Name: computer numerical control micromilling of a microfluidic acrylic device with a staggered restriction for magnetic nanoparticle-based immunoassays
Uploaded: 2022-06-23T13:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays at JoVE.com

تم دعم هذا العمل من قبل Conacyt، المكسيك بموجب منحة 312231 من "برنامج Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación"، ومن AMEXCID ووزارة العلاقات الخارجية المكسيكية (SRE) بموجب منحة "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2". JAHO تشكر Conacyt Mexico على منحة الدكتوراه.

1. الطحن الدقيق
<ol><li>طحن السطح<ol><li>قم بتشغيل آلة الطحن الدقيقة ووحدة التحكم الكهرضغطية. ابدأ برنامج التحكم الخاص بهم12.</li>
		<li>حدد لقم المطحنة النهائية المطلوبة (أقطار 200 ميكرومتر و 800 ميكرومتر). ضعها في المقصورة المناسبة لآلة الطحن (الشكل 1).</li>
		<li>قطع مس?...

<ol>
	<li>Ng, A. H. C., Uddayasankar, U., 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=Immunoassays+in+microfluidic+systems.">Immunoassays in microfluidic systems.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 397 (3), 991-1007 (2010).</li><li>Berlanda, S. F., Breitfeld, M., Dietsche, C. L., Dittrich, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+microfluidic+technology+for+bioanalysis+and+diagnostics.">Recent advances in microfluidic technology for bioanalysis and diagnostics.</a> Analytical Chemistry. 93 (1), 311-331 (2021).</li><li>Teste, 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=Microchip+integrating+magnetic+nanoparticles+for+allergy+diagnosis.">Microchip integrating magnetic nanoparticles for allergy diagnosis.</a> Lab on a Chip. 11 (24), 4207-4213 (2011).</li><li>Guevara-Pantoja, P. E., S&#225;nchez-Dom&#237;nguez, M., Caballero-Robledo, 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=Micro-nanoparticles+magnetic+trap:+Toward+high+sensitivity+and+rapid+microfluidic+continuous+flow+enzyme+immunoassay.">Micro-nanoparticles magnetic trap: Toward high sensitivity and rapid microfluidic continuous flow enzyme immunoassay.</a> Biomicrofluidics. 14 (1), 014111 (2020).</li><li>Khizar, 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=Magnetic+nanoparticles+in+microfluidic+and+sensing:+From+transport+to+detection.">Magnetic nanoparticles in microfluidic and sensing: From transport to detection.</a> Electrophoresis. 41 (13-14), 1206-1224 (2020).</li><li>Podaru, G., Chikan, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CHAPTER+1:+Magnetism+in+nanomaterials:+Heat+and+force+from+colloidal+magnetic+particles.">CHAPTER 1: Magnetism in nanomaterials: Heat and force from colloidal magnetic particles.</a> Magnetic Nanomaterials: Applications in Catalysis and Life Sciences. , 1-24 (2017).</li><li>Reynoso-Hern&#225;ndez, K. B., Guevara-Pantoja, P. E., Caballero-Robledo, 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=Capture+efficiency+of+magnetic+nanoparticles+through+the+compaction+effect+of+a+microparticles+column.">Capture efficiency of magnetic nanoparticles through the compaction effect of a microparticles column.</a> Physical Review E. 104 (2), 024603 (2021).</li><li>Gale, B. 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=A+review+of+current+methods+in+microfluidic+device+fabrication+and+future+commercialization+prospects.">A review of current methods in microfluidic device fabrication and future commercialization prospects.</a> Inventions. 3 (3), 60 (2018).</li><li>Liu, K., Fan, Z. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoplastic+microfluidic+devices+and+their+applications+in+protein+and+DNA+analysis.">Thermoplastic microfluidic devices and their applications in protein and DNA analysis.</a> Analyst. 136 (7), 1288-1297 (2011).</li><li>Guckenberger, D. J., de Groot, T. E., Wan, A. M. D., Beebe, D. J., Young, E. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromilling:+A+method+for+ultra-rapid+prototyping+of+plastic+microfluidic+devices.">Micromilling: A method for ultra-rapid prototyping of plastic microfluidic devices.</a> Lab on a Chip. 15 (11), 2364-2378 (2015).</li><li>Guevara-Pantoja, P. E., Jim&#233;nez-Vald&#233;s, R. J., Garc&#237;a-Cordero, J. L., Caballero-Robledo, 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=Pressure-actuated+monolithic+acrylic+microfluidic+valves+and+pumps.">Pressure-actuated monolithic acrylic microfluidic valves and pumps.</a> Lab on a Chip. 18 (4), 662-669 (2018).</li><li>Guevara-Pantoja, P. E., Chavez-Pineda, O. G., Solis-Serrano, A. M., Garcia-Cordero, J. L., Caballero-Robledo, 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=An+affordable+3D-printed+positioner+fixture+improves+the+resolution+of+conventional+milling+for+easy+prototyping+of+acrylic+microfluidic+devices.">An affordable 3D-printed positioner fixture improves the resolution of conventional milling for easy prototyping of acrylic microfluidic devices.</a> Lab on a Chip. 20 (17), 3179-3186 (2020).</li><li>Friedrich, C. R., Vasile, M. J. <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+the+micromilling+process+for+high-aspect-ratio+microstructures.">Development of the micromilling process for high-aspect-ratio microstructures.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 5 (1), 33-38 (1996).</li><li>Malayath, G., Sidpara, A. M., Deb, S. <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+different+materials+response+in+micro+milling+using+four+edged+micro+end+mill+tools.">Study of different materials response in micro milling using four edged micro end mill tools.</a> Journal of Manufacturing Processes. 56, 169-179 (2020).</li><li>Jiang, J., 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+single+low-cost+microfabrication+approach+for+polymethylmethacrylate,+polystyrene,+polycarbonate+and+polysulfone+based+microdevices.">A single low-cost microfabrication approach for polymethylmethacrylate, polystyrene, polycarbonate and polysulfone based microdevices.</a> RSC Advances. 5 (45), 36036-36043 (2015).</li><li>Sun, Y., Kwok, Y. C., Nguyen, N. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-pressure,+high-temperature+thermal+bonding+of+polymeric+microfluidic+devices+and+their+applications+for+electrophoretic+separation.">Low-pressure, high-temperature thermal bonding of polymeric microfluidic devices and their applications for electrophoretic separation.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 16 (8), 1681-1688 (2006).</li><li>Tsao, C. W., Hromada, L., Liu, J., Kumar, P., DeVoe, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+temperature+bonding+of+PMMA+and+COC+microfluidic+substrates+using+UV/ozone+surface+treatment.">Low temperature bonding of PMMA and COC microfluidic substrates using UV/ozone surface treatment.</a> Lab on a Chip. 7 (4), 499-505 (2007).</li><li>Bamshad, A., Nikfarjam, A., Khaleghi, H. <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+simple+and+fast+thermally-solvent+assisted+method+to+bond+PMMA-PMMA+in+micro-fluidics+devices.">A new simple and fast thermally-solvent assisted method to bond PMMA-PMMA in micro-fluidics devices.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 26 (6), 065017 (2016).</li><li>Ogilvie, I. R. 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=Reduction+of+surface+roughness+for+optical+quality+microfluidic+devices+in+PMMA+and+COC.">Reduction of surface roughness for optical quality microfluidic devices in PMMA and COC.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 20 (6), 065016 (2010).</li></ol>

تم تصنيع جهاز الموائع الدقيقة الأكريليك للمقايسات المناعية باستخدام الجسيمات النانوية كدعم مناعي باستخدام تقنية الطحن الدقيق. تتميز طريقة التصنيع المباشر على الركيزة بميزة تجنب استخدام القالب الرئيسي والوقت والتكاليف التي ينطوي عليها ذلك. ومع ذلك ، فإنه يقتصر على النماذج الأولية السري...

في السنوات الأخيرة ، لعبت الموائع الدقيقة دورا مهما في تقنيات المقايسة المناعية1. تتميز تقنية التصغير بالعديد من المزايا البارزة مقارنة بالمقايسات المناعية التقليدية ، مثل تقليل استهلاك العينات والكواشف ، وأوقات الحضانة الأقصر ، وتبادل الحلول بكفاءة ، والتكامل العالي والأتمتة2.
علاوة على ذلك ، فإن أنظمة الموائع الدقيقة في المقايسات المناعية ، بالاشتراك مع الجسيمات النانوية المغناطيسية كدعم مناعي ، تقلل بشكل كبير من أوقات الحضانة ، مما يحقق حساسية عالية للكشف بسبب زيادة نسبة السطح إلى الحجم3. تعمل الحركة البراونية للجزيئات على تحسين حركية التفاعل أثناء تكوين مجمع الأجسام المضادةللمستضد 4,5. علاوة على ذلك ، توفر الخصائص المغناطيسية للجسيمات النانوية تنوعا ليتم دمجها في تكوينات مختلفة لأجهزة الموائع الدقيقة ، مما يجعلها مرشحا مثاليا للإشارة والتقاط الجزيئات في أنظمة الاستشعار الحيوي المصغرة على الرقاقة5. ومع ذلك ، فإن القوى المغناطيسية أضعف بكثير من قوى السحب على مقياس النانومتر بسبب ارتفاع نسبة السطح إلى الحجم6. لذلك ، قد يكون التقاط الجسيمات النانوية لخطوات المقايسة المناعية الحاسمة مثل الغسيل والكشف أمرا صعبا ، والمغناطيس التقليدي غير كاف4.
طريقة فعالة لمعالجة الجسيمات النانوية هي استخدام مصيدة مغناطيسية موائع دقيقة تتكون من جزيئات الحديد الدقيقة ، والتي يتم تعبئتها في بنية الموائع الدقيقة3. لذلك ، عندما يقترب مغناطيس خارجي ، يتم إنشاء تفاعل معقد داخل الوسط المسامي الممغنط بين القوى المغناطيسية وقوى التدفق. القوة المغناطيسية المؤثرة على الجسيمات النانوية قوية بما يكفي لالتقاطها ومقاومة سحب التدفق3،4،7. يتطلب هذا النهج تقنيات التصنيع الدقيق التي تحقق قرارات في حدود بضعة ميكرومترات لتوليد هياكل ميكرومترية تحتفظ بالجسيمات الدقيقة.
تسمح تقنيات التصنيع الدقيق الحالية بتصنيع الهياكل عالية الدقة من بضعة ميكرونات إلى مئات النانومتر8. ومع ذلك ، فإن العديد من هذه التقنيات تتطلب معدات متخصصة أو باهظة الثمن أو معقدة. تتمثل إحدى الصعوبات الرئيسية في الحاجة إلى غرفة أبحاث لتصنيع القوالب ، والتي لا تزال مكلفة وتستغرق وقتا طويلا 8,9. في الآونة الأخيرة ، تغلب مهندسو الموائع الدقيقة على هذا العيب من خلال تطوير مجموعة متنوعة من طرق التصنيع البديلة ، مع مزايا مختلفة مثل انخفاض التكاليف ، وأوقات التسليم الأسرع ، والمواد والأدوات الأرخص ، وزيادة الوظائف8. وبهذه الطريقة ، أدى تطوير تقنيات التصنيع الدقيق الجديدة إلى جلب طرق منخفضة التكلفة وغير غرف الأبحاث تحقق دقة منخفضة تصل إلى 10 ميكرومتر8. يمكن استخدام الزخرفة مباشرة على الركيزة دون إنشاء نمط صب باهظ الثمن ، وبالتالي تجنب عملية تستغرق وقتا طويلا. تشمل طرق التصنيع المباشر الطحن باستخدام الحاسب الآلي والاجتثاث بالليزر والطباعة الحجرية المباشرة8. كل هذه الطرق مناسبة لإنتاج قنوات ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية في مجموعة واسعة من المواد ، بغض النظر عن صلابتها9 ، مما يتيح هندسة وسلوكيات فيزيائية وصفات جديدة ومفيدة في أجهزة الموائع الدقيقة8.
يقوم الطحن الدقيق CNC بإنشاء هياكل مجهرية باستخدام أدوات القطع التي تزيل المواد السائبة من الركيزة وهي طريقة تصنيع فعالة لأجهزة الموائع الدقيقة10,11. يمكن أن تكون تقنية micromilling مفيدة في تطبيقات الموائع الدقيقة لإنشاء قنوات وميزات دقيقة مباشرة على سطح العمل ، مما يوفر ميزة رئيسية: يمكن تصنيع قطعة العمل في وقت قصير (أقل من 30 دقيقة) ، مما يقلل بشكل كبير من وقت الاستجابة من التصميم إلى النموذج الأولي12. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التوافر الواسع لملحقات القطع من مختلف المواد والأحجام والأشكال يجعل آلات الطحن CNC أداة مناسبة سمحت بتصنيع ميزات مختلفة في العديد من أنواع المواد منخفضة التكلفة التي تستخدم لمرة واحدة13.
من بين جميع المواد المستخدمة بشكل شائع في الطحن الدقيق ، تظل اللدائن الحرارية خيارا رائدا نظرا لخصائصها المواتية العديدة وتوافقها مع التطبيقات البيولوجية10,14. تعتبر اللدائن الحرارية ركيزة جذابة لأنظمة الموائع الدقيقة نظرا لمزاياها الكبيرة لتطوير أنظمة تحليلية منخفضة التكلفة يمكن التخلص منها9. بالإضافة إلى ذلك ، هذه المواد قابلة للغاية لعمليات التصنيع ذات الحجم الكبير ، مما يجعلها مناسبة للتسويق والإنتاج الضخم. لهذه الأسباب ، تم اعتبار اللدائن الحرارية مثل PMMA مواد موثوقة وقوية منذ السنوات الأولى من الموائع الدقيقة10. تم وصف بروتوكولات مختلفة لتصنيع القنوات المغلقة في اللدائن الحرارية ، مثل الترابط بالمذيبات15 ، والترابط الحراري 16 ، والأشعة فوق البنفسجية (UV) / رابطة المعالجة السطحية للأوزون17.
في كثير من الحالات ، لا تكون دقة تحديد المواقع التي تم تحقيقها باستخدام آلات الطحن الدقيقة التقليدية كافية لبعض تطبيقات الموائع الدقيقة التي تتطلب هياكل أصغر من 10 ميكرومتر. الطحن الدقيق المتطور لديه دقة كافية. لسوء الحظ ، نظرا لارتفاع الأسعار ، يقتصر استخدامه على حفنة من المستخدمين12. في السابق ، أبلغت مجموعتنا البحثية عن تصنيع ومعالجة أداة منخفضة التكلفة تسمح بهياكل تصنيع أقل من 10 ميكرومتر ، والتغلب على دقة آلات الطحن التقليدية12. لاعبا اساسيا عبارة عن منصة تم تصنيعها بواسطة طباعة 3D مع إلكترونيات بسيطة ، تحتوي على ثلاثة مشغلات كهرضغطية. يحتوي السطح على مفاصل على شكل مفصلي تسمح برفعه عندما تعمل العناصر الكهرضغطية في وقت واحد. يمكن التحكم في إزاحة المحور Z بدقة 500 نانومتر ودقة ±1.5 ميكرومتر12.
يعرض هذا البحث خطوات عملية تصنيع جهاز الأكريليك (PMMA) من خلال تقنية الطحن الدقيق. يتكون تصميم الرقاقة من قناة رئيسية بعرض 200 ميكرومتر وارتفاع 200 ميكرومتر وقناة جانبية بنفس الأبعاد لتطهير تدفق الكواشف. في المنطقة الوسطى ، تتم مقاطعة القناة من خلال تقييد مادي يبلغ ارتفاعه 5 ميكرومتر فقط ، ملفقة بمنصة كهرضغطية مطبوعة ثلاثية الأبعاد صنعتها هذه المجموعة12 ، لالتقاط الجسيمات الدقيقة المغناطيسية التي تشكل مصيدة مغناطيسية للجسيمات النانوية عن طريق وضع مغناطيس خارجي. نعرض تشغيل جهاز الموائع الدقيقة عن طريق إجراء اختبار مناعي للكشف عن جسم مضاد تجاري باستخدام الليزوزيم كمستضد نموذجي مترافق مع جسيمات نانوية مغناطيسية 100 نانومتر. يجمع هذا الجهاز بين ميزات مختلفة تجعله فريدا4: استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية كدعم مناعي يقلل من إجمالي وقت الاختبار من ساعات إلى دقائق. يسمح استخدام إنزيم فلوري للكشف بحدود للكشف يمكن مقارنتها بحدود مقايسات الممتز المناعي القياسية المرتبطة بالإنزيم (ELISAs) ؛ واستخدام اللدائن الحرارية كمواد تصنيع يجعلها متوافقة مع الإنتاج الضخم ، وهو ما لم يكن عليه الحال بالنسبة للمصائد المغناطيسيةالسابقة لجسيمات الموائع الدقيقة النانوية 3 ، ويجعلها مرشحا ممتازا لتطوير POCT.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.008 Endmill</td>
			<td>KYOCERA SGS&#160;</td>
			<td>2204</td>
			<td>2FL 0.008x1/8x0.12x1-1/12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.032 Endmill</td>
			<td>KYOCERA SGS&#160;</td>
			<td>2228</td>
			<td>2FL 0.032x1/8x0.48x1-1/12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbonyl-iron microparticles&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>44890</td>
			<td>7 &#956;m&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Fermont</td>
			<td>6201</td>
			<td>Health Hazard: Moderate 
			Flammability: None 
			Reactivity: None 
			Contact Hazard: Moderate&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CMOS camera Moment</td>
			<td>Teledyne Photometrics</td>
			<td></td>
			<td>Sensor Technology: CMOS 
			Quantum Efficiency: 73% 
			Pixel Size: 4.5 &#181;m x 4.5 &#181;m 
			Supported Interfaces: USB 3.2 Gen 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dr Engrave Software</td>
			<td>Roland DGA Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Engraving software to design and create the engraving path on the surface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extraction hood</td>
			<td>Unknown</td>
			<td>Unknown</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexible Plastic Tubing</td>
			<td>Tygon</td>
			<td>AAD04103</td>
			<td>ID = 0.020, OD = 0.060</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence microsope&#160;</td>
			<td>ZEISS</td>
			<td>Axio Vert.A1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Precision Dispense Needle</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>98612</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homemade piezoelectric controller application</td>
			<td>LabView&#160;</td>
			<td></td>
			<td>See reference 12 for more details.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loctite 495 instant adhesive</td>
			<td>Henkel</td>
			<td>49503</td>
			<td>Apply with micropipette tip or dispensing needle&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MagJET Separation Rack</td>
			<td>thermoscientific</td>
			<td></td>
			<td>12 x 1.5 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanic press</td>
			<td>Home-made</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milling Machine</td>
			<td>Roland</td>
			<td>MDX-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Piezoelectric platform&#160;</td>
			<td>Home-made</td>
			<td></td>
			<td>See reference 12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymethylmethacrylate - Sheet - PMMA, Acrylic</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td>ME303018/1</td>
			<td>Thickness: 1.3 mm, Transparency: Clear/Transparent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVCamTest software</td>
			<td>Teledyne Photometrics</td>
			<td>Version 3.10.107&#160;</td>
			<td>Image acquisition software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SMZ 7457</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperMag Carboxyl Beads</td>
			<td>Ocean NanoTech</td>
			<td>KSC0100</td>
			<td>100 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>kd Scientific</td>
			<td>&#160;KDS200</td>
			<td>Can hold up to two syringes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Utrasonic bath</td>
			<td>Branson</td>
			<td>2800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VPanel software&#160;</td>
			<td>Windows OS</td>
			<td>Version 1.0.3.0</td>
			<td>Software for controlling the micromilling machine</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

computer numerical control micromilling of a microfluidic acrylic device with a staggered restriction for magnetic nanoparticle-based immunoassays

حسنت أنظمة الموائع الدقيقة تقنيات المقايسة المناعية بشكل كبير. ومع ذلك ، تتطلب العديد من تقنيات التصنيع الدقيق معدات متخصصة أو باهظة الثمن أو معقدة ، مما يجعل التصنيع مكلفا وغير متوافق مع الإنتاج الضخم ، وهو أحد أهم الشروط المسبقة لاختبارات نقطة الرعاية (POCT) التي يجب اعتمادها في البيئات منخفضة الموارد. يصف هذا العمل عملية تصنيع جهاز أكريليك (بولي ميثيل ميثاكريلات، PMMA) لاختبار المقايسة المناعية الأنزيمية المترافقة بالجسيمات النانوية باستخدام تقنية الطحن الدقيق للتحكم العددي بالحاسوب (CNC). يظهر عمل جهاز الموائع الدقيقة من خلال إجراء اختبار مناعي للكشف عن جسم مضاد تجاري باستخدام الليزوزيم كمستضد نموذجي مترافق مع جسيمات نانوية مغناطيسية 100 نانومتر. يدمج هذا الجهاز قيدا ماديا متداخلا يبلغ ارتفاعه 5 ميكرومتر فقط ، ويستخدم لالتقاط الجسيمات الدقيقة المغناطيسية التي تشكل مصيدة مغناطيسية عن طريق وضع مغناطيس خارجي. وبهذه الطريقة ، تكون القوة المغناطيسية على الدعم المناعي للجسيمات النانوية المترافقة كافية لالتقاطها ومقاومة سحب التدفق. جهاز الموائع الدقيقة هذا مناسب بشكل خاص للإنتاج الضخم منخفض التكلفة دون فقدان الدقة لأداء المقايسة المناعية.

