JoVE Logo

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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

אנו בפירוט שיטה לפברק מכשירים microfluidic תלת מימדי המבוסס על נייר לשימוש בפיתוח immunoassays. הגישה שלנו הרכבת מכשיר היא סוג של multilayer, ייצור כתוסף. אנחנו מדגימים immunoassay כריך לספק תוצאות נציג עבור סוגים אלה של מכשירים מבוססי נייר.

Abstract

נייר פתילות נוזלים באופן עצמאי בשל פעולת נימים. על ידי דפוסי נייר עם חסמי הידרופובי, להובלת נוזלים ניתן לשלוט וביימה בתוך שכבה של נייר. יתר על כן, לערום מספר שכבות של נייר בדוגמת יוצר רשתות microfluidic תלת ממדי מתוחכם שיכול לתמוך בפיתוח של מבחני אנליטיים bioanalytical. נייר מבוסס התקני microfluidic זולים, ניידים, קלים לשימוש, ואין צורך בציוד חיצוני לפעול. כתוצאה מכך, הם מחזיקים הבטחה גדולה כפלטפורמה לאבחון נקודות של טיפול. על מנת להעריך את השירות כראוי ביצועים אנליטיים של מכשירים מבוססי נייר, שיטות מתאימות חייבות להיות מפותחות על מנת להבטיח הייצור שלהם הוא לשחזור בקנה מידה שמתאים הגדרות במעבדה. בכתב היד הזה, שיטה לפברק ארכיטקטורה לשימוש כללי בבניית מכשירים שיכולים לשמש immunoassays מבוססי נייר מתואר. אנו משתמשים בצורה כלשהי של manufacturin כתוסףg (למינציה רבה שכבתית) להכין תקני מרכיבות מספר שכבות של נייר בדוגמת דבקה בדוגמת. בנוסף הוכחת את השימוש הנכון של תלת ממדי אלה מכשירים microfluidic מבוססי נייר עם immunoassay עבור גונדוטרופין כוריוני אנושי (hCG), שגיאות בתהליך הייצור שעשויים לגרום לכשלים מכשיר הם דנו. אנו מצפים גישה זו לייצור מכשירים מבוסס נייר ימצא כלי רחב בפיתוח יישומים אנליטיים שתוכננו במיוחד עבור הגדרות מוגבלות במשאבים.

Introduction

נייר זמין נרחב במגוון של ניסוחים או ציונים, יכולה להיות פונקציונלי לכוון את המאפיינים שלו, יכול להעביר נוזלים באופן אוטונומי על ידי פעולת נימים או פתילה. אם הנייר הוא בדוגמת עם חומר הידרופובי (למשל, photoresist 1 או 2 שעווה), את הפתילה של נוזלים ניתן לשלוט מרחבית בתוך שכבה של נייר. לדוגמא, מדגם מימי שימושי יכול להיות מופנה למספר האזורים השונים כדי להגיב עם ריאגנטים כימיים וביוכימיים מאוחסנים בתוך הנייר. מכשירי microfluidic מבוסס נייר אלה הוכחו להיות פלטפורמה שימושית לפיתוח של מבחני אנליטית ניידים וזולים 3, 4, 5, 6, 7. יישומים של מכשירים microfluidic מבוססי נייר כוללים אבחון הצבע של טיפולEF "> 8, ניטור של מזהמים סביבתיים 9, זיהוי של תרופות מזויפות 10, ובריאות delocalized (או" טלרפואה ") ב-משאב מוגבל הגדרות 11.

