 있기 때문에 매우 중요합니다.

먼저, 왁스 프린터를 사용하여 패터닝을 용이하게 하기 위해 스톡 용지를 표준 용지 크기로 절단하여 질적 여과지 층을 준비합니다. 낱낱 용지를 프린터 트레이에 적재합니다. 그런 다음 이전에 디자인한 레이어를 인쇄합니다.

다음으로, 탁상용 종이 커터를 사용하여 나일론 멤브레인의 스톡 행을 시트로 자르고 나일론 멤브레인을 취급할 때 세심한 주의를 기울여 무결성을 유지하고 찢어지지 않도록 보호합니다. 사용하지 않은 재료는 나일론 멤브레인이 수분에 민감하므로 건조제 캐비닛에 보관하십시오. 왁스 프린터를 사용하여 캡처 레이어 패턴을 복사 용지 조각에 인쇄하고 라이트 박스에 테이프로 붙여서 나일론 멤브레인 위치를 지정하기 위한 가이드 역할을 합니다.

그런 다음 이전에 인쇄된 복사 용지 위에 깨끗한 복사 용지를 놓습니다. 깨끗한 종이를 라이트 박스에 테이프로 붙이되 두 장을 함께 테이프로 붙이지 마십시오. 이제 깨끗한 복사 용지 위에 나일론 멤브레인의 절단된 시트를 놓고 멤브레인이 복사 용지 바닥 층의 인쇄 영역을 덮는지 확인합니다.

나일론 멤브레인의 네 면을 모두 깨끗한 복사 용지에 테이프로 붙입니다. 부착된 복사 용지로 지지되는 나일론 멤브레인 한 장을 수동 급지 프린터 트레이에 넣습니다. 그런 다음 한 번에 한 장의 나일론 멤브레인을 인쇄합니다.

인쇄된 레이어를 아크릴 프레임에 테이프로 붙여서 중력 대류 오븐에 넣었을 때 레이어 위와 아래를 균일하게 가열합니다. 이제 왁스가 종이 두께로 녹을 때까지 섭씨 150도의 오븐에 30초 동안 레이어를 넣습니다. 오븐에서 종이를 꺼낸 후 종이를 뒤집어 디자인의 결함을 확인하여 왁스가 종이의 두께에 스며들었는지 확인합니다.

아크릴 프레임에서 종이와 나일론 멤브레인을 제거합니다. 그런 다음 종이 커터를 사용하여 복사 용지의 지지 시트에서 나일론 멤브레인을 제거합니다. 미리 준비된 설계 파일과 함께 로봇 나이프 플로터를 사용하여 양면 접착 필름 시트를 패턴화합니다.

그런 다음 인쇄면이 아래를 향하도록 라이트 박스에 접착제로 뒷받침해야 하는 종이의 패턴 층을 테이프로 붙입니다. 접착제의 패턴 시트에서 보호 라이너의 한쪽 면을 벗겨냅니다. 접착제 패턴 시트와 종이 층을 함께 누릅니다.

그런 다음 부분적으로 조립된 장치를 보호 슬립에 넣습니다. 다음으로, 생성된 2층 어셈블리를 자동화된 라미네이터에 통과시켜 접착제와 종이를 완전히 눌러 인접한 층에서 공기 주머니를 제거합니다. 아크릴 프레임에 켤레 층을 테이프로 붙여서 처리할 친수성 영역이 매달려 있고 프레임과 접촉하지 않도록 합니다.

2.5마이크로리터의 BSA와 1개의 X PBS를 접합층의 친수성 영역에 추가합니다. 샘플을 실온에서 2분 동안 건조시킨 후 섭씨 65도에서 5분 동안 건조시킵니다. 그런 다음 항 베타 hCG 항체에 접합 된 5 마이크로 리터의 5 OD 콜로이드 금 나노 입자를 첨가 한 다음 건조 과정을 반복한다.

측면 채널 층을 아크릴 프레임에 테이프로 붙여서 처리할 친수성 영역이 매달려 있고 프레임과 접촉하지 않도록 합니다. 측면 채널을 처리하기 위해 10마이크로리터의 차단제를 첨가한 다음 접합층에 사용된 것과 동일한 건조 과정을 반복합니다. 다음으로, 처리할 친수성 영역이 매달려 프레임과 접촉하지 않도록 아크릴 프레임에 캡처 층을 테이프로 붙입니다.

