JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نقدم بيوشيب القائم ميكروفلويديك الكهروكيميائية للكشف عن تهجين الحمض النووي. التالية ssDNA التحقيق functionalization، يتم دراسة خصوصية وحساسية، والحد من الكشف مع أهداف ssDNA تكميلية وغير تكميلية. وتوضح النتائج أن تأثير الأحداث تهجين الحمض النووي على النظام الكهروكيميائية، مع حد الكشف عن 3.8 نانومتر.

Abstract

التصغير من الإجراءات التحليلية في الفوق الصغيرة الحجم يوفر مزايا هامة في ما يخص وقت رد الفعل، والتكلفة، والتكامل من الخطوات السابقة للتجهيز. استخدام هذه الأجهزة نحو تحليل الأحداث تهجين الحمض النووي هو مهم لأنه يقدم تكنولوجيا لتقييم الوقت الحقيقي من المؤشرات الحيوية في نقطة من الرعاية لمختلف الأمراض. ومع ذلك، عندما يقلل من البصمة جهاز هيمنة مختلف الظواهر الفيزيائية الزيادات. هذه الظواهر تؤثر على دقة تصنيع وموثوقية تشغيل الجهاز. ولذلك، هناك حاجة كبيرة لافتعال بدقة وتعمل هذه الأجهزة بطريقة استنساخه من أجل تحسين الأداء العام. هنا، نحن تصف البروتوكولات والأساليب المستخدمة لتصنيع وتشغيل بيوشيب الكهروكيميائية استنادا ميكروفلويديك لتحليل دقيق للأحداث تهجين الحمض النووي. يتكون بيوشيب من جزأين: شريحة ميكروفلويديك معثلاث قنوات صغيرة موازية مصنوعة من (PDMS) polydimethylsiloxane، و 3 × 3 العريض الكهروكيميائية الدقيقة رقاقة. تم الكشف عن الأحداث تهجين الحمض النووي باستخدام مقاومة الكهروكيميائية الطيفي (EIS) التحليل. تحليل EIS يتيح مراقبة التغيرات في خصائص النظام الكهروكيميائية التي هي المهيمنة في هذه المقاييس طول. مع القدرة على رصد التغيرات في كل من تهمة نقل والمقاومة الأنتشارى مع جهاز الاستشعار البيولوجي، ونحن لشرح الانتقائية لأهداف ssDNA التكميلية، حد كشف حساب من 3.8 نانومتر، و 13٪ عبر التفاعل مع غيرها من ssDNA غير التكميلية التالية 20 دقيقة من الحضانة. هذه المنهجية يمكن تحسين أداء الأجهزة المنمنمة التي كتبها توضيح على سلوك نشر في النظام الصغيرة الحجم وذلك من خلال تمكين دراسة الأحداث تهجين الحمض النووي.

Introduction

المختبر على واحد في رقاقة ميكروفلويديك الأجهزة (LOC) توفر مزايا عديدة في التشخيص السريري، والرصد البيئي والبحوث الطبية الحيوية. هذه الأجهزة تستخدم قنوات ميكروفلويديك للسيطرة على تدفق السوائل لمناطق رقاقة حيث مجموعة متنوعة من الإجراءات يمكن أن تأخذ مكان بما في ذلك خلط الكاشف، استنادا تقارب ملزمة، نقل الإشارة، وزراعة الخلايا 1-4. ويوفر مزايا عديدة أكثر على microfluidics أدوات التشخيص السريرية التقليدية مثل القراء لوحة microwell أو الكهربي المقايسات تحول جل. تتطلب أجهزة ميكروفلويديك 2 إلى 3 أوامر من حجم (nanoliters بدلا من ميكرولتر) أقل الكواشف لإجراء فحوصات مماثلة. أيضا، يمكن لهذه الأجهزة أن تزيد من السرعة التي تحدث بعض الأحداث البيولوجية بسبب الحبس أصغر من الأنواع داخل القنوات 5،6. ثالثا، وأجهزة الاستشعار يمكن دمجها داخل الأجهزة ميكروفلويديك باستخدام تقنيات الطباعة الحجرية والحفر، والتي يمكن أن توفر خالية من التسمية detectioن. وأخيرا، وهذه الأجهزة غير مكلفة لإنتاج وتتطلب القليل من العمل من جانب فني للعمل 7-10.