מספר שכבות של נייר בדוגמת ניתן לקבץ אותם לתוך מכשיר משולב היכן אזורי הידרופילי משכבות שכנות (כלומר, מעל או מתחת) להתחבר מקימים רשתות fluidic רציפות אשר מפרצוני שקעים עשויים להיות יחד או שמאלה עצמאיות. שכבה 12 כל אחד יכול מהווים דפוס ייחודי, אשר מאפשר הפרדה מרחבית של ריאגנטים מבחני מרובים להתבצע על מכשיר אחד. המכשיר microfluidic תלת ממדי המתקבל הוא לא רק מסוגל הפתילה נוזלים כדי לאפשר מבחני אנליטית (למשל, תפקודי כבד בדיקות 13 ו זיהוי אלקטרוכימי של מולקולות קטנות 14), אבל זה יכול גם supיציאת מספר הפונקציות מתוחכמות (למשל, שסתומי 15 ופשוט מכונה 16) המשותף לגישות microfluidic מסורתיות. חשוב לציין, כי נייר פתילות נוזלים על ידי פעולה נימי, מכשירים אלה יכולים להיות מופעלים עם מאמץ מינימאלי מהמשתמש.

מאז ריאגנטים ניתן לאחסן בתוך הארכיטקטורה תלת ממדי של מכשיר המבוסס על נייר, פרוטוקולים מורכבים ניתן לצמצם תוספת אחת של מדגם מימית למכשיר. לאחרונה, הצגנו ארכיטקטורה מכשיר תלת ממדי כללי שניתן להשתמש בהם לפיתוח immunoassays מבוססי נייר בטכניקה שעווה ההדפסה כדי ליצור שכבות בדוגמת. 17, 18 מחקרים אלה התמקדו כיצד היבטים הקשורים בעיצוב של המספר-ההתקן של שכבות מוערמות בשימוש, בהרכב השכבות, ואת התבנית של שבשליטת הרשת microfluidic תלת ממדי לכל הכלליותformance של immunoassay. בסופו של דבר, הצלחנו להשתמש בכללים הללו עיצוב להקל על ההתפתחות המהירה של immunoassay מרובב 19. בכתב היד הזה, immunoassay שפותחו בעבר עבור גונדוטרופין כוריוני אנושי (hCG; הורמון ההריון) 17 משמש כדוגמה כדי להמחיש את האסטרטגיות שפיתחנו עבור הרכבה וייצור של immunoassays תלת מימדי המבוסס על נייר. בהתאם לכך, אנו מתמקדים ההרכבה וההפעלה של מכשיר ולא לפיתוח assay.

בעוד immunoassay כריך, אשר הוא התבנית המשמשת לאיתור hCG, לכידת נוגדן ספציפי למקטע אחד של ההורמון מצופה על מצע מוצק, אשר נחסם אז להגביל את הספיחה הלא הספציפית של מדגם או כל מגיב שלאחר מכן. המצע הזה הוא לרוב צלחת microwell קלקר (למשל, עבור assay immunosorbent enzyme-linked או ELISA). המדגם הוא אזהתווסף באר מותר דגירה במשך פרק זמן מסוים. לאחר כביסה קפדנית, נוגדן ספציפי לתת יחידה האחרת של hCG מתווסף ואפשר כדי לדגור. נוגדן זה גילוי ניתן מצומדות כדי חלקיק קולואידים, אנזים, או fluorophore כדי לייצר אות למדידה. הבאר נשטפה שוב לפני לפרש את התוצאות של assay (למשל, באמצעות קורא צלחת). בעוד ערכות מסחריות להסתמך על תהליך רב שלבים רבים הפעם, כל השלבים הללו יכולים להתבצע במהירות מכשירי microfluidic מבוסס נייר עם התערבות מינימאלית למשתמש.

