Methodenartikel

Fabricage van Driedimensionale Paper-based microfluïdische apparaten voor een immunoassay

DOI:

10.3791/55287

⸱

9 maart 2017

 ,  , 
1Department of Chemistry, Tufts University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We detail een werkwijze driedimensionale papieren microfluïdische inrichtingen te vervaardigen voor gebruik bij de ontwikkeling van immunoassays. Onze benadering inrichtingsamenstel is een type van gelaagde, additive manufacturing. We tonen een sandwich immunoassay representatieve resultaten voor deze soorten papier gebaseerde apparaten verschaffen.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Paper wieken vloeistoffen autonoom als gevolg van capillaire werking. Door patroonvorming papier met hydrofobe barrières, kan het vervoer van vloeistoffen worden gecontroleerd en gericht op een laag papier. Bovendien stapelen meerdere lagen patroonpapier creëert geavanceerde driedimensionale microfluïdische netwerken die de ontwikkeling van analytische en bio-analytische assays kunnen ondersteunen. Papieren microfluïdische inrichtingen zijn goedkoop, draagbaar, eenvoudig te gebruiken en vereisen geen externe apparatuur te bedienen. Als gevolg daarvan houden ze een grote belofte als een platform voor point-of-care diagnostiek. Om het nut en analytische prestaties papieren apparaten goed te kunnen beoordelen, moeten geschikte werkwijzen worden uitgebreid zodat hun vervaardiging reproduceerbaar en op een schaal die geschikt is voor laboratorium instellingen is. In dit manuscript, een werkwijze voor fabriceren van een algemene inrichting architectuur die kan worden gebruikt voor papieren immunoassays beschreven. We maken gebruik van een vorm van additief manufacturing (meerlaagse laminering) apparaten die meerdere lagen patroonpapier en gevormd kleefmiddel omvatten bereiden. Naast het aantonen van het juiste gebruik van de drie-dimensionale papieren microfluïdische apparaten met een immunoassay voor humaan choriongonadotrofine (hCG), worden fouten in het productieproces dat kan resulteren in fouten inrichting besproken. Wij verwachten dat deze benadering van productie papieren apparaten brede toepasbaarheid bij de ontwikkeling van analytische toepassingen specifiek ontworpen voor beperkte hulpbronnen instellingen vinden.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Papier is op grote schaal verkrijgbaar in een reeks van formuleringen of rangen, kunnen worden gefunctionaliseerd om af te stemmen zijn eigenschappen, en kan vloeistoffen autonoom transporteren door capillaire werking of opzuigen. Als het papier is gevormd met een hydrofobe stof (bijvoorbeeld fotoresist 1 of was 2), het opzuigen van vloeistoffen kan worden ruimtelijk geregeld binnen een laag papier. Bijvoorbeeld kan een aangebrachte waterige monster gericht in verschillende zones te reageren met chemische en biochemische reagentia opgeslagen in het papier. Deze papieren microfluïdische inrichtingen is aangetoond dat zij een nuttig platform voor de ontwikkeling van draagbare en goedkope analytische methodes 3, 4, 5, 6, 7 zijn. Toepassingen van papier gebaseerde microfluïdische apparaten zijn point-of-care diagnostiekef "> 8, monitoring van milieuverontreinigende stoffen 9, detectie van valse geneesmiddelen 10 en gedelokaliseerd gezondheidszorg (of" telemedicine ") in beperkte-resource-instellingen 11.

Meerdere lagen gevormd document kunnen worden samengevoegd tot een geïntegreerde inrichting waarin hydrofiele zones van aangrenzende lagen (dat wil zeggen hoger of lager) aansluiten op continue fluïde netwerken waarvan de inlaten en uitlaten kunnen worden gekoppeld of links onafhankelijke vormen. 12 Elke laag kan een unieke patroon, waarbij de ruimtelijke scheiding van de reagentia en meerdere tests worden uitgevoerd op een enkel apparaat mogelijk maakt omvatten. Het verkregen driedimensionale microfluïdische apparaat is niet alleen in staat absorberende vloeistoffen analytische methodes maken (bijvoorbeeld, leverfunctietesten en 13 elektrochemische detectie van kleine moleculen 14), maar het kan ook suppoort van een aantal geavanceerde functies (bijvoorbeeld kleppen 15 en eenvoudige machines 16) gemeenschappelijk voor de traditionele microfluïdische benaderingen. Belangrijk, omdat papier transporteert vloeistoffen door capillaire werking, deze inrichtingen kunnen worden gebruikt met minimale inspanning van de gebruiker.

Aangezien reagentia in de driedimensionale structuur van een papieren apparaat kan worden opgeslagen, kunnen complexe protocollen door één enkel toevoeging van waterig monster op een apparaat. Onlangs hebben we een algemene driedimensionale architectuur apparaat dat kan worden gebruikt voor de ontwikkeling van op papier gebaseerde immunoassays met de wasachtige druktechniek gevormde lagen te creëren. 17, 18 Deze studies gericht op hoe aspecten van de vormgeving van de inrichting-aantal gestapelde lagen gebruikte samenstelling van de lagen en het model van de driedimensionale microfluïde-netwerkgestuurde de totale perUITVOEREN van de immunoassay. Uiteindelijk konden we deze ontwerpregels om de snelle ontwikkeling van een multiplex immunoassay 19 vergemakkelijken. In dit manuscript een eerder ontwikkelde immunoassay voor humaan chorion gonadotropine (hCG; zwangerschapshormoon) wordt 17 gebruikt als een voorbeeld voor de strategieën die we hebben ontwikkeld voor de assemblage en fabricage van driedimensionale papieren immunoassays illustreren. Daarom richten we ons op de montage en de werking van een apparaat in plaats van de ontwikkeling van een test.

In een sandwich immunoassay, het formaat waarin hCG, een capture-antilichaam specifiek voor één subeenheid van het hormoon wordt bekleed op een vast substraat, dat vervolgens geblokkeerd met de niet-specifieke adsorptie van een monster of een volgende reagens worden opgespoord. Dit substraat is meestal een polystyreen microtiterplaat plaat (bijvoorbeeld een enzymgekoppelde immunosorbent assay of ELISA). Het monster wordt vervolgenstoegevoegd aan een put en geïncubeerd gedurende een tijdsperiode. Na grondige wassen wordt een antilichaam dat specifiek is voor de andere subeenheid van hCG toegevoegd en geïncubeerd. Deze detectie antilichaam worden geconjugeerd aan een colloïdale deeltjes, enzym of fluorofoor om een ​​meetbaar signaal te produceren. De put opnieuw gewassen voorafgaand aan het interpreteren van de resultaten van een test (bijvoorbeeld met behulp van een plaatlezer). Voor het commerciële kits vertrouwen op dit tijdrovende proces van meerdere stappen, kunnen al deze stappen snel worden uitgevoerd papieren microfluïdische inrichtingen met minimale tussenkomst van de gebruiker.

Het toestel waarmee de hCG immunoassay omvat zes actieve lagen, die zijn van boven naar beneden, voor toevoegen van het monster, conjugaat opslag, incubatie, vang, wassen en blot (Figuur 1). Het toevoegen van een monster laag is gemaakt uit kwalitatief filtreerpapier. Het vergemakkelijkt de introductie van een vloeistofmonster en beschermt de reagentia in het conjugaat Layer van verontreiniging van het milieu of toevallig contact door de gebruiker. Het conjugaat laag (kwalitatief filtreerpapier) houdt de kleur producerende reagens (bijvoorbeeld colloïdaal goud gemerkt antilichaam) voor de immunoassay. De incubatie laag (kwalitatief filterpapier) kan de sample lateraal reizen op het vlak van het papier om binding van de analyt met reagentia bevorderen alvorens de volgende laag, de laag vangen. De capture laag (nylon membraan) bevat liganden specifiek voor de analyt geadsorbeerd aan het materiaal. Nadat de test is voltooid, wordt deze laag geopenbaard visualisatie van de voltooide immuuncomplex mogelijk maken. De wash laag (kwalitatief filtreerpapier) trekt overtollig vocht, zoals gratis conjugaat reagentia weg uit het gezicht van de vangst laag in de blot laag (dik chromatografie papier). De zes-layer-apparaat wordt bij elkaar gehouden door vijf lagen van een patroon, dubbelzijdige kleefband: vier lagen van permanente kleefstof de integriteit van de Assem behoudenontlucht inrichting en een laag van verwijderbare kleefstof vergemakkelijkt afpellen van het apparaat om de resultaten van de immunotest van de vastlegmodus laag inspecteren.

