Name: electrowetting-based digital microfluidics platform for automated enzyme-linked immunosorbent assay
Uploaded: 2020-02-23T12:00:00
Duration: 8 min 22 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electrowetting-based Digital Microfluidics Platform for Automated Enzyme-linked Immunosorbent Assay at JoVE.com

نود أن ننوه بمساهمة زملائنا من مجموعة أبحاث Microfluidic والهندسة الدقيقة لعملهم في التصميم الميكانيكي وتكامل النظام. ويود المؤلفون أن يشكروا شركة Dstl Porton Down على دعمهم الذي لا يقدر بثمن ومساهمتهم المالية، للمشاريع السابقة والجارية التي تزيد من تطوير تقنية DMF وتطبيقاتها.

<ol>
	<li>Kokalj, T., P&#233;rez-Ruiz, E., Lammertyn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+bio-assays+with+magnetic+particles+on+a+digital+microfluidic+platform.">Building bio-assays with magnetic particles on a digital microfluidic platform.</a> New Biotechnology. 32 (5), 485-503 (2015).</li><li>Sista, 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=Development+of+a+digital+microfluidic+platform+for+point+of+care+testing.">Development of a digital microfluidic platform for point of care testing.</a> Lab on a Chip. 8 (12), 2091-2104 (2008).</li><li>Starodubov, D., 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=Compact+USB-powered+mobile+ELISA-based+pathogen+detection:+design+and+implementation+challenges.">Compact USB-powered mobile ELISA-based pathogen detection: design and implementation challenges.</a> Advanced Environmental, Chemical, and Biological Sensing Technologies VIII. 8024, 80240 (2011).</li><li>Delattre, 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=Macro+to+microfluidics+system+for+biological+environmental+monitoring.">Macro to microfluidics system for biological environmental monitoring.</a> Biosensors and Bioelectronics. 36 (1), 230-235 (2012).</li><li>Gooding, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensor+technology+for+detecting+biological+warfare+agents:+Recent+progress+and+future+trends.">Biosensor technology for detecting biological warfare agents: Recent progress and future trends.</a> Analytica Chimica Acta. 559 (2), 137-151 (2006).</li><li>Coudron, 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=Fully+integrated+digital+microfluidics+platform+for+automated+immunoassay;+A+versatile+tool+for+rapid,+specific+detection+of+a+wide+range+of+pathogens.">Fully integrated digital microfluidics platform for automated immunoassay; A versatile tool for rapid, specific detection of a wide range of pathogens.</a> Biosensors and Bioelectronics. 128, 52-60 (2019).</li><li>Hua, Z., 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=Multiplexed+Real-Time+Polymerase+Chain+Reaction+on+a+Digital+Microfluidic+Platform.">Multiplexed Real-Time Polymerase Chain Reaction on a Digital Microfluidic Platform.</a> Analytical Chemistry. 82 (6), 2310-2316 (2010).</li><li>Zou, F., 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=real-time+chemiluminescent+detection+of+DNA+mutation+based+on+digital+microfluidics+and+pyrosequencing.">real-time chemiluminescent detection of DNA mutation based on digital microfluidics and pyrosequencing.</a> Biosensors and Bioelectronics. 126, 551-557 (2019).</li><li>Ng, A. H. C., Choi, K., Luoma, R. P., Robinson, J. M., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+microfluidic+magnetic+separation+for+particle-based+immunoassays.">Digital microfluidic magnetic separation for particle-based immunoassays.</a> Analytical Chemistry. 84 (20), 8805-8812 (2012).</li><li>Vergauwe, N., 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=A+versatile+electrowetting-based+digital+microfluidic+platform+for+quantitative+homogeneous+and+heterogeneous+bio-assays.">A versatile electrowetting-based digital microfluidic platform for quantitative homogeneous and heterogeneous bio-assays.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (5), (2011).</li><li>Choi, K., 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=Automated+digital+microfluidic+platform+for+magnetic-particle-based+immunoassays+with+optimization+by+design+of+experiments.">Automated digital microfluidic platform for magnetic-particle-based immunoassays with optimization by design of experiments.</a> Analytical Chemistry. 85 (20), 9638-9646 (2013).</li><li>Zhao, Y., Cho, 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=Microparticle+sampling+by+electrowetting-actuated+droplet+sweeping.">Microparticle sampling by electrowetting-actuated droplet sweeping.</a> Lab on a Chip. 6 (1), 137-144 (2006).</li><li>Jonsson-Niedzio&#322;ka, M., 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=EWOD+driven+cleaning+of+bioparticles+on+hydrophobic+and+superhydrophobic+surfaces.">EWOD driven cleaning of bioparticles on hydrophobic and superhydrophobic surfaces.</a> Lab on a Chip. 11 (3), 490-496 (2011).</li><li>Foat, T. G., 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=A+prototype+personal+aerosol+sampler+based+on+electrostatic+precipitation+and+electrowetting-on-dielectric+actuation+of+droplets.">A prototype personal aerosol sampler based on electrostatic precipitation and electrowetting-on-dielectric actuation of droplets.</a> Journal of Aerosol Science. 95, 43-53 (2016).</li><li>Seale, B., 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=Digital+Microfluidics+for+Immunoprecipitation.">Digital Microfluidics for Immunoprecipitation.</a> Analytical Chemistry. 88 (20), 10223-10230 (2016).</li><li>Ng, A. H. 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=A+digital+microfluidic+system+for+serological+immunoassays+in+remote+settings.">A digital microfluidic system for serological immunoassays in remote settings.</a> Science Translational Medicine. 10 (438), 6076-6088 (2018).</li><li>Wild, D., Davies, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunoassay+fundamentals.">Immunoassay fundamentals.</a> The Immunoassay Handbook: Theory and Applications of Ligand Binding, ELISA and Related Techniques. , 1-26 (2013).</li><li>Gorham, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New,+General+Synthetic+Method+for+the+Preparation+of+Linear+Poly-p-xylylenes.">A New, General Synthetic Method for the Preparation of Linear Poly-p-xylylenes.</a> Journal of Polymer Science Part A-1: Polymer Chemistry. 4 (12), 3027-3039 (1966).</li><li>Soum, 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=Affordable+fabrication+of+conductive+electrodes+and+dielectric+films+for+a+paper-based+digital+microfluidic+chip.">Affordable fabrication of conductive electrodes and dielectric films for a paper-based digital microfluidic chip.</a> Micromachines. 10 (2), (2019).</li><li>Abdelgawad, M., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost,+rapid-prototyping+of+digital+microfluidics+devices.">Low-cost, rapid-prototyping of digital microfluidics devices.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 4 (4), 349-355 (2008).</li><li>Jain, V., Devarasetty, V., Patrikar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+Two-Dimensional+Open+EWOD+System+using+Printed+Circuit+Board+Technology.">Study of Two-Dimensional Open EWOD System using Printed Circuit Board Technology.</a> Global Journal of Researches in Engineering: Electrical and Electronics Engineering. 17 (6), (2017).</li><li>Luk, V. N., Mo, G. C. H., Wheeler, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pluronic+additives:+A+solution+to+sticky+problems+in+digital+microfluidics.">Pluronic additives: A solution to sticky problems in digital microfluidics.</a> Langmuir. 24 (12), 6382-6389 (2008).</li><li>Latip, E. N. 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=Protein+droplet+actuation+on+superhydrophobic+surfaces:+A+new+approach+toward+anti-biofouling+electrowetting+systems.">Protein droplet actuation on superhydrophobic surfaces: A new approach toward anti-biofouling electrowetting systems.</a> RSC Advances. 7 (78), 49633-49648 (2017).</li><li>Yoon, J. Y., Garrell, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preventing+biomolecular+adsorption+in+electrowetting-based+biofluidic+chips.">Preventing biomolecular adsorption in electrowetting-based biofluidic chips.</a> Analytical Chemistry. 75 (19), 5097-5102 (2003).</li><li>Dalvie, M. 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=Cost+analysis+of+ELISA,+solid-phase+extraction,+and+solid-phase+microextraction+for+the+monitoring+of+pesticides+in+water.">Cost analysis of ELISA, solid-phase extraction, and solid-phase microextraction for the monitoring of pesticides in water.</a> Environmental Research. 98 (1), 143-150 (2005).</li></ol>

