드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영

이 절차의 전반적인 목표는 이후에 사용되는 고정 효소 연결 분석에 따라 다양한 유형의 분석물을 측정할 수 있는 저비용 건조 필름 포토레지스트 기술을 기반으로 하는 다목적 전기화학적 미세유체 바이오센서 플랫폼을 도입하는 것입니다. 이 방법은 항생제와 같은 다양한 약물의 정량화 또는 암과 같은 다양한 질병 진단과 같은 현장 진단 테스트 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 여기에 제시된 바이오 센서가 주로 저비용 재료를 기반으로 하고 사용하기 쉬우며 응용 프로그램 측면에서 매우 다재다능하다는 것입니다.

이 방법의 시각적 시연은 드라이 필름 포토 레지스트와 관련된 단계는 취급에 많은 교육과 연습이 필요하기 때문에 마스터하기 어렵기 때문에 매우 중요합니다. 온칩 분석 고정 및 측정을 시연하는 것은 우리 그룹의 학생 조교인 Eva Grether가 될 것입니다. 시작하려면 폴리이미드 또는 PI 기판을 6인치 원형 웨이퍼로 자릅니다.

그런 다음 PI 웨이퍼를 섭씨 120도의 오븐에 넣고 약 1시간 동안 탈수 베이킹을 합니다. 리프트오프 공정을 위한 첫 번째 포토리소그래피 단계를 수행하려면 초당 2000rpm의 가속도로 3000rpm에서 30초 회전 시간으로 스핀 코더를 프로그래밍합니다. PI 웨이퍼를 스핀 코더에 놓고 진공을 적용하여 고정합니다.

그런 다음 스핀 코더 프로그램을 시작하고 2밀리리터의 레지스트를 분배하여 리프트오프 프로세스를 가능하게 합니다. 스핀 코더에서 웨이퍼를 제거하고 PI 웨이퍼를 섭씨 100도에서 2분 동안 핫 플레이트에 소프트 베이크합니다. PI 웨이퍼의 전극을 육안으로 패터닝하기 위해 원하는 마스크를 조정하고 UV 광선의 평방 센티멘터당 400밀리줄에 노출시킵니다.

그런 다음 궤도 셰이커의 레지스트 매칭 현상액으로 채워진 그릇에 웨이퍼를 넣고 1분 동안 약간 흔듭니다. 접근 레지스트를 제거한 후 샤워 시설을 사용하여 젖은 벤치에서 PI 웨이퍼를 탈이온수로 헹군 후 압축 공기를 사용하여 건조합니다. 다음으로, 표준 물리적 기상 증착 공정을 사용하여 전극 형성을 위해 백금을 증착하여 웨이퍼에 200나노미터의 백금을 증착합니다.

웨이퍼를 보울에 넣은 후 일치하는 제거제를 보울에 추가하고 리프트오프 레지스트를 제거하면서 모든 액세스 백금이 제거될 때까지 오비탈 셰이커에서 웨이퍼를 약간 흔듭니다. 이전과 같이 PI 웨이퍼를 헹구고 건조시킨 후 두 번째 포토리소그래피 단계를 수행하고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 전극을 청소합니다. 다음으로, 웨이퍼의 백금 접촉 패드를 UV 민감성 접착 테이프로 부동태화합니다.

이렇게하려면 호일을 폭 5mm, 길이 11cm의 스트립으로 자르고 웨이퍼에 부착하여 부품을 은으로 증착하지 않도록 보호하십시오. 은 증착을 위해 흄 찬장에 음파 수조를 넣고 은 전해질 용액 용기를 수조에 삽입합니다. 음파 수조를 실온으로 설정하고 전원을 10%로 끕니다.기준 전극의 벌크 접점을 정전류 소스에 연결합니다.

그런 다음 은 전해질 용액에 잠긴 은선인 상대 전극을 표준 연결 케이블을 사용하여 전류원에 연결합니다. 전류 소스를 DC로 설정하고 평방 센티미터당 약 4.5밀리암페어의 전류 밀도로 설정하면 분당 약 0.3미크론의 은 증착 속도가 생성됩니다. 음파 배스를 시작하고 전류 소스를 10분 동안 작동시킵니다.

10분 후 웨이퍼를 탈이온수로 헹굽니다. 세 번째 포토리소그래피 단계를 수행하려면 먼저 건조 필름 포토레지스트 층을 웨이퍼와 유사한 크기로 절단합니다. 원하는 마스크를 노출 장치에 고정하고 육안을 사용하여 DFR 레이어를 마스크에 정렬합니다.

그런 다음 평방 센티미터당 250밀리줄의 자외선으로 레지스트를 비춥니다. 포토레지스트의 보호 호일을 제거하고 표준 음파 수조를 사용하여 섭씨 42도로 예열하고 100%의 음파력으로 예열하여 1% 탄산나트륨 용액에서 약 2분 동안 레지스트를 현상합니다.즉시 반응을 중지하려면 궤도 셰이커의 1% 염산 수조에서 레지스트를 1분 동안 흔듭니다. 이전과 같이 각 DFR 층을 헹구고 건조시킵니다.

DFR 층을 PI 기판에 라미네이팅하려면 PI 웨이퍼를 투명 오버헤드 호일에 놓고 표준 접착 테이프를 사용하여 고정합니다. 각각의 정렬 구조를 사용하여 현미경으로 PI 웨이퍼의 채널 DFR 층을 조정합니다. 라미네이션의 경우 표준 핫 롤 라미네이터를 사용하고 상단 롤을 섭씨 100도로, 하단 롤을 섭씨 60도로 예열합니다.

분당 0.3미터의 전진 속도로 압력을 3bar로 설정합니다. 고정 DFR 층이 있는 웨이퍼를 라미네이터 중간에 놓고 DFR이 라미네이터를 통해 밀려나도록 시작합니다. 웨이퍼를 180도 회전한 후 단계를 반복합니다.

그런 다음 DFR의 한쪽 끝에 표준 접착 테이프를 붙이고 위쪽으로 당겨 DFR 채널 층의 전면에서 보호 층을 제거합니다. 0.004인치 튜브가 있는 핸드 디스펜서를 사용하여 용해된 폴리테트라플루오로에틸렌의 작은 방울을 절연층의 웰로 분배합니다. 미세유체 칩을 밀봉하려면 이전과 같이 커버 DFR 층을 채널 층에 라미네이트합니다.

그런 다음 먼저 덮개와 뒷면 DFR 층의 모든 보호 호일을 제거하여 미세유체 바이오센서를 하드베이크합니다. 일반 가위를 사용하여 바이오센서를 스트립으로 자릅니다. 마지막으로 섭씨 160도의 오븐에서 3시간 동안 칩을 경화시킵니다.

아비딘을 채널의 고정 영역으로 흡수하려면 2마이크로리터의 아비딘 용액을 바이오센서의 입구로 분배합니다. 전체 배양 시간 동안 유체가 장벽에서 계속 멈추도록 하려면 칩의 배출구에 2마이크로리터의 탈이온수를 분배하십시오. 밀폐된 용기에서 섭씨 25도의 온도에서 1시간 동안 칩을 배양합니다.

진공 청소기를 적용하여 칩의 입구를 통해 과도한 시약을 제거합니다. 그런 다음 진공이 적용되는 동안 배출구에 분배된 50마이크로리터의 세척 버퍼로 채널을 세척합니다. 진공 상태에서 채널을 30초 동안 건조시킵니다.

채널 표면을 차단하여 불특이적 결합을 억제하기 위해 입구에 2마이크로리터의 1% BSA 용액과 채널 출구에 2마이크로리터의 탈이온수 파이프를 향하게 합니다. 밀폐된 용기에서 섭씨 25도의 칩을 1시간 동안 배양한 후 접근 시약을 제거하고 이전과 같이 채널을 건조시킵니다. 그런 다음 1가지 농도의 DNA 용액 2마이크로리터를 주입구에, 2마이크로리터의 탈이온수를 주입구에 분배하여 비오틴과 6개의 FAM으로 라벨링된 DNA 올리고를 배양합니다.