포획층을 5마이크로리터의 항알파 hCG 항체로 처리합니다. 샘플을 실온에서 2분 동안 건조시킨 후 섭씨 65도에서 8분 동안 건조시킵니다. 2마이크로리터의 차단제를 첨가한 다음 포획층에 사용된 것과 동일한 건조 과정을 반복합니다.

인쇄된 면이 위쪽을 향하도록 하여 라이트 박스에 세척층을 테이프로 붙입니다. 정렬 구멍을 사용하는 경우 휴대용 구멍 펀치 도구를 사용하여 후속 레이어에서 제거합니다. 캡쳐층 뒷면의 보호 필름을 제거하여 접착제를 노출시킵니다.

정렬 구멍을 가이드로 사용하여 세척 층 위의 캡처 층을 정렬한 다음 두 층을 함께 누르고 친수성 영역을 건드리지 않도록 하여 장치의 오염이나 손상을 최소화합니다. 그런 다음 배양층 뒷면의 보호 필름을 제거하여 접착제를 노출시킵니다. 인큐베이션 레이어를 캡처 레이어 위에 정렬하고 함께 누릅니다.

모든 활성 레이어가 조립될 때까지 이러한 방식으로 레이어를 계속 추가합니다. 이제 부분적으로 조립된 장치를 보호 슬립에 넣고 라미네이터를 사용하여 레이어를 단단히 고정합니다. 세탁층 뒷면의 보호 필름을 제거하고 장치 바닥에 얼룩 층을 부착합니다.

3 차원 종이 기반 미세 유체 장치의 조립을 완료하기 위해 라미네이팅 한 후 가위를 사용하여 완전히 조립 된 장치 시트에서 원하는 수의 장치를 자릅니다. 20마이크로리터의 hCG 완충액 양성 대조군 샘플을 장치 상단의 친수성 구역에 추가합니다. 샘플이 장치에 완전히 침투하면 15마이크로리터의 세척 버퍼를 추가합니다.

세척 버퍼의 첫 번째 부분 표본이 장치에 완전히 침투한 후 두 번째 15마이크로리터 세척 버퍼 부분 표본을 추가합니다. 분석 결과를 보려면 핀셋을 사용하여 장치의 상단 레이어 3개를 벗겨내어 캡처 레이어를 노출시킵니다. 왁스 프린팅 방법은 종이 기반 미세유체 장치 내에서 소수성 장벽을 형성하는 데 사용할 수 있으며, 재현 가능한 치수의 유체 경로를 생성하며, 이는 반복 가능한 성능 및 지속 시간을 가진 분석에 매우 중요합니다.

hCG 종이 기반 면역분석법의 성능은 35개의 양성 분석과 35개의 음성 분석을 병렬로 수행하여 입증되었습니다. 각 데이터 세트에 대한 변동 계수는 음성 샘플을 사용하여 수행된 분석의 경우 1%, 양성 샘플을 사용하여 수행된 분석의 경우 3%로 결정되었습니다. 인큐베이션 채널과 포획 영역을 포함하는 층들 사이의 오정렬은 포지티브 신호에서 불규칙한 패턴의 발달을 야기할 수 있으며, 이는 정성적 신호의 잘못된 해석을 초래할 수 있다.

왁스가 충분한 양으로 인쇄되지 않거나 종이 두께를 통해 완전히 녹지 않으면 결과 소수성 장벽의 무결성이 손상되어 장치 내에서 누출이 발생할 수 있습니다. 완료하는 데 예상보다 오래 걸리는 분석은 장치 제조의 오작동을 나타낼 수 있습니다. 종이 기반 미세유체 장치는 연구원들에게 저비용의 현장 진단 분석 테스트를 개발할 수 있는 다목적 플랫폼을 제공합니다.

많은 응용 분야가 존재하지만, 여기에서 보여주는 접근 방식은 의료 분야에서 중요한 면역 분석을 수행하기 위한 일반적인 장치 아키텍처를 생성합니다. 이 절차를 시도하는 동안 제조 과정과 값비싼 생화학 시약으로 층을 처리하기 전에 결함을 확인하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 일단 숙달되면 레이어 인쇄에서 처리된 레이어 조립에 이르기까지 이 방법을 사용하여 2시간 내에 기능성 면역분석 시트를 준비할 수 있습니다.

이 동영상을 시청한 후에는 3차원 종이 기반 장치를 제작하는 방법을 잘 이해하게 될 것이며, 이 플랫폼을 다른 관심 분석 유형에 맞게 조정할 수 있을 만큼 편안해질 것입니다.