كشف خالية من التسمية عادة ما يتم تنفيذ باستخدام المفاتيح الضوئية أو الكهربائية. يمكن للأجهزة البصرية يقدم أداء أفضل الاستشعار بسبب التدخل أقل مع التحاليل في العينة. ومع ذلك، فإن خطر أدائهم في الحالات التي يكون فيها خلفية العينة لها نفس الطول الموجي للصدى وأجهزة الاستشعار 11. هناك العديد من المزايا لاستخدام الإشارات الكهربائية لإجراء الكشف البيولوجي والكيميائي في أنظمة ميكروفلويديك. تلفيق هي بطبيعتها أقل تعقيدا منذ هذه المجسات عادة لا تتطلب سوى أقطاب نمط التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، إشارات كهربائية يمكن ربطه مباشرة مع معظم معدات القياس في حين طرائق إشارة أخرى قد تتطلب محول لتحويل إشارة 12-15. أجهزة الاستشعار الكهربائية عادة قياس التغيرات في impedancه 16،17، 18 السعة، أو الأكسدة النشاط 19. ومع ذلك، وتعرض كما هي المنمنمة هذه النظم تحديات جديدة. أهم التحديات للتغلب على ما يلي: إعداد العينات وخلط السوائل (بسبب حجم العينة منخفض وعدد رينولدز)، والتأثيرات الفيزيائية والكيميائية (بما في ذلك القوات الشعرية، خشونة السطح، والتفاعلات الكيميائية بين مواد البناء والتحاليل)، وانخفاض signal- نسبة إلى الضجيج (التي تنتجها المنطقة السطحية وخفض حجم) 20-23، والتدخل المحتمل من التحاليل الكهربائية نشط في العينات البيولوجية المعقدة (مثل الدم واللعاب). سوف مزيد من التحقيق في هذه الآثار تؤدي إلى المبادئ التوجيهية لتصنيع دقيق وتشغيل هذه الأجهزة بطريقة استنساخه التي من شأنها تحسين على أدائها العام.

ويستخدم على نطاق واسع كشف تهجين الحمض النووي لتشخيص الاضطرابات الوراثية 24،25 ومختلف أشكال ملغاةإيه 26. كل عام، ويتم تحديد سلالات متعددة من الانفلونزا في المرضى الذين يستخدمون النتائج من تقنيات تهجين الحمض النووي 27. فيروس الانفلونزا وحده مسؤولا عن 36،000 حالة وفاة سنويا في الولايات المتحدة 28. هذه الأمثلة يمكن أن تستفيد من مقعد بين كبار جهاز ميكروفلويديك التي يمكن أن تؤدي تقنيات فحص نفس قارئ لوحة أو هلام تحول الفحص مع انخفاض حجم العينة وعلى جزء صغير من التكلفة دون التضحية حساسية أو خصوصية. بسبب العديد من المزايا من خالية من التسمية الاستشعار الكهروكيميائية، وقد استخدم على نطاق واسع للكشف عن الأحداث تهجين الحمض النووي 29،30. الإعداد حيث انخفضت أقطاب المستوى الكلي (في حدود المليمتر) في الأكواب مع الحل من الفائدة يمكن استخدامها لتوفير البيانات الحساسة للغاية فيما يتعلق حركية ملزمة واحدة من تسلسل الحمض النووي الذين تقطعت بهم السبل لمطابقة تسلسل التي تكمل بعضها بعضا. مؤخرا، كان هناك عدد قليل من التقدم في دمج الاستشعار الكهروكيميائية في ميكرofluidics لتهجين الحمض النووي. وقد أجريت دراسات فيما يتعلق حركية تهجين 31 ودمج أجهزة استشعار للكشف عن 15 في قنوات ميكروفلويديك. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة للحصول على إنتاجية عالية جهاز ميكروفلويديك السريع الذي يمكن تحليل الأحداث تهجين الحمض النووي بالتوازي دون خطوات إعداد العينات المعقدة.

الجهاز الواردة في هذا العمل يوفر منصة تسمح للتفاعل متعددة ليتم فحص بالتوازي وبدون خطوات إعداد العينات المعقدة. يقدم بروتوكول لدينا كيف ميكروفلويديك القائم وmicrofabricated biochips الكهروكيميائية مع النظم الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) التكنولوجيا 32،33. وصفنا عملية تصنيع كل من رقاقة ميكروفلويديك، مصنوعة من polydimethylsiloxane (PDMS)، ورقاقة الكهروكيميائية، تتألف من مجموعة من الأقطاب الكهربائية. وتناولت أيضا functionalization الكيميائية للبيوشيب مع تحقيقات ssDNA. وأخيرا، فإن أبيويتجلى إيتي لجهاز الاستشعار البيولوجي للكشف على وجه التحديد وتحليل الأهداف ssDNA. وعموما، فإن بيوشيب الكهروكيميائية القائم ميكروفلويديك هي تقنية سريعة وتحليل الإنتاجية العالية. ويمكن استخدامه للتحقيق في التفاعلات بين الجزيئات البيولوجية ومحولات إجراء، ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات المختبر على واحد في رقاقة.

Protocol

1. التصنيع الدقيق للرقاقة ميكروفلويديك

  1. إعداد الكهروكيميائية رقاقة
    1. نمط الذهب أقطاب
      1. شطف فارغة 4 '' رقاقة السيليكون (درجة الجودة الأولية) مع الأسيتون، والميثانول، والأيزوبروبانول ("AMI" نظيفة). شطف الأيزوبروبانول من الرقاقة مع الماء منزوع الأيونات (DI)، يليه التجفيف مع N 2 بندقية.
      2. تنمو 1 ميكرون سميكة شافي 2 طبقة التخميل مع ترسيب الأبخرة الكيميائية محسنة البلازما (PECVD) الأداة. إيداع 200 طبقة سميكة من الكروم تليها 2،000 طبقة سميكة من الذهب مع أداة DC الاخرق.
      3. تدور "PR1" مقاوم الضوء الإيجابي (معلمات الغزل: 3،000 دورة في الدقيقة، 1،000 دورة في الدقيقة / ثانية، 30 ثانية) لإنشاء فيلم موحد ~ 1.6 ميكرون سميكة. قبل خبز الرقاقة لمدة 1 دقيقة في 100 درجة مئوية على طبق ساخن.
      4. فضح رقاقة مع 190 ميغا جول / سم 2 في 405 نانومتر الطول الموجي من خلال الضوئية الرئيسية. تطوير رقاقة لمدة 30 ثانية في 352 ديفeloper وشطف الرقاقة مع DI والجافة مع N 2 بندقية.
      5. حفر الذهب مع منمش الذهب مقابل 1.5 دقيقة. حفر الكروم مع الكروم لمنمش ~ 30 ثانية. شطف الرقاقة مع DI والجافة مع N 2 بندقية.
      6. تجريد مقاومة للضوء مع "AMI" الإجراء نظيفة.
        ملاحظة: مؤكسد قوي وقابلة للانفجار.
      7. تنظيف رقاقة مع 4: 1 H 2 SO 4: H 2 O 2 خليط ("سمكة البيرانا" نظيفة) لمدة 1 دقيقة. شطف الرقاقة مع DI والجافة مع N 2 بندقية.
    2. نمط البلاتين أقطاب
      1. تدور "PR2" مقاوم الضوء الإيجابي (معلمات الغزل: 3،000 دورة في الدقيقة، 1،000 دورة في الدقيقة / ثانية، 30 ثانية) لإنشاء فيلم موحد ~ 1.4 ميكرون سميكة. قبل خبز الرقاقة لمدة 1 دقيقة في 100 درجة مئوية على طبق ساخن.
