Name: dry film photoresist-based electrochemical microfluidic biosensor platform: device fabrication, on-chip assay preparation, and system operation
Uploaded: 2017-09-19T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation at JoVE.com

Os autores gostaria de agradecer o alemão Research Foundation (DFG) para financiamento parcialmente este trabalho sob Grant números UR 70/10-01 e UR 70/12-01.

1. fabricação da tecnologia de DFR Microfluidic Biosensor usando <ol><li>bolachas de preparação da PI.
	Substrato de corte um PI <ol><li>em 6 - em rodada bolachas. Colocar a bolacha de PI em um forno a 120 ° C por cerca de 1h para assar uma desidratação.</li>
	</ol></li> <li>Primeiro passo de fotolitos para o processo de decolagem.
	<ol><li>Programar a rotação-aplicador para um tempo de 30-s giro a 3.000 rpm, com uma aceleração de 2.000 rpm/s. lugar a bolacha de PI sobre o ...

<ol>
	<li>Spindel, S., Sapsford, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+optical+detection+platforms+for+multiplexed+detection+of+proteins+and+the+need+for+point-of-care+biosensors+for+clinical+use.">Evaluation of optical detection platforms for multiplexed detection of proteins and the need for point-of-care biosensors for clinical use.</a> Sensors (Basel). 14 (12), 22313-22341 (2014).</li><li>Luppa, P. B., Bietenbeck, A., Beaudoin, C., Giannetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinically+relevant+analytical+techniques,+organizational+concepts+for+application+and+future+perspectives+of+point-of-care+testing.">Clinically relevant analytical techniques, organizational concepts for application and future perspectives of point-of-care testing.</a> Biotechnol Adv. 34 (3), 139-160 (2016).</li><li>Gauglitz, G. <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+Platforms.">Point-of-Care Platforms.</a> Annu Rev Anal Chem. 7 (1), 297-315 (2014).</li><li>Jung, W., Han, J., Choi, J. W., Ahn, C. H. <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+testing+(POCT)+diagnostic+systems+using+microfluidic+lab-on-a-chip+technologies.">Point-of-care testing (POCT) diagnostic systems using microfluidic lab-on-a-chip technologies.</a> Microelectron Eng. 132, 46-57 (2014).</li><li>Yager, P., 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=Microfluidic+diagnostic+technologies+for+global+public+health.">Microfluidic diagnostic technologies for global public health.</a> Nature. 442 (7101), 412-418 (2006).</li><li>Fu, E., Yager, P., Floriano, P. N., Christodoulides, N., McDevitt, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspective+on+diagnostics+for+global+health.">Perspective on diagnostics for global health.</a> IEEE Pulse. 2 (6), 40-50 (2011).</li><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> Ann Rev Biomed Eng. 10, 107-144 (2008).</li><li>Dincer, C., Bruch, R., Kling, A., Dittrich, P. S., Urban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplexed+point-of-care+testing+-+xPOCT.">Multiplexed point-of-care testing - xPOCT.</a> Trends Biotechnol. 35, (2017).</li><li>Horak, J., Dincer, C., Bakirci, H., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+disposable+dry+film+photoresist-based+microcapillary+immunosensor+chip+for+rapid+detection+of+Epstein-Barr+virus+infection.">A disposable dry film photoresist-based microcapillary immunosensor chip for rapid detection of Epstein-Barr virus infection.</a> Sens Actuators B Chem. 191, 813-820 (2014).</li><li>Jobst, G., Gamp, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+the+fabrication+of+a+&amp;#34;lab+on+chip&amp;#34;+from+photoresist+material+for+medical+diagnostic+applications.">Method for the fabrication of a &amp;#34;lab on chip&amp;#34; from photoresist material for medical diagnostic applications.</a> US patent. , (2010).</li><li>Kling, A., Dincer, C., Armbrecht, L., Horak, J., Kieninger, J., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+microfluidic+platform+for+simultaneous+multi-analyte+detection.">Electrochemical microfluidic platform for simultaneous multi-analyte detection.</a> Procedia Eng. 120, 916-919 (2015).</li><li>Armbrecht, L., Dincer, C., Kling, A., Horak, J., Kieninger, J., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+magnetic+bead+chains+for+sensitivity+enhancement+of+microfluidic+electrochemical+biosensor+platforms.">Self-assembled magnetic bead chains for sensitivity enhancement of microfluidic electrochemical biosensor platforms.</a> Lab Chip. 15, 4314-4321 (2015).</li><li>Dincer, C., 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=Designed+miniaturization+of+microfluidic+biosensor+platforms+using+the+stop-flow+technique.">Designed miniaturization of microfluidic biosensor platforms using the stop-flow technique.</a> Analyst. 141, 6073-6079 (2016).</li><li>Weltin, A., Kieninger, J., Enderle, B., Gellner, A. K., Fritsch, B., Urban, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-based,+flexible+glutamate+and+lactate+microsensors+for+in+vivo+applications.">Polymer-based, flexible glutamate and lactate microsensors for in vivo applications.</a> Biosens Bioelectron. 61, 192-199 (2014).</li><li>Kling, A., 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=Multianalyte+Antibiotic+Detection+on+an+Electrochemical+Microfluidic+Platform.">Multianalyte Antibiotic Detection on an Electrochemical Microfluidic Platform.</a> Anal Chem. 88 (20), 10036-10043 (2016).</li><li>Bruch, R., 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=Clinical+on-site+monitoring+of+&#223;-lactam+antibiotics+for+a+personalized+antibiotherapy.">Clinical on-site monitoring of &#223;-lactam antibiotics for a personalized antibiotherapy.</a> Sci Rep. , (2017).</li><li>Horak, J., Dincer, C., Qelibari, E., Bakirci, H., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-modified+microfluidic+immunochip+for+enhanced+electrochemical+detection+of+troponin+i.">Polymer-modified microfluidic immunochip for enhanced electrochemical detection of troponin i.</a> Sens Actuators B Chem. 209, 478-485 (2015).</li><li>Horak, J., Dincer, C., Bakirci, H., Urban, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitive,+rapid+and+quantitative+detection+of+substance+P+in+serum+samples+using+an+integrated+microfluidic+immunochip.">Sensitive, rapid and quantitative detection of substance P in serum samples using an integrated microfluidic immunochip.</a> Biosens Bioelectron. 58, 186-192 (2014).</li><li>Mattox, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing. , (2010).</li></ol>