המכשיר משמש immunoassay hCG מונה שש שכבות פעילות, אשר הן, מלמעלה למטה, המשמשות בנוסף מדגם, אחסון המצומד, דגירה, ללכוד, לשטוף, כתם (איור 1). ההשכבה בנוסף מדגם עשויה נייר סינון איכותי. זה הופך לפשוט יותר כניסתה של מדגם נוזלי ומגן על ריאגנטים המצומד Layer מזיהום מהסביבה או מגע מקרי על ידי המשתמש. השכבה המצומד (נייר סינון איכותי) מחזיקה מגיב בייצור צבעים (למשל, נוגדן זהב שכותרתו קולואידים) עבור immunoassay. שכבת הדגירה (נייר סינון איכותי) מאפשרת המדגם לנסוע חילופי תפקידים בתוך המטוס של העיתון כדי לקדם מחייב של אנליטי עם ריאגנטים לפני ההגעה לשכבה הבאה, השכבה ללכוד. השכבה ללכוד (קרום ניילון) מכילה ליגנדים ספציפיים עבור אנליטי שנספח החומר. לאחר assay הושלמה, שכבה זו מתגלה כדי לאפשר הדמיה של immunocomplex הושלמה. השכבה לשטוף (נייר סינון איכותי) שואבת עודף נוזלים כולל ריאגנטים חינם המצומד הרחק פני שכבת ללכוד לתוך שכבת כתם (נייר כרומטוגרפיה עבה). המכשיר שש השכבתי מוחזק ביחד על ידי חמש שכבות של דבק בדוגמת, דו צדדי: ארבע שכבות של דבק קבוע לשמור על השלמות של עאסםמכשיר דימם שכבה אחת של דבק נשלף המקלה קילוף של המכשיר כדי לבדוק את התוצאות של immunoassay על השכבה ללכוד.

לצורך כתב יד זה, אנו משתמשים רק דגימות בקרה שליליות וחיוביות של hCG (0 mIU / mL ו -81 mIU / mL, בהתאמה) על מנת לספק תוצאות נציג של immunoassay מבוסס נייר, המאפשר דיון ייעודי של מערכת היחסים בין שיטות ייצור ואת הביצועים של המכשיר. בנוסף הוכחה כיצד לייצר מכשירים בהצלחה, אנו מדגישים כמה שגיאות ייצור שיכול להוביל לכישלון של התקן או תוצאות assay irreproducible. הפרוטוקול והדיון מפורט בכתב היד הזה יספקו לחוקרים עם תובנה חשובה איך immunoassays מבוסס נייר מתוכנן מפוברק. בעוד אנו מתמקדים ההפגנה שלנו על immunoassays, אנו צופים כי הקווים המנחים המוצגים במסמך זה יהיה שימושי רחב לייצור שלושה דימןsional נייר מבוסס מכשירי microfluidic.

Protocol

1. הכנת שכבות התקן נייר מבוסס Microfluidic

  1. הכן תבניות עבור שכבות של נייר, ניילון, דבק באמצעות תוכנה לעיצוב גרפי. 6 כל שכבה יכולה להיות תבנית שונה.
    הערה: התבנית עשויה לכלול חורי יישור כי אינם נדרשים עבור immunoassay נייר מבוסס פונקציונלי, אלא לסייע בייצור לשחזור של התקנים תלת ממדי. מיקום החורים האלה יהיו שונים אם מכשירים מורכבים בנפרד, בפסים, או כמו בגיליונות מלאים. תכנית התוכנה המשמשת לעיצוב תבניות עשויה להשתנות בהתבסס על הבחירה של טכניקת דפוסים (למשל, photolithography, הדפסת שעווה, או חיתוך). 6
  2. רסס את אזור העבודה עם תמיסה של 70% (V / V) אתנול ומים. נגב את אזור העבודה עם מגבת נייר נקייה.

2. הכנת שכבות נייר: לדוגמא תוספת, המצומד חפץ, דגירה, ואת שכבות לשטוף

  1. הכנת שכבות של נייר איכותי מסנן באמצעות חותך נייר שולחן גדול. חותכי גיליון מניות של נייר לתוך גודל נייר כדי להקל דפוסים באמצעות מדפסת דיו מוצק (שעווה). לדוגמה, גיליון בודד 460 x 570 מ"מ 2 יכול לעשות 4 גיליונות נייר Letter ארה"ב (8.5 x 11 אינץ '2). ידית נייר עם כפפות נקיות בכל העת כדי למזער זיהום.
  2. טען גיליון נייר חתוך כרומטוגרפיה למגש המדפסת. הדפס שכבות שנועדו קודם לכן (ראה איור 1).
    הערה: דפוס ניתן להדפיס ישירות על-גבי גיליון זה באמצעות הזנה אוטומטית. רק גיליון נייר אחד צריך להיות מודפס בכל פעם, כדי למנוע חסימות נייר. עבור כל השכבות, להשתמש בהגדרות "המשופרות" הדפסה.

3. הכנת שכבת קרום ניילון: Layer הלכידה

  1. חותכים את גליל המניות של קרום ניילון לתוך הסדינים (7.5 x 10 אינץ '2), בעזרת סכין נייר השולחן. להקדיש תשומת לב רבה בטיפול הניילוןהממברנה כדי לשמור על שלמותה ולהגן מפני קריעה. אחסן כל חומר בשימוש בתוך ארון ייבוש, כמו ממברנות ניילון הן לחות רגישות.
    הערה: גיליונות חתוכים צרים מאשר נייר Letter ארה"ב. בגלל ממברנות ניילון דקות ושבריריים, הם לא יכולים להיות מעובד על ידי המדפסת ישירות ודורשים תמיכה. פרטים בהמשך.
  2. שימוש במדפסת שעווה, להדפיס דפוס שכבת ללכוד על גבי פיסת נייר ההעתקה ואת קלטת אותו בקופסת אור לשרת כמדריך המיצוב של קרום ניילון. תיבת אור עזרי היישור של שכבות מרובות.
  3. הנח גיליון נייר נקי עותק על הגיליון המודפס בעבר של נייר העתקה. סרט גיליון נייר הנקי אל תיבת האור, אבל לא קלט את יחד שני הגיליונות.
  4. מניחים גיליון חתוך של קרום ניילון על פיסת נייר נקי עותק. ודא כי קרום מכסה את השטח המודפס של השכבה התחתונה של נייר העתקה. קלטתי את ארבעת הצדדים של הממברנה הניילון אל העבר הנקישל נייר ההעתקה.
    הערה: ודא כי קרום הניילון הוא שטוח וחלק, כך שאין בעיות עם הדפסה (למשל, חסימות נייר או הדפסה אחידה של שעווה). שעווה ניתן להדפיס על הסרט שבו קרום הניילון מצורף נייר ההעתקה. במקרה כזה, באזורים שבהם ניילון הוא בדוגמת באופן חלקי בשל כיסוי קלטת אמור להיות מושלך. תכשירים בעתיד, חתיכות גדולות של קרום ניילון יכולות לשמש כדי למנוע טעות דפוס זה.
  5. טען גיליון של קרום ניילון (הנתמך על ידי נייר העותק המוצמד אליו) לתוך מגש מדפסת הזנה הידני. הדפס רק גיליון קרום ניילון בכל פעם.
    הערה: אין צעדי היערכות הנדרשים עבור השכבה כתם, כפי שהוא לא בדוגמת.

4. יצירת חסמים הידרופובי במסגרת הנדבך מודפס

  1. סרט השכבות מודפסות על גבי מסגרת אקריליק אפילו חימום מעל ומתחת השכבה כאשר הניחו בתנור הסעה הכביד. שמור על קרום הניילון מודבקגיליון התמיכה של עותק נייר עד לאחר השעווה נמס ומחסומים הידרופובי נוצרים.
    הערה: מסגרת אקריליק היא פיסת מחוייט, לחתוך ליזר של 1/2 ".. פלסטיק אקרילי עבה שתי מסגרת גדלים בהתאם למספר של מכשירים הנמצאים מפוברקים שמשו הגבול החיצוני של המסגרת הקטנה מודד 11 5/8" x 2 3/4 ", ואת החור הפנימי של המסגרת מודד 10 3/8" x 1 3/4 ". הגבול החיצוני של המסגרת הגדולה מודד 11 5/8" x 8 7/8 ", ואת פנימיים החור של המסגרת מודדת 10 1/4 "x 7 7/8". החלל הפתוח, הפנימי מאפשר אפילו להתכה של שעווה דרך כל עובי הנייר.
  2. מניח את השכבות בתנור ב 150 מעלות צלזיוס למשך 30 שניות עד השעווה נמסה לתוך לעובי הנייר. ודא השעווה שחדרה לעובי הנייר על ידי הפיכה אותו שוב בדיקת פגמים בתכנון.
    הערה: תנורי אוויר מאולץ או פלטות עשויים לשמש גם כדי להמס את דיו השעווה המוצק. פעמים התכהאו טמפרטורות עשויות להשתנות בהתאם לשיטת החימום.
  3. הסר את נייר ניילון קרום ממסגרת אקריליק. כמו כן, להסיר קרום ניילון מתמיכת גיליון נייר העתקה.

5. הכנת שכבות דבקות

  1. גיליונות דו צדדי תבנית של סרטי הדבקה באמצעות פלוטר סכין רובוטית, תוך שימוש בקבצי עיצוב שהוכנו קודם לכן (שלב 1.1). הגן על כל משטח דבק חשוף באמצעות גיליון של אוניית שעווה.
    הערה: דבק דו-צדדי צריך להיות בדוגמת עם חורים המאפשרים המדגם לזרום דרך שכבות כמסלול fluidic רציפה. אוניית שעוות מוסר בקלות מן הדבק, ומשמשת כדי להגן עליו מפני זיהום וקרע במהלך חיתוך. חותך ליזר או למות עיתונות עשויה לשמש גם לשכבות דפוס של סרטי הדבקה.

גיבוי 6. שכבות מכשיר עם דבק

  1. רסס את תיבת אור עם תמיסה של 70% (V / V) אתנול ומים. נגב עם חולצת נייר נקיהowel.
  2. סרט שכבה בדוגמת נייר או ניילון קרום שצריכה להיות מגובה עם דבק על תיבת אור עם הצד המודפס פונה כלפי מטה.
  3. פיל צד אחד של אונייה מגנה מהגיליון בדוגמת של דבק להדביק אותה על השכבה של נייר או קרום ניילון. השתמש בתיבת האור להבטיח התאמה נכונה של תבניות. לחץ יחד. מניחים את המכשיר מפורק למחצה לתוך תלוש מגן.
    הערה: תגית המגן היא דף מקופל של גיבוי סרט למינציה מגן על המכשירים מפני זיהום או ניזק על ידי ההבטחה כי הם לא לפנות גלילי למינציה.
  4. להעביר את ההרכבה דו שכבתית וכתוצאה מכך באמצעות למינציה אוטומטית ללחוץ על הדבק ונייר לגמרי ביחד, הסרת כל כיסי אוויר משכבות adjoined.
    הערה: כיסי אוויר בין השכבות של המכשיר יכולים להפריע שלמות מכשיר פתילה שחזור על ידי גרימת דליפות.

7. טיפול המצומד LAyer עם ריאגנטים Immunoassays לפני עצרת תקן

  1. שכבת המצומד סרט על מסגרת אקריליק כך אזור הידרופילי שיתייחסו מושעה ולא במגע עם המסגרת.
  2. להוסיף 2.5 μl של 100 מ"ג / מ"ל ​​אלבומין בסרום שור (BSA) ב בופר פוספט 1x (PBS) לאזור הידרופילי על השכבה המצומד. אפשר לו להתייבש בטמפרטורת החדר למשך 2 דקות ולאחר מכן ב 65 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.
    הערה: נפח זה מספיק כדי להרטיב את האזור של נייר. הפתרון BSA מסייעת במניעת הצטברות של חלקיקים קולואידים במהלך תהליך הייבוש, אשר יקל על שחרורו של חלקיקים כאשר נייר ריאגנטים rehydrated ידי המדגם.
  3. הוסף 5 μl של 5 OD ננו-חלקיקים מזהב קולואידים מצומדות כדי נוגדן אנטי β-hCG, וחזור על תהליך הייבוש.
    הערה: היחידות של ריכוז חלקיקי זהב colloidal באה לידי ביטוי לעתים קרובות ככל צפיפות אופטית (OD) כפי שהיא נמדדת על ידי absorbance ב λ = 540 ננומטר. אין טיפול נדרש עבור כרית הפתיל לפני ההרכבה מכשירה בסעיף 10.

