Name: dry film photoresist-based electrochemical microfluidic biosensor platform: device fabrication, on-chip assay preparation, and system operation
Uploaded: 2017-09-19T12:30:00
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Los autores desean agradecer a la Fundación de investigación alemán (DFG) para financiar parcialmente esta labor bajo la subvención número UR 70/10-01 y UR 70/12-01.

1. fabricación de la tecnología microfluídica Biosensor utilizando DFR <ol><li>obleas de la preparación de la PI.
	<ol><li>Corte un PI sustrato a 6 - Ronda de obleas. Poner la oblea de PI en un horno a 120 ° C durante aproximadamente 1 hora para un horno de deshidratación.</li>
	</ol></li> <li>Primer paso de la fotolitografía para el proceso de despegue.
	<ol><li>Programa un recubridor de vuelta a un tiempo de 30 s spinning a 3.000 rpm, con una aceleración de 2.000 rpm, s. lug...

<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>

El protocolo que presentamos para la fabricación de un biosensor electroquímico de microfluidos permite el desarrollo de una plataforma de bajo costo, compacta y fácil de usar para la detección de biomoléculas. Según el ensayo utilizado luego en el biosensor, pueden detectarse varias diferentes biomarcadores. Esto hace que la plataforma muy versátil y proporciona un amplio acceso a los varios campos de aplicaciones, de pruebas estándar de diagnóstico (por ejemplo, determinar la presencia de enfermedades...

En las últimas dos décadas, usos de diagnóstico se han convertido en primarias para estudios en profundidad sobre el desarrollo de la salud pública mundial. Tradicionalmente, se utilizan herramientas de diagnóstico de laboratorio para la detección de enfermedades. A pesar de que todavía juegan un papel clave en el diagnóstico de enfermedades, point-of-care testing (POCT) realizada cerca del paciente o el paciente mismo se ha convertido en más y más común en los últimos años. Especialmente en estos casos que requieren tratamiento inmediato, tales como infarto agudo de miocardio o un control de la diabetes, la confirmación rápida de un resultado clínico es esencial. Por lo tanto, hay una necesidad creciente de dispositivos POCT que puede funcionar por no expertos y que son al mismo tiempo capaces de realizar precisas en vitro las pruebas de diagnóstico en un corto plazo1,2,3,4 .
Ya se han logrado mejoras notables en el campo de POCT. Sin embargo, todavía hay muchos retos que superar5,6,7,8. Para que una plataforma POCT para ser lanzado con éxito al mercado y ser competitivos con los diagnósticos de laboratorio, el dispositivo debe cumplir estrictamente los siguientes requisitos: () proporcionar resultados precisos y cuantitativos que son consistentes con el laboratorio resultados; (ii) tener corto muestra al resultado de las épocas, lo que permite el tratamiento inmediato del paciente; (iii) cuentan con manejo sencillo y fácil, incluso cuando operado por personas no capacitadas y requieren intervención del usuario al mínimo; y (iv) forman parte de una unidad de sensor de bajo costo diseñada para aplicaciones de un solo uso. Además, libre de equipos de diagnóstico es favorable, principalmente en entornos de escasos recursos3,4,6.
Debido a estos requisitos severos, sólo dos sistemas POCT basados en detección electroquímica (por ejemplo, tiras de prueba de sangre glucosa) y en inmunoensayos de flujo lateral (p. ej., pruebas de embarazo caseras) han sido lanzados con éxito al mercado tan hasta ahora. Sin embargo, ambos sistemas sufren desventajas tales como bajo rendimiento (es decir, sangre glucosa control tiene resultados inexactos y análisis de flujo lateral sólo proporcionan resultados cualitativos (positivo o negativo) medición)4, 6. Estos inconvenientes de los sistemas convencionales de POCT han conducido a una demanda creciente en la exploración de nuevas tecnologías que ofrecen detección cuantitativa, rápida y bajo costo en el punto de atención4,5.
Para cumplir con estos retos de dispositivos POCT, tecnología DFR ha sido recientemente empleada para la fabricación de biosensores descartables y de bajo costo9,10,11,12, 13 , 14. con respecto a materiales litográficos suaves y líquidos, como el PDMS o SU-8, DFRs presenta muchos beneficios: (i) están disponibles en una variedad de composiciones y grosores (desde algunas micras a varios milímetros); (ii) tienen una superficie muy áspera, que facilita la adherencia a diversos materiales; (iii) uniformidad de espesor excelente función; (iv) ofrecer fabricación barato, fácil y alto rendimiento para la producción en masa; (v) son fácil de cortar con varias herramientas de bajo costo, como un simple par de tijeras; y (vi) permiten la creación de estructuras tridimensionales, como canales de microfluidos, apilando múltiples capas DFR uno encima del otro.
Por otro lado, DFRs en general tiene una resolución relativamente pobre en comparación con materiales fotoresistentes líquido, que es causada principalmente por el espesor de la película y por el aumento de la distancia entre la máscara y el DFR debido a la lámina protectora, que además permite que la luz dispersión. Todavía, para la fabricación de biosensores microfluídico integrado, DFRs son altamente convenientes para la producción masiva de bajo costo.
Por lo tanto, presentamos en este trabajo la fabricación y aplicación de un biosensor de microfluidos electroquímicos basados en DFR. El protocolo detallado describe cada paso de la producción de la plataforma de biosensores, la inmovilización de la en-viruta de un análisis del modelo basado en el ADN y su lectura electroquímica mediante la técnica de stop-flow. Esta plataforma universal permite la detección de numerosas clases de biomoléculas, utilizando tecnologías de análisis diferentes (por ejemplo, genómica, Celómica y proteómica) o formatos de análisis (p. ej., competitivo, sandwich o directa). Basado en una plataforma de DFR, nuestro grupo con éxito demostrado previamente la cuantificación rápida y sensible de diversos analitos, incluyendo antibióticos13,15,16 (tetraciclina, pristinamicina y antibióticos ß-lactámicos), troponina I17y18de la sustancia P.

<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

En los últimos años, diagnóstico de biomarcadores se convirtió en una herramienta indispensable para el diagnóstico de las enfermedades humanas, especialmente para el diagnóstico de punto de atención. Una plataforma de sensor de fácil uso y bajo costo se desea altamente para medir varios tipos de analitos (por ejemplo, biomarcadores, hormonas y fármacos) cuantitativa y específicamente. Por esta razón, película seca fotoresistencia tecnología - barato, fabricación fácil y alto rendimiento - se utiliza para fabricar el biosensor de microfluidos presentado aquí. Dependiendo del bioensayo utilizado luego, la plataforma versátil es capaz de detectar varios tipos de biomoléculas. Para la fabricación del aparato, electrodos de platino se estructuran en una lámina flexible polyimide (PI) en el paso de proceso sólo limpiar la habitación. El papel de PI sirve como sustrato para los electrodos, que están aisladas con una fotoresistencia de epoxy-basado. El canal microfluídico posteriormente es generado por el desarrollo y la laminación de láminas de Fotoprotección (DFR) de película seca en la oblea del PI. Mediante el uso de una barrera hidrofóbica parada en el canal, el canal se separa en dos áreas específicas: una sección de inmovilización para el análisis enzima-ligado y una célula de medición electroquímico para la lectura de la señal amperométrica.
La inmovilización de la prueba biológica de la en-viruta se realiza mediante la adsorción de las biomoléculas a la superficie de la canal. La enzima oxidasa de glucosa se utiliza como un transductor para la generación de señal electroquímica. En presencia del sustrato, la glucosa, se produce peróxido de hidrógeno, que se detecta en el platino electrodo de trabajo. Se aplica la técnica de stop-flow para obtener amplificación de la señal junto con detección rápida. Diferentes biomoléculas se pueden medir cuantitativamente mediante el sistema de microfluidos introducidas, dando una indicación de los diferentes tipos de enfermedades, o, con respecto a drogas terapéuticas vigilancia, facilitando una terapia personalizada.

Diseño y fabricación de la plataforma de biosensores de microfluidos:
La fabricación de los chips de microfluídica biosensor se realiza en el nivel de la oblea por técnicas photolithographic estándar que emplea múltiples capas DFR. Esta estrategia de fabricación se basa en la laminación de capas desarrolladas de DFRs sobre un sustrato de PI con motivos platino, formando los canales microfluídicos. Un breve resumen con los...

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

Seca de la película basada en la fotoresistencia el Biosensor electroquímico de microfluidos plataforma: Fabricación de dispositivo, preparación del análisis de la en-viruta y el funcionamiento del sistema

Una plataforma de biosensores de microfluídica fue diseñada y fabricado utilizando la tecnología de fotoresistencia de película seca de bajo costo para la cuantificación rápida y sensible de diversos analitos. Este sistema de uso único permite la lectura electroquímica de sobre-chip-inmovilizado análisis enzima-ligado mediante la técnica de stop-flow.

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

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