Artykuł metodologiczny

Wytwarzanie trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych na bazie papieru do testów immunologicznych

DOI:

10.3791/55287

⸱

9 marca 2017

 ,  , 
1Department of Chemistry, Tufts University

W tym artykule

Podsumowanie

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

Szczegółowo opisujemy metodę wytwarzania trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych opartych na papierze do wykorzystania w rozwoju testów immunologicznych. Nasze podejście do montażu urządzeń to rodzaj wielowarstwowej, addytywnej produkcji. Demonstrujemy test immunologiczny typu sandwich, aby zapewnić reprezentatywne wyniki dla tego typu urządzeń opartych na papierze.

Streszczenie

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

Papier samodzielnie odprowadza płyny dzięki działaniu kapilarnemu. Dzięki wzorzystemu papierowi z barierami hydrofobowymi można kontrolować i kierować transportem płynów w obrębie warstwy papieru. Co więcej, układanie wielu warstw wzorzystego papieru tworzy wyrafinowane trójwymiarowe sieci mikroprzepływowe, które mogą wspierać rozwój testów analitycznych i bioanalitycznych. Papierowe urządzenia mikroprzepływowe są niedrogie, przenośne, łatwe w użyciu i nie wymagają do działania żadnego zewnętrznego sprzętu. W związku z tym są one bardzo obiecujące jako platforma do diagnostyki przyłóżkowej. W celu właściwej oceny użyteczności i wydajności analitycznej wyrobów papierowych należy opracować odpowiednie metody zapewniające odtwarzalność ich wytwarzania w skali odpowiedniej dla warunków laboratoryjnych. W tym manuskrypcie opisano metodę wytwarzania ogólnej architektury urządzenia, która może być używana do testów immunologicznych opartych na papierze. Wykorzystujemy formę wytwarzania przyrostowego (laminowanie wielowarstwowe) do przygotowania urządzeń, które składają się z wielu warstw wzorzystego papieru i wzorzystego kleju. Oprócz zademonstrowania prawidłowego użycia tych trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych opartych na papierze z testem immunologicznym na ludzką gonadotropinę kosmówkową (hCG), omówiono błędy w procesie produkcyjnym, które mogą skutkować awariami urządzeń. Spodziewamy się, że takie podejście do produkcji urządzeń opartych na papierze znajdzie szerokie zastosowanie w rozwoju aplikacji analitycznych zaprojektowanych specjalnie dla środowisk o ograniczonych zasobach.

Wprowadzenie

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

Papier jest powszechnie dostępny w różnych formułach lub gatunkach, może być funkcjonalizowany w celu dostrojenia swoich właściwości i może transportować płyny autonomicznie poprzez działanie kapilarne lub odprowadzanie wilgoci. Jeśli papier jest pokryty substancją hydrofobową (np. photoresist1 lub wax2), przepuszczalność płynów może być kontrolowana przestrzennie w obrębie warstwy papieru. Na przykład nałożona próbka wodna może być kierowana do wielu różnych stref w celu reakcji z odczynnikami chemicznymi i biochemicznymi przechowywanymi w papierze. Wykazano, że te papierowe urządzenia mikroprzepływowe są użyteczną platformą do opracowywania przenośnych i niedrogich testów analitycznych3,4,5,6,7. Zastosowania urządzeń mikroprzepływowych opartych na dokumentach papierowych obejmują diagnostykę w miejscu opieki nad pacjentem8, monitorowanie zanieczyszczeń środowiska9, wykrywanie podrabianych leków10 oraz zdecentralizowaną opiekę zdrowotną (lub "telemedycynę") w ustawieniach ograniczonych zasobów11.

Wiele warstw wzorzystego papieru można połączyć w zintegrowane urządzenie, gdzie strefy hydrofilowe z sąsiednich warstw (tj. powyżej lub poniżej) łączą się, tworząc ciągłe sieci płynów, których wloty i wyloty mogą być sprzężone lub pozostawione niezależne. 12 Każda warstwa może zawierać unikalny wzór, który umożliwia przestrzenne rozdzielanie odczynników i wykonywanie wielu testów na jednym urządzeniu. Powstałe w ten sposób trójwymiarowe urządzenie mikroprzepływowe jest nie tylko zdolne do odprowadzania płynów, aby umożliwić testy analityczne (np. testy czynnościowe wątroby13 i elektrochemiczne wykrywanie małych cząsteczek14), ale może również obsługiwać wiele zaawansowanych funkcji (np. zawory15 i proste maszyny16) wspólne dla tradycyjnych podejść mikroprzepływowych. Co ważne, ponieważ papier odprowadza płyny poprzez działanie kapilarne, urządzenia te mogą być obsługiwane przy minimalnym wysiłku ze strony użytkownika.

