Parçacıkların Mekansal Takip için Çoklanmış Elektronik Algılama ile mikroakışkan Platformu

Bu prosedürün genel amacı, dirençli darbe algılamayı kod bölme ile birleştiren mikroakışkan bir platform göstermektir: çoklu erişim, çoklu mikroakışkan kanallardaki parçacıkların algılanmasını ve boyutlandırılmasını çoğullamak için. Mikroakışkan CODES olarak adlandırılan bu teknoloji, kaynakların sınırlı ortamlarda biyolojik numunelerin bakım noktası testi için çok uygun olan tam entegre ve gerçekten taşınabilir laboratuvar yazılımı çip cihazlarının gerçekleştirilmesine yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, mikroakışkan çip üzerindeki parçacıkların mekansal, zamansal manipülasyonunu elektronik olarak izleyebilmesidir ve mikroskop gibi harici bir alete olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Teknolojimiz yumuşak litografi ile uyumludur ve Coulter sayacına benzer şekilde doğrudan bir elektronik okuma sağlamak için parçacıkların parçalandığı bir mikrofotik cihaza kolayca entegre edilebilir. Mikroakışkan cihazın yapımına başlamak için dört, yedi bitlik bir altın kod seti oluşturun. Ardından, bilgisayar destekli bir tasarım veya AutoCAD gibi bir CAD yazılımı kullanarak altın kodlara dayalı dört benzersiz elektrot düzeni tasarlayın.

Son olarak, bir Fotoğraf Maskesi tedarikçisi tarafından üretilen tasarlanmış elektrot düzenine sahip Fotomaskeli'ye sahip olun. Daha sonra, dört inçlik bir borosilikat cam gofretini 20 dakika boyunca 120 santigrat derecede beşe bir piranha çözeltisine batırın. Temizledikten sonra, kalan suyu buharlaştırmak için gofretleri sıcak bir plaka üzerinde 200 santigrat derecede 20 dakika ısıtın.

Temiz, kuru gofreti bir sıkma kaplayıcısına yerleştirin. Gofret ve sıkma katına 2 mililitre negatif fotorezist solüsyon uygulayın ve 40 saniye boyunca dakikada 3000 devirde sıkın. Spin kaplı gofreti sıcak bir plaka üzerinde 150 santigrat derecede bir dakika kurutun.

Gofret'i istenen elektrot deseninde bir krom maske ile örtün. Santimetre kare başına 225 milijoule elde etmek için maskelenmiş fotorezist yüzeyini 365 nanometre UV ışığına maruz bırakın. Açıkta kalan fotorezisti bir dakika boyunca 100 santigrat derecede sıcak bir plaka üzerinde pişirin.

Gofret'i 15 saniye boyunca fotorezist geliştiriciye daldırın, ardından desen gofretini hafif bir deiyonize su spreyi ile yıkayın ve gofreti bir nitrojen gazı akışı altında kurutun. Ardından, desenli gofreti bir elektron ışını metal buharlaştırıcıya yerleştirin. 20 nanometre kalınlığında bir krom tabaka ve 80 nanometre kalınlığında bir altın tabakayı gofret üzerine saniyede bir Angstrom hızında biriktirin.

Ardından, metal kaplı gofreti asetonda 40 kilohertz ve% 100 genlikte 30 dakika boyunca ultrasonik olarak ısıtarak alttaki fotorezisti aşındırın. Gofret'i gerektiği gibi daha küçük parçalara ayırmak için bir kesme testeresi kullanın. Mikroakışkan kanal kalıbını üretmeye başlamak için, dört inçlik bir silikon gofret'i daha önce açıklanan borosilikat gofret ile aynı şekilde temizleyin ve kurulayın.

Silikon gofreti bir spin kaplayıcıya yerleştirin ve dört mililitre negatif fotorezist çözeltisi uygulayın. Gofret'i 500 rpm'de 15 saniye, ardından 1.000 rpm'de 15 saniye ve son olarak 3.000 rpm'de 60 saniye döndürün. Gofretin arkasından ve kenarlarından kalan fotorezisti çıkarmak için gofreti asetonla ıslatılmış temiz oda mendiline yüzü yukarı bakacak şekilde ayarlayın.

Gofretleri 65 derecede bir dakika ve ardından 95 derecede iki dakika pişirin. Kuru gofret üzerine mikroakışkan kanallar için bir krom maske deseni yerleştirin. Fotorezisti santimetre kare başına 180 milijoule hızında 365 nanometre UV ışığına maruz bırakın ve ardından gofreti sırasıyla 65 ve 95 santigrat derecede bir ve iki dakika pişirin.

Desenli gofreti bir fotorezist geliştirici kabına yerleştirin ve kabı üç dakika boyunca hafifçe sallayın. Geliştirilen gofretleri izopropanol içinde durulayın ve gofretleri bir nitrojen gazı akışı altında kurutun. Gofretleri 200 santigrat derecede 30 dakika pişirin, ardından desen fotorezistinin gofret boyunca eşit kalınlıkta olup olmadığını kontrol etmek için bir profilometre kullanın.

Gofret'i 200 mikrolitre triklorosilan ile birlikte üstü açık bir Petri Kabına vakumlu bir kurutucuya yerleştirin. Gofret yüzeyini silanize etmek için gofretin triklorosilan ile desikatörde sekiz saat oturmasına izin verin. Cihazı monte etmeye başlamak için, silikon gofret kalıbını 150 milimetre çapında bir Petri Kabına yapıştırmak için genel amaçlı temiz oda bandı kullanın.

Petri kabına 50 gram 10'a bir polidimetilsiloksan prepolimer karışımı ekleyin ve karışımı bir saat boyunca bir vakumlu desikatörde gazdan arındırın. Gazdan arındırılmış karışımı 65 santigrat derecede en az dört saat kürleyin. Kürlenmiş PDMS tabakasını kesmek için bir neşter kullanın ve ardından kürlenmiş tabakayı cımbızla kalıptan soyun.

PDMS'yi küçük parçalar halinde kesin. Giriş ve çıkış mikroakışkan kanal deliklerini bir biyopsi zımbası ile delin. Mikro işlenmiş yüzeyi temizlemek için PDMS katman desenini yüzü aşağı bakacak şekilde şeffaf oda bandı üzerine yerleştirin.

Önceden hazırlanmış elektrot taşıyan cam alt tabakayı aseton, izopropanol ve deiyonize su ile durulayın. Alt tabakayı bir nitrojen gazı akışı altında kurutun. PDMS katmanını ve alt tabakayı, mikro makine tarafları yukarı bakacak şekilde 100 miliwatt'a ayarlanmış bir RF plazma jeneratörüne yerleştirin.

Mikro makine yüzeylerini oksijen plazmasında 30 saniye boyunca etkinleştirin. Ardından, desen PDMS katmanını yüzey elektrotlarıyla hizalamak için optik bir mikroskop kullanın. Hizalandıktan sonra, PDMS katmanını cam alt tabaka üzerine sızdırmaz hale getirmek için yüzeylerin fiziksel olarak temas etmesine izin verin.

Cam alt tabaka üzerindeki kaplama elektrot modelinin PDMS mikroakışkan kanalları ile uygun şekilde hizalanması çok önemlidir. Düzgün bir şekilde hizalandıktan sonra, yüzey elektrodu ile parçacık etkileşimi, çoğullama için istenen bir kod dalga biçimini üretecektir. Monte edilen cihazı 70 santigrat derecede cam tarafı aşağı bakacak şekilde beş dakika pişirin.

Son olarak, cihaz montajını tamamlamak için telleri elektrot temas pedlerine lehimleyin. Deneye başlamak için, mikroakışkan cihazı bir optik mikroskop aşamasına yerleştirin. Cihaz referans elektrodunu kilitli bir amplifikatörün sinyal çıkış portuna bağlayın ve 400 kilohertz sinüs dalgası uygulayın.

Pozitif ve negatif sensör elektrotlarını iki bağımsız transempedans amplifikatörüne bağlayın. Her iki transempedans amplifikatörünü, negatif sensör sinyalinden çıkarılacak pozitif sensör sinyali ile kilitleme amplifikatörünün diferansiyel voltaj girişlerine bağlayın. Kilitli amplifikatörün demodülatör çıkışını bir veri toplama ünitesine bağlayın.

Veri toplama yazılımında, kilitli amplifikatör çıkışı için 1 Megahertz'lik bir örnekleme hızı ayarlayın. Mikroskop altında görüldüğü gibi cihazın çalışmasını optik olarak kaydetmek için yüksek hızlı bir kamera kurun. Hazırlanmış bir hücre süspansiyonunu bir şırıngaya çizin.

Numune şırıngasını bir şırınga pompasına sabitleyin ve şırıngayı giriş kanalına bağlayın. Çıkış kanalını bir atık kabına yönlendirin. Empedans modülasyon sinyalini kaydederken hücre süspansiyonunu cihazdan sabit bir akış hızında sürmek için şırınga pompasını kullanın.

Deneyin tamamlanmasından sonra, elektriksel verileri analiz yazılımı ile işleyin. Hücre boyutu için bir kalibrasyon eğrisi oluşturmak için işlenmiş elektrik sinyalini yüksek hızlı kameradan gelen görüntülerle karşılaştırın. Bir hücre süspansiyonu, ortogonal sensör kodlarından türetilen dört benzersiz elektrot modeline sahip bir mikroakışkan sensör cihazından geçirildi.

Dört sensör sinyalinin tümü tek bir elektrik çıkışından kaydedildi. Kaydedilen her sinyalle ilişkili bireysel sensör, kaydedilen sensör sinyallerinin tüm olası kodlarla korelasyonu ile tanımlandı ve bu da açıkça ayırt edilebilir, otokorelasyon tepe noktaları üretti. Dört kanalın tümündeki hücrelerin aynı anda algılanmasından kaynaklanan parazit sinyalleri tarafından üretilen dalga biçimleri, yinelemeli bir algoritma ile çözüldü.

Kaydedilmiş bir dalga formu, olası tüm kodlarla ilişkilendirildi ve en büyük otokorelasyon zirvesi belirlendi. Karşılık gelen bireysel sensör sinyali yeniden yapılandırıldı ve giriş dalga formundan çıkarıldı. Artık sinyal, giriş olarak bir sonraki yinelemeye geçirildi ve işlem, artık sinyal hiçbir otokorelasyon zirvesi üretene kadar devam etti.

Tahmini sinyaller, en küçük kareler yaklaşımı kullanılarak yeniden yapılandırılmış ve orijinal kaydedilen dalga formları arasında en iyi uyumu arayan bir optimizasyon algoritmasına dayalı olarak rafine edildi. Hücre konumu, boyutu ve sensörü geçme süresi daha sonra tahmini sensör sinyallerinin kanal numarası, genliği, süresi ve göreceli zamanlamasından belirlendi. Prosedür, elektrik sinyallerinin yüksek hızlı kameradan alınan optik ölçümlerle karşılaştırılmasıyla doğrulandı.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu tekniğin uygulanması çok kolaydır, çünkü donanım açısından çok basittir. Aktif bir çip üzerinde bileşeni yoktur. Yumuşak litografi ile doğrudan uyumludur ve sinyal işleme basit bir hesaplama algoritmasına dayanır.

Bu protokolü takiben, kod tabanlı multipleks elektrik sensörleri ile mikroakışkan çipler üretebilir ve biyoanalitik ölçüm için elektrik sinyallerinin kodunu çözebilirsiniz. Bu çok yönlü, ölçeklenebilir, elektronik algılama teknolojisi, çip üzerinde işlenirken parçacıkları mekansal olarak zamansal olarak izleyerek kantitatif tahlilleri gerçekleştirmek için çeşitli mikroakışkan cihazlara kolayca entegre edilebilir. Bu videoyu izledikten sonra, bir mikroakışkan CODES teknolojisinin nasıl tasarlanacağı, üretileceği ve uygulanacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.