      2. فضح رقاقة مع 30 ميغا جول / سم 2 في 405 نانومتر الطول الموجي من خلال الضوئية الرئيسية. خبز الرقاقة لمدة 45 ثانية في 125 درجة مئوية على طبق ساخن. الفيضانات فضحالرقاقة مع 1،000 ميغا جول / سم 2 في 405 نانومتر الطول الموجي بدون الضوئية الرئيسية. تطوير رقاقة لمدة 2 دقيقة في 6: 1 AZ400K المطور وشطف الرقاقة مع DI والجافة مع N 2 بندقية.
      3. إيداع 400 طبقة سميكة من التيتانيوم تليها طبقة سميكة 1600 ألف من البلاتين باستخدام نظام التبخر E-شعاع.
      4. رفع قبالة مقاومة للضوء في حمام الأسيتون ultrasonicated لمدة 5 دقائق تليها شطف مع الأسيتون والأيزوبروبانول. شطف الرقاقة مع DI والجافة مع N 2 بندقية.
  2. إعداد القنوات الفحص
    1. إعداد قالب لقنوات الفحص
      1. شطف فارغة 4 '' رقاقة السيليكون (اختبار درجة الجودة) مع "AMI" الإجراء نظيفة. شطف الأيزوبروبانول من الرقاقة مع DI تليها تجفيف مع N 2 بندقية.
      2. تدور "PR3" مقاوم الضوء السلبية (2 خطوة المعلمات الغزل: خطوة واحدة - 600 دورة في الدقيقة، 120 دورة في الدقيقة / ثانية، 10 ثانية الخطوة الثانية - 1،150 دورة في الدقيقة، 383 دورة في الدقيقة / ثانية،27 ثانية) لخلق فيلم موحد ~ 100 ميكرون سميكة. قبل خبز الرقاقة على طبق ساخن (معلمات الخبز خطوة 2: خطوة واحدة - تكثيف من درجة حرارة الغرفة إلى 65 درجة مئوية في 300 درجة مئوية / ساعة وعقد في درجة الحرارة لمدة 10 دقيقة الخطوة 2 - المنحدر تصل إلى 95 ° C في 300 درجة مئوية / ساعة ودرجة الحرارة عقد لمدة 30 دقيقة).
      3. فضح الرقاقة مع 2،500 ميغا جول / سم 2 في 405 نانومتر الطول الموجي من خلال الضوئية الرئيسية. بعد خبز الرقاقة من خلال زيادة تصل إلى 95 درجة مئوية في 300 درجة مئوية / ساعة وعقد في درجة الحرارة لمدة 10 دقيقة على طبق ساخن. تطوير رقاقة لمدة 10 دقيقة في بروبيلين جلايكول الأثير Monomethyl خلات (PGMEA) المطور. شطف الرقاقة مع الأيزوبروبانول والجافة مع N 2 بندقية.
    2. افتعال قنوات الفحص
      1. إعداد 10: 1 polydimethylsiloxane (PDMS) خليط (20 غرام من المطاط الصناعي، 2 غرام من وكيل علاج) وديغا تماما في فراغ الغرفة لمدة 20 دقيقة.
      2. تحديد ضميمة حول رقاقة العفن مع رقائق الألومنيوم وتصب ببطء PDMS غير مخمرعلى العفن.
      3. خبز القالب مع PDMS في فرن مربع (2 المعلمات الخبز خطوة: خطوة واحدة - 5 دقائق ستزيد من درجة حرارة الغرفة إلى 80 درجة مئوية الخطوة 2 - عقد في 80 درجة مئوية لمدة 17 دقيقة).
      4. قشر بعيدا PDMS من العفن ومكان على رقائق الألومنيوم. قطع رقائق فحص بسكين الجراح، وتحديد الثقوب مع أداة خزعة اللكم.

2. تجميع جهاز

  1. محاذاة قنوات فحص PDMS مع أقطاب العمل على رقاقة الكهروكيميائية يدويا. PDMS العصي بشكل جيد لشريحة الكهروكيميائية، وختم القنوات ومنع التسرب.
  2. توصيل أنابيب مرنة (OD 0.087 'وID 0.015') إلى الكوع البلاستيك أو موصل مستقيم باستخدام أنبوب مرن قصيرة كما محول (OD 0.1875 'و0.0625 ID' '). إرفاق وصلات إلى كل من مداخل اللكم ثقب في الجهاز.
  3. ربط حقنة على الطرف الآخر منالأنابيب ووضع الحقنة في ضخ حقنة. بالتناوب تغيير مجموعة من حقنة، أنبوب، وموصل وفقا لالخطوة الإجراء المطلوب في الفرع 3 و حل المناظر له.

3. تحليل الحمض النووي التهجين

ملاحظة: إدخال كل حل ببطء في قناة بمعدل تدفق 200 ميكرولتر / ساعة حتى يتم شغل القناة بأكملها.

  1. Functionalize كل متناهية العمودية مع مختلف تسلسل ssDNA التحقيق (أداء بالتوازي مع 3 microchannels عمودية منفصلة):
    1. ملء كل متناهية مع حل ssDNA التحقيق حضانة مختلفة (10 ملي العازلة الفوسفات، و 100 مم كلوريد الصوديوم، و 10 ميكرومتر تريس (2 carboxyethyl) الفوسفين (TCEP)، و 1 ميكرومتر التحقيق ssDNA)، واحتضان لمدة 1 ساعة تليها الشطف متناهية مع برنامج تلفزيوني.
    2. ملء متناهية مع محلول يحتوي على 1 ملم من 6 mercapto-1-HEXANOL (صحة الأم والطفل) في منطقة عازلة من 10 ملي PBS، 100 مم كلوريد الصوديوم و1.395 ملي TCEP، وincuيليه باتي لمدة 1 ساعة قبل الشطف متناهية مع برنامج تلفزيوني.
  2. رفع قبالة PDMS، وتناوب 90 درجة إلى اتجاه أفقي، ووضع أسفل لفضح صفوف منفصلة من غرف رد فعل مع كل صف يحتوي على عداد فريدة والإلكترود المرجعي (الشكل S1).
  3. تعبئة و microchannels مع حل قياس السيطرة على 4X تتركز سيترات الصوديوم المالحة (SSC) العازلة، واحتضان لمدة 20 دقيقة.
  4. قياس الخلفية: إملأ و microchannels مع 5 ملي فيري سيانيد / 5 ملي فيروسيانيد في محلول PBS وتسجيل القيم مقاومة للنظام الكهروكيميائية للترددات مختلفة (الكهروكيميائية الطيفي مقاومة، EIS) باستخدام potentiostat متصلة العمل، ومكافحة، وأقطاب المرجعية ( EIS المعلمات: نطاق الترددات من 1 ميغاهيرتز إلى 0.1 هرتز، 10 نقاط البيانات تردد في العقد الواحد، 25 فولت السعة، 5 بالسيارات الاستقطاب مقابل الإلكترود المرجعي). تكرار هذا القياس لكل العاملين في القطب و microchannels.
  5. قياس تهجين الحمض النووي (أداء لكل هدف ssDNA غير التكميلي والتكميلي).
    1. تعبئة و microchannels مع الهدف ssDNA حل قياس 4X تتركز عازلة SSC تحتوي على 1 ميكرومتر من الهدف ssDNA، واحتضان لمدة 20 دقيقة. قياس الحمض النووي وفقا للخطوة 3.4.

النتائج

عملية التصنيع السيطرة عليها ودقيقة للجهاز التجريبي ضروري في مجال البحوث. فإنه يسمح للباحثين بالحصول على التجارب التي مرت استنساخه والعالية. هنا نكون قد أظهرت عالية الغلة، وعملية التصنيع الدقيق استنساخ عالية من بيوشيب الكهروكيميائية استنادا ميكروفلويديك (الشك?...

Discussion

تثبت إجراءاتنا تصنيع وبيوشيب الكهروكيميائية القائم ميكروفلويديك واستخدامه لتحليل الأحداث تهجين الحمض النووي. من خلال عملية التصنيع الدقيق عالية الغلة تسيطر علينا تطوير جهاز تتألف من قنوات الميكروسكيل متكاملة مع مجموعة واسعة من محولات الطاقة الكهروكيميائية. لقد و...

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

المؤلفون تقر مؤسسة روبرت دبليو الألمانية، ووكالة الدفاع لتقليص التهديد (DTRA)، ومؤسسة العلوم الوطنية الناشئة حدود في البحث والابتكار (EFRI) للحصول على الدعم المالي. شكرا الكتاب أيضا ماريلاند Nanocenter وFablab من أجل دعم مرفق غرف الأبحاث.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
4'' Silicon waferUltrasil4-5664Single side polished; P-type; Boron doped; Orientation 1-0-0; Thickness 500 micron; Resistance 10-20 ohm·cm
Shipley 1813 photoresist ("PR1")Microchempositive photoresist
AZ5214 photoresist ("PR2")Hoechst Celansepositive photoresist
SU-8 50 photoresist ("PR3")Microchemnegative photoresist
Gold etchantTranseneTFANo dilution
Chromium etchantTransene1020ACNo dilution
PDMS elastomerDow Corning3097366 1004
PDMS curing agentDow Corning3097358 1004
Biopsy punching toolHealthlinkBP20
Tygon flexible tubingCole Parmer R 36030.015"
Tygon flexible adapterCole Parmer 06417-410.0625"
1 ml syringeBeckton-Dickenson301025
Monobasic potassium phosphateFluka1551139
Potassium phosphate dibasic anhydrousSigmaRES20765-A7
Sodium chlorideSigma-AldrichS7653
tris(2-carboxyethyl)phosphineAldrichC4706
6-mercapto-1-hexanolAldrich451088
20x concentrated saline-sodium citrate bufferSigma93017
Potassium hexacyanoferrate(III)Aldrich455946
Complementary ssDNA #1Integrated DNA Technologies (IDT)100 nmole DNA oligo5’-GGGACGTCCACGGAGCGCTA
TCGGAGCTTT-3’
Target ssDNA #2Integrated DNA Technologies (IDT)100 nmole DNA oligo5’-/5ThioMC6-D/ACGCGTCAGGTCATTGACGA
ATCGATGAGT-3’
Complementary ssDNA #2Integrated DNA Technologies (IDT)100 nmole DNA oligo5’-ACTCATCGATTCGTCAATGA
CCTGACCCGT-3’
Target ssDNA #3Integrated DNA Technologies (IDT)100 nmole DNA oligo5’-/5ThioMC6-D/ACCTAGATCCAGTAGTTAGA
CCCATGATGA-3’
Complementary ssDNA #3Integrated DNA Technologies (IDT)100 nmole DNA oligo5’-TCATCATGGGTCTAACTACT
GGATCTAGGT-3’
Instrument
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)Oxford InstrumentsPlasmaLab System 100Chamber pressure 1,000 mTorr, Tempreture 200 °C, RF power 20 W, Gasses: a) N2O flow rate 710 sccm; b) a composition of 5% SiH4 and 95% N2 gasses flow rate 170 sccm, SiO2 growth rate 690 Å/min.
DC sputtering unitAJA InternationalATC 1800-VFor Chrome: Chamber pressure 10 mTorr, Argon flow rate 20 sccm, Supplied DC power 200 W, Sputter rate 10 nm/min. For Gold: Chamber pressure 10 mTorr, Argon flow rate 20 sccm, Supplied DC power 200 W, Sputter rate 36 nm/min.
E-beam evaporation systemDentonCustom-builtFor Titanium: Chamber pressure < 2 x 10-6 Torr, Supplied power to the e-gun 7.5 kW, Filament current 150-200 mA, Evaporation rate 6-10 Å/sec. For Platinum: Chamber pressure < 2 x 10-6 Torr, Supplied power to the e-gun 7.5 kW, Filament current 150-200 mA, Evaporation rate 2-3 Å/sec.
PotentiostatCH Instruments660D
Syringe pumpKD ScientificKDS230

References

  1. Hong, J., Edel, J. B., deMello, A. J. Micro- and nanofluidic systems for high-throughput biological screening. Drug Discov. Today. 14, 134-146 (2009).
  2. Sun, Y., Kwok, Y. C. Polymeric microfluidic system for DNA analysis. Anal. Chim. Acta. 556, 80-96 (2006).
  3. Xu, Y., Yang, X., Wang, E. Review: aptamers in microfluidic chips. Anal. Chim. Acta. 683, 12-20 (2010).
  4. Yang, W., Woolley, A. T. Integrated multiprocess microfluidic systems for automating analysis. J. Lab. Automat. 15, 198-209 (2010).
  5. Gervais, T., Jensen, K. F. Mass transport and surface reactions in microfluidic systems. Chem. Eng. Sci. 61, 1102-1121 (2006).
  6. Song, H., Ismagilov, R. F. Millisecond kinetics on a microfluidic chip using nanoliters of reagents. J. Am. Chem. Soc. 125, 14613-14619 (2003).
  7. Jiang, H., Weng, X. A., Li, D. Q. Microfluidic whole-blood immunoassays. Microfluid. Nanofluid. 10, 941-964 (2011).
  8. Dutse, S. W., Yusof, N. A. Microfluidics-based lab-on-chip systems in DNA-based biosensing: an overview. Sensors. 11, 5754-5768 (2011).
  9. Dittrich, P. S., Manz, A. Lab-on-a-chip: microfluidics in drug discovery. Nat. Rev. Drug Discov. 5, 210-218 (2006).
  10. Craighead, H. Future lab-on-a-chip technologies for interrogating individual molecules. Nature. 442, 387-393 (2006).
  11. Hunt, H. K., Armani, A. M. Label-free biological and chemical sensors. Nanoscale. 2, 1544-1559 (2010).
  12. Dukkipati, V. R., Pang, S. W. Integrated microfluidic system for DNA analysis. IEEE-NANO 2006. Sixth IEEE Conference on Nanotechnology. 1, 162-165 (2006).
  13. Fang, T. H., et al. Real-time PCR microfluidic devices with concurrent electrochemical detection. Biosens. Bioelectron. 24, 2131-2136 (2009).
  14. Pavlovic, E., et al. Microfluidic device architecture for electrochemical patterning and detection of multiple DNA sequences. Langmuir. 24, 1102-1107 (2008).
  15. Xu, X., Zhang, S., Chen, H., Kong, J. Integration of electrochemistry in micro-total analysis systems for biochemical assays: recent developments. Talanta. 80, 8-18 (2009).
  16. Cai, H., Lee, T. M. -. H., Hsing, I. M. Label-free protein recognition using an aptamer-based impedance measurement assay. Sensor. Actuat. B-Chem. 114, 433-437 (2006).
  17. Iliescu, C., Poenar, D. P., Carp, M., Loe, F. C. A Microfluidic device for impedance spectroscopy analysis of biological samples. Sensor. Actuat. B-Chem. 123, 168-176 (2007).
  18. Prakash, S. B., Abshire, P. Tracking cancer cell proliferation on a CMOS capacitance sensor chip. Biosens. Bioelectron. 23, 1449-1457 (2008).
  19. Yamaguchi, A., et al. Rapid fabrication of electrochemical enzyme sensor chip using polydimethylsiloxane microfluidic channel. Anal. Chim. Acta. 468, 143-152 (2002).
  20. Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and applications of microfluidics in biology. Annu. Rev. Biomed. Eng. 4, 261-286 (2002).
  21. Mariella, R. Sample preparation: the weak link in microfluidics-based biodetection. Biomed. Microdevices. 10, 777-784 (2008).
  22. Bhushan, B. . Springer handbook of nanotechnology. , (2010).
  23. Ghallab, Y. H., Badawy, W. . Lab-on-a-chip: Techniques, circuits, and biomedical applications. , (2010).
  24. Chee, M., et al. Accessing genetic information with high-density DNA arrays. Science. 25, 610-614 (1996).
  25. Ma, K. -. S., Zhou, H., Zoval, J., Madou, M. DNA hybridization detection by label free versus impedance amplifying label with impedance spectroscopy. Sensor. Actuat. B-Chem. 114, 58-64 (2006).
  26. Ito, T., Hosokawa, K., Maeda, M. Detection of single-base mismatch at distal end of DNA duplex by electrochemical impedance spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 22, 1816-1819 (2007).
  27. Kao, L. T. -. H., et al. Multiplexed detection and differentiation of the DNA strains for influenza A (H1N1 2009) using a silicon-based microfluidic system. Biosens. Bioelectron. 26, 2006-2011 (2011).
  28. Li, J., Chen, S., Evans, D. H. Typing and subtyping influenza virus using DNA microarrays and multiplex reverse transcriptase PCR. J. Clin. Microbiol. 39, 696-704 (2001).
  29. Gautier, C., et al. Hybridization-induced interfacial changes detected by non-faradaic impedimetric measurements compared to faradaic approach. J. Electroanal. Chem. 610, 227-233 (2007).
  30. Ma, Y., Jiao, K., Yang, T., Sun, D. Sensitive PAT gene sequence detection by nano-SiO2/p-aminothiophenol self-assembled films DNA electrochemical biosensor based on impedance measurement. Sensor. Actuat. B-Chem. 131, 565-571 (2008).
  31. Kim, J. H. -. S., Marafie, A., Jia, X. -. Y., Zoval, J. V., Madou, M. J. Characterization of DNA hybridization kinetics in a microfluidic flow channel. Sensor. Actuat. B-Chem. 113, 281-289 (2006).
  32. Dykstra, P. H., Roy, V., Byrd, C., Bentley, W. E., Ghodssi, R. Microfluidic electrochemical sensor array for characterizing protein interactions with various functionalized surfaces. Anal. Chem. 83, 5920-5927 (2011).
  33. Ben-Yoav, H., Dykstra, P. H., Bentley, W. E., Ghodssi, R. A Microfluidic-based electrochemical biochip for label-free diffusion-restricted DNA hybridization analysis. Biosens. Bioelectron. 38, 114-120 (2012).
  34. Wink, T., van Zuilen, S. J., Bult, A., van Bennekom, W. P. Self-assembled monolayers for biosensors. Analyst. 122, 43R-50R (1997).
  35. McEwen, G. D., Chen, F., Zhou, A. Immobilization, hybridization, and oxidation of synthetic DNA on gold surface: Electron transfer investigated by electrochemistry and scanning tunneling microscopy. Anal. Chim. Acta. 643, 26-37 (2009).
  36. Arinaga, K., Rant, U., Tornow, M., Fujita, S., Abstreiter, G., Yokoyama, N. The role of surface charging during the coadsorption of mercaptohexanol to DNA layers on gold: Direct observation of desorption and layer reorientation. Langmuir. 22, 5560-5562 (2006).
  37. Katz, E., Willner, I. Probing biomolecular interactions at conductive and semiconductive surfaces by impedance spectroscopy: Routes to impedimetric immunosensors, DNA-sensors, and enzyme biosensors. Electroanalysis. 15, 913-947 (2003).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

91 microfluidics

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved