BioMEM デバイスの概要

Bioengineering

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Summary

バイオ微小電気機械システム、収縮とも呼ばれますは、診断機器の生体内体外の少量サンプルおよび試薬の使用を有効にするとマイクロ デバイスです。これらのデバイスは、感度の向上とコスト削減を有効にする、マイクロ スケールのろ過、センシング、合成など様々 な機能を実行します。

このビデオは、収縮を紹介、バイオ エンジニア リング分野の使用を触れるし、作製で使用されるいくつかの顕著な方法を提示します。さらに、このビデオでは、技術のいくつかのアプリケーションと同様に、デバイスの小型化に関連付けられているいくつかの主要な課題について説明します。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. バイオ エンジニア リング. BioMEM デバイスの概要. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

低いサンプルと試薬だけでなくボリューム並列処理を使用して、マイクロ スケール解析装置の小型化は時間とコストの両方が保存されます。これらの小型の楽器は、バイオ マイクロ電気機械デバイスとして知られている収縮と呼ばれます。収縮は小型体内または体外診断用機器として使用され、サンプリング、ろ過反応検出など様々 な機能を実行できます。また、その寸法は改良の感度および選択性分析機器類を有効にします。このビデオは、著名な製造方法、研究分野における主要な課題で使用される共通の収縮デバイスを紹介します。

収縮デバイスは通常、クリーン ルームで微細加工技術を使用して作られています、マイクロ メートル スケールの少なくとも 1 つのディメンションがあります。製作時にデバイスは、大規模計装に統合されます。一般的な収縮デバイス、マイクロ分析システム、ラボ-オン-チップとも呼ばれます。これらのシステムは、特定の分析の一部または全部を実行します。たとえばマイクロ流体デバイス、ラボ-オン-チップ システムの最も一般的な種類の一つであります。マイクロ流体デバイスでは、小さなサンプル ボリュームの測定、反応、分離を可能にするチップ上のマイクロ スケール チャンネルを所有しています。マイクロ スケールの大きさが原因でこれらの機器は圧力駆動型フロー、または検体や試薬チャネルを介して輸送する毛管作用を利用します。システムは、層流を使用しているので大量転送と混合は基づく拡散です。これは、優先されます乱流混合は無秩序および不規則です。さらに、寸法を有効にするサーフェスを活用したシステムの容積の比率に高い表面は触媒や酵素を関連付けます。これは流体のストリームでの強化された相互作用を奨励し、サービス コンポーネントにバインドされました。最後に、サイズが小さいため、迅速かつ均一な熱伝達は可能です。これにより、制御の向上と均一性サンプル加熱中。これらのシステムは、このようにまたは微粒子を作製したり診断アプリケーションの広い範囲のため使用されます。今では収縮を導入しました、彼らは通常製造はどのように見てをみましょう。

収縮、特に集積回路デバイスに使用される最も一般的な材料は、シリコンです。シリコンウェハーが典型的な形とパターンの上に作成またはも表面にエッチングで基板材料として使用します。ポリマーは、同様に彼らより安価で操作し、準備も簡単、使われます。ポリマーは、射出成形、エンボス、またはレプリカ成形による複雑な構造の単純なレプリケーションを有効にします。最後に、金属は、微小回路の改良試作を可能にする収縮に統合されます。金、銀、クロムなどの金属は、電気めっきや蒸着を使用してレイヤーに置かれます。複雑な微細構造の大半は、フォトリソグラフィ、光を用いた基板をパターン化する技術を使用して製造されています。通常シリコンウェハー基板、レジストと呼ばれる紫外線反応性物質でコーティングします。パターンは、紫外光を用いたコーティング基板をマスクから転送されます。後様々 な処理ステップのこのパターンは、永久にエッチング三次元構造を残してシリコン基板上に。よく写真平版、と共に使用される別のテクニックがソフト ・ リソグラフィーです。ソフト ・ リソグラフィーは、ポリマーを使用して 3次元構造を複製する技術です。弾性ポリマーは通常使用されるため通話ソフト ・ リソグラフィーです。ポリジメチルシロキサン、これに使用される最も一般的なエラストマー、PDMS になります。PDMS は、光学的に透明、非毒性、不活性であるシリコン ベース エラストマーです。PDMS は、マイクロ構造に直接注がれ、重複毒ガス、硬化します。この方法は、複雑なまたは高価な処理手順を必要とせず複雑な構造のレプリケーションを使用できます。

確立された製造方法にも関わらず準備と収縮デバイスを使用して関連付けられている課題があります。まず、収縮のデバイスは、非常に複雑なまたは複数層を必要とするときを作製することは困難することができますサブミクロン機能を利用します。小型化も大きなスケールで検出されるない物理的な課題を紹介します。小規模なのためたとえば、表面粗さやチャネルの直径は、デバイス内の組み立てられた分子に欠陥が増幅され、デバイスの機能を変更することができます。もう一つの課題は、汚染です。収縮デバイスは、環境との接触する必要がありますまだ同時にそれから保護する必要があります。ほこり、不要な生体分子や他の微粒子は簡単に減少またはデバイスの機能を完全に破壊するマイクロ スケールの構造を汚染できます。したがって、掃除部屋にこれらのデバイスの作製は汚染を最小限にするために好まれる。これらの小型システムはコンセプト デバイスは、最終的に大量の検体分析に合わせてスケール アップの証拠として時々 使用されます。しかし、これは、重要な課題を提示できます。たとえば、大きい寸法にマイクロ流体デバイスをスケーリング、流動と物質移動動作の大幅な変更になります。その結果、大規模スケール アップの多くのより小さいデバイスの使用を制限することで目的の結果をレプリケートできません。

収縮デバイス、バイオ分析関連のアプリケーションの広い範囲で使用されます。たとえば、マイクロ流体デバイスは非常に少量の生物反応炉として使用できます。本研究では単一細胞解析ピコ リットル バイオリアクターを用いています。単一のセルに入り商工会議所、成長し、分裂することができた。全体の細胞密度の成長中になるにつれ、個々 の細胞は単一細胞解析を有効にする小さなを通じて原子炉を終了しました。これは成長率、形態、および単一セルのレベルでの表現型多様性の直接測定できます。マイクロは、生体分子や他のマイクロ スケール コンポーネントの迅速な分離を有効にするのにも使用されます。この例では、マイクロ ビーズと同じようなサイズのセルを区切るに使用されたデバイスを分岐しました。ビーズと細胞されたチャネルとデバイスに流れたし、電場を誘発する電気ソースに接続されています。適用された電界なしビーズはすべてのチャネルを流れます。ただし、フィールドがオンになっていると、一度ビーズは 1 つだけを指示されました。ビーズと細胞の混合物は、この手法を使用して別のチャネルに分けることができます。最後に、ミニチュア バイオとしては収縮デバイスが使われます。次の使用例、電界効果トランジスタ、FET、マイクロ スケールにしました。Fet は、デバイスの半導体材料の電気伝導度を制御するのに電界を使用します。この FET はシリコンのナノ細線の官能基化や環境の変化に敏感である分子をプローブします。それは、DNA やバイオ マーカーなどの生物学的ターゲットを意味する使用されました。

収縮のちょうど時計ゼウスの概要をしました。収縮は何、それらを組み立てるために使用いくつかの一般的なテクニックを理解しておくべき今の課題、バイオ エンジニア リングの分野での使用方法。見ていただきありがとうございます。

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