सूखी फिल्म Photoresist-विद्युत Microfluidic आधारित सेंसर मंच: उपकरण निर्माण, पर चिप परख तैयारी, और सिस्टम ऑपरेशन
Summary
विभिंन analytes के तीव्र और संवेदनशील ठहराव के लिए कम लागत वाली शुष्क फिल्म photoresist प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हुए एक microfluidic-संवेदी मंच डिजाइन और निर्मित किया गया । इस एकल उपयोग प्रणाली पर चिप के विद्युत readout के लिए अनुमति देता है-रोक-प्रवाह तकनीक के माध्यम से प्रमैटीरियल एंजाइम से जुड़े परख ।
Abstract
हाल के वर्षों में, विशेष रूप से बिंदु की देखभाल निदान के लिए, एक अपरिहार्य उपकरण निदान मानव रोग के निदान के लिए एक अनिवार्य साधन बन गया । एक आसान करने के लिए उपयोग और कम लागत संवेदक मंच अत्यधिक analytes के विभिंन प्रकार (जैसे, मार्क्स, हार्मोन, और दवाओं) मात्रात्मक और विशेष रूप से मापने के लिए वांछित है । इस कारण से, शुष्क फिल्म photoresist प्रौद्योगिकी-सक्षम करने के सस्ते, सतही, और उच्च प्रवाह निर्माण-microfluidic के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया गया था यहां प्रस्तुत सेंसर । बाद में इस्तेमाल किया परख पर निर्भर करता है, बहुमुखी मंच के लिए विभिंन प्रकार के अणुओं का पता लगाने में सक्षम है । उपकरण के निर्माण के लिए, प्लैटिनम इलेक्ट्रोड केवल स्वच्छ कमरे प्रक्रिया कदम में एक लचीला polyimide (PI) पंनी पर संरचित कर रहे हैं । PI पंनी इलेक्ट्रोड, जो एक epoxy आधारित photoresist के साथ अछूता रहे है के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में कार्य करता है । microfluidic चैनल बाद में PI वेफर पर सूखी फिल्म photoresist (डीएफआर) पंनी के विकास और फाड़ना द्वारा उत्पंन होता है । चैनल में एक hydrophobic रोक बाधा का उपयोग करके, चैनल दो विशिष्ट क्षेत्रों में अलग है: एंजाइम से जुड़े परख और amperometric संकेत readout के लिए एक विद्युत माप सेल के लिए एक स्थिरीकरण अनुभाग ।
पर चिप परख स्थिरीकरण के सोखना द्वारा किया जाता है चैनल की सतह के लिए अणुओं । ग्लूकोज oxidase एंजाइम विद्युत संकेत पीढ़ी के लिए एक transducer के रूप में प्रयोग किया जाता है । सब्सट्रेट की उपस्थिति में, ग्लूकोज, हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उत्पादन किया है, जो प्लैटिनम काम इलेक्ट्रोड पर पाया जाता है. रोक प्रवाह तकनीक तेजी से पता लगाने के साथ संकेत प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए लागू किया जाता है । विभिंन प्रकार के अणुओं को मात्रात्मक रूप से शुरू की गई microfluidic प्रणाली के माध्यम से मापा जा सकता है, जिसमें विभिंन प्रकारों के रोगों का संकेत दिया गया है, या चिकित्सीय औषधि की निगरानी के संबंध में, एक निजीकृत चिकित्सा की सुविधा है ।
Introduction
पिछले दो दशकों में, नैदानिक अनुप्रयोगों में गहराई से अध्ययन के लिए प्राथमिक वैश्विक सार्वजनिक स्वास्थ्य के विकास पर बन गए हैं । परंपरागत रूप से, प्रयोगशाला नैदानिक उपकरण रोगों का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है । हालांकि वे अभी भी रोगों के निदान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, बिंदु की देखभाल परीक्षण (पाकट) रोगी के पास प्रदर्शन किया या रोगी खुद को हाल के वर्षों में अधिक से अधिक आम हो गया है । विशेष रूप से ऐसे मामलों में जो तत्काल उपचार की आवश्यकता होती है, जैसे तीव्र रोधगलन या मधुमेह की निगरानी, एक नैदानिक खोज के तेजी से पुष्टि आवश्यक है । इसलिए, गैर विशेषज्ञों द्वारा संचालित किया जा सकता है कि पाकट उपकरणों के लिए एक बढ़ती जरूरत है और जो समवर्ती इन विट्रो में सटीक प्रदर्शन करने में सक्षम हैं एक कम समय में नैदानिक परीक्षणों1,2,3,4 .
उल्लेखनीय सुधार पहले ही पाकट के क्षेत्र में हासिल किए जा चुके हैं. हालांकि, अभी भी कई चुनौतियां5,6,7,8को दूर कर रही हैं । एक पाकट मंच के लिए सफलतापूर्वक बाजार के लिए शुरू किया जा करने के लिए और प्रयोगशाला निदान के साथ प्रतिस्पर्धी होने के लिए, डिवाइस कड़ाई से निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना होगा: (i) प्रयोगशाला के साथ संगत कर रहे हैं कि सटीक और मात्रात्मक परीक्षण परिणाम प्रदान निष्कर्षों; (ii) कम नमूना करने के लिए परिणाम समय है, रोगी के तत्काल उपचार को सक्षम करने; (iii) सुविधा सीधी और आसान हैंडलिंग, यहां तक कि जब अप्रशिक्षित व्यक्तियों द्वारा संचालित है, और उपयोगकर्ता के हस्तक्षेप की आवश्यकता है; और (iv) एक कम लागत संवेदक एकल उपयोग अनुप्रयोगों के लिए डिजाइन इकाई का समावेश । इसके अलावा, उपकरण मुक्त निदान अनुकूल हैं, मुख्य रूप से संसाधन में गरीब वातावरण3,4,6।
इन गंभीर आवश्यकताओं के कारण, केवल दो पाकट सिस्टम विद्युत डिटेक्शन पर आधारित (उदा., रक्त ग्लूकोज परीक्षण स्ट्रिप्स) और पार्श्व प्रवाह immunoassays पर (जैसे, घर गर्भावस्था परीक्षण) सफलतापूर्वक बाजार के लिए शुरू किया गया है ताकि तक. हालांकि, दोनों प्रणालियों के खराब प्रदर्शन के रूप में नुकसान से पीड़ित (यानी, रक्त ग्लूकोज की निगरानी गलत परीक्षण के परिणाम और पार्श्व प्रवाह परख केवल गुणात्मक प्रदान (सकारात्मक या नकारात्मक) माप परिणाम)4, 6. पारंपरिक पाकट प्रणालियों की ये कमियां नई प्रौद्योगिकियों की खोज पर बढ़ती मांग के लिए प्रेरित करती है जो देखभाल4,5के बिंदु पर तेजी से, कम लागत, और मात्रात्मक पता लगाने की पेशकश करते हैं ।
इन चुनौतियों का सामना करना पड़ पाकट उपकरणों को पूरा करने के लिए, डीएफआर प्रौद्योगिकी हाल ही में डिस्पोजेबल और कम लागत वाले सेंसरों9,10,11,12के निर्माण के लिए नियोजित किया गया है, 13 , 14. शीतल और तरल lithographic पदार्थों की तुलना में, जैसे PDMS या एसयू-8, DFRs कई लाभ मौजूद हैं: वे (i) अनेक रचनाओं और मोटाई (कुछ माइक्रोन से कई मिलीमीटर तक) में उपलब्ध हैं; (ii) एक बहुत मोटा सतह क्षेत्र है, जो विभिन्न सामग्रियों के लिए आसंजन की सुविधा है; (iii) उत्कृष्ट मोटाई एकरूपता सुविधा; (iv) बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए सस्ते, सतही, और उच्च प्रवाह निर्माण की पेशकश; (v) कैंची की एक साधारण जोड़ी की तरह, विभिन्न कम लागत वाले उपकरणों के साथ कटौती करने के लिए आसान कर रहे हैं; और (vi) ऐसे microfluidic चैनल के रूप में तीन आयामी संरचनाओं के निर्माण के लिए अनुमति देते हैं, एक दूसरे के शीर्ष पर कई डीएफआर परतों स्टैकिंग द्वारा ।
दूसरी ओर, सामांय में DFRs एक अपेक्षाकृत गरीब तरल photoresists है, जो मुख्य रूप से फिल्म मोटाई के कारण होता है और मुखौटा और सुरक्षात्मक पंनी, जो इसके अलावा प्रकाश में सक्षम बनाता है डीएफआर के बीच की दूरी के बीच की वृद्धि हुई की तुलना में एक समाधान है कैटरिंग. फिर भी, एकीकृत microfluidic के विनिर्माण के लिए, DFRs कम लागत वाले बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अत्यधिक उपयुक्त हैं ।
इसलिए, हम इस काम के निर्माण और एक डीएफआर आधारित विद्युत microfluidic के आवेदन में मौजूद है । विस्तृत प्रोटोकॉल, एक डीएनए के पर चिप स्थिरीकरण मॉडल परख आधारित है, और इसके विद्युत readout रोकने के प्रवाह तकनीक का उपयोग कर, एक सेंसर मंच के उत्पादन कदम का वर्णन करता है । इस सार्वभौमिक मंच के कई प्रकार के अणुओं का पता लगाने में सक्षम बनाता है, विभिंन परख प्रौद्योगिकियों का उपयोग (जैसे, जीनोमिक्स, cellomics, और प्रोटियोमिक्) या परख प्रारूपों (जैसे, प्रतिस्पर्धी, सैंडविच, या प्रत्यक्ष) । इस तरह के एक डीएफआर मंच के आधार पर, हमारे समूह पहले सफलतापूर्वक विभिंन analytes के तेजी से और संवेदनशील ठहराव, एंटीबायोटिक दवाओं सहित13,15,16 (टेट्रासाइक्लिन, प्रदर्शन pristinamycin, और अ ß य-लस्टम एंटीबायोटिक), ट्रोपोनिन I17, और पदार्थ पी18।
Protocol
1. Microfluidic के निर्माण डीएफआर प्रौद्योगिकी का उपयोग कर संवेदक PI वेफर्स की तैयारी । में एक PI सब्सट्रेट कट 6-दौर वेफर्स में । १२० & #176 पर एक ओवन में PI वेफर रखो; सी के लिए लगभग 1 एक निर्जलीकरण सेंकना ?…
Representative Results
Discussion
एक microfluidic विद्युत के निर्माण के लिए यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल एक कम लागत, कॉंपैक्ट के विकास में सक्षम बनाता है, और आसान करने के लिए उपयोग के लिए-अणुओं का पता लगाने के लिए मंच । पर निर्भर करता है परख बाद में इस?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों को आंशिक रूप से अनुदान संख्या उ० 70/10-01 और उ० 70/12-01 के तहत इस काम के वित्तपोषण के लिए जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (DFG) का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।
Materials
| Material | |||
| Pyralux | DuPont | AP8525R | Used as polyimide substrate |
| MA-N 1420 | Micro Resist Technology | MA-N1420 | Lift-off resit to define the platinum depostion |
| Ma-D 533s | Micro Resist Technology | MaD533S | Developer for MA-N1420 |
| Platinum | – | – | Electrode and contact pad material |
| Ma-R 404s | Micro Resist Technology | MaR404S | Remover for MA-N1420 |
| SU-8 3005 | MicroChem Corp. | SU-8-3005 | Photoresist to define the electrode area and as insulation |
| 1-methoxy-2-propanol acetate | Sigma-Aldrich | 108-65-6 | Developer for SU-8 3005 |
| 2-Propanol | VWR | 8.18766.2500 | Removing of the SU-8 developer |
| 1020R | Ultron Systems Inc. | 1020R | UV sensitive adhesive tape for protection of contact pads |
| Arguna S | Degussa | 1935 | For Silver depostion on reference electrode |
| KCl | Methrom | 62308.020 | For chloridation of the silver reference electrode |
| Pyralux | DuPont | PC1025 | Dry film photoresist |
| Sodium carbonat | Fluka | 71352 | Developer for Pyralux PC1025 |
| Hydrogen chloride | Sigma-Aldrich | 30720 | To top the development of the DFR |
| Teflon AF 1600 | DuPont | AF1600 | For employing the stopping barrier |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| PA104 | Mega Electronics | – | Bubble etch tank |
| FED 53 | Binder | 9010-0018 | Oven |
| SPIN150 | APT | – | Spin coater |
| Präzitherm | Harry Gestigkeit GmbH | PZ 28-2 | Hot plate |
| Hellas | Bungard Elektronik | 40000 | Exposure unit |
| Tetra30-LF-PC | Diener | – | Plasma unit |
| Univex 500 | Leybold | – | Physical vapor deposition unit |
| Shaker S4 | ELMI | – | Orbital shaker |
| Sonorex Super 10 P | Bandelin | 783 | Sonic bath |
| 6221 DC and AC | Keithley | – | Current source |
| HRL 350 | Ozatec | – | Laminator unit |
| Vaccum pen | EFD | – | Vacuum pen |
References
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