O protocolo aqui apresentado para a fabricação de um biossensor electroquímico microfluidic permite o desenvolvimento de uma plataforma de baixo custo, compacto e fácil de usar para a detecção de biomoléculas. Dependendo o ensaio usado mais tarde no biosensor, vários biomarcadores diferentes podem ser detectados. Isto torna a plataforma muito versátil e fornece acesso aos vários domínios de aplicativos, de testes de diagnóstico padrão (por exemplo, determinar a presença de doenças específicas no ...

Nas últimas duas décadas, aplicações diagnósticas tornaram-se fundamental para estudos aprofundados sobre o desenvolvimento da saúde pública global. Tradicionalmente, ferramentas de diagnóstico de laboratório são utilizadas para a detecção de doenças. Mesmo que eles ainda desempenham um papel chave no diagnóstico de doenças, teste point-of-care (bolso) executada perto do paciente ou pelo próprio paciente tornou-se mais e mais comuns nos últimos anos. Especialmente em tais casos que requerem tratamento imediato, tais como infarto agudo do miocárdio ou monitoramento de diabetes, a confirmação rápida de uma constatação clínica é essencial. Portanto, há uma necessidade crescente de dispositivos de bolso que pode ser operado por não-especialistas e que são simultaneamente capaz de realizar testes diagnósticos precisos em vitro em um curto espaço de tempo,1,2,3,4 .
Melhorias notáveis já foram alcançadas no domínio do bolso. No entanto, ainda existem muitos desafios a superar,5,6,7,8. Para uma plataforma de bolso para ser lançado com sucesso no mercado e ser competitivo com o diagnóstico de laboratório, o dispositivo estritamente deve cumprir os seguintes requisitos: (i) fornecer resultados de testes precisos e quantitativos que são consistentes com o laboratório conclusões; (ii) ter curto amostra para o resultado vezes, permitindo o tratamento imediato do paciente; (iii) apresentam descomplicado e fácil manuseio, mesmo quando operado por pessoas inexperientes e requer a intervenção do usuário minimizado; e (iv) são compostos por uma unidade de sensor de baixo custo projetada para aplicações de uso único. Além disso, livre de equipamentos diagnósticos são favoráveis, principalmente em ambientes de poucos recursos,3,4,6.
Devido a estas exigências severas, apenas dois sistemas de bolso, baseados na deteção de eletroquímica (por exemplo, sangue teste tiras de glicose) e em imunoensaios de fluxo lateral (por exemplo, testes de gravidez) tem sido lançados com sucesso ao mercado tão até agora. No entanto, ambos os sistemas sofrem desvantagens como mau desempenho (ou seja, sangue glicose monitoramento tem resultados imprecisos e ensaios de fluxo lateral apenas fornecem resultados qualitativos (positivo ou negativo) medição)4, 6. Estas desvantagens dos sistemas convencionais de bolso têm levado a uma crescente demanda em explorar novas tecnologias que oferecem deteção rápida, baixo custo e quantitativa no ponto de cuidado4,5.
Para enfrentar estes desafios frente para dispositivos de bolso, DFR tecnologia tem sido recentemente empregada para a fabricação de biosensores descartável e de baixo custo9,10,11,12, 13 , 14. em comparação com materiais litográficas moles e líquidos, tais como PDMS ou SU-8, DFRs apresentam muitos benefícios: (i) estão disponíveis em uma variedade de composições e espessuras (a partir de alguns mícrons a vários milímetros); (ii) tem uma área de superfície muito áspera, o que facilita a adesão de vários materiais; (iii) uniformidade de espessura excelente recurso; (iv) oferecer fabricação barata, fácil e alta produtividade para a produção em massa; (v) são fáceis de cortar com várias ferramentas de baixo custo, como um simples par de tesouras; e (vi) permitem a criação de estruturas tridimensionais, tais como canais microfluídicos, empilhando camadas múltiplas de DFR em cima do outro.
Por outro lado, DFRs em geral têm uma resolução relativamente pobre em comparação com photoresists líquido, que é causada principalmente pela espessura do filme e pela maior distância entre a máscara e o DFR devido a película protectora, que além disso permite que a luz dispersão. Ainda, para a fabricação de biosensores microfluidic integrado, DFRs são altamente adequados para produção em massa de baixo custo.
Portanto, nós apresentamos neste trabalho a fabricação e aplicação de um biossensor microfluidic eletroquímica DFR-baseado. O protocolo detalhado descreve cada etapa de produção da plataforma de biosensor, a imobilização em-microplaqueta de um ensaio de modelo baseado em DNA e sua leitura eletroquímica, usando a técnica de stop-fluxo. Esta plataforma universal permite a detecção de vários tipos de biomoléculas, usando tecnologias de ensaio diferentes (por exemplo, genómica, cellomics e proteômica) ou formatos de ensaio (por exemplo, do competidor, sanduíche ou direta). Com base em tal uma plataforma DFR, nosso grupo anteriormente demonstrou com sucesso a quantificação rápida e sensível de vários analitos, incluindo antibióticos13,15,16 (tetraciclina, pristinamicina e ß-lactâmicos), troponina17e substância P18.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Material</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyralux</td>
			<td>DuPont</td>
			<td>AP8525R</td>
			<td>Used as polyimide substrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MA-N 1420</td>
			<td>Micro Resist Technology</td>
			<td>MA-N1420</td>
			<td>Lift-off resit to define the platinum depostion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ma-D 533s</td>
			<td>Micro Resist Technology</td>
			<td>MaD533S</td>
			<td>Developer for MA-N1420</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Electrode and contact pad material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ma-R 404s</td>
			<td>Micro Resist Technology</td>
			<td>MaR404S</td>
			<td>Remover for MA-N1420</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 3005</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td>SU-8-3005</td>
			<td>Photoresist to define the electrode area and as insulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-methoxy-2-propanol acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>108-65-6</td>
			<td>Developer for SU-8 3005</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>8.18766.2500</td>
			<td>Removing of the SU-8 developer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1020R</td>
			<td>Ultron Systems Inc.</td>
			<td>1020R</td>
			<td>UV sensitive adhesive tape for protection of contact pads</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arguna S</td>
			<td>Degussa</td>
			<td>1935</td>
			<td>For Silver depostion on reference electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Methrom</td>
			<td>62308.020</td>
			<td>For chloridation of the silver reference electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyralux</td>
			<td>DuPont</td>
			<td>PC1025</td>
			<td>Dry film photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonat</td>
			<td>Fluka</td>
			<td>71352</td>
			<td>Developer for Pyralux PC1025</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>30720</td>
			<td>To top the development of the DFR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon AF 1600</td>
			<td>DuPont</td>
			<td>AF1600</td>
			<td>For employing the stopping barrier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PA104</td>
			<td>Mega Electronics</td>
			<td>-</td>
			<td>Bubble etch tank</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FED 53</td>
			<td>Binder</td>
			<td>9010-0018</td>
			<td>Oven</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPIN150</td>
			<td>APT</td>
			<td>-</td>
			<td>Spin coater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pr&#228;zitherm</td>
			<td>Harry Gestigkeit GmbH</td>
			<td>PZ 28-2</td>
			<td>Hot plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hellas</td>
			<td>Bungard Elektronik</td>
			<td>40000</td>
			<td>Exposure unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetra30-LF-PC</td>
			<td>Diener</td>
			<td>-</td>
			<td>Plasma unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Univex 500</td>
			<td>Leybold</td>
			<td>-</td>
			<td>Physical vapor deposition unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaker S4</td>
			<td>ELMI</td>
			<td>-</td>
			<td>Orbital shaker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonorex Super 10 P</td>
			<td>Bandelin</td>
			<td>783</td>
			<td>Sonic bath</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6221 DC and AC</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>-</td>
			<td>Current source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HRL 350</td>
			<td>Ozatec</td>
			<td>-</td>
			<td>Laminator unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum pen</td>
			<td>EFD</td>
			<td>-</td>
			<td>Vacuum pen</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dry film photoresist-based electrochemical microfluidic biosensor platform: device fabrication, on-chip assay preparation, and system operation