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

بروتوكول EWOD المناعة مرنويمكن أن تشمل عددا ً من عمليات الوحدات المختبرية (على سبيل المثال، التقاط المستضد، والاختلاط، والحضانة، واستخراج الخرز، والغسيل) اعتماداً على نوع الكاشف، والاستقرار ومتطلبات الاستخدام المحددة من قبل بروتوكول الفحص. كدليل على المبدأ ، في المادة الحالية ، يعتبر بروتوكولان مناعيين يظهران تنفيذ ثمانية أو عشرة من الـ LUOs(الشكل 4)مع شريحة EWOD الموصوفة. مثل هذه المزايا miniaturization من microliter، مجلدات منفصلة من الكواشف / analyte التي تزيد من فعالية ELISA عن طريق الحد من كل من استهلاك الكواشف، والوقت اللازم لكل عملية، أساسا، الوقت التجريبي الكلي (6 إلى 10 دقيقة). وعلاوة على ذلك، يتم إجراء اختبار الآلي مع التلاعب في الوقت المناسب من قطرات مما يقلل من الاختلافات ويحسن دقة مناعي17. تتضمن التجربة في شكلها الحالي معالجة يدوية للقطرات في بداية كل عملية اختبار، وهي نقطة لمزيد من المناقشة في القسم التالي.
خطوة واحدة حاسمة في طريقة DMF الحالية هو الاستغناء عن قطرات على سطح رقاقة EWOD. عادة، يتم استخدام ميكروبيبيت مع طرف المتاح لقياس حجم الدقيق وتحميله. ومع ذلك ، يمكن أن يصبح من الصعب شل القطرة على سطح الكاره للماء من لوحة التشغيل بسبب التفاعلات بين القطرة والسطح المشحون للطرف القابل للتصرف. ونتيجة لذلك، يمكن أن تقذف قطرات متابعة السطح الخارجي للطرف بدلاً من البقاء على لوحة. لتجنب هذا ، يجب أن تعقد micropipette في وضع تستقيم ، عمودي على سطح رقاقة ، دون لمسها ، ثم يمكن الاستغناء عن قطرات على لوحة التحميل عن طريق جعلها في اتصال مع السطح. وينبغي أن عصا قطرات إلى طرف ماصة، وإعادته إلى حل الأسهم، وتبادل تلميح وإعادة إيداع قطرة جديدة. وفي تطور آخر لنظام إثبات المفهوم الحالي، يمكن تصور التسليم التلقائي للقطرات.
خطوة أخرى حاسمة، قبل تشغيل الحسب، هو إغلاق غطاء التجميع لوحة متوازية. كما ذكر سابقا في البروتوكول، يجب أن ينزلق الغطاء على رأس لوحة التشغيل. يمنع السطح الكاره للماء للغطاء تشويه وإزاحة القطرات الجالسة على لوحة التشغيل. لضمان الحركة السلسة للقطرات ، يوصى بشدة باستخدام لوحة التشغيل البكر ، والتحميل الصحيح للقطرات وتجميع الشرائح. إمكانية إعادة استخدام لوحات التشغيل ممكن; ومع ذلك ، فإن عدد الدورات يعتمد على الفولتية الفولتية الفولتية(الشكل 3)وترسب analyte / كاشف على السطح ، ويعرف أيضا باسم biofouling. استخدمت المنصة المقدمة رقاقة EWOD المطبوعة بالكروم ، والتي يمكن إعادة استخدامها بشكل موثوق للقياسات المتتالية تصل إلى أربع مرات في الجهد التشغيلي من 120 V وتنظيف اللوحة المتوسطة بعد كل تجربة. تم إعادة تدوير لوحات، للحد من تكلفة التجربة الواحدة، عن طريق إزالة التلوث (تنظيف السطح بالتنظيف مع عامل التنظيف غير مخفف قبل الشطف بدقة) وbiofouled المفلورة غير متبلور(جدول المواد)طلاء وتدور طلاء واحد جديد على رأس لوحة. ومع ذلك ، يتطلب إعادة تدوير لوحة التشغيل مناولة يدوية ، وكواشف مكلفة (البوليمرات الفلورية غير المتبلور(جدول المواد))والمعدات المتخصصة (spin-coater). يتم التحقيق في رقائق EWOD البديلة بنجاح مع ركائز فعالة من حيث التكلفة مثل الورق19، أفلام خلات أو لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)20،21. ويمكن لهذه المواد الاستهلاكية التي يمكن التخلص منها أن تيسر الاستخدام الموثوق والميسور التكلفة لمنصة DMF ويمكن أن توفر وسائل لتجنب مسألة القاذورات البيولوجية.
القذورات الحيوية هو القيد الرئيسي لEWOD للتطبيقات البيولوجية22,23. وقد حددت الدراسات السابقة على DMF آليتين تساهمان في القاذورات الحيوية ، وهما الامتزاز السلبي بسبب التفاعلات الكارهة للماء ، والامتزاز الذي يحركه امتالية كهربائية ثابتة تظهر عند تطبيق حقل كهربائي24. النتائج في المادة الحالية تتسق مع هذه النظرية كما تم توثيق لوحة قابلية الاستخدام يقلل من الفولتية تشغيل عالية. أحد التفسيرات الممكنة هو أن البروتينات الممتزة بسهولة على أسطح فلووبوليمر المغلفة (مثل تفلون) والتجميع بشكل أسرع على كريهة بالمقارنة مع الأسطح البكر24. ونتيجة لذلك، من الصعب تحديد الاختبارات المتعلقة بالبروتين على DMF وقد تواجه فقدان تحليل النفس والتلوث المتبادل والدقة المتضائلة17. السيناريو الأسوأ هو عندما كمية حرجة من امتصاص البروتين مما يجعل الجهاز عديم الفائدة. لتقليل القذورات الحيوية ، تم التحقيق في العديد من النهج من تقليل وقت الإقامة للقطرة على الشريحة ، من خلال الطلاء23، إلى المواد المضافة (أي المواد السطحية أو حمض البلوروينك) في قطرات المواد الحيوية المحملة6،22. ومن ثم فإن أحد الجوانب الهامة في عملية إجراء المناعة على EWOD هو اختيار استراتيجيات مضادة للقاذورات الحيوية التي تتوافق مع البروتوكول المحدد في متناول اليد.
تم تصميم منصة DMF الآلية لإجراء اختبار ELISA واحد لكل شوط من السندويشات مع استخدام وحدات تخزين ميكرولتر لكل من الكواشف وanalyte. عندما يكون مطلوبا، ساندويتش التقليدية مجموعات ELISA موجودة على أساس لوحات مغلفة مسبقا 96-well أو 384-well التي تؤدي إلى تركيبة مع معدات المختبرات المساعدة في إنتاجية أعلى لكل شوط؛ على أساس سعر الكواشف فقط ، فإن التكلفة التقريبية للكمية / البئر هي 6.04 دولار أمريكي (580 دولارأمريكي / 96) و 0.33 دولار أمريكي (2 × 580 دولارأمريكي / 384) على التوالي. وهذا يجعل أساليب ELISA التقليدية مثالية لعدد كبير من العينات التي يتم معالجتها عادة من قبل الموظفين التقنيين المدربين في مرافق المختبرات المركزية. غير أنه في المواقع النائية، أظهر التحليل التفصيلي لتكاليف ELISA للرصد البيئي أنه عندما أدرجت التكاليف الرأسمالية (أي تكاليف التشغيل المختبرية، والتكاليف المتكررة، ونقل العينات، والإمدادات، والأفراد) كان السعر الفعلي لكل ELISA 60 دولارا من دولارات الولايات المتحدة منها 34 دولارا للإمدادات لكل عينة25. في المقابل ، فإن منصة DMF المقترحة محمولة ، وتتطلب الحد الأدنى من التدريب للعمل ، ومع الخرز المغلف مسبقًا يمكن أن يوفر تحليلًا من عينة إلى إجابة في دقائق. ومن ثم، يمكن نشر التكنولوجيا المعروضة في مواقع نقاط الاحتياج واستكمال التحليلات المتاحة في المختبرات المركزية.
في قسم النتائج التمثيلية ، تم استخدام منصة المناعة DMF الآلية للكشف المباشر عن مسببات الأمراض من أجل التطبيقات الدفاعية. وتشمل التطبيقات المحتملة الأخرى لمنصة DMF على سبيل المثال لا الحصر التشخيص الحيوي والرصد المستمر وأخذ العينات الآلية. من المحتمل أن يؤثر صندوق التنمية المستدامة على قطاعات متنوعة من نقطة الرعاية للرعاية الصحية الشخصية ، وكذلك مراقبة البيئة الخاضعة للرقابة لحماية المرضى من العدوى المكتسبة من المستشفى المحمولة جواً ، إلى نظام مراقبة المحاصيل للزراعة و إنتاج الغذاء.

وتهدف الطريقة المقترحة إلى تسهيل إعداد العينات الآلية لـ ELISA من خلال الكشف الكمي عن المستضدات باستخدام النهج القائم على EWOD مع الموائع الدقيقة الرقمية (DMF) والفصل المغناطيسي. وقد ثبت للتطبيقات البيولوجية المتعددة أن DMF في تركيبة مع magnetophoresis هو بديل مثير للاهتمام لتطبيقات التعامل مع السائل1. وبشكل أكثر تحديدا، فإن الكشف عن مسببات الأمراض هو جانب ضمني في العديد من القطاعات، بدءا من الرعاية الصحية2 إلى الزراعة والبيئة3،4 إلى الأمن القومي5. يجب أن تتميز تقنية الكشف القادرة على التصدي للتهديدات الناجمة عن مسببات الأمراض بإنتاجية عالية (مثل وقت إجراء تحليل قصير) وكفاءة (الحد المنخفض للكشف - LoD - والحساسية العالية) وخصوصية (لنوع مسببات الأمراض المستهدفة) لتكون وظيفية6.
سابقا، وقد تم تنفيذ DMF EWOD المستندة بنجاح لالنسخ العكسي البوليمرات سلسلة التفاعل (RT-PCR)، والكشف عن مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية (Methicillin مقاومة المكورات العنقودية أو MRSA)، M.pneumonia و C.albicans باستخدام منخفضة الميزانية، وطباعة الدوائر الكهربائية رقاقة والمغناطيسيوفوريس7. تم تطبيق هذه التقنية أيضا للكشف عن الحمض النووي deoxyribonucleic (الحمض النووي) الطفرات من خلال البيروالتسلسل والكشف chemiluminescent8. كما تعمل المنصات القائمة على EWOD على توسيع وظائفها نحو تطبيقات المناعة ، وبالتالي تمكين استرداد العينات واكتشافها في وقت واحد جميعًا داخل منصة واحدة متكاملة. على سبيل المثال ، تم إثبات تصميم واحد لرقاقة EWOD بنجاح مع منصة DMF لاختبار نقطة الرعاية لكل من الاختبارات المناعية المستندة إلى الحبوب من تروبونين القلب الأول من عينة دم كاملة وكتجربة منفصلة RT-PCR للكشف عن MRSA2. هذه الشريحة تستخدم حشو الزيت، الذي يمنع تبخر القطرات ويسهل التلاعب الآلي الموثوق به لأحجام النانولتر. تم التحقيق في التطبيقات الحيوية المتعددة الاستخدامات مع تنفيذ نهج DMF مماثلة تغطي الاختبارات المناعية الكمية المتجانسة وغير المتجانسة9،10 بما في ذلك تصميم الدراسات التجارب (DoE) لتحسين معلمة التحليل11.
على الرغم من مزاياه الواضحة لمعالجة التكثيف بسبب أحجام العمل الضئيلة ، فإن منصة DMF المليئة بالنفط يمكن أن تكون صعبة وتتطلب مستوى معينًا من الخبرة للعمل. الأنظمة المملوءة بالنفط، لأنها تتطلب مكونًا مختومًا، ليست مثالية لتطبيق معين في الميدان حيث تكون قابلية نقل النظام مهمة. وبالإضافة إلى ذلك، سيكون من الصعب جداً، إن لم يكن من المستحيل، استخدام نظام قائم على النفط في بعض التطبيقات المحددة التي تستفيد من جمع المواد الجافة على سطح مثل ما اقترحه تشاو وتشو12،ويونسون - نيدزيولكا وآخرون13،وفوات وآخرون14. في المقابل ، أنظمة خالية من النفط بسيطة لدمج ولها ميزة توفير سهلة رقاقة إلى رقاقة الترجمة عينة. ولهذه الأسباب، تم تطوير الطريقة المقترحة لتوفير عملية تقييم للمناعة المستندة إلى EWOD على DMF والتي لا تتطلب النفط، مما يبسط عملية الجهاز بشكل فعال.
في هذه المساهمة ، نقدم تقريرًا عن استخدام منصة DMF مخصصة وقائمة بذاتها ومؤتمتة بالكامل للاختبارات المناعية ، ونوضح بروتوكول الكشف السريع للجزيئات الحيوية ، وهي: البروتينات والبكتيريا النباتية والجراثيم البكتيرية والفيروسات. وقد ثبت بالفعل مزيج من رقاقة EWOD مع الجسيمات المغناطيسية لإعداد العينة الآلي والهطول المناعي مع قياس MS إضافية خارج الخط15. في الآونة الأخيرة ، تم إثبات التشخيص الميداني ضد الحصبة والحصبة الألمانية IgG في سكان شمال غرب كينيا النائية من قبل مجموعة ويلر16. كل من ويلر ونظامنا ، ويجري نقلها ، مكتفية ذاتيا ، مؤتمتة بالكامل مع وشملت على رقاقة ، والقياسات chemiluminescent في الوقت الحقيقي يمكن القول من بين أنظمة DMF الكشف الحيوي الأكثر تقدما المتاحة.
وقد تم تصميم النظامين مع تطبيقات مختلفة جدا في الاعتبار. يستهدف نظام ويلر العلامات الحيوية للسماح بالتشخيص الطبي الحيوي على المرضى في حين أن نظام الكشف الحيوي لدينا مبني حول متطلبات الدفاع للكشف المباشر عن مسببات الأمراض التي تم أخذ عينات منها سابقًا من الهواء. والتشابه بين الاثنين هو المبدأ الأساسي لتشغيل القطرات، الذي يبين النطاق الواسع للقطاعات المؤثرة على الحياة التي يمكن أن تؤثر فيها التكنولوجيا القائمة على EWOD. وعلى وجه التحديد، يمكن لمنصة الكشف القائمة على حركة الدوحة للأمراض ونظام EWOD المرتبط بها أن تجد آثاراً رئيسية في مجال الصحة (التشخيص الطبي الحيوي)؛ الحماية العسكرية والمدنية (الكشف عن التهديدات)؛ التكنولوجيا الزراعية (رصد المحاصيل) وسلامة العمل (مراقبة البيئة الخاضعة للرقابة)
يتم تقييم أداء منصة DMF لدينا مقابل الكشف الآلي بالكامل عن الزلال المصل البشري (HSA ، بروتين كروي) ، Escherichia coli (E. coli، بكتيريا نباتية) ، عصيات atrophaeus (BG، بوغ بكتيري) و MS2 (فيروس البكتريا). والأهم من ذلك ، فإن طريقة DMF المقترحة متعددة الاستخدامات للغاية بمعنى أنه يمكن تبادل الأجسام المضادة للالتقاط لاستهداف اكتشاف مستضدات أخرى مختلفة عن الأربعة التي يتم النظر فيها في هذه المقالة. تجنب الاستشعار القائم على الأجسام المضادة تماما، يمكن أن منصة DMF بناء لتطبيق محتمل على أساس الاستشعار عن الموجات aptamer، حيث الخرز المغناطيسي تحمل aptamers محددة لالتقاط و / أو الكشف عن النيوكليوتيدات. يتم الكشف عن تصميم وتحقيق المكونات المختلفة التي تشكل منصة DMF متكاملة ومكتفية ذاتياً تمامًا ، بما في ذلك مولد الموجي عالي الجهد وإلكترونيات القيادة في مكان آخر6.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>(4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethanesulfonic acid, HEPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H9897</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human Serum Albumin [15C7]</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab10241</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Human Serum Albumin [1A9] (HRP)</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab24438</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B. atrophaeus (BG) spores</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotinylated Rb anti-BG polyclonal</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotinylated Rb anti-E. coli MRE 162 polyclonal</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotinylated Rb anti-MS2 polyclonal</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blocker Casein</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TFS 37582</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNC Dicing/Cutting Saw</td>
			<td>MTI Corp, USA</td>
			<td>SYJ-400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cytop</td>
			<td>AGC, Japan</td>
			<td>CTL-809M</td>
			<td>Amorphous fluoropolymers. This is a two component coating.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E. coli MRE 162</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-MS2 polyclonal</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamamatsu photodiode</td>
			<td>Hamamatsu, Japan</td>
			<td>S9270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hidrochloric acid (32%)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>W530574</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask manufacturing service</td>
			<td>Compugraphics, Scotland, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MS2 virus</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parylene-C, DPX-C</td>
			<td>Specialty Coating System, USA</td>
			<td>CAS No.: 28804-46-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce Direct Magnetic IP/Co-IP Kit</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>88828</td>
			<td>Contains all buffers and reagents required for enzyme immobilisation. Store at 4 &#176;C.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rb anti-BG polyclonal</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rb anti-E. coli MRE 162 polyclonal</td>
			<td>Dstl, UK</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human Serum Albumin protein, HAS</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab201876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCS Parylene Deposition System</td>
			<td>Specialty Coating System, USA</td>
			<td>2010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer, 4&#39;&#39;, p-type, &#60;100&#62;, 1&#8211;10 &#937;cm</td>
			<td>Pi Kem Ltd</td>
			<td>N/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin Coater</td>
			<td>S&#220;SS MicroTec AG, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperSignal ELISA Femto Maximum Sensitivity Substrate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>37075</td>
			<td>It contains 50 mL of Luminol/ Enhancer and Stable Peroxide solutions. Store at 4 &#176;C.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 80</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>28328</td>
			<td>The manifacturer is Surfact-Amps Detergent Solution.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrowetting-based digital microfluidics platform for automated enzyme-linked immunosorbent assay