טיפול 8. ערוץ לרוחב עם מגיב עבור Immunoassays לפני עצרת תקן

  1. ערוץ שכבת סרט לרוחב על מסגרת אקריליק כך אזור הידרופילי שיתייחס מושעה ולא במגע עם המסגרת.
  2. הוסף 10 μl של חסימת סוכן (5 מ"ג / חלב דל שומן מ"ל ו 0.1% (v / v) Tween 20 ב 1x PBS) לטיפול ערוץ לרוחב. חזור על אותו תהליך ייבוש (2 דקות בטמפרטורת החדר ולאחר מכן ב 65 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות) כשכבת המצומד.

טיפול 9. של שכבה לכידה עם ריאגנטים Immunoassays לפני עצרת תקן

  1. שכבת לכידת סרט על מסגרת אקריליק כך אזור הידרופילי שיתייחסו מושעה ולא במגע עם המסגרת.
  2. פנקו את שכבת ללכוד עם 5 μL של 1 מ"ג / נוגדן אנטי α-hCG מ"ל ולאחר מכן לאפשרמדגם להתייבש בטמפרטורת החדר למשך 2 דקות ואחריו 8 דקות ב 65 מעלות צלזיוס.
  3. הוסף 2 μL של חסימת סוכן (5 מ"ג / חלב דל שומן מ"ל ו 0.1% (v / v) Tween 20 ב 1x PBS). חזור על תהליך הייבוש של השכבה ללכוד.
    הערה: סכום זה מן ראוי לצפות את הניירות בלי שאטם את הנקבוביות של קרום הניילון, אשר יכול לקרות כאשר יותר מדי סוכן חסימה משמש.

נייר מבוסס 10. עצרת של תלת ממד מכשירי microfluidic

  1. קלטתי את השכבה לשטוף אל תיבת האור (צד מודפס כלפי מעלה). אם חורי יישור משמשים, להסיר אותם מן השכבות הבאות באמצעות כלי אגרוף גומות כף יד.
  2. הסר את הסרט המגן על גב השכבה ללכוד לחשוף את הדבק. יישר את השכבה ללכוד מעל השכבה לשטוף באמצעות חורי יישור כמדריך. לחץ שתי השכבות יחד. אל תיגע באזורי הידרופילי למזער זיהום או נזק להתקן. מלקטת ניתן להשתמש כדי לסייע שנאספוly.
  3. הסר את הסרט המגן על גב שכבת הדגירה לחשוף את הדבק. יישר את שכבת הדגירה מעל השכבה ללכוד ולחץ אותם יחד. ממשיך להוסיף שכבות בצורה זו עד שכל השכבות הפעילות מורכבות.
  4. מניחים את המכשיר מפורק למחצה לתוך תלוש מגן ובתקיפות לצרף את השכבות יחד באמצעות מכשיר למינציה.
  5. הסר את הסרט המגן על גב השכבה לשטוף ו להטביע את שכבת הכתם לתחתית המכשיר. צעד למינציה חזור 10.4 להשלמת ההרכבה של המכשיר microfluidic תלת מימדי המבוסס על נייר. Cut רצוי מספר ההתקנים מן הרצועות או גיליונות של התקנים המורכבים במלואו באמצעות מספריים.
    הערה: גיליונות מלאים של התקנים, רצועות של מכשירים, או התקנים בודדים עשויה להיות מוכנה להשתמש בגישה דומה.

11. ביצוע Immunoassay נייר מבוסס

  1. הוסף 20 μl של מדגם לאזור הידרופילי על גבי המכשיר (כלומר, tהוא לדגום שכבה).
  2. חכה מדגם פתיל לחלוטין לתוך המכשיר, ולאחר מכן להוסיף 15 μl של חיץ לשטוף (Tween 0.05% v / v 20 ב בופר פוספט 1x). לאחר חיץ aliquot של לשטוף הראשון רשע גמור לתוך המכשיר, להוסיף aliquot שני 15 μl של חיץ לשטוף.
    הערה: לשטוף החיץ יש רשע גמור לתוך המכשיר כאשר אגל הנוזל נעלם, לא מראה המניסקוס על פני השטח של נייר. Assay הוא להשלים כאשר aliquot השני של חיץ לשטוף נכנס לחלוטין את המכשיר.
  3. כדי לחשוף את התוצאות של assay, לקלף שלוש השכבות החיצוניות של המכשיר באמצעות פינצטה כדי לחשוף את השכבה ללכוד.
    1. פענח את התוצאות של assay איכותית על ידי התבוננות קיומו או אי קיומו של צבע. לחלופין, תמונת שכבת ההודעה באמצעות סורק שולחני ותוכנה להשתמש בעיבוד תמונה או אלגוריתמים לכמת תוצאות ולאפיין את ההפצות של עוצמת בתוךאזור זיהוי. 20

תוצאות

קבלת הופעות assay לשחזור מכשירי microfluidic מבוסס נייר תלת ממדי מסתמכת על שיטת ייצור המבטיח עקבי בין התקנים. לקראת מטרה זו, זיהינו מספר תהליכי ייצור שיקולים מהותיים, ולדון בהם כאן בהקשר של הוכחת immunoassay מבוסס-נייר. אנו משתמשים בשיטת הדפסת שעווה כדי ליצור מחס?...

Discussion

זיהוי אסטרטגית ייצור לשחזור היא מרכיב חיוני של פיתוח assay. 22 אנו משתמשים בגישה סדרתית, שכבה אחר שכבה לייצר מכשירים microfluidic מבוססי נייר תלת ממדי. בניגוד לשיטות אלה החלים טכניקות קיפול או אוריגמי לייצר מכשירים multilayer מתוך גיליון נייר אחד 23, ...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by Tufts University and by a generous gift from Dr. James Kanagy. This material is based upon work supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program under Grant No. (DGE-1325256) that was awarded to S.C.F. D.J.W. was supported by a U.S. Department of Education GAANN fellowship. We thank Dr. Jeremy Schonhorn (JanaCare), Dr. Jason Rolland (Carbon3D), and Rachel Deraney (Brown University) for helping develop the design of the three-dimensional paper-based microfluidic device and immunoassay.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Illustrator CCAdobeto design patterns for layers of paper and adhesive
Xerox ColorQube 8580 printerAmazonB00R92C9DIto print wax patterns onto layers of paper and Nylon
Isotemp General Purpose Heating and Drying OvenFisher Scientific15-103-0509to melt wax into paper
Artograph LightTracerAmazonB000KNHRH6to assist with alignment of layers
Apache AL13P laminatorAmazonB00AXHSZU2to laminate layers together
Graphtec CE6000 Cutting PlotterGraphtec AmericaCE6000-40to pattern adhesive films
Swingline paper cutterAmazonB0006VNY4Cto cut paper or devices
Epson Perfection V500 photo scannerAmazonB000VG4AY0to scan images of readout layer
economy plier-action hole punchMcMaster-Carr3488A9to remove alignment holes 
Whatman chromatogrpahy paper, Grade 4Sigma AldrichWHA1004917
Fisherbrand chromatography paper (thick) Fisher Scientific05-714-4to function as blot layer
Immunodyne ABC (0.45 µm pore size )Pall CorporationNBCHI3Rto function as material for capture layer
removable/permanent adhesive-double faced linerFLEXconDF021621to facilitate peeling
permanent adhesive-double faced linerFLEXconDF051521
wax linerFLEXconFLEXMARK 80 D/F PFW LINERto assist with patterning adhesive
acrylic sheetMcMaster-Carr8560K266 to fabricate frame
self-adhesive sheetsFellowesCRC52215to use as protective slip
absolute ethanolVWR89125-172to sanitize work area
bovine serum albuminAMRESCO0332
Sekisui Diagnostics OSOM hCG Urine ControlsFisher Scientific22-071-066to use as positive and negative samples
anti-β-hCG monoclonal antibody colloidal gold conjugate (clone 1)Arista Biologicals CGBCG-0701to treat conjugate layer
goat anti-α-hCG antibodyArista Biologicals ABACG-0500to treat capture layer
10X phosphate buffered salineFisher ScientificBP3991
Oxoid skim milk powderThermo ScientificOXLP0031B
Tween 20AMRESCOM147

References

  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).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

Bioengineering121PADimmunoassaysELISA

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved