Name: 드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 바이오 센서 플랫폼: 장치 제작, 온 칩 시험 준비 및 시스템 운영 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 42 s
Description: 학습하세요 드라이 필름 포토 레지스트 기반 전기 화학 미세 유체 바이오 센서 플랫폼의 제작 및 온 칩 시험 준비 방법을. 저비용 소재를 활용한 이 기술은 신속한 현장 진단에 활용됩니다.

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저자는 부분적으로 자금 부여 번호 UR 70/10-01 및 UR 70/12-01이이 작품에 대 한 독일 연구 재단 (DFG) 감사 하 고 싶습니다.

1. 제조 기술의 미세 바이오 센서를 사용 하 여 련방 <ol><li>PI의 준비 웨이퍼.
	<ol><li>컷 PI 기판으로 6 라운드 웨이퍼. 약 1 h 탈수 빵에 대 한 120 ° C에서 오븐에 PI 웨이퍼를 넣어.</li>
	</ol></li> <li>이륙 과정에 대 한 첫 번째 사진 평판 단계.
	<ol><li>2000 rpm의 가속도와 3000 rpm에서 30의 회전 시간 스핀 coater 프로그램/장소 spin coater에 PI 웨이퍼 s. 고 진공을 적용, 그것을 해결. 이륙 과정을 사용 하는 저항의 2 개 mL를 분배 하 고 spin coater 프로그램을 시작 합니다. Spin coater에서 웨이퍼를 제거 하 고 부드러운 빵 100에서 2 분 동안 뜨거운 접시에 PI 웨이퍼 ° c.</li>
		<li>육안으로 PI 웨이퍼에 전극 패턴에 대 한 원하는 마스크를 조정 하 고 400 mJ/cm 2 UV 빛에 노출 (365 nm). 그릇에 웨이퍼 저항 일치 개발자 궤도 셰이 커에 가득 하 고 그것은 1 분에 대 한 약간 흔들어</li>
		<li>초과 레지스트 제거 후 샤워를 사용 하 여 젖은 벤치에 이온된 수 (디-물)와 PI 웨이퍼를 헹 구 고 건조 한 압축 공기를 사용 하 여 나중에.</li>
	</ol></li> <li>백 금 전극의 형성에 대 한의.
	<ol><li>보증금 200에 표준 물리적 증기 증 착 프로세스를 사용 하 여 웨이퍼 19에 플래티넘의 nm.</li>
		<li>그릇에 웨이퍼를 놓습니다. 그릇에 일치 리무버를 추가 하 고 모든 초과 플래티넘 제거 될 때까지 궤도 셰이 커에는 웨이퍼를 약간 흔들어 동안 이륙 레지스트를 제거. 린스 하 고 1.2.3 단계에서 설명한 대로 PI 웨이퍼 건조.</li>
	</ol></li> <li>두 번째 사진 평판 단계: 절연 층 형성.
	<ol><li>PI 웨이퍼 탈수 그것을 5 분 동안 120 ° C에 preheated 오븐에 넣어</li>
		<li>프로그램 스핀 coater의 첫 번째 단계는 5 회전 500 rpm에서 s. 30에 대 한 두 번째 단계 프로그램 s 700 rpm/미의 가속 4000 rpm에서</li>
		<li>는 Spin coater에 PI 웨이퍼 놓고 진공을 적용, 수정 합니다. Spin coater 프로그램을 시작 하기 전에 적절 한 에폭시 기반 감광 제 4 mL를 분배.</li>
		<li>소프트-구워 뜨거운 접시에 95 ° C에서 3 분에 대 한 코팅 된 웨이퍼.</li>
		<li>각각 정렬 마크와 눈 렌즈를 사용 하 여 웨이퍼에 절연 제 층에 대 한 마스크를 조정 합니다. 100 mJ/cm 2 UV 빛에 웨이퍼를 노출 (365 nm).</li>
		<li>사후 노출 빵 95에서 2 분을 위한 미리 데워 진된 뜨거운 접시에 웨이퍼 배치 ° c.</li>
		<li>그릇에 웨이퍼를 놓고 궤도 통에 적당 한 개발자 (예: 1-methoxy-2-틸-acetat SU-8의 경우 2 분)와 함께 저항 개발.</li>
		<li>먼저 소 프로 파 놀 PI 웨이퍼 린스 후 린스 하 고 1.2.3 단계에서 설명한 대로 그것을 건조.</li>
		<li>하드 빵 3 h 150에 대 한 오븐에 감광 ° c.</li>
	</ol></li> <li>플라즈마를 이용한 전극의 청소.
	<li>감광 제 잔류물을 제거, 산소 플라즈마를 사용 하 여 표준 플라즈마 장치를 <ol>. 100% O 2 흐름, 250 sccm의 속도와 3 분의 총 시간 전력 200 W 낮은 주파수를 사용 하 여 청소 프로그램 시작</li>
		<li>PI 웨이퍼 플라즈마 챔버에 배치 유리 뚜껑을 사용 하 여 접지 격판덮개에 웨이퍼를 수정 하 고 플라즈마 프로세스 시작.</li>
	</ol></li> <li>실버 및 염화는 증 착: 온 칩 기준 전극 만들기.
	자외선에 민감한 접착 테이프를 가진 웨이퍼의에 <ol><li>Passivate 백 금 접촉 패드 5 m m 그리고 11 cm 긴 줄무늬 호 일을 잘라 고 실버 입금 하지 부품 보호 웨이퍼에 첨부.</li>
		<li>는 증 착에 대 한 소닉 목욕 (35 kHz) 증기 선반에 넣고 목욕에 실버 전해질 솔루션 (100 g/L Ag, pH 12.5)의 컨테이너를 삽입. 소닉 목욕 실내 온도 10% 전원 설정. 
		주의: 실버 전해질 솔루션은 매우 독성이 고 주의 처리 합니다. 연기 흡입 하지 해야 합니다.</li>
		<li>정 전류 소스를 참조 전극의 대량 연락처를 연결합니다. 카운터 전극은 전해질 솔루션의 표준 연결 케이블을 사용 하 여 현재 소스에 몰입은 와이어 연결.</li>
		<li>-4.5의 전류 밀도 하 고 DC 전류 소스를 설정 mA/cm 2, 대략 0.3 µ m/분의은 증 착 속도 결과로 소닉 목욕을 시작 하 고 10 분 디 물으로 린스는 웨이퍼에 대 한 실행 현재 소스를 보자</li>
		<li>참조 전극의 수돗물에 대 한 소닉 목욕에 0.1 M 염화 칼륨 (KCl) 솔루션의 그릇 삽입. 웨이퍼와 정 전류 소스와 KCl 해결책에 몰입은 백 금 전극의 대량 연락처 연결.</li>
		<li>+0.6의 전류 밀도 하 고 DC 전류 소스를 설정 mA/cm 2, 약 0.075 µ m/분의 증 착 속도 결과로 소닉 목욕을 시작 하 고 현재 소스 7.5 분에 대 한 실행을 하자</li>
		<li>린스와 건조는 PI 웨이퍼, 1.2.3 단계에서 설명한 대로.</li>
		<li>UV 후 자외선에 민감한 테이프를 제거 (365 nm)의 300 mJ/cm 2 린스와 건조 PI 웨이퍼에 설명 된 단계 1.2.3으로 다시 노출.</li>
	</ol></li> <li>세 번째 사진 평판 단계: 미세 채널을 만드는 데 사용 하 여 DFRs.
	<ol><li>웨이퍼 (20 x 20 cm 2)의 크기에 필요한 련방 레이어를 잘라. 노출 단위에 원하는 마스크를 수정 하 고 눈을 사용 하 여 마스크에 련방 레이어를 정렬. 250 mJ/cm 2 자외선 빛 저항을 밝히는 (365 nm).</li>
		<li>는 감광 제 보호 호 일을 제거 하 고 42 ° C와 소닉 파워 preheated 표준 소닉 목욕 (35 kHz)를 사용 하 여 1% 탄산 나트륨 (Na 2 CO 3) 솔루션에서 약 2 분 (에 따라 구조)에 대 한 저항을 개발 100%. 즉시 반응을 중지, 궤도 셰이 커에 1 %HCl 욕조에 1 분에 대 한 저항을 흔들어. 린스 하 고 1.2.3 단계에 설명 된 대로 각 련방 레이어 건조. 
		참고: 총에서 4 개의 련방 레이어 처리 해야 단계 1.7에서에서 설명 했 듯이: 1 채널 계층, 1 개의 덮개 레이어와 두 뒷면 레이어 (끝에 굽 힘에서 바이오 센서를 방지).</li>
	</ol></li> <li>련방의 얇은 레이어 PI 기판에.
	<ol><li>투명도 오버 헤드 호 일에 PI 웨이퍼 놓고 표준 접착 테이프를 사용 하 여 문제를 해결 합니다. 현미경으로, 각각 정렬 구조를 사용 하 여 PI 웨이퍼에 채널 련방 레이어 조정.</li>
		<li>는 적 층에 대 한 표준 뜨거운 목록 laminator을 사용 하 고 100 ° c 최고 롤과 60 하단 롤 예 열 ° C 설정 압력 3 바, 0.3 m/분 장소의 앞으로 속도 라 미기 중간 고정 련방 레이어와 웨이퍼 및 시작; 련방은 laminator를 통해 푸시됩니다. 단계를 반복 하는 180 °는 웨이퍼를 회전 후.</li>
		<li>는 바이오 센서의 굽 힘을 방지 하기 위해, 다음 단계 1.8.1-1.8.2 웨이퍼에 두 개발된 뒷면 레이어를 라미네이트.</li>
	</ol></li> <li>소수 성 막을 방 벽을 고용 하 고 칩을 씰링.
	<ol><li>제거 련방 채널의 앞면에서 보호 레이어 레이아웃어 표준 접착 테이프 련방의 한쪽 끝에 놓고 위쪽으로 당겨. 0.004 튜브 핸드 디스펜서를 사용 하 여 절연 제 층의 우물에 녹아 소계의 작은 방울을 분배. 미세 칩 인감, 라미네이트 커버 련방 레이어 채널 계층에 단계 1.8에서에서 설명한 대로.</li>
	</ol></li> <li>하드-제빵 미세 바이오 센서.
	<ol><li>제거 모든 보호 foils 커버 뒷면에 련방 레이어. 바이오 센서는 일반 쌍이 위를 사용 하 여 스트립 잘라. 치료 3 h. 160 ° C에서 오븐에 칩</li>
	</ol></li></ol> 2. 온 칩 분석 결과 동원 정지 절차 <ol><li>avidin 채널의 동원 정지 영역에서의 흡착.
	<ol><li>10 m m 인산 염 버퍼 식 염 수 (PBS) 7.4의 pH에 있는 100 µ g/mL avidin 솔루션 준비.</li>
		<li>는 바이오 센서의 입구에 avidin 솔루션의 분배 2 µ L. 
		참고: 채널 가득 모 세관 힘에 의해 액체 소수 성 막을 장벽에 도달할 때까지.</li>
		그는 유체 유지 막을 방 벽에 전체 보육 시간 동안 되도록 <li>칩의 콘센트에 디-물 2 µ L 분배. 닫힌된 컨테이너에서 1 h 25 ° C에서 칩을 품 어.</li>
		<li>진공을 적용 하 여 칩의 입구를 통해 초과 시 약을 제거 합니다. 워시 워시 버퍼의 50 µ L와 채널 (0.05%와 PBS 트윈 20), 진공 적용 되는 동안 콘센트에 분사. 30 채널 건조 진공 적용 되는 동안 s.</li>
	</ol></li> <li>난다 바인딩을 억제 하기 위해 채널 표면 차단.
	<ol><li>7.4의 pH에서 10 mM PBS에서에서 1% 소 혈 청 알 부 민 (BSA) 솔루션 준비.</li>
		<li>입구에 2 1 %BSA 솔루션의 피 펫 2 µ L µ L 디 물 채널의 콘센트에. 닫힌된 컨테이너에서 1 h 25 ° C에서 칩을 품 어. 초과 시 약을 제거 하 고 단계 2.1.4에에서 설명 된 대로 채널을 건조.</li>
	</ol></li> <li>외피의 DNA oligos biotin과 6-FAM.로 표시
	<ol><li>다른 농도 준비 (0.001-5 µ M)의 7.4의 pH에서 10 mM PBS의 DNA 솔루션.</li>
		<li>입구에 DNA 솔루션의 한 농도와 2 µ L 분배 2 µ L 디 물 콘센트에. 닫힌된 컨테이너에 15 분 동안 25 ° C에서 칩을 품 어.</li>
		<li>추가 바이오 센서 칩을 사용 하 여 다른 DNA 농도 대 한 반복 단계 2.3.2.</li>
		<li>초과 시 약을 제거 하 고 단계 2.1.4에에서 설명 된 대로 채널을 건조.</li>
	</ol></li> <li>GOx의 동원 정지 표시 6 식구 들 항 체.
	<ol><li>5 µ g/mL 농도 pH 7.4의에서 10 mM PBS 항 체 6 식구 들의 공식화.</li>
		<li>입구와 2 항 체 솔루션의 소개 2 µ L µ L 디 물 채널의 콘센트에. 닫힌된 컨테이너에 15 분 동안 25 ° C에서 레이블이 지정 된 항 체를 품 어. 2.1.4 단계에서 설명한 대로 초과 시 약을 제거.</li>
	</ol></li></ol> 3. Amperometric 신호 감지 기술을 사용 하는 정지 흐름 <ol><li>전기 화학적 검출 기판 솔루션의 준비.
	<ol><li>7.4 초 순수한 물에서의 pH에 0.1 m M PBS에서 40 m m 포도 당 해결책을 공식화.</li>
		<li>예비 치료에 대 한 준비 7.4 초 순수한 물에서의 pH에 0.1 m M PBS 솔루션.</li>
	</ol></li> <li>작업 전극의 예비 처리.
	<ol><li>맞춤 칩 홀더를 사용 하 여 칩 및 유체 및 전기 연결의 쉬운 배치 허용.</li>
		<li>는 바이오 센서는 potentiostat에 전기적으로 연결합니다. 주사기 펌프 및 맞춤 어댑터 튜브를 사용 하 여 시 약 저수지에 미세 채널의 유체 접촉을 확인 합니다. potentiostat에 연결 된 노트북을 시작 하 고 칩을 통해 유체 흐름을 제어 하는 주사기 펌프 컨트롤러 시작.</li>
		<li>20 µ L/분의 유량에서 0.1 M PBS와 수동으로 주사기 펌프를 시작합니다. 온 칩 기준 전극 대 작업 전극에 0.8 및-0.05 V 5의 교체 전압 적용 각 30 사이클에 대 한 s. 이 따라 60 0.8 V의 전압을 적용 하 여 작업 전극 산화 s.</li>
	</ol></li> <li>정지 흐름 기법을 사용 하 여 분석 결과 판독.
	<ol><li>분석 결과 신호 판독을 시작, 측정된 전류 신호 안정화 될 때까지 기다립니다. 주사기 펌프를 중지 하 고 40 mM 포도 당 해결책에 0.1 m M PBS에서 시 약을 전환할 주사기 펌프 컨트롤러;에서 소프트웨어를 시작 그것은 자동으로 1, 2, 또는 5 분에 대 한 흐름을 막을 것 이다 고 것입니다 다음 다시 흐름. 관찰 결과 현재 피크. 
		참고: 데이터의 분석에 대 한 현재 최대 또는 피크의 고려 될 수 있다, 전기 화학 신호 판독 ( 그림 2)의 모델에 설명 된 대로.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 없다.

여기에 제시 된 미세 전기 화학 바이오 센서의 제조에 대 한 프로토콜 생체의 검출에 대 한 낮은 비용, 소형, 그리고 사용 하기 쉬운 플랫폼의 개발을 수 있습니다. 이후에 바이오 센서에서 사용 하는 분석 결과 따라 여러 가지 다른 biomarkers는 감지할 수 있습니다. 이 플랫폼 매우 다재 다능 하 고 표준 진단 테스트 (예를 들어, 닥터의 사무실에 특정 질병의 존재 결정)에서 응용 프로그램의 다양 한 분야에 대 한 광범위 한 액세스 포인트의 관리 응용 프로그램을 제공 합니다 (예: 약물 치료 개별화 환자에 대 한 치료 약물 모니터링). 특히 포인트의 케어 진단, 소형된 바이오 센서는 일반적으로 광범위 한 실험실 장비, 전문된 직원 및 큰 시 약 샘플 볼륨을 요구 하 고 긴 처리는 기존의 방법에 비해 많은 장점을 번입니다.
이 바이오 센서의 제조; 프로토콜에 따라 엄격 하 게를 요구 한다. 그렇지 않으면, 제조 문제가 발생할 수 있습니다. 가장...

지난 2 년간 진단 응용 프로그램 세계 공중 보건의 개발에 대 한 심층 연구에 대 한 초등 되고있다. 전통적으로, 실험실 진단 도구는 질병의 탐지를 위해 사용 됩니다. 비록 그들은 여전히 질병의 진단에서 핵심적인 역할을 담당할 포인트-중-케어 테스트 (POCT) 환자 근처 수행 또는 환자 자신에 의해 최근 몇 년 동안에서 점점 더 일반화 되고있다. 급성 심근 경색 등 당뇨병 모니터링, 즉각적인 치료를 필요로 하는 경우에 특히 임상 발견의 빠른 확인이 필수적입니다. 따라서, POCT 장치는 비 전문가 의해 운영 하실 수 있습니다 그리고 그는 동시에 짧은 시간1,2,3,4 정확한 생체 외에서 진단 테스트를 수행할 수 있는 성장 필요가 있다 .
주목할 만한 개선 POCT 분야에서 이미 달성 되었습니다. 그러나,5,6,,78을 극복 하기 위해 많은 도전이 아직도 있다. POCT 플랫폼 시장에 성공적으로 시작 되 고 실험실 진단 경쟁력에 대 한 장치 엄격 하 게 다음과 같은 요구 사항을 충족 해야 합니다: (i) 연구소와 일치 하는 정확 하 고 양적 테스트 결과 제공 연구 결과; (ii)는 간단한 샘플-에-결과 환자;의 즉각적인 치료 가능 시간 (3) 단순 하 고 쉽게 처리 훈련 되지 않는 개인에 의해 운영 하는 경우에 및 최소화 사용자 개입; 및 (iv) 단일 사용 애플리케이션용으로 설계 된 저가 센서 장치의 구성. 또한, 장비 무료 진단 프로그램은 유리한, 주로 자원 가난한 환경3,,46.
이러한 심한 요구 사항으로 인해 두 POCT 시스템 전기 화학 탐지 (예: 혈액 포도 당 시험 지구)과 측면 흐름 immunoassays (예: 집 임신 검사) 기반으로 성공적으로 시작 되었습니다 시장에 너무 지금까지. 그러나 두 시스템 성능 저하 등 단점에서 고통 하는, (부정확 한 테스트 결과즉, 혈당 모니터링 및 측면 흐름 분석 실험만 질적 (양수 또는 음수) 측정 결과 제공)4, 6. 기존의 POCT 시스템의 이러한 단점 케어4,5에서 빠른, 저가, 및 정량적 검출을 제공 하는 새로운 기술 탐험에 수요 증가에 들어서있다.
POCT 기기를 직면 하는 이러한 과제를 충족 하기 위해 련방 기술은 최근 고용 일회용 하 고 저렴 한 비용 바이오 센서9,10,,1112, 의 제조에 13 , 14. 부드럽고 액체 석판 자료, PDMS 등 수-8에 비해 DFRs 현재 많은 혜택: 그들은 (i) 작곡과 (몇 미크론 몇 밀리미터);에서 두께의 다양 한에서 사용할 수 있습니다 (ii) 다양 한 자료; 접착에 용이 매우 거친 표면 영역을가지고 (iii) 기능이 우수한 두께 균일; (iv) 제공, 손쉬운, 싸고 높은 처리량 제작 대량 생산; (v)은 위;의 단순한 쌍 같은 다양 한 저가 도구로 잘라 쉽게 및 (vi) 서로 여러 련방 레이어 스태킹 하 여 미세 채널, 같은 3 차원 구조의 창조에 대 한 허용.
다른 한편으로, DFRs는 일반적으로 액체 포토 레지스트, 마스크와 보호 포 일, 또한 빛을 수 있습니다 인해 련방 사이 증가 거리와 필름 두께 의해 주로 발생에 비해 상대적으로 빈약한 해상도 산란입니다. 아직도, 통합된 미세 바이오 센서의 제조를 위한 DFRs는 저가 대량 생산에 매우 적합.
따라서,이 우리 제조 및 전기 화학 미세 련방 기반 바이오 센서의 응용 프로그램 작동. 자세한 프로토콜 바이오 센서 플랫폼의 각 생산 단계, DNA 기반 모델 분석 결과 및 정지 흐름 기법을 사용 하 여 그것의 전기 판독의 온 칩 동원 정지에 설명 합니다. 이 범용 플랫폼 분석 결과 다른 기술 (예를 들어, 유전체학, cellomics, proteomics) 또는 분석 결과 형식 (예를 들어, 경쟁, 샌드위치, 또는 직접)를 사용 하 여 생체의 수많은 종류의 검색 수 있습니다. 같은 련방 플랫폼을 바탕으로, 우리의 그룹 이전 성공적으로 시연 항생제13,,1516 (항생물질를 포함 하 여 다양 한 analytes의 신속 하 고 민감한 정량화 pristinamycin, 그리고 ß-락탐 항생제), 분 난17, 그리고 물질 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>폴리이미드 기판</td></tr><tr><td>MA-N 1420</td><td>마이크로 레지스트 기술로</td> 사용 <td>MA-N1420</td><td>Lift-off resit 백금 depostion</td></tr><tr><td>MA-D 533s</td><td>마이크로 레지스트 기술</td><td>MA-N1420 플래티넘 개발자 Ma-N1420</td><td></td></tr><tr><td>플래티넘</td><td></td><td></td> <td>-전극 및 접촉 패드 재료</td></tr><tr><td>MA-R 404S</td><td>마이크로 레지스트 기술</td><td>MA-N1420</td>SU-8 3005 MicroChem Corp.용 <td>MaR404S</td> 리무버</tr><tr><td></td><td></td><td>SU-8-3005</td><td>전극 면적을 정의하고 절연체로</td></tr> 1<tr><td>-메톡시-2-프로판올 아세테이</td>트 <td>Sigma-Aldrich</td><td>108-65-6</td><td>SU-8 3005</td></tr><tr><td>2-프로판올</td><td>VWR</td><td>8.18766.2500</td><td>SU-8 개발자</td></tr><tr><td>제거 1020R</td><td>Ultron Systems Inc.</td><td>1020R</td><td>접촉 패드 보호용 UV 감응 접착 테이프</td></tr><tr><td>Arguna S</td><td>Degussa</td><td>1935</td><td>기준 전극</td></tr><tr><td>KCl</td><td>Methrom</td><td>62308.020</td><td>은 기준 전극</td></tr><tr><td>Pyralux</td><td>DuPont</td><td>PC1025</td><td>드라이 필름 포토레지스트</td></tr><tr><td>나트륨 carbonat</td><td>Fluka</td><td>71352</td><td>Pyralux 용 황폐화 PC1025</td></tr><tr><td>염화수소</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30720</td><td>DFR</td></tr><tr><td>Teflon AF 1600</td><td>DuPont</td><td>AF1600</td>의 개발을 위해 <td>정지 장벽 사용</td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PA104</td><td>메가 일렉트로닉스</td><td>-</td><td>버블 에칭 탱크</td></tr><tr><td>FED 53</td><td>바인더</td><td>9010-0018</td><td>오븐</td></tr><tr><td>SPIN150</td><td>APT</td><td>-</td><td>스핀 코터</td></tr><tr><td>Pr &auml; zitherm</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>PZ 28-2</td><td>핫 플레이트</td></tr><tr><td>Hellas</td><td>Bungard Elektronik</td><td>40000</td><td>노출 장치</td></tr><tr><td>Tetra30-LF-PC</td><td>Diener-Plasma</td><td></td> <td>장치</td></tr><tr><td>Univex 500</td><td>Leybold</td><td>-</td><td>물리적 기상 증착 장치</td></tr><tr><td>Shaker S4</td><td>ELMI-Orbital</td><td></td> <td>shaker</td></tr><tr><td>Sonorex Super 10 P</td><td>Bandelin</td><td>783</td><td>음파 목욕</td></tr><tr><td>6221 DC 및 AC</td><td>Keithley</td><td>-</td><td>전류 소스</td></tr><tr><td>HRL 350</td><td>Ozatec</td><td>-</td><td>라미네이터 유닛</td></tr><tr><td>진공 펜</td><td>EFD</td><td>-</td><td>진공 펜</td></tr></tbody></table>

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

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

최근 몇 년 동안, 바이오 마커 진단 되었다 특히 포인트의 케어 진단에 대 한 인간의 질병의 진단 위한 필수 도구. 쉬운--사용 하 고 저가 센서 플랫폼은 높은 양적 고 구체적으로 다양 한 유형의 analytes (예를 들어, 생체, 호르몬, 약물)을 측정 하 원하는 됩니다. 이러한 이유로 드라이 필름 포토 레지스트 기술-손쉬운, 그리고 높은 처리량 제작-저렴 한, 사용 여기 미세 바이오 센서를 제조 하기 위하여 사용 되었다. 이후에 사용 하는 생물에 따라 다양 한 플랫폼은 다양 한 유형의 생체 감지 수 있습니다. 소자의 제작을 위해 백 금 전극만 클린 룸 공정 단계에서 유연한 polyimide (PI) 호 일에 구성 되어 있습니다. 파이 포 일 기판 절연 에폭시 기반 감광 된 전극에 대 한 역할을 합니다. 미세 채널 개발 및 PI 웨이퍼 위에 건식 필름 레지스트 (DFR) 포의 적 층에 의해 연속적으로 생성 됩니다. 채널의 소수 성 막을 방 벽을 사용 하 여 채널 두 특정 영역으로 분리 된다: 효소 연결 된 분석 결과 및 amperometric 신호 판독에 대 한 전기 화학 측정 셀에 대 한 동원 정지 섹션.
온 칩 검정 immobilization 채널 표면에 생체의 흡착에 의해 수행 됩니다. 포도 당 산화 효소 효소 화학 신호 발생에 대 한 변환기로 사용 됩니다. 기판, 포도 당의 과산화 수소 생산, 플래티넘 작업 전극에 감지 되는. 중지-흐름 기술은 함께 신속한 검출 신호 증폭을 얻을에 적용 됩니다. 다른 생체 도입된 미세 시스템, 치료 약물 모니터링, 맞춤된 치료 촉진에 관한, 또는 질병의 다른 종류의 표시를 주는 양적으로 측정할 수 있습니다.

설계 및 제조 미세 바이오 센서 플랫폼:
미세 바이오 센서 칩의 제조는 웨이퍼 레벨에 여러 련방 레이어를 사용 하는 표준 photolithographic 기술에 의해 실현 된다. 이 제조 전략 플래티넘 꽃무늬 PI 기판, 미세 채널 형성 DFRs의 개발된 층의 적 층에 사용 합니다. 짧은 요약을 묘사한 다른 제조 단계는 그림 1에 제공 됩니다. 130 미세 바이오 센서, 8 × 10 mm의 크기와 각을 구성 하는 하나의 6-에 웨이퍼2.
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미세 바이오 센서 플랫폼 설계 및 다양 한 analytes의 신속 하 고 민감한 정량화에 대 한 낮은 비용 드라이 필름 포토 레지스트 기술을 사용 하 여 조작. 이 단일 사용 시스템 중지 흐름 기술에 의하여 효소 연결 된 분석 실험에-칩-움직일의 전기 판독을 허용합니다.

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

이 절차의 전반적인 목적은 저비용 드라이 필름 포토레지스트 기술을 기반으로 하여, 이후에 사용되는 고정화 효소 결합 분석법에 따라 다양한 유형의 분석물을 측정할 수 있는 다목적 전기화학 미세유체 바이오센서 플랫폼을 소개하는 것입니다. 이 방법은 항생제와 같은 다양한 약물의 정량 분석이나 암과 같은 여러 질병의 진단과 같은 현장 진단(point of care testing) 분야의 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 여기에 제시된 바이오센서가 주로 저비용 재료를 기반으로 하여 사용이 간편하며, 응용 범위가 매우 넓다는 점입니다.드라이 필름 포토레지스트와 관련된 단계들은 취급 시 많은 훈련과 연습이 필요하여 숙달하기 어렵기 때문에, 이 방법의 시각적 시연이 매우 중요합니다. 칩 상의 분석물 고정 및 측정 시연은 저희 그룹의 학생 보조원인 Eva Grether가 진행하겠습니다. 먼저, 폴리이미드(PI) 기판을 6인치 원형 웨이퍼로 절단하십시오.그 다음, PI 웨이퍼를 120 °C의 오븐에 넣고 약 1시간 동안 탈수 베이킹을 수행합니다. 리프트오프 공정을 위한 첫 번째 포토리소그래피 단계를 수행하기 위해, 스핀 코터의 프로그램을 가속도 2000 rpm/s, 회전 속도 3000 rpm으로 30초 동안 회전하도록 설정합니다. PI 웨이퍼를 스핀 코터 위에 놓고 진공을 이용해 고정합니다.그런 다음 스핀 코터 프로그램을 시작하고 리프트오프 공정이 가능하도록 레지스트 2 mL를 분주합니다. 스핀 코터에서 웨이퍼를 꺼내어 100 °C의 핫플레이트 위에서 PI 웨이퍼를 2분 동안 소프트 베이크합니다. 육안으로 PI 웨이퍼 상의 전극 패턴을 위한 원하는 마스크를 조정한 후, 400 mJ/cm²의 UV 광선에 노출시킵니다.그 다음, 웨이퍼를 레지스트 매칭 현상액이 채워진 용기에 넣고 궤도형 쉐이커(orbital shaker) 위에서 1분 동안 가볍게 흔들어 줍니다. 과잉 레지스트가 제거되면, 웨트 벤치(wet bench)에서 초순수로 PI 웨이퍼를 헹구고 압축 공기를 사용하여 건조시킵니다. 다음으로, 표준 물리 기상 증착(PVD) 공정을 사용하여 웨이퍼 위에 200 nanometers 두께의 백금(platinum)을 증착하여 전극을 형성합니다.웨이퍼를 비커에 넣은 후, 적절한 제거제를 비커에 추가하고 리프트오프 레지스트를 제거하며, 모든 불필요한 백금(platinum)이 제거될 때까지 오비탈 셰이커에서 웨이퍼를 가볍게 흔들어 줍니다. 이전과 동일하게 PI 웨이퍼를 헹구고 건조시킨 후, 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 두 번째 포토리소그래피 단계를 수행하고 전극을 세척합니다. 다음으로, UV 민감성 접착 테이프를 사용하여 웨이퍼의 백금 접촉 패드를 보호(passivate)합니다.이를 위해 호일을 너비 5 mm, 길이 11 cm의 스트립으로 자른 뒤 웨이퍼에 부착하여 은이 증착되지 않아야 할 부분을 보호합니다. 은 증착을 위해 초음파 세척기를 흄 후드 안에 넣고, 은 전해질 용액이 담긴 용기를 세척기 안에 삽입합니다. 초음파 세척기를 상온으로 설정하고 전력을 10%로 낮춥니다. 기준 전극의 벌크 접점을 정전류원에 연결합니다.그다음, 은 전해질 용액에 담긴 은선인 상대 전극을 표준 연결 케이블을 사용하여 전류원에 연결합니다. 전류원을 DC로 설정하고 전류 밀도를 약 4.5 milliampere per square centimeter로 맞추어, 은 증착 속도가 분당 약 0.3 microns가 되도록 합니다. 초음파 세척기를 작동시키고 전류원을 10분 동안 가동합니다.10분 후, 웨이퍼를 탈이온수로 헹굽니다. 세 번째 포토리소그래피 단계를 수행하려면, 먼저 드라이 필름 포토레지스트 층을 웨이퍼와 비슷한 크기로 자릅니다. 원하는 마스크를 노광 장치에 고정하고, 육안을 이용하여 DFR 층을 마스크에 맞게 정렬합니다.그런 다음, 250 mJ/cm²의 UV 광선으로 레지스트를 노광합니다. 포토레지스트의 보호 필름을 제거하고, 42 °C로 예열된 표준 초음파 세척기를 사용하여 1% 탄산나트륨 용액에서 약 2분 동안 레지스트를 현상하며, 초음파 출력은 100%로 설정합니다. 반응을 즉시 중단시키기 위해 궤도 쉐이커(orbital shaker) 상의 1% 염산 용액에서 레지스트를 1분 동안 흔들어 줍니다. 이전과 동일하게 각 DFR 층을 헹구고 건조합니다.DFR 층을 PI 기판 위에 라미네이트하려면, PI 웨이퍼를 투명 오버헤드 포일에 올리고 표준 접착 테이프로 고정합니다. 현미경을 사용하여 각각의 정렬 구조를 기준으로 PI 웨이퍼 위의 채널 DFR 층의 위치를 조정합니다. 라미네이션을 위해 표준 핫 롤 라미네이터를 사용하며, 상단 롤은 100 °C로, 하단 롤은 60 °C로 예열합니다.압력을 3 bar로 설정하고 전진 속도를 0.3 meters per minute로 맞춥니다. DFR 층이 고정된 웨이퍼를 라미네이터 중앙에 배치하고, DFR이 라미네이터를 통해 밀려 나가도록 작동시킵니다. 웨이퍼를 180도 회전시킨 후 이 단계를 반복합니다.다음으로, DFR의 한쪽 끝에 표준 접착 테이프를 붙여 위로 잡아당김으로써 DFR 채널 층의 전면에서 보호층을 제거합니다. 0.004 inch 튜브가 장착된 핸드 디스펜서를 사용하여 용해된 polytetrafluoroethylene의 작은 방울을 절연층의 웰에 분주합니다. 마이크로플루이딕 칩을 밀봉하려면 이전과 동일하게 커버 DFR 층을 채널 층 위에 라미네이트합니다.그 다음, 커버와 뒷면 DFR 층의 모든 보호 호일을 먼저 제거하여 마이크로플루이딕 바이오센서를 하드베이크합니다. 일반 가위를 사용하여 바이오센서를 스트립 형태로 자릅니다. 마지막으로, 칩을 160 °C의 오븐에서 3시간 동안 경화시킵니다.채널의 고정 영역에 avidin을 흡착시키기 위해, 바이오센서의 입구에 avidin 용액 2 µL를 분주합니다. 전체 배양 시간 동안 유체가 배리어에서 계속 멈춰 있도록, 칩의 출구에 탈이온수 2 µL를 분주합니다. 칩을 밀폐 용기에 넣고 25 °C에서 1시간 동안 배양합니다.진공을 가하여 칩의 입구를 통해 과잉 시약을 제거합니다. 그런 다음, 진공을 유지하는 동안 출구 쪽에 50 µL의 세척 완충액을 분주하여 채널을 세척합니다. 진공 상태에서 채널을 30초 동안 건조합니다.채널 유입구에 1% BSA 용액 2 µL를 주입하고 유출구에 탈이온수 2 µL를 주입하여 채널 표면을 블로킹함으로써 비특이적 결합을 억제합니다. 밀폐 용기 내에서 칩을 25 °C로 1시간 동안 배양한 후, 이전과 동일한 방식으로 잔류 시약을 제거하고 채널을 건조합니다. 그 다음, 유입구에 특정 농도의 DNA 용액 2 µL를 주입하고 유출구에 탈이온수 2 µL를 주입하여 biotin과 6-FAM이 표지된 DNA 올리고뉴클레오타이드를 배양합니다.과잉 시약을 제거하고 채널을 건조시키기 전, 밀폐 용기에 넣어 칩을 25 °C에서 15분 동안 배양합니다. glucose oxidase가 표지된 six FAM 항체를 고정시키기 위해, 채널의 입구(inlet)에 항체 용액 2 µL를, 출구(outlet)에 탈이온수 2 µL를 주입합니다. 다시 한번, 과잉 시약을 제거하기 전 표지된 항체를 밀폐 용기에 넣어 25 °C에서 15분 동안 배양합니다.유체 PMMA 스페이서를 바이오센서 위에 부착하고, 바이오센서를 포텐시오스탯에 전기적으로 연결합니다. 유체 어댑터를 사용하여 시린지 펌프와 바이오센서의 유체 연결을 구현합니다. 0.1 molar PPS를 20 microliters per minute의 유속으로 시린지 펌프를 통해 수동으로 주입하기 시작합니다.칩 내 참조 전극 대비 작업 전극에 0.8V와 0.05V의 교번 전압을 각각 5초 동안 30회 반복해서 인가합니다. 그 다음, 0.8V의 전압을 60초 동안 인가하여 작업 전극을 산화시킵니다. 분석 신호 판독을 시작하기 전, 측정된 전류 신호가 안정될 때까지 기다립니다.주사기 펌프 컨트롤러에서 소프트웨어를 시작하기 전에, 주사기 펌프를 정지시키고 시약을 0.1 molar PPS에서 40 millimolar 포도당 용액으로 교체하십시오. 1분, 2분 또는 5분 동안 자동으로 흐름이 정지된 후, 주사기 펌프가 다시 흐름을 재개합니다. 이때 발생하는 전류 피크를 관찰하십시오.전기화학 바이오센서는 소수성 정지 장벽(hydrophobic stopping barrier)으로 분리된 두 개의 뚜렷한 영역을 가진 단일 미세유체 채널로 구성됩니다. 생체 분자의 단순 흡착을 통해 분석물이 고정되는 고정 영역과, 분석물의 암페로메트릭(amperometric) 판독이 수행되는 전기화학 셀이 그것입니다. 바이오센서의 암페로메트릭 판독을 위해 소위 스톱-플로우(stop-flow) 기술이 사용됩니다.먼저, 효소 기질인 glucose를 일정하게 흘려줍니다. 신호가 안정되면 흐름을 중단합니다. 중단 단계 동안 glucose가 hydrogen peroxide로 전환되어 채널 내에 축적됩니다.흐름을 재개하면 과산화수소가 전기화학 셀을 통해 씻겨 나가며 여기서 검출되어 전류 피크가 발생합니다. 결합된 분석물의 양, 즉 결합된 glucose oxidase의 양에 따라 신호의 높이가 달라지며, 그 결과 여기에서 보는 것과 같은 예시 검정 곡선이 나타납니다. 숙련되면 바이오센서 제작은 적절히 수행되었을 때 약 10시간 만에 완료할 수 있습니다.분석 배양 및 판독 시간은 사용되는 분석법에 따라 다르지만, 일반적으로 3시간 이내에 완료할 수 있습니다. 이 영상을 시청한 후에는 칩 기반 분석 준비 과정과 전극화학적 드라이 필름 포토레지스트 기반 바이오센서의 제작 및 작동 방식에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 이 절차를 수행할 때는 모든 프로토콜 단계를 엄격히 준수하고 각별한 주의를 기울여 수행하는 것이 중요합니다.센서 성능은 제작 공정에 크게 의존합니다. 이 기술의 영향은 다양한 질환과 약물의 현장 진단을 포함하는 맞춤형 의료로 확대되어, 결과적으로 개별 맞춤형 치료를 용이하게 합니다. 은 전해질 용액을 사용하는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행하는 동안에는 항상 보안경과 적절한 장갑을 착용하는 등의 예방 조치를 취해야 함을 잊지 마십시오.

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Research

연구

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

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