الكهربية هو التأثير الذي يتم من خلاله تعديل زاوية الاتصال للقطرة المعرضة لشحنة سطحية. Electrowetting على عازل (EWOD) يستغل خصائص عازلة من الأفلام رقيقة عازل لتعزيز كثافة الشحن ، وبالتالي تعزيز تأثير الكهربية. ويؤدي وجود الشحنات إلى انتشار القطرة الناجمة عن ذلك بالكهرباء مما يسمح بالتلاعب الهادف عبر سطح مسعور. هنا، نُظهر بروتوكولًا قائمًا على EWOD لمعالجة العينات والكشف عن أربع فئات من المستضدات، باستخدام منصة تشغيل سطحية آلية، من خلال نوعين مختلفين من طرق الفحص المناعي المرتبط بالإنزيمات (ELISA). يتم تنفيذ ELISA على الخرز المغناطيسي مع الأجسام المضادة الأولية المشلولة التي يمكن اختيارها لاستهداف مستضد معين. يرتبط الجسم المضاد المترافق مع HRP بالمستضد ويتم خلطه مع H2O2/Luminol للقياس الكمي لمسببات الأمراض التي تم التقاطها. تم تحقيق أوقات الانتهاء من الدراسة بين 6 و 10 دقيقة ، في حين تم استخدام كميات ضئيلة من الكواشف.

تم التحقيق في تأثير الجهد الكهربي من أجل توضيح الظروف المثلى لإجراء المقالات. تم دفع قطرة من المخزن المؤقت في مختلف الفولتية الفولتية الفولتية وسجلت حركتها. وأظهرت النتائج(الشكل 3)وجود ارتباط بين الجهد الجذر المتوسط للتشغيل التربيعي (Vrms)ومتوسط السرعة. ومع ذلك، تم تقليل طول عمر لوحة التشغيل عند استخدام قيم عاليةلـ V rms. وبناء على هذه النتائج، تم اختيار 105 Vrms كجهد التشغيل القياسي، ووجد أن 120V rms تعمل بشكل أفضل لقطرة H2O2/Luminol وتم تنفيذ 165 Vrms لاستخراج LUO. تم تضمين هذه الفولتية في تسلسل البرمجة الآلي(الملف التكميلي 1).
تم اختبار اثنين من المناعة(الشكل 4)بنجاح باستخدام رقاقة EWOD مع منصة DMF لأربعة مسببات أمراض مختلفة(الجدول 1). سهلت رقاقة EWOD الحركة المتتالية للقطرات من منصات التحميل إلى منطقة الخلط وأخيراً إلى النفايات. وكان هناك اثنين من المنظمات الأساسية التي تكررت في جميع أنحاء البروتوكول لإكمال ELISA. الأول كان استخراج LUO; وصف ها هنا، تم دفع قطرات تحتوي على الخرز المعلق إلى موقع الفصل في منتصف منطقة الخلط، تم تنشيط المغناطيس تلقائيا للاقتراب من رقاقة وتجميع الخرز المغناطيسي في بيليه(الشكل 5). بعد ذلك ، تم نقل القطرات نحو وسادة النفايات ، وترك الخرز على لوحة التشغيل ، وبالتالي الانتهاء من استخراج LUO. وكان خلط LUO الرئيسية التالية التي تجري على رقاقة EWOD. تم نقل عينة التحليل مع تركيز غير معروف من مسببات الأمراض على الخرز عن طريق الكهربة. ثم تم إعادة تعليق الخرز عن طريق تحريك القطرات مع الخرز المقطوع فوق منطقة الخلط (10 منصات في المجموع). وكان هذان الـ LUOs ضروريين حيث يسّران معالجة عينة مصغرة وسريعة وقابلة للاستنساخ مع الكشف المتتالي عن مسببات الأمراض في 6 إلى 10 دقيقة.
ولتلبية المستويات المطلوبة من التشغيل الآلي، يمكن إدخال اختلافات في البروتوكول. على سبيل المثال ، تم فصل الخرز عن القطرة المستضدة المستنفدة ، والتي تم نقلها بعد ذلك إلى وسادة النفايات ، مكررة LUO الاستخراج الأساسي. في هذه المرحلة ، يمكن للبروتوكول أن يتفرع اعتمادًا على ما إذا كان الجسم المضاد للكشف مترافقًا مع HRP بالفعل ، باستخدام ثمانية من LUOs بشكل فعال في المجموع للكشف عن المستضدات المختلفة(الشكل 7A-C). في هذه الحالات ، تم إحضار القطرات مع الجسم المضاد للكشف إلى الخرز ثم مختلطة عن طريق التشغيل. بدلاً من ذلك، يمكن ربط الأجسام المضادة للكشف باقتران Neutravidin-HRP بالتتابع في الموقع على رقاقة EWOD، كما تم إثباتها للقياس الكمي للكولاي (الشكل 7D). كلا البروتوكولين ، وثمانية وعشر خطوات ELISA(الشكل 4)، وأسفرت عن الكشف عن المستضدات استنساخها.
تم تنوع أوقات الحضانة وتركيزات الاقتران للعثور تجريبيًا على الظروف المثلى للمقاة(الشكل 7A). ووجد أن وقت الحضانة من 160 s وتركيز ملاقاة من 2 ميكروغرام/مل حققت أفضل إشارة إلى نسبة الضوضاء مع زيادة 36٪ من قوة الإشارة وتقريبا أي تغيير في مستويات الضوضاء الخلفية. تم تعديل جميع الأرقام والبيانات المستخدمة في قسم النتائج التمثيلية من عمل سابق6.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>الابتدائي / التقاط الأجسام المضادة</td>
			<td>الكشف عن الأجسام المضادة</td>
			<td>Antigen</td>
		</tr>
<tr>
<td>لمكافحة الإنسان مصل الألبومين [15C7] (المضادة HSA، Abcam ab10241)</td>
			<td>الحصان الفجل بيروكسيديز (HRP) الموسومة المضادة HSA [1A9] (Abcam ab24438)</td>
			<td>ألبوم المصل البشري (HSA, Abcam)</td>
		</tr>
<tr>
<td>RB المضادة لBG polyclonal</td>
			<td>Biotinylated Rb المضادة لBG polyclonal</td>
			<td>ب. جلوببيجي (BG) الجراثيم</td>
		</tr>
<tr>
<td>Rb مكافحة E.coli MRE 162 polyclonal</td>
			<td>Biotinylated Rb المضادة للكولاي 162 MRE polyclonal</td>
			<td>E. coli MRE 162</td>
		</tr>
<tr>
<td>الماعز المضادة MS2 متعدد الكلونة</td>
			<td>Biotinylated Rb المضادة MS2 متعدد الكلونة</td>
			<td>فيروس البكتيريا MS2</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 1: المستضدات والأجسام المضادة التي تم اختبارها باستخدام هذا البروتوكول. تم استخدام أربعة أنواع من مستضدات مسببات الأمراض لإظهار قدرات رقاقة EWOD مع منصة DMF.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig1a.jpg"> الشكل 1: تصميم لوحة EWOD. (أ)التدوين التخطيطي للوحة تشغيل EWOD مع موصلات (مربعات ، أعلى) التي ترتبط (خطوط) إلى الأقطاب (المربعات ، القاع). يتم تعيين رقم لكل لوحة ويمكن معالجتها من رمز البرنامج(الملف التكميلي 1). يتم وضع علامة على منصات التحميل الكهربائي بواسطة الأسهم ويشار إليها بحرف كبير فوق أو تحت كل لوحة. ومن السمات الرئيسية لمنصة DMF منطقة الخلط المكونة من عشر منصات (رقم 31، 32، 33، 36، 37، 42، 43، 44، 46، 47). كدليل مرئي، يتم وضع علامة على منطقة الخلط بمستطيل أحمر. (ب)ميكروغراف لتصميم الشبكة الدقيقة للمنصات. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig1alarge.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig2.jpg"> الشكل 2: المكونات والمراحل الرئيسية لتجميع نظام الموائع الإلكترونية الرقمية (DMF). (أ) إصلاح لوحة تشغيل EWOD، ووضع الشيم على مرحلة الدورية وتحميل قطرات. (ب) وضع لوحة الغطاء. (C) جبل حالة المغناطيس، وربط المزالج وتدوير المرحلة 180 درجة. (د) المغناطيس الآلي يشير إلى الأسفل. تفقد موضع وشكل القطرات، وتحقق من أن يتم محاذاة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) دبابيس مع جهات الاتصال على رقاقة EWOD، وربط كاشف الصور ووضعه في فتحة كاشف الصور. بعد توصيل إلكترونيات التحكم بجهاز كمبيوتر، يكون النظام جاهزًا لتشغيل النسخة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig2alarge.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig3large.jpg"> الشكل 3: الاستخدام المتكرر للوحات التشغيل والتأثير على جهد التشغيل. يتم رسم متوسط سرعة قطرة من المخزن المؤقت قيد التشغيل كدالة لجهد التشغيل (الدوائر الزرقاء) والانحراف المعياري عن ثلاثة قياسات مستقلة (N = 3). هنا يشير عدد المقايسات لكل لوحة (القضبان الرمادية) إلى الاضمحلال المعزز للسطح في الفولتية الأعلى. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig3large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig4a.jpg"> الشكل 4: رسم تخطيطي للأدوات المناعية التي تم اختبارها باستخدام EWOD. تمثل كل دائرة في هذا الرسم التخطيطي حجم 2.5 ميكرولتر محملة على شريحة EWOD. البروتوكول الأول (على الجانب الأيسر) يظهر ثمانية LUOs باستخدام الأجسام المضادة المختلطة مسبقا- HRP مرابطة; في حين أن البروتوكول الثاني يشمل عشرة LUOs ، إضافة بشكل منفصل من الأجسام المضادة للكشف biotinylated ، استخراج خرزة وملزمة متتالية من Neutravidin - HRP ملاطة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig4large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig5.jpg"> الشكل 5: استخراج البزة المغناطيسية. يتم تقسيم هذه العملية إلى (a-c) تنشيط القطرة مع الخرز المغناطيسي المعلق إلى موقع الفصل المغناطيسي في منتصف منطقة الخلط (لوحة رقم 33)، (د، ه) المغناطيس يتحرك في موقف التركيز الخرز، (و، ز، ح) يتم عقد الخرز في مكان من قبل القوة المغناطيسية في حين يتم تنشيط قطرات بعيدا من قبل EWOD نحو لوحة النفايات (وسادة رقم 41). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig5alarge.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig6.jpg"> الشكل 6: تسلسل كامل للاقاعي باستخدام EWOD، مع إظهار الكواشف، وتحميل العينات وعمليات وحدة المختبر. يحتوي كل صف على سلسلة من صور العينة من العمليات المميزة على قطرة. وتنقسم العمليات إلى أعمدة. لا يتم إجراء خلط للحبات في تعليق، التي قدمها خط مكسورة سوداء. ويشار إلى الاتجاهات قطرة بواسطة الأسهم الزرقاء، يتم تسليط الضوء على الخرز في واحدة من الصور من قبل سهم برتقالي. يفصل المربع الرمادي (الزاوية اليمنى السفلى) بين الصورتين اللتين تمثلان الحركة والموقع في منطقة الكشف ، وتبرز دائرة الخط المكسور منطقة الكشف. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig6alarge.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60489/60489fig7a.jpg"> الشكل 7: منحنيات المعايرة من الاختبارات المناعية التي أجريت على رقاقة EWOD مع منصة DMF. كما ذكرت سابقا6 يتم عرض الفولتية الناتج (mV) مقابل تركيزات ل: (A) الألبومين المصل الإنسان، الذي يستخدم لدراسة تأثير تركيز الأجسام المضادة مُقازة [C] ووقت الحضانة، tinc،يقاس من خلط الخرز مع analyte المعروفة حتى استخراج LUO، (B) B. atrophaeus (BG) الجراثيم التي تظهر استنساخ المناعة، (C) MS2 bacteriophage المناعي، و (D) عشرة-LUOs نتائج البروتوكول ل إي كولاي. الاختصارات: وحدات تشكيل المستعمرة (cfu) ، وحدات تشكيل البلاك (pfu) ، عدد التجارب المستقلة (N) ، تشغيل الوحدة المختبرية (LUO). الشكل المعدل من المنشور السابق6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/60489fig7large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
ملف تكميلي1: تسلسل كامل لتشغيل منصة DMF لELISA اختبار الآلي مع Neutravidin-HRP كما مُلمع. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/APPENDIX_A.docx" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.</a>
الملف التكميلي 2: يتم عرض واجهة المستخدم الرسومية لقياس الكيمياء ومثال من قياس مع البرنامج. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60489/APPENDIX_B.docx" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لتحميل هذا الملف.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Electrowetting-based Digital Microfluidics Platform for Automated Enzyme-linked Immunosorbent Assay at JoVE.com

Electrowetting-based Digital Microfluidics Platform for Automated Enzyme-linked Immunosorbent Assay

microfluidic الرقمية القائمة على الكهربية هي تقنية تستخدم تغييرًا مدفوعًا بالجهد في زاوية الاتصال الظاهرة لقطرة بحجم ميكرولتر لتسهيل التلاعب بها. الجمع بين هذا مع الخرز المغناطيسي وظيفية تمكن من دمج عمليات وحدة مختبرية متعددة لإعداد عينة وتحديد مسببات الأمراض باستخدام الانزيم المرتبطة المناعة الاختزال (ELISA).

منصة Microfluidics الرقمية المستندة إلى الكهربية للعينات المناعية المناعية المرتبطة بالإنزيمات الآلية

Electrowetting is the effect by which the contact angle of a droplet exposed to a surface charge is modified. Electrowetting-on-dielectric (EWOD) exploits ...

أتمتة تفعيل قطرات الفردية تسمح تسلسل معقدة من عملية وحدة مختبرية ليتم إحضارها في رقاقة واحدة. لدينا منصة microfluidic الرقمية يعالج الكشف السريع محددة في الميدان من مسببات الأمراض الفيروس. ويستند هذا الأسلوب على الكشف الكمي من مستضدات محددة باستخدام microfluidics الرقمية المستندة إلى EWOD في تركيبة مع المناعة المغناطيسي.في هذه المساهمة، يتم تقييم الطريقة على أساس العينات التي تحتوي على تركيزات مختلفة من البكتيريا والجراثيم والفيروسات والبروتينات. هذه العملية مؤتمتة بالكامل، متتابعة، قابلة للتطوير، ومتعددة الاستخدامات. يمكن تعديل تسلسل وحدة تخزين القطرات لتتناسب مع متطلبات بروتوكول معين.تجنب الاستشعار القائم على الأجسام المضادة تماما، منصة microfluidics الرقمية يمكن أن بناء إلى تطبيق محتمل على أساس biossing aptamer حيث الخرز المغناطيسي تحمل aptamers محددة لالتقاط والكشف عن تسلسل النيوكليوتيدات. عند محاولة هذه التقنية للمرة الأولى، من المهم أن تنظر في نوع من السطحي وكيف يتفاعل مع اختيارك للكيمياء الحيوية وطلاء البوليمر الماعور. تبدأ عن طريق إزالة المغناطيس من microfluidics الرقمية أو منصة DMF ووضعه على مقاعد البدلاء.ضع لوحة تنظيف على المسرح الدوار مع الكروم الذي يواجه إلى الأعلى، ومحاذاة اللوحة مع الزاوية اليسرى العليا من المرحلة المُجَفَلَة. المشبك لوحة التشغيل من أعلى باستخدام لوحة مع دبابيس الاتصال 47، والتي سوف تأمين لوحة في مكان وتسهيل المحاذاة مع دبابيس الاتصال. ثم لوحة 0.5 ملليمتر شيم وفاصل PMMA ملليمترين على مرحلة الدورية لتوفير فجوة تسيطر عليها بين التشغيل ولوحات الغطاء.لتحميل القطرات على منصات التحميل المقترحة، aliquot أربع قطرات ميكرولتر 2.5 من المخزن المؤقت على منصات B و A و R و E باستخدام قطرة واحدة لكل وسادة. ثم aliquot 2.5 ميكرولترات من محلول بيروكسيد الهيدروجين المضيء على لوحة E المشار إليها. بعد ذلك ، aliquot 2.5 microliters من نيوترافيدين مترافقة إلى هروب هروبوية الأجسام المضادة الثانوية والميكروبات على F ، G ، وأنا تدل على منصات على التوالي.وأخيرا ، aliquot 2.5 ميكرولترات من العينة غير معروف على لوحة تدل على جيم. ضع لوحة الغلاف على سطح المنصة بجانب منطقة الاستراحة المستديرة وانزلقها بشكلٍ كبير في الاستراحة وعلى قمة لوحة التشغيل. وضع المغناطيس الدائم على رأس لوحة الغطاء وتأمينه عن طريق انزلاق المزالج اثنين، ثم تدوير المرحلة بنسبة 180 درجة وفحصها بصريا للتأكد من أن قطرات محملة لا تزال في مكانها.تأكد من أن موضع التحميل لكل قطرة يطابق تسلسل التشغيل المبرمج في البرنامج. ضع جهاز photodetector الذي تم فحصه في فتحة المرحلة الدوارة وتوصيل الكابل. ضع الغطاء فوق النظام الأساسي DMF وابدأ تسلسل البرنامج باستخدام واجهة البرنامج.يتم تسجيل موقع القطيفة عن طريق الاستشعار بالسعة ويمكن بعد ذلك أن يلاحظ على واجهة المستخدم. سيقوم تسلسل البرنامج بمطالبة الرسائل التي تظهر على الواجهة لإبلاغ المشغل بأن قطرات لومينول جاهزة لجمع الخرز المغناطيسي المستخرج أو أن قطرات الكشف جاهزة لنقلها إلى موقع الكشف. وفي كلتا الحالتين، يلزم أن يتم التأكيد من المشغل.يتم قراءة كثافة الضوء الناتجة عن التفاعل chemiluminescent بواسطة photodetector وتسجيلها في الوقت الحقيقي. للعمل في الوضع المرئي لتحسين البروتوكولات، ابدأ تسلسل البرنامج باستخدام واجهة البرنامج. يمكن تصور التشغيل التلقائي للقطر على الشريحة لكل خطوة من خطوات الفحص الحرجة ، مثل الاستخراج المغناطيسي للخرزات ، وإعادة دمج الخرز والاختلاط.عندما يطلب منه، جبل يمكن فحص ضوئي في شق من المرحلة الدورية. يمكن توصيل كابل ضوئي ضوئي فحصها عن طريق إدراج دبابيس في المقبس. ضع الغطاء على منصة DMF واستأنف الفحص.يتم رصد القطرات عن طريق الاستشعار بالسعة ويمكن ملاحظتها على واجهة المستخدم. لتنظيف المعدات، افتح غطاء منصة DMF وتناوب على المرحلة 180 درجة. Unhinge غلاف المغناطيس وإزالة المغناطيس من مرحلة الدورية.إزالة رقاقة السيليكون من زلة مع زوج من الملاقط وشطفه بالماء المقطر. ثم جففه بالهواء المضغوط وضعه في طبق بيتري حيث يمكن تخزين الرقاقة وإعادة استخدامها. استخدام ميكروريبيت لإزالة النفايات السائلة من لوحة دون لمس السطح وتنظيف السطح عن طريق فتل السائل من لوحة التشغيل باستخدام ورقة ماصة.للتحقيق في تأثير الجهد الكهربائي، تم دفع قطرة من المخزن المؤقت في مختلف الفولتيات وجرى تسجيل حركتها. وقد ثبت وجود ارتباط بين Vrms ومتوسط السرعة ولوحظ وجود هضبة للسرعة بعد قيمة معينة من Vrms. تم تقليل طول عمر لوحة التشغيل عندما تم استخدام قيم عالية لـ Vrms.وبالنسبة لعملية وحدة معمل الاستخراج، تم نقل القطرات التي تحتوي على الخرز المعلق إلى موقع الفصل في وسط منطقة الخلط. ثم تم تنشيط المغناطيس تلقائيا للاقتراب من رقاقة والتركيز على الخرز. بعد ذلك ، تم نقل القطرة نحو وسادة النفايات ، تاركة الخرز.وقد سهلت عمليات الاستخراج والخلط في وحدة المختبر على شريحة EWOD معالجة عينات مصغرة وسريعة وقابلة للتكرار مع الكشف المتتالي لمسببات الأمراض في 6 إلى 10 دقائق. وتباينت أوقات الحضانة وتركيزات الإجنوب للعثور على الظروف المثلى للتشقيم. ووجد أن وقت الحضانة من 160 ثانية وتركيز متقارن من اثنين ميكروغرام لكل ملليلتر حققت أفضل نسبة إشارة إلى الضوضاء.يمكن إدخال الاختلافات في البروتوكول لتحقيق المستويات المطلوبة من التشغيل الآلي. تم استخدام ELISA ذات الخطوات الثماني للكشف عن المستضدات المختلفة مثل جراثيم Bacillus atrophaeus وbacteriophage MS2. وفي الوقت نفسه، تم استخدام البروتوكول من 10 خطوات لتحديد الإشريكية القولونية.من المهم التأكد من أن الفولتية المطبقة ، وتركيزات التحليلات والكواشف هي الأمثل لتفعيل القطرات والفصل المغناطيسي الناجح على الشريحة. ولتحقيق قياس دقيق، ينبغي النظر في قدرة ربط الخرز وقد تكون هناك حاجة إلى عمليات تخفيف متسلسلة من التحليلات. من خلال تبادل نوع من الأجسام المضادة، يمكن للمرء أن الكشف عن مسببات الأمراض المختلفة من واحد ذكرت في قسم النتائج.ويمكن أيضاً تطبيق هذه الطريقة على سبيل المثال بالنسبة لاكتشاف العلامات البيولوجية أو تشخيص نقاط الرعاية. وبالإضافة إلى التطبيقات التي سبق عرضها، تم تطوير النظام مع وضع الكشف في الميدان عن مسببات الأمراض المحمولة جوا في الاعتبار. DMF هو منصة مثالية لهذا التطبيق لأن حجم قطرة يطابق إخراج العينات الأخرى التي قمنا بتطويرها مؤخرا.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Organotypic Collagen I Assay: A Malleable Platform to Assess Cell Behaviour in a 3-Dimensional Context

عضوي النمط I الكولاجين الفحص: A منهاج طيع لتقييم سلوك الخلية في سياق الأبعاد 3-

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and ...

GENPLAT: an Automated Platform for Biomass Enzyme Discovery and Cocktail Optimization

GENPLAT : منبرا الآلي لاكتشاف انزيم الكتلة الحيوية والتحسين كوكتيل

The high cost of enzymes for biomass deconstruction is a major impediment to the economic conversion of lignocellulosic feedstocks to liquid ...

Endothelialized Microfluidics for Studying Microvascular Interactions in Hematologic Diseases

Endothelialized على microfluidics لدراسة التفاعلات الاوعية الدموية الدقيقة في الأمراض الدموية

Advances in  microfabrication techniques have enabled the production of inexpensive and  reproducible microfluidic systems for conducting biological and ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

A منصة الآلي تنوعا للتجارب تحفيز الخلية الصغيرة الحجم

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

الضغط خلية باعتبارها قوية، ميكروفلويديك بين الخلايا توصيل منصة

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

باستخدام رقائق الموائع الدقيقة للتصوير لايف ودراسة الردود الإصابات في<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; يرقات

Live imaging is an important technique for studying cell biological processes, however this can be challenging in live animals. The translucent cuticle of ...

The Submerged Printing of Cells onto a Modified Surface Using a Continuous Flow Microspotter

الطباعة المغمورة من خلايا على سطح معدلة باستخدام التدفق المستمر Microspotter

The printing of cells for microarray applications possesses significant challenges including the problem of maintaining physiologically relevant cell ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

متعدد الألوان كشف الإسفار عن القطرة على microfluidics عن طريق الألياف البصرية

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

منصة موائع جزيئية "التصوير الطولي" في ايليجانس كاينورهابديتيس

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

منصة موائع جزيئية أولتراهيغ الإنتاجية لتسلسل جينوم خلية واحدة

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...