Ten behoeve van dit manuscript gebruiken we enige negatieve en positieve controlemonsters van hCG (0 mIU / ml en 81 mIU / ml, respectievelijk) representatief resultaat van een papieren immunoassay, die daarover een bespreking van de relatie tussen toestaat bieden vervaardigingswerkwijzen en de prestaties van een hulpmiddel. Naast het laten zien hoe je apparaten succesvol produceren, hebben we aandacht voor een aantal fabricagefouten die kunnen leiden tot het falen van een apparaat of reproduceerbare testresultaten. Het protocol en de discussie beschreven in dit manuscript zal onderzoekers waardevol inzicht in hoe papier gebaseerde immunoassays zijn ontworpen en gefabriceerd bieden. Terwijl we onze demonstratie op immunoassays richten, we verwachten dat de hierin gegeven richtlijnen algemeen bruikbaar voor de vervaardiging van driedimen zalvoorlopige op papier gebaseerde microfluïdische apparaten.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Bereiding van Papieren microfluïdische apparaat Lagen

  1. Bereid je patronen voor lagen papier, nylon, en lijm met behulp van een grafisch ontwerp software programma. 6 Elke laag kan een ander patroon hebben.
    OPMERKING: Het patroon kunnen uitlijngaten die niet nodig zijn voor een functionele papieren immunoassay, maar helpen bij de reproduceerbare productie van driedimensionale apparaten. Plaatsing van deze gaten zal verschillen als apparaten afzonderlijk worden geassembleerd, in banden, of als volledige vellen. Het programma wordt gebruikt om patronen te ontwerpen kunnen variëren, afhankelijk van de keuze van patronen techniek (bijvoorbeeld fotolithografie, was druk, of snijden). 6
  2. Spray het werkgebied met een oplossing van 70% (v / v) ethanol en water. Veeg het werkgebied met een schone papieren handdoek.

2. Voorbereiding papier Lagen: Sample Addition, Conjugate opslag, Incubation en Wash Lagen

  1. Bereid lagen van kwalitatieve filter papier met behulp van een grote tabletop papiersnijder. Snijd een voorraad vel papier in een standaard papierformaat om patronen te vergemakkelijken met behulp van een solid ink (was) printer. Zo kan een enkele 460 x 570 mm 2 vel 4 vel US Letter papier (8,5 x 11 inch 2) te maken. Handvat papier met schone handschoenen te allen tijde om besmetting te minimaliseren.
  2. Plaats een losse vellen van chromatografie papier in de printer lade. Print eerder ontworpen lagen (zie figuur 1).
    LET OP: Een patroon kan direct worden afgedrukt op dit blad met behulp van de automatische voeding. Slechts één vel papier moet tegelijk worden afgedrukt om papierstoringen te voorkomen. Voor alle lagen, gebruik dan de "Enhanced" print-instellingen.

3. Bereiding van nylon membraanlaag: Vangst Layer

  1. Snijd de voorraad rol van nylon membraan in vellen (7,5 x 10 inch 2) met behulp van een tafelblad papiersnijder. Besteden veel aandacht in de behandeling van de nylonmembraan om de integriteit te behouden en te beschermen tegen scheuren. Bewaar ongebruikt materiaal in een exsiccator kabinet, zoals nylon membranen zijn gevoelig voor vocht.
    OPMERKING: Knip platen zijn smaller dan US Letter papier. Omdat nylon membranen zijn dun en kwetsbaar, zij niet door de printer rechtstreeks verwerkt en vereisen ondersteuning. Details worden hieronder besproken.
  2. Met behulp van een wax printer een capture laag patroon op een stuk van kopieerpapier en tape het om een ​​lichtbak om te dienen als leidraad voor de positionering van het nylon membraan. De lichtbak helpt de uitlijning van meerdere lagen.
  3. Leg een schone lei van kopieerpapier op de eerder afgedrukte vel kopieerpapier. Tape de schone vel papier aan de lichtbak, maar niet tape de twee vellen aan elkaar.
  4. Plaats een los vel van nylon membraan op de schone stuk kopieerpapier. Controleer of membraan bedekt het bedrukte oppervlak van de onderste laag van het kopieerpapier. Tape alle vier zijden van de nylon membraan naar de schone leivan kopieerpapier.
    LET OP: Zorg ervoor dat de nylon membraan is vlak en glad, zodat er geen problemen zijn met het afdrukken (bijvoorbeeld vastgelopen papier of ongelijkmatige afdrukken van was). Was kan worden afgedrukt op de band waar de nylon membraan naar het kopieerpapier is bevestigd. Als dit gebeurt, moet de ruimte waar nylon onvolledig is gevormd als gevolg van tape dekking worden weggegooid. Voor toekomstige preparaten kunnen grotere stukken nylonmembraan worden gebruikt om dit drukfout voorkomen.
  5. Plaats een vel van nylon membraan (gesteund door de kopie papier aangebracht op het) in de handmatige invoer invoer printer. Print slechts één vel nylonmembraan tegelijk.
    NB: Er zijn geen voorbereiding stappen die nodig zijn voor de blot laag, want het is niet een patroon.

4. Het creëren van Hydrofobe Belemmeringen in de gedrukte laag

  1. Tape de gedrukte lagen op een acrylkader zelfs boven en onder de laag verwarmen bij plaatsing in een heteluchtoven zwaartekracht. Houd de nylon membraan vastgebonden aanondersteuning blad kopieerpapier totdat de was gesmolten en hydrofobe barrières gevormd.
    LET OP: De acryl frame is een op maat gemaakt, laser gesneden stuk van 1/2 ".. Dik acrylaat twee bouwgroottes, afhankelijk van het aantal apparaten worden gefabriceerd werden gebruikt De buitenste rand van het kleinere kader hoogte van 11 5/8" x 2 3/4 ", en de binnenste opening van het frame van 10 3/8" x 1 3/4 ". de buitenste rand van het grotere kader hoogte van 11 5/8" x 8 7/8 ", en de binnenste gat van het frame van 10 1/4 "x 7 7/8". de open, innerlijke ruimte maakt zelfs het smelten van was door de gehele dikte van het papier.
  2. Plaats de lagen in de oven op 150 ° C gedurende 30 seconden tot de was smelt in de dikte van het papier. Controleer of de was de dikte van het papier is doordrongen om te keren en het controleren op onvolkomenheden in het ontwerp.
    OPMERKING: geforceerde lucht ovens of hete platen kunnen ook worden gebruikt om de vaste was ink smelten. Smelten tijdenof temperaturen kunnen variëren afhankelijk van de wijze van verwarming.
  3. Verwijder het papier en nylon membraan van het acryl frame. Ook, verwijder nylon membraan van de steun vel kopieerpapier.

5. Bereiding van hechtlagen

  1. Patroon dubbelzijdige vellen van zelfklevende films met behulp van een robot mes plotter, gebruik van design files vooraf bereid (stap 1.1). Bescherm onbedekte plakstrook oppervlak met behulp van een vel wax liner.
    OPMERKING: De dubbelzijdig klevende worden gevormd met gaten waardoor het monster door lagen te stromen als een continue vloeibare route. De was voering wordt gemakkelijk verwijderd uit de lijm en dient om het te beschermen tegen verontreiniging en scheuren tijdens het snijden. Een laser cutter or die druk kan ook worden gebruikt om patroon lijmlagen films.

6. Drager van Device Lagen met Adhesive

  1. Spuit de lichtbak met een oplossing van 70% (v / v) ethanol en water. Veeg met een schone papieren tOwel.
  2. Tape een patroon laag papier of nylon membraan dat moet worden ondersteund met lijm op de lichtbak met de bedrukte zijde naar beneden.
  3. Schil de ene kant van de beschermende folie van het patroon vel lijm en brengt het naar de laag van papier of nylon membraan. Gebruik de lichtbak om een ​​goede uitlijning van patronen te waarborgen. In elkaar drukken. Plaats het gedeeltelijk geassembleerd apparaat in een beschermende slip.
    NB: De beschermende slip is een opgevouwen stuk lamineren filmsteunlaag dat de apparaten van verontreiniging of beschadiging beschermt door ervoor te zorgen dat ze geen contact met de laminator rollen.
  4. Passeer de resulterende twee-lagen assemblage via een geautomatiseerd laminator om volledig samen te drukken de lijm en papier, het verwijderen van eventuele luchtbellen uit de grensde lagen.
    LET OP: Air zakken tussen de lagen van het apparaat kunnen interfereren met de integriteit van het apparaat en wicking reproduceerbaarheid door het veroorzaken van lekkages.

7. Behandeling van Conjugate Layer met reagentia voor Immunoassays Voorafgaand aan Device Assembly

  1. Tape conjugaat laag op een acrylkader zodat de hydrofiele zone te behandelen zweeft geen contact met het frame.
  2. Voeg 2,5 ul van 100 mg / ml runderserumalbumine (BSA) in 1 x met fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) aan de hydrofiele zone aan het conjugaat laag. Laten drogen bij kamertemperatuur gedurende 2 minuten en vervolgens bij 65 ° C gedurende 5 minuten.
    LET OP: Dit volume is net genoeg om de zone van het papier nat. De BSA oplossing maakt de aggregatie van colloïdale nanodeeltjes tijdens het droogproces te voorkomen, dat de afgifte van de nanodeeltjes vergemakkelijkt wanneer het papier en reagentia worden gerehydrateerd door het monster.
  3. Voeg 5 ul van 5 OD colloïdaal goud nanodeeltjes geconjugeerd anti-β-hCG-antilichaam, en herhaal het droogproces.
    OPMERKING: De eenheden van concentratie colloïdaal goud nanodeeltjes worden vaak uitgedrukt als optische dichtheid (OD) gemeten bij absorbance bij λ = 540 nm. Geen behandeling nodig is voor de lont pad voordat het apparaat de montage in paragraaf 10.

8. Behandeling van Lateral Channel met Reagens voor Immunoassays Voorafgaand aan Device Assembly

  1. Tape zijkanaal laag op een acrylkader zodat de hydrofiele zone te behandelen zweeft geen contact met het frame.
  2. Voeg 10 pl blokkerende stof (5 mg / ml vetvrije melk en 0,1% (v / v) Tween 20 in 1x PBS) aan de laterale kanaal te behandelen. Herhaal hetzelfde droogproces (2 min bij kamertemperatuur geroerd en vervolgens bij 65 ° C gedurende 5 min) als conjugaat laag.

9. Behandeling van Capture Layer met reagentia voor Immunoassays Voorafgaand aan Device Assembly

  1. Tape capture laag op een acrylkader zodat de hydrofiele zone te behandelen zweeft geen contact met het frame.
  2. Behandel de opname laag met 5 ui 1 mg / ml anti-α-hCG antilichaam, waarna hetmonster gedroogd bij kamertemperatuur gedurende 2 minuten gevolgd door 8 min bij 65 ° C.
  3. Voeg 2 uL blokkerende stof (5 mg / ml vetvrije melk en 0,1% (v / v) Tween 20 in 1x PBS). Herhaal het droogproces voor de vangst laag.
    Opmerking: Dit bedrag dient te bekleden zonder de papieren occluderen de poriën van het nylon membraan, wat kan gebeuren wanneer er te veel blokkeermiddel wordt gebruikt is.

10. Montage van de drie-dimensionale papier gebaseerde microfluïdische apparaten

  1. Tape het wassen laag naar de lichtbak (bedrukte zijde naar boven). Als de uitlijning gaten worden gebruikt, verwijder ze uit de daaropvolgende lagen met behulp van een handheld hole-punch tool.
  2. Verwijder de beschermende film op de achterkant van de opname laag om de kleefstof vrij. Lijn de capture laag boven de was laag met behulp van de uitlijning gaten als een gids. Druk op de twee lagen aan elkaar. Raak hydrofiele zones verontreiniging of beschadiging van het apparaat te verkorten. Pincet kan worden gebruikt om te helpen assembly.
  3. Verwijder de beschermende film op de rug van de incubatie laag om de kleefstof vrij. Lijn de incubatie laag boven de vangst laag en druk ze samen. Voeg meer lagen zo door totdat alle actieve lagen worden geassembleerd.
  4. Plaats het gedeeltelijk geassembleerd apparaat in een beschermende slip en stevig aanbrengen van de lagen aan elkaar met behulp van een laminator.
  5. Verwijder de beschermende film op de achterkant van de was laag en brengt de blot laag aan de onderkant van het apparaat. Herhaal lamineren stap 10.4 aan de montage van de drie-dimensionale papier gebaseerde microfluïdische apparaat te voltooien. Cut gewenste aantal apparaten van stroken of vellen volledig geassembleerde apparaten met behulp van een schaar.
    OPMERKING: Volledige vellen inrichtingen, stroken apparaten of individuele componenten kunnen worden bereid met een soortgelijke aanpak.

11. Het uitvoeren van een Papieren Immunoassay

  1. Voeg 20 ul van een monster op de hydrofiele zone bovenop het apparaat (bijv thij proeven layer).
  2. Wacht tot het monster volledig lont in het apparaat, voeg dan 15 ul van wasbuffer (0,05% v / v Tween 20 in 1x fosfaat gebufferde zoutoplossing). Na de eerste portie van wasbuffer volledig goddelozen in het toestel, voeg een tweede 15 ul portie wasbuffer.
    OPMERKING: De wasbuffer volledig is slecht in het apparaat als de vloeistofdruppel verdwenen, toont geen meniscus op het oppervlak van het papier. De test is voltooid wanneer het tweede volume wasbuffer volledig het apparaat is ingevoerd.
  3. Om de resultaten van de test te onthullen, afpellen de drie bovenste lagen van het apparaat met behulp van een pincet om de vangst laag bloot te leggen.
    1. Interpretatie van de resultaten van de test kwalitatief door het observeren van de aanwezigheid of afwezigheid van kleur. Als alternatief imago van de uitlezing laag met behulp van een desktop scanner en het gebruik beeldverwerking software of algoritmen om resultaten te kwantificeren en karakteriseren van de verdelingen van de intensiteit binnen eendetectie zone. 20

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Verkrijgen reproduceerbare assay prestaties in driedimensionale papieren microfluïdische inrichtingen gebaseerd op een vervaardigingswerkwijze die consistent is tussen apparaten. Op weg naar dit doel te bereiken, hebben we een aantal van de productieprocessen en materiële overwegingen geïdentificeerd, en bespreek ze hier in het kader van het aantonen van een op papier gebaseerde immunoassay. We maken gebruik van een wax printmethode aan hydrofobe belemmeringen op papier gebaseerde microf...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het identificeren van een reproduceerbare productie-strategie is een essentieel onderdeel van de ontwikkeling van testsystemen. 22 We gebruiken een sequentiële, laag voor laag benadering driedimensionale papieren microfluïdische inrichtingen te vervaardigen. In tegenstelling tot die werkwijzen die vouwen of origami technieken meerlagige apparaten van een vel papier 23 produceren toepassen, 24 additive manufacturing biedt een aantal voorde...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door Tufts University en door een royale gift van Dr. James Kanagy. Dit materiaal is gebaseerd op werk dat wordt ondersteund door het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program onder subsidienummer (DGE-1325256) dat werd toegekend aan S.C.F. D.J.W. werd ondersteund door een U.S. Department of Education GAANN-beurs. We danken Dr. Jeremy Schonhorn (JanaCare), Dr. Jason Rolland (Carbon3D) en Rachel Deraney (Brown University) voor hun hulp bij het ontwikkelen van het ontwerp van de driedimensionale papiergebaseerde microfluïdische apparaat en immunoassay.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Illustrator CCAdobeom patronen te ontwerpen voor lagen papier en kleefstof
Xerox ColorQube 8580 printerAmazonB00R92C9DIom waspatronen op lagen papier en Nylon af te drukken
Isotemp General Purpose Heating and Drying OvenFisher Scientific15-103-0509om was in papier te smelten
Artograph LightTracerAmazonB000KNHRH6om te helpen bij het uitlijnen van lagen
Apache AL13P laminatorAmazonB00AXHSZU2om lagen met elkaar te lamineren
Graphtec CE6000 Cutting PlotterGraphtec AmericaCE6000-40om kleeffilms te patroneren
Swingline papiersnijderAmazonB0006VNY4Com papier of apparaten te snijden
Epson Perfection V500 fotoscannerAmazonB000VG4AY0om afbeeldingen van de uitleeslaag te scannen
economy plier-action hole punchMcMaster-Carr3488A9om uitlijningsgaten te verwijderen 
Whatman chromatogrpahy papier, Grade 4Sigma AldrichWHA1004917
Fisherbrand chromatografiepapier (dik) Fisher Scientific05-714-4om als vleklaag te fungeren
Immunodyne ABC (0,45 µm poriegrootte)Pall CorporationNBCHI3Rom als materiaal voor de opvanglaag te functioneren
verwijderbare/permanente kleefstof-dubbelzijdige linerFLEXconDF021621om het afpellen te vergemakkelijken
permanente kleefstof-dubbelzijdige linerFLEXconDF051521
waslinerFLEXconFLEXMARK 80 D/F PFW LINERom te helpen bij het patroneren van kleefstof
acrylplaatMcMaster-Carr8560K266 om een frame te fabriceren
zelfklevende vellenFellowesCRC52215om als beschermend slipje te gebruiken
absolute ethanolVWR89125-172om het werkgebied te ontsmetten
bovine serum albumineAMRESCO0332
Sekisui Diagnostics OSOM hCG Urine ControlsFisher Scientific22-071-066om als positieve en negatieve monsters te gebruiken
anti-β-hCG monoklonaal antilichaam colloïdaal goudconjugaat (kloon 1)Arista Biologicals CGBCG-0701om de conjugaatlaag te behandelen
geiten anti-α-hCG antilichaamArista Biologicals ABACG-0500om de opvanglaag te behandelen
10X fosfaatgebufferd zoutwaterFisher ScientificBP3991
Oxoid mageremelkpoederThermo ScientificOXLP0031B
Tween 20AMRESCOM147

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Wiley, B. J., Gupta, M., Whitesides, G. M. FLASH: A rapid method for prototyping paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 8 (12), 2146-2150 (2008).
  2. Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. Understanding wax printing: a simple micropatterning process for paper-based microfluidic devices. Anal. Chem. 81 (16), 7091-7095 (2009).
  3. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., Whitesides, G. M. Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (8), 1318-1320 (2007).
  4. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. Diagnostics for the developing world: microfluidic paper-based analytical devices. Anal. Chem. 82 (1), 2-10 (2010).
  5. Cate, D. M., Adkins, J. A., Mettakoonpitak, J., Henry, C. S. Recent developments in paper-based microfluidic devices. Anal. Chem. 87 (1), 19-41 (2015).
  6. Li, X., Ballerini, D. R., Shen, W. A perspective on paper-based microfluidics: Current status and future trends. Biomicrofluidics. 6, 011301(2012).
  7. Lisowski, P., Zarzycki, P. K. Microfluidic paper-based analytical devices (µPADs) and micro total analysis systems (µTAS): Development, applications and future trends. Chromatographia. 76, 1201-1214 (2013).
  8. Pollock, N. R., et al. A paper-based multiplexed transaminase test for low-cost, point-of-care liver function testing. Sci. Transl. Med. 4 (152), 152ra129(2012).
  9. Mentele, M. M., Cunningham, J., Koehler, K., Volckens, J., Henry, C. S. Microfluidic paper-based analytical device for particulate metals. Anal. Chem. 84 (10), 4474-4480 (2012).
  10. Weaver, A. A., et al. Paper analytical devices for fast field screening of beta lactam antibiotics and antituberculosis pharmaceuticals. Anal. Chem. 85 (13), 6453-6460 (2013).
  11. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Carrilho, E., Thomas, S. W., Sindi, H., Whitesides, G. M. Simple telemedicine for developing regions: camera phones and paper-based microfluidic devices for real-time, off-site diagnosis. Anal. Chem. 80 (10), 3699-3707 (2008).
  12. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. Three-dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (50), 19606-19611 (2008).
  13. Vella, S. J., et al. Measuring markers of liver function using a micro-patterned paper device designed for blood from a fingerprick. Anal Chem. 84 (6), 2883-2891 (2012).
  14. Nie, Z., Deiss, F., Liu, X., Akbulut, O., Whitesides, G. M. Integration of paper-based microfluidic devices with commercial electrochemical readers. Lab Chip. 10 (22), 3163-3169 (2010).
  15. Martinez, A. W., et al. Programmable diagnostic devices made from paper and tape. Lab Chip. 10 (19), 2499-2504 (2010).
  16. Connelly, J. T., Rolland, J. P., Whitesides, G. M. "Paper machine" for molecular diagnostics. Anal. Chem. 87 (15), 7595-7601 (2015).
  17. Schonhorn, J. E., Fernandes, S. C., Rajaratnam, A., Deraney, R. N., Rolland, J. P., Mace, C. R. A device architecture for three-dimensional, patterned paper immunoassays. Lab Chip. 14 (24), 4653-4658 (2014).
  18. Fernandes, S. C., Logounov, G. S., Munro, J. B., Mace, C. R. Comparison of three indirect immunoassay formats on a common paper-based microfluidic device architecture. Anal. Methods. 8 (26), 5204-5211 (2016).
  19. Deraney, R. N., Mace, C. R., Rolland, J. P., Multiplexed Schonhorn, J. E. patterned-paper immunoassay for detection of malaria and dengue fever. Anal. Chem. 88 (12), 6161-6165 (2016).
  20. Abramoff, M., Magalhaes, P. J., Ram, S. J. Image processing with ImageJ. Biophotonics Int. 11 (7), 36-42 (2004).
  21. Derda, R., et al. Multizone paper platform for 3D cell cultures. PLoS ONE. 6 (5), e18940(2011).
  22. Mace, C. R., Deraney, R. N. Manufacturing prototypes for paper-based diagnostic devices. Microfluid. Nanofluidics. 16 (5), 801-809 (2014).
  23. Liu, H., Crooks, R. M. Three-dimensional paper microfluidic devices assembled using the principles of origami. J. Am. Chem. Soc. 133 (44), 17564-17566 (2011).
  24. Kalish, B., Tsutsui, H. Using Adhesive patterning to construct 3D paper microfluidic devices. J. Vis. Exp. (110), e53805(2016).
  25. Scida, K., Cunningham, J. C., Renault, C., Richards, I., Crooks, R. M. Simple, sensitive, and quantitative electrochemical detection method for paper analytical devices. Anal. Chem. 86 (13), 6501-6507 (2014).
  26. Lewis, G. G., DiTucci, M. J., Baker, M. S., Phillips, S. T. High throughput method for prototyping three-dimensional, paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 12 (15), 2630-2633 (2012).
  27. Kalish, B., Tsutsui, H. Patterned adhesive enables construction of nonplanar three-dimensional paper microfluidic circuits. Lab Chip. 14 (22), 4354-4361 (2014).
  28. Camplisson, C. K., Schilling, K. M., Pedrotti, W. L., Stone, H. A., Martinez, A. W. Two-ply channels for faster wicking in paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 15 (23), 4461-4466 (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Paper MicrofluidicsWax PrintingImmunoassay DevelopmentThree dimensional DevicesPoint of care DiagnosticsNylon MembraneAdhesive LaminationFluidic PathwayshCG DetectionDevice Fabrication

Gerelateerde artikelen