Ponieważ odczynniki mogą być przechowywane w trójwymiarowej architekturze urządzenia opartego na papierze, skomplikowane protokoły mogą być zredukowane do pojedynczego dodania próbki wodnej do urządzenia. Niedawno wprowadziliśmy ogólną trójwymiarową architekturę urządzenia, która może być wykorzystana do opracowania testów immunologicznych na bazie papieru przy użyciu techniki druku woskowego do tworzenia wzorzystych warstw. 17,18 Badania te koncentrowały się na tym, w jaki sposób aspekty związane z konstrukcją urządzenia - liczba użytych warstw, skład warstw i wzór trójwymiarowej sieci mikroprzepływowej - kontrolowały ogólną wydajność testu immunologicznego. Ostatecznie udało nam się wykorzystać te zasady projektowania, aby ułatwić szybki rozwój multipleksowanego testu immunologicznego19. W tym manuskrypcie wcześniej opracowany test immunologiczny dla ludzkiej gonadotropiny kosmówkowej (hCG; hormon ciążowy)17 jest używany jako przykład ilustrujący strategie, które opracowaliśmy dla montażu i produkcji trójwymiarowych testów immunologicznych opartych na papierze. W związku z tym skupiamy się na montażu i obsłudze urządzenia, a nie na opracowywaniu testu.

W teście immunologicznym typu sandwich, który jest formatem używanym do wykrywania hCG, przeciwciało wychwytujące specyficzne dla jednej podjednostki hormonu jest powlekane na stałym substracie, który jest następnie blokowany w celu ograniczenia niespecyficznej adsorpcji próbki lub jakiegokolwiek kolejnego odczynnika. Substratem tym jest najczęściej polistyrenowa płytka mikrodołkowa (np. do testu immunoenzymatycznego lub ELISA). Próbkę dodaje się następnie do studzienki i pozostawia do inkubacji przez pewien czas. Po dokładnym przemyciu dodaje się przeciwciało specyficzne dla drugiej podjednostki hCG i pozostawia do inkubacji. To przeciwciało detekcyjne może być sprzężone z cząstką koloidalną, enzymem lub fluoroforem w celu wytworzenia mierzalnego sygnału. Studzienka jest ponownie myta przed interpretacją wyników testu (np. za pomocą czytnika płytek). Podczas gdy zestawy komercyjne opierają się na tym czasochłonnym, wieloetapowym procesie, wszystkie te kroki można szybko wykonać w papierowych urządzeniach mikroprzepływowych przy minimalnej interwencji użytkownika.

Urządzenie używane do testu immunologicznego hCG składa się z sześciu aktywnych warstw, które są, od góry do dołu, używane do dodawania próbki, przechowywania koniugatu, inkubacji, wychwytywania, mycia i osuszania (Rysunek 1). Warstwa dodawania próbki jest wykonana z jakościowej bibuły filtracyjnej. Ułatwia wprowadzenie próbki ciekłej i zabezpiecza odczynniki w warstwie sprzężonej przed zanieczyszczeniem z otoczenia lub przypadkowym kontaktem ze strony użytkownika. Warstwa sprzężona (jakościowa bibuła filtracyjna) zawiera odczynnik wytwarzający kolor (np. przeciwciało znakowane złotem koloidalnym) do testu immunologicznego. Warstwa inkubacyjna (jakościowa bibuła filtracyjna) umożliwia próbce przemieszczanie się poprzecznie w płaszczyźnie bibuły, aby ułatwić wiązanie analitu z odczynnikami przed dotarciem do następnej warstwy, warstwy wychwytującej. Warstwa wychwytująca (membrana nylonowa) zawiera ligandy specyficzne dla analitu zaadsorbowanego w materiale. Po zakończeniu testu warstwa ta zostaje odsłonięta, aby umożliwić wizualizację gotowego immunokompleksu. Warstwa płucząca (jakościowa bibuła filtracyjna) wciąga nadmiar płynów, w tym wolne odczynniki sprzężone, z powierzchni warstwy wychwytującej do warstwy blot (gruba bibuła chromatograficzna). Sześciowarstwowe urządzenie jest utrzymywane razem przez pięć warstw wzorzystego, dwustronnego kleju: cztery warstwy trwałego kleju utrzymują integralność zmontowanego urządzenia, a jedna warstwa usuwalnego kleju ułatwia odklejanie się urządzenia w celu sprawdzenia wyników testu immunologicznego na warstwie wychwytującej.

Na potrzeby tego manuskryptu, używamy tylko negatywnych i pozytywnych próbek kontrolnych hCG (odpowiednio 0 mIU/ml i 81 mIU/mL), aby dostarczyć reprezentatywne wyniki papierowego testu immunologicznego, co pozwala na dedykowaną dyskusję na temat związku między metodami produkcji a wydajnością urządzenia. Oprócz pokazania, jak skutecznie wytwarzać urządzenia, zwracamy uwagę na kilka błędów produkcyjnych, które mogą prowadzić do awarii urządzenia lub nieodtwarzalnych wyników testów. Protokół i dyskusja szczegółowo opisane w tym manuskrypcie dostarczą naukowcom cennych informacji na temat tego, jak projektowane i wytwarzane są papierowe testy immunologiczne. Chociaż koncentrujemy się na testach immunologicznych, przewidujemy, że przedstawione tutaj wytyczne będą szeroko przydatne w produkcji trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych na bazie papieru.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

1. Przygotowanie warstw urządzeń mikroprzepływowych na bazie papieru

  1. Przygotuj wzory warstw papieru, nylonu i kleju za pomocą programu do projektowania graficznego. 6 Każda warstwa może mieć inny wzór.
    UWAGA: Wzór może zawierać otwory wyrównujące, które nie są wymagane do funkcjonalnego testu immunologicznego opartego na papierze, ale pomagają w powtarzalnym wytwarzaniu urządzeń trójwymiarowych. Rozmieszczenie tych otworów będzie się różnić, jeśli urządzenia są montowane pojedynczo, w paskach lub jako pełne arkusze. Program używany do projektowania wzorów może się różnić w zależności od wybranej techniki tworzenia wzorów (np. fotolitografia, druk woskowy lub cięcie). 6
  2. Spryskaj obszar roboczy roztworem 70% (v/v) etanolu i wody. Wytrzyj obszar roboczy czystym ręcznikiem papierowym.

2. Przygotowanie warstw papieru: dodawanie próbek, przechowywanie koniugatu, inkubacja i warstwy myjące

  1. Przygotuj warstwy wysokiej jakości bibuły filtracyjnej za pomocą dużego noża do papieru stołowego. Wytnij standardowy arkusz papieru na papier o standardowym rozmiarze, aby ułatwić tworzenie wzorów za pomocą drukarki na stały atrament (wosk). Na przykład z jednego arkusza o wymiarach 460 x 570 mm2 można uzyskać 4 arkusze papieru US Letter (8,5 x 11 cali2). Z papierem należy zawsze obchodzić się w czystych rękawicach, aby zminimalizować zanieczyszczenie.
  2. Załaduj wycięty arkusz papieru chromatograficznego do tacy drukarki. Wydrukuj wcześniej zaprojektowane warstwy (patrz rysunek 1).
    UWAGA: Wzór można wydrukować bezpośrednio na tym arkuszu za pomocą automatycznego podawania. Aby uniknąć zacięć papieru, należy drukować tylko jeden arkusz papieru na raz. W przypadku wszystkich warstw użyj ustawień drukowania "Ulepszone".

3. Przygotowanie warstwy membrany nylonowej: Warstwa przechwytująca

  1. Pokrój rolkę membrany nylonowej na arkusze (7.5 x 10 cali2) za pomocą stołowego noża do papieru. Zachowaj szczególną ostrożność podczas obchodzenia się z nylonową membraną, aby zachować jej integralność i chronić przed rozerwaniem. Niewykorzystany materiał należy przechowywać w szafie eksykatora, ponieważ membrany nylonowe są wrażliwe na wilgoć.
    UWAGA: Arkusze cięte są węższe niż papier US Letter. Ponieważ membrany nylonowe są cienkie i delikatne, nie mogą być przetwarzane bezpośrednio przez drukarkę i wymagają wsparcia. Szczegóły omówiono poniżej.
  2. Za pomocą drukarki woskowej wydrukuj wzór warstwy przechwytywania na kawałku papieru do kopiowania i przyklej go do kasetonu świetlnego, aby służył jako przewodnik do pozycjonowania nylonowej membrany. Kaseton świetlny pomaga w wyrównaniu wielu warstw.
  3. Umieść czysty arkusz papieru do kopiowania na poprzednio wydrukowanym arkuszu papieru do kopiowania. Przyklej czystą kartkę papieru do kasetonu, ale nie sklejaj ze sobą dwóch arkuszy.
  4. Umieść wycięty arkusz nylonowej membrany na czystym kawałku papieru do kopiowania. Upewnij się, że membrana zakrywa obszar wydruku dolnej warstwy papieru do kopiowania. Przyklej wszystkie cztery strony nylonowej membrany do czystego arkusza papieru do kopiowania.
    UWAGA: Upewnij się, że nylonowa membrana jest płaska i gładka, aby nie było problemów z drukowaniem (np. zacięcia papieru lub nierównomierne drukowanie wosku). Wosk może być drukowany na taśmie, na której membrana nylonowa jest przymocowana do papieru do kopiowania. W takim przypadku obszary, w których nylon nie jest w pełni wzorzysty z powodu pokrycia taśmą, należy wyrzucić. Do przyszłych przygotowań można użyć większych kawałków membrany nylonowej, aby uniknąć tego błędu drukowania.
  5. Załaduj arkusz nylonowej membrany (podparty przymocowanym do niej papierem do kopiowania) do tacy drukarki podawanej ręcznie. Drukuj tylko jeden arkusz membrany nylonowej na raz.
    UWAGA: Nie są wymagane żadne czynności przygotowawcze dla warstwy kleksów, ponieważ nie jest ona wzorzysta.

4. Tworzenie barier hydrofobowych w warstwie drukowanej

  1. Przyklej wydrukowane warstwy do akrylowej ramy, aby równomiernie podgrzać nad i pod warstwą po umieszczeniu w grawitacyjnym piecu konwekcyjnym. Nylonową membranę należy przykleić taśmą do arkusza nośnego papieru do kopiowania, aż wosk się stopi i utworzą się bariery hydrofobowe.
    UWAGA: Rama akrylowa to wykonany, wycinany laserowo kawałek tworzywa akrylowego o grubości 1/2 ". Zastosowano dwa rozmiary ram w zależności od ilości produkowanych urządzeń. Zewnętrzna krawędź mniejszej ramy ma wymiary 11 5/8" x 2 3/4", a wewnętrzny otwór ramy ma wymiary 10 3/8" x 1 3/4". Zewnętrzna krawędź większej ramy ma wymiary 11 5/8" x 8 7/8", a wewnętrzny otwór ramy ma wymiary 10 1/4" x 7 7/8". Otwarta, wewnętrzna przestrzeń pozwala na równomierne roztopienie wosku na całej grubości papieru.
  2. Umieść warstwy w piekarniku w temperaturze 150 °C na 30 sekund, aż wosk rozpuści się w grubości papieru. Upewnij się, że wosk przeniknął przez grubość papieru, odwracając go i sprawdzając, czy w projekcie nie ma niedoskonałości.
    UWAGA: Piekarniki z wymuszonym obiegiem powietrza lub płyty grzejne mogą być również używane do topienia stałego atramentu woskowego. Czas topnienia lub temperatury mogą się różnić w zależności od metody ogrzewania.
  3. Usuń papierową i nylonową membranę z ramy akrylowej. Usuń również nylonową membranę z arkusza nośnego papieru do kopiowania.

5. Przygotowanie warstw adhezyjnych

  1. Wzorzec dwustronnych arkuszy folii samoprzylepnych za pomocą zrobotyzowanego plotera nożowego, korzystając z przygotowanych wcześniej plików projektowych (krok 1.1). Zabezpiecz odsłoniętą powierzchnię klejącą za pomocą arkusza woskowej wkładki.
    UWAGA: Dwustronny klej powinien być ozdobiony otworami, które umożliwiają przepływ próbki przez warstwy jako ciągłą ścieżkę płynną. Woskowy pas ochronny jest łatwy do usunięcia z kleju i służy do ochrony go przed zanieczyszczeniem i rozdarciem podczas cięcia. Wycinarka laserowa lub prasa matrycowa mogą być również używane do modelowania warstw folii samoprzylepnych.

6. Podkład warstw urządzenia za pomocą kleju

  1. Spryskaj kaseton świetlny roztworem 70% (v/v) etanolu i wody. Wytrzyj czystym ręcznikiem papierowym.
  2. Przyklej wzorzystą warstwę papieru lub nylonowej membrany, którą należy przykleić do kasetonu świetlnego zadrukowaną stroną do dołu.
  3. Oderwij jedną stronę wkładki ochronnej od wzorzystego arkusza kleju i przymocuj ją do warstwy papieru lub membrany nylonowej. Użyj kasetonu świetlnego, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie wzorów. Ściśnij razem. Umieść częściowo zmontowane urządzenie w szlafroku ochronnym.
    UWAGA: Poślizg ochronny to zagięty kawałek podkładu z folii do laminowania, który chroni urządzenia przed zanieczyszczeniem lub uszkodzeniem, zapewniając, że nie stykają się one z rolkami laminatora.
  4. Przepuść powstały dwuwarstwowy zespół przez automatyczny laminator, aby całkowicie docisnąć klej i papier do siebie, usuwając wszelkie kieszenie powietrza z przylegających warstw.
    UWAGA: Kieszenie powietrzne między warstwami urządzenia mogą zakłócać integralność urządzenia i odtwarzalność odprowadzania wilgoci, powodując nieszczelności.

7. Traktowanie warstwy sprzężonej odczynnikami do testów immunologicznych przed montażem urządzenia

  1. Przyklej warstwę sprzężoną do ramy akrylowej w taki sposób, aby strefa hydrofilowa, która ma być poddana zabiegowi, była zawieszona i nie stykała się z ramą.
  2. Dodać 2,5 μl 100 mg/ml albuminy surowicy bydlęcej (BSA) w 1x soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) do strefy hydrofilowej na warstwie sprzężonej. Pozostaw do wyschnięcia w temperaturze pokojowej przez 2 minuty, a następnie w temperaturze 65 °C przez 5 minut.
    UWAGA: Ta objętość wystarcza tylko do zwilżenia strefy papieru. Rozwiązanie BSA pomaga zapobiegać agregacji nanocząstek koloidalnych podczas procesu suszenia, co ułatwi uwalnianie nanocząstek, gdy papier i odczynniki są ponownie uwodnione przez próbkę.
  3. Dodać 5 μl koloidalnej nanocząstki złota 5 O.D. sprzężonej z przeciwciałem anty-β-hCG i powtórzyć proces suszenia.
    UWAGA: Jednostki stężenia koloidalnych nanocząstek złota są często wyrażane jako gęstość optyczna (O.D.) mierzona przez absorbancję przy λ = 540 nm. Nie jest wymagana żadna obróbka podkładki przed montażem urządzenia w rozdziale 10.

8. Leczenie kanału bocznego odczynnikiem do testów immunologicznych przed montażem urządzenia

  1. Przyklej boczną warstwę kanału do ramy akrylowej tak, aby strefa hydrofilowa, która ma być leczona, była zawieszona i nie stykała się z ramą.
  2. Dodać 10 μl środka blokującego (5 mg/ml mleka beztłuszczowego i 0,1% (v/v) Tween 20 w 1x PBS) w celu leczenia kanału bocznego. Powtórzyć ten sam proces suszenia (2 minuty w temperaturze pokojowej, a następnie w temperaturze 65 °C przez 5 minut) jako warstwę sprzężoną.

9. Traktowanie warstwy wychwytującej odczynnikami do testów immunologicznych przed montażem urządzenia

  1. Warstwa wychwytywania taśmy na ramie akrylowej w taki sposób, aby strefa hydrofilowa, która ma być leczona, była zawieszona i nie stykała się z ramą.
  2. Warstwę wychwytującą należy poddać działaniu 5 μl przeciwciała anty-α-hCG o stężeniu 1 mg/ml, a następnie pozostawić próbkę do wyschnięcia w temperaturze pokojowej przez 2 minuty, a następnie przez 8 minut w temperaturze 65 °C.
  3. Dodać 2 μl środka blokującego (5 mg/ml mleka beztłuszczowego i 0,1% (v/v) Tween 20 w 1x PBS). Powtórz proces suszenia warstwy wychwytującej.
    UWAGA: Ta ilość jest odpowiednia do powlekania papierów bez zasłaniania porów membrany nylonowej, co może się zdarzyć, gdy zostanie użyta zbyt duża ilość środka blokującego.

10. Montaż trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych na bazie papieru

  1. Przyklej warstwę prania do kasety świetlnej (zadrukowaną stroną skierowaną do góry). Jeśli używane są otwory wyrównujące, usuń je z kolejnych warstw za pomocą ręcznego narzędzia do dziurkowania.
  2. Usuń folię ochronną z tyłu warstwy wychwytującej, aby odsłonić klej. Wyrównaj warstwę wychwytywania nad warstwą zmywającą, używając otworów wyrównujących jako prowadnicy. Dociśnij obie warstwy do siebie. Unikaj dotykania stref hydrofilowych, aby zminimalizować zanieczyszczenie lub uszkodzenie urządzenia. Do pomocy w montażu można użyć pęsety.
  3. Usuń folię ochronną z tyłu warstwy inkubacyjnej, aby odsłonić klej. Wyrównaj warstwę inkubacji nad warstwą wychwytywania i ściśnij je razem. Kontynuuj dodawanie warstw w ten sposób, aż wszystkie aktywne warstwy zostaną złożone.
  4. Umieść częściowo zmontowane urządzenie w szkiełku ochronnym i mocno przymocuj warstwy do siebie za pomocą laminatora.
  5. Usuń folię ochronną z tyłu warstwy myjącej i przymocuj warstwę blot do dolnej części urządzenia. Powtórzyć krok laminowania 10.4, aby zakończyć montaż trójwymiarowego urządzenia mikroprzepływowego na bazie papieru. Wytnij żądaną liczbę urządzeń z pasków lub arkuszy w pełni zmontowanych urządzeń za pomocą nożyczek.
    UWAGA: Przy użyciu podobnego podejścia można przygotować pełne arkusze urządzeń, paski urządzeń lub pojedyncze urządzenia.

11. Przeprowadzanie testu immunologicznego na papierze

  1. Dodać 20 μl próbki do strefy hydrofilowej znajdującej się na górze urządzenia (tj. warstwy próbki).
  2. Poczekaj, aż próbka całkowicie wsiąknie do urządzenia, a następnie dodaj 15 μl buforu do przemywania (0,05% v/v Tween 20 w 1x sól fizjologiczna buforowana fosforanami). Po całkowitym wchłonięciu pierwszej porcji buforu do płukania do urządzenia, dodać drugą 15 μl porcji buforu do płukania.
    UWAGA: Bufor płuczący całkowicie wsiąkł do urządzenia, gdy kropla płynu zniknęła, nie widać menisku na powierzchni papieru. Oznaczenie uznaje się za zakończone, gdy druga podwielokrotność buforu do przemywania całkowicie dostanie się do urządzenia.
  3. Aby ujawnić wyniki testu, oderwij trzy górne warstwy urządzenia za pomocą pęsety, aby odsłonić warstwę wychwytywania.
    1. Zinterpretuj wyniki testu jakościowo, obserwując obecność lub brak koloru. Alternatywnie, można zobrazować warstwę odczytu za pomocą skanera biurkowego i użyć oprogramowania lub algorytmów do przetwarzania obrazu w celu ilościowego określenia wyników i scharakteryzowania rozkładu intensywności w strefie wykrywania. 20

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Uzyskanie powtarzalnych wyników testów w trójwymiarowych urządzeniach mikroprzepływowych opartych na papierze opiera się na metodzie wytwarzania, która zapewnia spójność między urządzeniami. Aby osiągnąć ten cel, zidentyfikowaliśmy szereg procesów produkcyjnych i kwestii materiałowych i omawiamy je tutaj w kontekście demonstracji testu immunologicznego opartego na papierze. Stosujemy metodę druku woskowego do tworzenia barier hydrofobowych w urządzeniach mikroprzepływowych na bazie papier...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Identyfikacja powtarzalnej strategii wytwarzania jest istotnym elementem opracowywania testów. 22 Stosujemy podejście sekwencyjne, warstwa po warstwie do produkcji trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych na bazie papieru. W przeciwieństwie do metod, które wykorzystują techniki składania lub origami do produkcji urządzeń wielowarstwowych z jednego arkusza papieru 23,24, produkcja addytywna oferuje szereg zalet: (i) Wiele materiałów możn...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

Ta praca była wspierana przez Uniwersytet Tufts i hojny dar od dr Jamesa Kanagy'ego. Materiał ten opiera się na pracach wspieranych przez National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program w ramach grantu nr. (DGE-1325256), który został przyznany S.C.F. D.J.W. był wspierany przez stypendium GAANN Departamentu Edukacji Stanów Zjednoczonych. Dziękujemy dr Jeremy'emu Schonhornowi (JanaCare), dr Jasonowi Rolandowi (Carbon3D) i Rachel Deraney (Brown University) za pomoc w opracowaniu projektu trójwymiarowego urządzenia mikroprzepływowego i testu immunologicznego opartego na papierze.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Illustrator CCAdobedo projektowania wzorów warstw papieru i kleju
Drukarka Xerox ColorQube 8580AmazonB00R92C9DIdo drukowania wzorów wosku na warstwach papieru i Nylon
Isotemp Piec grzewczo-suszący ogólnego przeznaczeniaFisher Scientific15-103-0509do topienia wosku w papierze
Artograph LightTracerAmazonB000KNHRH6aby pomóc w wyrównaniu warstw
Laminator Apache AL13PAmazonB00AXHSZU2do laminowania warstw
razem Ploter tnący Graphtec CE6000Graphtec AmericaCE6000-40do modelowania folii samoprzylepnych
Gilotyna do papieru SwinglineAmazonB0006VNY4Cdo cięcia papieru lub urządzeń
Skaner fotograficzny Epson Perfection V500AmazonB000VG4AY0do skanowania obrazów warstwy odczytu
ekonomicznej szczypiec do dziurkowaniaMcMaster-Carr3488A9w celu usunięcia otworów wyrównujących 
Bibuła chromatograficzna Whatman, klasa 4Sigma AldrichWHA1004917
bibuła chromatograficzna Fisherbrand (gruba) Fisher Scientific05-714-4do działania jako warstwa klesów
Immunodyne ABC (0,45 &mikro; m rozmiar porów )Pall CorporationNBCHI3Rfunkcjonować jako materiał do wychwytywania warstwy
usuwalny/trwały klej dwustronny wkładkaFLEXconDF021621ułatwiająca odklejanie
trwała dwustronna wkładka samoprzylepnaFLEXconDF051521
woskowa wkładkaFLEXconFLEXMARK 80 D/F PFW LINERdo pomocy w tworzeniu wzoru
kleju akrylowego arkuszMcMaster-Carr8560K266 do wytworzenia ramy
arkusze samoprzylepneFellowesCRC52215do stosowania jako absolutny etanol poślizgowy
VWR89125-172do dezynfekcji
albuminy surowicy bydlęcejAMRESCO0332
Sekisui Diagnostics OSOM hCG Kontrola moczuFisher Scientific22-071-066do stosowania jako próbki
dodatnie i ujemneprzeciwciało monoklonalne anty-β-hCG koniugatat złota koloidalnego (klon 1)Arista Biologicals CGBCG-0701w leczeniu sprzężonego
przeciwciała anty-&alfa-hCG kozywarstwy Arista Biologicals ABACG-0500do obróbki warstwy wychwytującej
10X sól fizjologiczna buforowana fosforanemFisher ScientificBP3991
Oxoid odtłuszczone mleko w proszkuThermo ScientificOXLP0031B
Tween 20AMRESCOM147
w miejscu pracy

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

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

Powiązane artykuły