접근 시약을 제거하고 채널을 건조하기 전에 밀폐된 용기에서 섭씨 25도의 칩을 15분 동안 배양합니다. 6개의 FAM 항체로 표시된 포도당 산화효소를 고정시키려면 2마이크로리터의 항체 용액을 주입구에 주입하고 2마이크로리터의 탈이온수를 채널의 배출구에 주입합니다. 다시 말하지만, 과잉 시약을 제거하기 전에 밀폐된 용기에서 15분 동안 표지된 항체를 섭씨 25도에서 배양합니다.

유체 PMMA 스페이서를 바이오센서에 적용하고 바이오센서를 전위차에 전기적으로 연결합니다. 유체 어댑터를 사용하여 주사기 펌프와 바이오 센서의 유체 연결을 실현하십시오. 분당 20마이크로리터의 유속으로 0.1몰 PPS로 주사기 펌프를 수동으로 시작합니다.

작동 전극과 온칩 레퍼런스 전극에서 각각 5초 동안 0.8V 및 0.05V의 교류 전압을 30회 적용합니다. 그런 다음 60초 동안 0.8볼트의 전압을 가하여 작동 전극을 산화시킵니다. 분석 신호 판독을 시작하려면 측정된 전류 신호가 안정화될 때까지 기다립니다.

린지 펌프를 중지하고 시약을 0.1몰 PPS에서 40밀리몰 포도당 용액으로 전환한 후 시린지 펌프 컨트롤러에서 소프트웨어를 시작합니다. 1분, 2분 또는 5분 동안 흐름을 자동으로 멈춘 후 주사기 펌프는 흐름을 다시 시작합니다. 결과 전류 피크를 관찰합니다.

전기화학적 바이오센서에는 소수성 정지 장벽으로 분리된 두 개의 고유한 영역이 있는 하나의 단일 미세유체 채널이 포함되어 있습니다. 고정(immobilization) 영역: 생체 분자의 간단한 흡수에 의해 분석이 고정되고 전기화학 전지(electrochemical cell)에서는 분석의 전류 측정 판독이 수행됩니다. 바이오 센서의 전류 측정 판독을 위해 소위 정지 흐름 기술이 사용됩니다.

먼저, 효소 기질 포도당의 일정한 흐름이 적용됩니다. 신호가 안정화되면 흐름이 중지됩니다. 정지 단계에서 포도당은 과산화수소로 전환되어 채널에 축적됩니다.

흐름을 다시 시작하면 과산화수소가 감지된 전기화학 셀을 통해 플러시되어 전류 피크가 발생합니다. 결합된 분석물질의 양과 그에 따른 결합된 포도당 산화효소의 양에 따라 신호 높이가 달라지며, 이로 인해 여기에서 볼 수 있는 검량선의 예가 생성됩니다. 일단 마스터하면 바이오센서 제작이 제대로 수행되면 약 10시간 안에 완료할 수 있습니다.

분석 배양 및 판독 시간은 사용된 분석법에 따라 다르지만 일반적으로 3시간 이내에 실현될 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 전기화학적 건조 필름 포토레지스트 기반 바이오센서의 제조 온 칩 분석 준비 및 작동에 대해 잘 이해하게 될 것입니다. 이 절차를 시도하는 동안 모든 프로토콜 단계를 엄격하게 따르고 매우 주의해서 수행하는 것이 중요합니다.

센서 성능은 제조 공정에 크게 좌우되기 때문입니다. 이 기술의 의미는 다양한 유형의 질병 및 약물에 대한 현장 진단을 포괄하는 맞춤형 의학으로 확장되어 개별화된 치료를 촉진합니다. 은 전해질 용액으로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있으며 이 절차를 수행하는 동안 항상 보안경과 적절한 장갑을 착용하는 것과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.