この作品は、台湾の科学技術省（MOST 104から2628-E-007から001-MY3（CMC））、および台中ベテランズ総合病院<span style="color: rgb(34, 34, 34); font-family: arial, sans-serif; font-size: 12.8px; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: normal; letter-spacing: normal; line-height: normal; orphans: auto; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 1; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; display: inline !important; float: none; background-color: rgb(255, 255, 255);">（TCVGH-1056904C（MYH））からの助成金によって部分的にサポートされていました。

注意：適切な実験室の衛生練習が必要です。このPOCデバイスを使用する際に手袋と普遍的予防策が必要とされています。適切な滅菌手順が正しく行われていない場合、結果または感染の汚染が発生する可能性があります。 1.テストストリップデバイスを準備します<ol><li>接触角測定8（ 図3）により洗浄綿の外側層の疎水性を決定します。 </li><li> 5.5センチメートルペーパーカッター（ 図2A）を使用して、x 1cmの小片にクレンジングコットンを切断することにより、綿ベースの分析装置を製作。 </li><li> 3の行の積層膜の標準シートにドリル穴（φ= 0.5センチ）。二つの連続する穴の間の距離は1cmです。 注：3つのテスト領域をそれぞれ有するように多くの36のような個々のテストストリップは、積層膜（×2 cmの5.5センチ）（ 図2B）の標準的なシートを用いて作製することができます。 </li><li>サンドイッチクレンジングコットン（characteriz積層膜、 すなわち 、一方の面に積層膜の穴ドリル加工シート、および他側の積層膜のundrilledシート（穴のない）の2枚の間に外部の疎水性とインテリア親水性）によって編。デバイスをパッケージ化するためにラミネーターにアセンブリを配置します。これは、デバイスの機械的強度を高め、外部の、不浸透性の層を提供します。 注：穴の直径は0.5センチメートル積層後に〜0.47センチメートルから縮小されます。いくつかのわずかな隙間が各ホールの周囲クレンジングコットンと積層膜との間に残ります。これらのわずかな隙間は、後の工程で作られた試験パッドの円の配置を容易にします。 </li><li> すなわちアセンブリから個々の5.5センチメートルのx 1センチメートルテストストリップデバイスを切断するはさみのペアを使用して、掘削積層シート/綿パッド/ undrilled積層シート「サンドイッチ」（ 図2C）。 （後述するように48のデバイスは、標準曲線を作成するために、合計18のデバイスを作りますBSAアッセイのための亜硝酸塩アッセイのため、15デバイス、およびウロビリノーゲンのアッセイのための15のデバイス）。 </li><li>各試験領域の中心（積層膜で覆われていない）から（小流体チャネルとして）スリットをカットする鋭いナイフやカミソリを使用して、全体の縦デバイスの親水性層にテスト領域の疎水性層を介して、サンド装置（ 図2D）の深さの途中でカットすることに慎重です。 </li><li>ラミネーション（ 図2E）の各穴の周囲に隙間にそれらをスライドさせることにより、紙のテストパッド（φ= 0.5センチ）を適用します。 </li></ol> 2.尿検査のための基準と指標のソリューションを準備します<ol><li>脱イオン（DI）水100ミリリットルで69.0 mgの亜硝酸ナトリウムを溶解することにより10.0 mMのに亜硝酸原液を準備します。亜硝酸塩濃度標準液（2500、1250、625、312、156、および78μM）のシリーズを作成するために、DI水中の亜硝酸原液を希釈（ 図図4（a））。 </li><li> 100mlのPBS溶液415 mgのBSAを溶解することにより60μMウシ血清アルブミン（BSA）のストック溶液を調製し（10 Mリン酸緩衝液、0.0027 M塩化カリウムおよび0.137 M塩化ナトリウム、pHは7.0）。 BSA濃度の標準溶液のシリーズを作成するために、DI水中のBSA原液を希釈（30、15、7.5、3.75、および1.875μM）（ 図4B）。 </li><li> 100ミリリットルのDI水中に2.5グラムのウロビリノーゲンを溶解させて25グラム/ Lウロビリノーゲンストック溶液を準備します。ウロビリノーゲン濃度標準液（7.8、15.6、31.2、62.5、および125 mg / Lで）（ 図4C）のシリーズを作成するために、DI水の株式ウロビリノーゲン液を希釈します。 </li><li> 50mMのスルファニルアミド、330 mMのクエン酸、及び10mMのN-（1-ナフチル）エチレンジアミン二塩酸塩を含む亜硝酸指示薬溶液を調製します。 </li><li> 250mMのにクエン酸緩衝液（pH 1.8）、95％エタノール中のテトラブロモフェノールブルーの3.3 mM溶液を含むBSA指示薬溶液を調製します。 </li><li>0.1 M 4 - ジメチルアミンベンズアルデヒドを含むウロビリノーゲン指示薬溶液を準備します。 </li></ol> 3.インジケータパッドを準備します<ol><li> 3円形のパッドやディスク（φ= 0.5 cm）のクロマトグラフィー紙からをカットし、ソリューション標準曲線（セクション4）を作成し、各テストストリップデバイスにそれら（3-アッセイストリップ上の各アッセイのための1）のそれぞれを挿入します。 </li><li>アセンブリの3積層フィルム孔の各々において、積層膜とカット穴の非常に縁で綿のテストパッドとの間に僅かな隙間を観察します。ノート、積層膜の孔は、紙試験パッドよりも直径がわずかに小さいです。 注：これらの機能、 すなわち 、積層フィルムの穴の縁の下に記載のスリム隙間に紙試験パッドスリップの縁ように紙試験パッドはデバイスの綿試験パッド部分に対して適用されることを可能にします。これは適切に紙のテストパッドを保持しています。 </li><li>亜硝酸アッサを準備デバイスのy部分。 <ol><li>コー​​ト（ステップ2.4​​で調製した）亜硝酸指示薬溶液4μlのと亜硝酸アッセイパッドと、それは周囲温度で完全に乾燥させます。 </li></ol></li><li>検出装置の総タンパク質アッセイ部分を準備します。 <ol><li>コー​​ト（ステップ2.5で調製した）BSA指示薬溶液4μlの持つ全タンパク質アッセイパッドと、それは周囲温度で完全に乾燥させます。 </li></ol></li><li>検出装置のUroblinogenアッセイ部分を準備します。 <ol><li>コー​​ト（ステップ2.6で調製した）uroblinogenインジケータの4μlのでuroblinogenアッセイパッドと、それは周囲温度で完全に乾燥させます。 </li></ol></li></ol> 4.コットンベースの分析装置のための標準曲線を作成します。 <ol><li>調製した各標準について、準備されたデバイスの吸収端を浸し〜10秒（吸収量のための標準溶液に（アッセイ指標（セクション3.4を参照）がプリインストール）200から300μl）を（ 図2F）。 </li><li>比色反応（ 図2F）を完了するために10分間、周囲環境に綿ベースのデバイスを配置します。三連で各実験を繰り返します。 </li><li>各テストパッド（ 図2G）で生じる比色変化を分析するためのデバイスをスキャンします。デスクトップスキャナと画像解像度の600dpiのでRGBモードでのスキャンテストパッドのガラス上にテストパッドを生じた場所。 JPEG形式の各画像を保存します。 </li><li>各色の強度（ 図2H）を決定するために画像解析ソフトウェアを用いてコンピュータ上でスキャンした画像を解析します。 <ol><li> http://imagej.nih.gov/ij/でImageJソフトウェアをダウンロードしてください。スキャンした画像ファイルを開きます。メニューコマンドでイメージを選択し、8ビットグレースケールにRGB画像を変換するために、「タイプ」を選択します。 </li><li>テストパッドの分析領域を選択し、ツールバーの「楕円」ツールを使用してください。メニューCOMMで「分析」を選択論理積、および色の強度を分析するために「測定」を選択します。録音は、強度の結果を意味します。 </li></ol></li><li>亜硝酸塩、総タンパク質、及びウロビリノーゲンアッセイ（ 図2I）の標準曲線を確立します。 <ol><li>標準亜硝酸塩、総タンパク質、及びウロビリノーゲン溶液の異なる濃度を示し、stasticalソフトウェアを使用して二次元の座標系での平均強度結果を相関。 </li><li>二次モデルと線形回帰モデルによる総タンパク質およびウロビリノーゲンアッセイのための標準曲線によって亜硝酸塩アッセイのための標準曲線をフィット。 </li></ol></li></ol> 5.確立された標準曲線値を使用して未知試料の濃度を決定<ol><li> 、亜硝酸塩、総タンパク質、および未知の溶液中のウロビリノーゲンの濃度を決定する標準液濃度および亜硝酸塩の代わりに測定された強度結果、総タンパク質を測定するための記載の装置を使用し、urobiするためにステップ2で構築されたモデルの式にアッセイをlinogen。 </li></ol>

<ol>
	<li>Yager, P., Domingo, G. J., Gerdes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point-of-care+diagnostics+for+global+health.">Point-of-care diagnostics for global health.</a> Annu. Rev. Biomed. Eng. 10, 107-144 (2008).</li><li>Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Commercialization+of+microfluidic+point-of-care+diagnostic+devices.">Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices.</a> Lab Chip. 12, 2118-2134 (2012).</li><li>Lu, Y., Shi, W., Jiang, L., Qin, J., Lin, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+of+paper-based+microfluidics+with+wax+for+low-cost,+portable+bioassay.">Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay.</a> Electrophoresis. 30 (9), 1497-1500 (2009).</li><li>Ballerini, D. R., Li, X., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+control+concepts+for+thread-based+microfluidic+devices.">Flow control concepts for thread-based microfluidic devices.</a> Biomicrofluidics. 5 (1), 014105 (2011).</li><li>Lin, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cotton-based+Diagnostic+Devices.">Cotton-based Diagnostic Devices.</a> Scientific reports. 4, 6976-6976 (2013).</li><li>Hsu, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+the+VEGF+level+in+aqueous+humor+of+patients+with+ophthalmologically+relevant+diseases+via+ultrahigh+sensitive+paper-based+ELISA.">Monitoring the VEGF level in aqueous humor of patients with ophthalmologically relevant diseases via ultrahigh sensitive paper-based ELISA.</a> Biomaterials. 35 (12), 3729-3735 (2014).</li><li>Hsu, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+VEGF+levels+with+low-volume+sampling+in+major+vision-threatening+diseases:+age-related+macular+degeneration+and+diabetic+retinopathy.">Monitoring VEGF levels with low-volume sampling in major vision-threatening diseases: age-related macular degeneration and diabetic retinopathy.</a> Lab Chip. 15 (11), 2357-2363 (2015).</li><li>Kwok, D., Neumann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contact+angle+measurement+and+contact+angle+interpretation.">Contact angle measurement and contact angle interpretation.</a> Adv. Colloid Interface Sci. 81 (3), 167-249 (1999).</li><li>Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+paper+as+a+platform+for+inexpensive,+low-volume,+portable+bioassays.">Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays.</a> Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 46 (8), 1318-1320 (2007).</li><li>Li, X., Tian, J. F., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+biomarker+assay+with+microfluidic+paper-based+analytical+devices.">Quantitative biomarker assay with microfluidic paper-based analytical devices.</a> Anal. Bioanal. Chem. 396 (1), 495-501 (2010).</li><li>Coad, S., Friedman, B., Geoffrion, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+Urinalysis.">Understanding Urinalysis.</a> medscape. 7 (3), 269-279 (2012).</li><li>Kupka, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+of+urine+urobilinogen+and+bilirubin+assays+in+predicting+liver+function+test+abnormalities.">Accuracy of urine urobilinogen and bilirubin assays in predicting liver function test abnormalities.</a> Ann. Emerg. Med. 16 (11), 1231-1235 (1987).</li><li>Binder, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Failure+of+prediction+of+liver+function+test+abnormalities+with+the+urine+urobilinogen+and+urine+bilirubin+assays.">Failure of prediction of liver function test abnormalities with the urine urobilinogen and urine bilirubin assays.</a> Arch. Pathol. Lab. Med. 113 (1), 73-76 (1989).</li><li>Gubala, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point+of+care+diagnostics:+status+and+future.">Point of care diagnostics: status and future.</a> Anal. chem. 84 (2), 487-515 (2011).</li><li>Vaidya, V. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urinary+biomarkers+for+sensitive+and+specific+detection+of+acute+kidney+injury+in+humans.">Urinary biomarkers for sensitive and specific detection of acute kidney injury in humans.</a> Clin. Transl. Sci. 1 (3), 200-208 (2008).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests. S.C.L., C.M.K., F.G.T., and C.M.C. are inventors of a patent (patent No.: US 8691162 B1) owned by National Tsing Hua University on the basis of the work reported in this manuscript. S.C.L., C.M.K., F.G.T., and C.M.C.have patents pending in Taiwan and China based on the work reported in this manuscript. M.Y.H. declares no potential conflict of interest.

このプロトコルにおける重要なステップは、濾紙（クロマトグラフィ濾紙または定量濾紙）（疎水性/親水性を変化させて）、綿素材の適切な組合せを決定含ま。よく計画され、実行デバイスの設計は、最高のパフォーマンスを比色アッセイのために属性をレンダリングします。我々の比色アッセイの結果から、本明細書に提示綿ベースの分析装置は、複数の疾患の検出のためのプラットフォ...

手頃な価格ポイント・オブ・ケア（POC）診断装置の開発、堅牢、かつ簡単に使用するには、世界的な健康1,2を向上させるために不可欠です。具体的には、デバイスは、セルロース基質（ 例えば 、紙、糸、綿）ため、その普遍性、手頃な価格、迅速な結果3-7を提供するために使用、堅牢性、および容量の容易性の低コスト分析のための有望な分析プラットフォームを提供で構成される。 ここでは、尿検査のためのラテラルフローベースのフォーマットを使用しています綿ベースの分析装置の開発を発表します。これは綿ベースの分析装置は、いくつかの重要な利点で代替検出アプローチを提供します。最小限の人間の努力でⅰ）製造を。 ⅱ）低コスト。 iii）の容量は、交差汚染の心配なしに複数の異なるアッセイを実施するために使用されます。 ⅳ）デバイスに依存しない、 すなわち 、追加の装置および/ ​​または電気なしで実行することができる能力。そして、V）速度（比色アッセイ）を10分以内に完了することができます。 この綿ベースの分析装置の構造は、4つの部分に分けることができた：i）その外部の疎水性層上に自然に疎水性である綿。 ⅱ）内部的に親水性であり、液体吸上げ用の輸送路として機能綿;結合し、綿が使用されているが、反応/テストパッドを配置するための穴を掘削含ま圧縮iii）の積層膜。比色アッセイのための反応領域としての綿の外側表面上に配置された反応性試薬が埋め込 ​​ま/被覆されていると、iv）のクロマトグラフィー紙試験パッド、（具体的には、空間内の積層膜のうち、穿孔）（ すなわち 、亜硝酸塩、総タンパク質、pH、およびウロビリノーゲン検定）と結果が表示されます。 次のようにテストの基本的なメカニズムです。コットンベースの分析装置は、DEPTを通じて途中に浸透線で採点されます綿素材のHは、サンプル流体は、反応性パッドが使用されて到達することを可能にする流路を作成します。溶液は、試験パッドに吸収端からの流体チャネル（ 図1）に沿って邪悪でその後の分析装置の吸収端は、標的試料に浸漬されます。試験パッドの吸収強度が綿よりも大きいため、テストパッドに吸収溶液には、リフローが流体チャネルに戻って存在しないようにしっかりとテストパッド紙の内部に収容され、測色結果は、その後に固定されてしまいますテストパッド材料。反応の終了時に、測色結果は、デスクトップスキャナを経由して記録され、画像解析ソフトウェアを介して分析します。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>bovine serum albumin</td>
			<td>Sigma-Aldrich, US</td>
			<td>No. 9048468</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nitrite&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich, US</td>
			<td>No. 7632000</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>urobilinogen&#160;</td>
			<td>Santa Cruz Bio, US</td>
			<td>No. SC-296690</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>citrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich U.S</td>
			<td>No. 6132043</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tetrabromophenol blue</td>
			<td>Sigma-Aldrich U.S</td>
			<td>No. 4430255</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sulfanilamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich U.S</td>
			<td>No. 63741</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>citric acid&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich U.S</td>
			<td>No. 77929</td>
			<td>&#8805; 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;N-(1-naphthyl) ethylenediamine dihydrochloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich U.S</td>
			<td>No. 1465254</td>
			<td>&#8805; 98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(Dimethylamine)benzaldehyde</td>
			<td>AlfaAesar, U.S</td>
			<td>No. A11712</td>
			<td>&#8805; 98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl Red sodium salt</td>
			<td>sigma, U.S</td>
			<td>No. 114502</td>
			<td>&#8805;95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromothyle blue</td>
			<td>sigma, U.S</td>
			<td>No. 114413</td>
			<td>&#8805;95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shiseido Cleansing Cotton</td>
			<td>Shiseido, Japan</td>
			<td>No. 79014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>chromatography paper</td>
			<td>GE Healthcare Whatman, Springfield Mill, UK</td>
			<td>No. 30306132</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plastic substrate</td>
			<td>lamination film, MAS</td>
			<td>A4</td>
			<td>216 mm &#215; 303 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>scanner</td>
			<td>microtek scanmaker</td>
			<td>&#160;i2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>paper cutter</td>
			<td>Life paper cutter</td>
			<td>No.306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laminator</td>
			<td>AURORA&#160;</td>
			<td>LM4231H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laminator film</td>
			<td>UNI LAMI&#160;</td>
			<td>4A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabricating cotton analytical devices

堅牢、低コストの分析装置は、ユーザーフレンドリーな、迅速、かつ手頃な価格でなければなりません。このようなデバイスはまた、乏しいサンプルで動作することが可能とフォローアップ治療のための情報を提供すべきです。ここでは、側方流動ベースのフォーマットを採用し、かつ、容易に迅速な、安価な製造され、かつ実施するために使用することができる（ すなわち 、亜硝酸塩、総タンパク質、及びウロビリノーゲンアッセイ）分析装置綿ベースの尿検査の開発を実証します交差汚染の心配のない複数のテスト。綿は、フローベースの分析のために活用することができる天然の吸収特性を有するセルロース繊維から構成されています。我々の綿ベースの分析装置のシンプルだがエレガントな製造工程は、本研究に記載されています。綿の構造とテストパッドの配置は、各材料の疎水性および吸収強度を利用しています。そのためこれらの物理的特性のため、測色結果が永続的にテストに付着することができますパッド。このデバイスは、タイムリーに臨床情報を受信するために医師を可能にし、早期介入のためのツールと​​して大きな可能性を示しています。

我々は成功し、親水性（内側部分）によって特徴付け市販清浄綿および疎水性（外側部分）の特性（ 図1A）を用いて綿ベースの分析装置の開発を示した。 図3は、接触角測定の結果を示します 。外装綿の疎水性界面は、127.35°±4.73°でした。ユーザーフレンドリーの観点から、ここで用いられる比色アッセイは、直接肉眼で観察す...

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Fabricating Cotton Analytical Devices

To investigate simple fabrication approaches for multiple assay needs, we created a fluid-absorbing channel system made of cotton material. This device was used to establish a multiple detection platform, and solve contamination issues that commonly affect lateral flow-based biomedical devices, for clinical urinalysis of nitrite, total protein, and urobilinogen.

コットン分析デバイスを製造します

A robust, low-cost analytical device should be user-friendly, rapid, and affordable. Such devices should also be able to operate with scarce samples and ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.6K ビュー.  National Tsing Hua University. To investigate simple fabrication approaches for multiple assay needs, we created a fluid-absorbing channel system made of cotton material. This device was used to establish a multiple detection platform, and solve contamination issues that commonly affect lateral flow-based biomedical devices, for clinical urinalysis of nitrite, total protein, and urobilinogen.

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Manufacturing Devices and Instruments for Easier Rat Liver Transplantation

Orthotopic rat liver transplantation is a popular model, which has been shown in a recent JoVE paper with the use of the "quick-linker" device. This technique allows for easier venous cuff-anatomoses after a reasonable learning curve. The device is composed of two handles, which are carved out from scalpel blades, one approximator, which is obtained by modifying Kocher's forceps, and cuffs designed from fine-bore polyethylene tubing. The whole process can be performed at a low-cost using common laboratory material. The present report provides a step-by-step protocol for the design of the required pieces and includes stencils.

We describe the design of the &#x201C;quick-linker&#x201D; device for easier orthotopic rat liver transplantation.

簡単ラット肝移植のための製造装置や計測器

Orthotopic rat liver transplantation is a popular model, which has been shown in a recent JoVE paper with the use of the "quick-linker" device. This ...

生物工学

Fabricating Complex Culture Substrates Using Robotic Microcontact Printing (R-&#181;CP) and Sequential Nucleophilic Substitution

In tissue engineering, it is desirable to exhibit spatial control of tissue morphology and cell fate in culture on the micron scale. Culture substrates presenting grafted poly(ethylene glycol) (PEG) brushes can be used to achieve this task by creating microscale, non-fouling and cell adhesion resistant regions as well as regions where cells participate in biospecific interactions with covalently tethered ligands. To engineer complex tissues using such substrates, it will be necessary to sequentially pattern multiple PEG brushes functionalized to confer differential bioactivities and aligned in microscale orientations that mimic in vivo niches. Microcontact printing (&#956;CP) is a versatile technique to pattern such grafted PEG brushes, but manual &#956;CP cannot be performed with microscale precision. Thus, we combined advanced robotics with soft-lithography techniques and emerging surface chemistry reactions to develop a robotic microcontact printing (R-&#956;CP)-assisted method for fabricating culture substrates with complex, microscale, and highly ordered patterns of PEG brushes presenting orthogonal &#8216;click&#8217; chemistries. Here, we describe in detail the workflow to manufacture such substrates.

Fabricating Complex Culture Substrates Using Robotic Microcontact Printing R- &#181;CP and Sequential Nucleophilic Substitution

Cell culture substrates functionalized with microscale patterns of biological ligands have immense utility in the field of tissue engineering. Here, we demonstrate the versatile and automated manufacture of tissue culture substrates with multiple, micropatterned poly(ethylene glycol) brushes presenting orthogonal chemistries that enable spatially precise and site-specific immobilization of biological ligands.

ロボットマイクロコンタクト印刷（R-μCP）とシーケンシャル求核置換を使用して複雑な培養基材を製造

In tissue engineering, it is desirable to exhibit spatial control of tissue morphology and cell fate in culture on the micron scale. Culture substrates ...

Generation of Scalable, Metallic High-Aspect Ratio Nanocomposites in a Biological Liquid Medium

The goal of this protocol is to describe the synthesis of two novel biocomposites with high-aspect ratio structures. The biocomposites consist of copper and cystine, with either copper nanoparticles (CNPs) or copper sulfate contributing the metallic component. Synthesis is carried out in liquid under biological conditions (37 &#176;C) and the self-assembled composites form after 24 hr. Once formed, these composites are highly stable in both liquid media and in a dried form. The composites scale from the nano- to micro- range in length, and from a few microns to 25 nm in diameter. Field emission scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) demonstrated that sulfur was present in the NP-derived linear structures, while it was absent from the starting CNP material, thus confirming cystine as the source of sulfur in the final nanocomposites. During synthesis of these linear nano- and micro-composites, a diverse range of lengths of structures is formed in the synthesis vessel. Sonication of the liquid mixture after synthesis was demonstrated to assist in controlling average size of the structures by diminishing the average length with increased time of sonication. Since the formed structures are highly stable, do not agglomerate, and are formed in liquid phase, centrifugation may also be used to assist in concentrating and segregating formed composites.

Here we present a protocol to synthesize novel, high-aspect ratio biocomposites under biological conditions and in liquid media. The biocomposites scale from nanometers to micrometers in diameter and length, respectively. Copper nanoparticles (CNPs) and copper sulfate combined with cystine are the key components for the synthesis.

生物学的液体培地中でスケーラブルな、メタリック高アスペクト比のナノコンポジットの生成

The goal of this protocol is to describe the synthesis of two novel biocomposites with high-aspect ratio structures. The biocomposites consist of copper ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol adhesive through a metal stencil, the overall amount of adhesive used in assembling paper microfluidic devices can be significantly reduced. We show on a simple 4-layer planar paper microfluidic device that the optimal adhesive application technique and device construction style depends heavily on desired performance characteristics. By moderately increasing the overall area of a device, it is possible to dramatically decrease the wicking time and increase device success rates while also reducing the amount of adhesive required to keep the device together. Such adhesive application also causes the adhesive to form semi-permanent bonds instead of permanent bonds between paper layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use. Nonplanar 3D origami devices also benefit from the semi-permanent bonds during folding, as it reduces the likelihood that unrelated faces may accidently stick together. Like planar devices, nonplanar structures see reduced wicking times with patterned adhesive application vs uniformly applied adhesive.

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct 3D paper microfluidic devices. This method of adhesive application forms semi-permanent bonds between layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use and to ease folding complex nonplanar structures.

3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as contributing to antimicrobial resistance. One possible avenue for the reduction of device-associated infections is the identification of bacteria-repellent polymer coatings for these devices, which would prevent bacterial binding at the initial attachment step. A method for the identification of such repellent polymers, based on the parallel screening of hundreds of polymers using a microarray, is described here. This high-throughput method resulted in the identification of a range of promising polymers that resisted binding of various clinically relevant bacterial species individually and also as multi-species communities. One polymer, PA13 (poly(methylmethacrylate-co-dimethylacrylamide)), demonstrated significant reduction in attachment of a number of hospital isolates when coated onto two commercially available central venous catheters. The method described could be applied to identify polymers for a wide range of applications in which modification of bacterial attachment is important.

A high-throughput microarray method for the identification of polymers which reduce bacterial surface binding on medical devices is described.

医療機器のための細菌撥ポリマーのハイスループット同定

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

モジュラー DNA デバイスの液体ハンドリング アセンブリを自動化

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

High-resolution Patterning Using Two Modes of Electrohydrodynamic Jet: Drop on Demand and Near-field Electrospinning

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning tool. EHD printing uses a fluidic supplier to maintain the extruded meniscus by pushing the ink out of the nozzle tip. The electric field is then used to pull the meniscus down to the substrate to produce high-resolution patterns. Two modes of EHD printing have been used for fine patterning: continuous near-field electrospinning (NFES) and dot-based drop-on-demand (DOD) EHD printing. According to the printing modes, the requirements for the printing equipment and ink viscosity will differ. Even though two different modes can be implemented with a single EHD printer, the realization methods significantly differ in terms of ink, fluidic system, and driving voltage. Consequently, without a proper understanding of the jetting requirements and limitations, it is difficult to obtain the desired results. The purpose of this paper is to present a guideline so that inexperienced researchers can reduce the trial and error efforts to use the EHD jet for their specific research and development purposes. To demonstrate the fine-patterning implementation, we use Ag nanoparticle ink for the conductive patterning in the protocol. In addition, we also present the generalized printing guidelines that can be used for other types of ink for various fine-patterning applications.

Here, we present a protocol to produce high-resolution conductive patterns using electrohydrodynamic (EHD) jet printing. The protocol includes two modes of EHD jet printing: the continuous near-field electrospinning (NFES) and the dot-based drop-on-demand (DOD) EHD printing.

パターン化する電気流体力学的ジェットの 2 つのモードを使用して高解像度: 需要と近傍電界紡糸ドロップ

Electrohydrodynamic (EHD) jet printing has drawn attention in various fields because it can be used as a high-resolution and low-cost direct patterning ...

Fabricating a Kidney Cortex Extracellular Matrix-Derived Hydrogel

Extracellular matrix (ECM) provides important biophysical and biochemical cues to maintain tissue homeostasis. Current synthetic hydrogels offer robust mechanical support for in vitro cell culture but lack the necessary protein and ligand composition to elicit physiological behavior from cells. This manuscript describes a fabrication method for a kidney cortex ECM-derived hydrogel with proper mechanical robustness and supportive biochemical composition. The hydrogel is fabricated by mechanically homogenizing and solubilizing decellularized human kidney cortex ECM. The matrix preserves native kidney cortex ECM protein ratios while also enabling gelation to physiological mechanical stiffnesses. The hydrogel serves as a substrate upon which kidney cortex-derived cells can be maintained under physiological conditions. Furthermore, the hydrogel composition can be manipulated to model a diseased environment which enables the future study of kidney diseases.

Here we present a protocol to fabricate a kidney cortex extracellular matrix-derived hydrogel to retain the native kidney extracellular matrix (ECM) structural and biochemical composition. The fabrication process and its applications are described. Finally, a perspective on using this hydrogel to support kidney-specific cellular and tissue regeneration and bioengineering is discussed.

腎臓皮質細胞外マトリックス由来ハイドロゲルを製造

Extracellular matrix (ECM) provides important biophysical and biochemical cues to maintain tissue homeostasis. Current synthetic hydrogels offer robust ...

コットン分析デバイスを製造します

要約

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簡単ラット肝移植のための製造装置や計測器

ロボットマイクロコンタクト印刷（R-μCP）とシーケンシャル求核置換を使用して複雑な培養基材を製造

生物学的液体培地中でスケーラブルな、メタリック高アスペクト比のナノコンポジットの生成

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

医療機器のための細菌撥ポリマーのハイスループット同定

モジュラー DNA デバイスの液体ハンドリングアセンブリを自動化

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

パターン化する電気流体力学的ジェットの 2 つのモードを使用して高解像度: 需要と近傍電界紡糸ドロップ

腎臓皮質細胞外マトリックス由来ハイドロゲルを製造

コットン分析デバイスを製造します

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簡単ラット肝移植のための製造装置や計測器

ロボットマイクロコンタクト印刷（R-μCP）とシーケンシャル求核置換を使用して複雑な培養基材を製造

生物学的液体培地中でスケーラブルな、メタリック高アスペクト比のナノコンポジットの生成

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

医療機器のための細菌撥ポリマーのハイスループット同定

モジュラー DNA デバイスの液体ハンドリング アセンブリを自動化

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

パターン化する電気流体力学的ジェットの 2 つのモードを使用して高解像度: 需要と近傍電界紡糸ドロップ

腎臓皮質細胞外マトリックス由来ハイドロゲルを製造

モジュラー DNA デバイスの液体ハンドリングアセンブリを自動化