Nos últimos anos, o diagnóstico de biomarcador tornou-se uma ferramenta indispensável para o diagnóstico de doenças humanas, especialmente para o diagnóstico point-of-care. Uma plataforma fácil de usar e de baixo custo sensor é altamente desejada para medir vários tipos de analitos (por exemplo, biomarcadores, hormônios e drogas) quantitativamente e especificamente. Por esta razão, tecnologia de película seca fotorresiste - permitindo barato, fabricação fácil e elevado-throughput - foi usada para fabricar o biosensor microfluidic aqui apresentado. Dependendo o bioensaio usado depois disso, a plataforma versátil é capaz de detectar vários tipos de biomoléculas. Para a fabricação do dispositivo, eléctrodos de platina são estruturados em uma folha de poliimida flexível (PI) na etapa de processo de sala limpa apenas. A folha PI serve como substrato para os eletrodos, que são isolados com uma fotorresiste baseada em epóxi. O canal microfluídicos é posteriormente gerado pelo desenvolvimento e laminação de folhas de fotorresiste (DFR) de película seca para a bolacha de PI. Usando uma barreira hidrofóbica parar no canal, o canal é separado em duas áreas específicas: uma seção de imobilização para o ensaio enzima-lig e uma célula eletroquímica de medição para a leitura de sinal amperométrico.
A imobilização de bioensaio em-microplaqueta é executada por adsorção das biomoléculas para a superfície do canal. Enzima glicose oxidase é usada como um transdutor para geração de sinal eletroquímico. Na presença do substrato, glicose, peróxido de hidrogênio é produzido, que é detectada ao eléctrodo de platina trabalho. A técnica de stop-fluxo é aplicada para obter amplificação de sinal junto com detecção rápida. Biomoléculas diferentes podem ser medidas quantitativamente por meio do sistema introduzido microfluídicos, dando uma indicação dos diferentes tipos de doenças, ou, em relação a drogas terapêuticas, monitoramento, facilitando uma terapia personalizada.

Projeto e fabricação da plataforma Microfluidic Biosensor:
A fabricação dos chips microfluídicos biosensor é realizada no nível do bolacha por técnicas padrão fotolitográfica, empregando várias camadas DFR. Esta estratégia de fabricação depende da laminação de camadas desenvolvidas de DFRs sobre um substrato de PI platina-modelados, formando os canais microfluídicos. Um breve resumo descrevendo as etapas de fabrica...

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Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

Película seca baseada em fotorresiste eletroquímica Microfluidic Biosensor plataforma: Fabricação de dispositivo, ensaio em-microplaqueta preparação e operação de sistema

Uma plataforma de biosensor microfluidic foi projetada e fabricado usando a tecnologia de fotorresiste de película seca de baixo custo para a quantificação rápida e sensível de vários analitos. Este sistema de uso único permite a leitura eletroquímica de ensaios de enzima-lig na-microplaqueta-imobilizado mediante a técnica de stop-fluxo.

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