كان من الممكن إنشاء بروتوكول تصنيع قابل للتكرار بدرجة عالية يحسن دقة تقنية الطحن الدقيقة التقليدية. باستخدام هذا البروتوكول ، يتم تصنيع قناة صغيرة يصل ارتفاعها إلى 5 ميكرومتر تعمل كقيد متداخل في قناة بارتفاع 200 ميكرومتر. يلتقط التصميم البسيط للتقييد المتدرج جزيئات الحديد الدقيقة التي يبل...

Watch this Scientific Journal Video about Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays at JoVE.com

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

الموائع الدقيقة هي أداة قوية لتطوير الاختبارات التشخيصية. ومع ذلك ، غالبا ما تكون هناك حاجة إلى معدات ومواد باهظة الثمن ، بالإضافة إلى تقنيات التصنيع والمناولة الشاقة. هنا ، نقوم بتفصيل بروتوكول تصنيع جهاز الموائع الدقيقة الأكريليك للمقايسات المناعية المغناطيسية الدقيقة والجسيمات النانوية في بيئة منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام.

الطحن الدقيق للتحكم العددي بالكمبيوتر لجهاز أكريليك الموائع الدقيقة مع تقييد متداخل للمقايسات المناعية المغناطيسية القائمة على الجسيمات النانوية

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or ...

يصف بروتوكولنا طريقة طحن دقيقة عالية الدقة لتصنيع جهاز موائع دقيقة أكريليك للكشف المناعي الكمي لتركيزات التحليل المماثلة لتقنية ELISA القياسية الذهبية. أبرز ما في الأمر هو تصنيع جهاز ميكروفلويديك بسيط ومنخفض التكلفة بالحرارة بدون غرفة نظيفة ، مما يسمح بأوقات فحص أقصر وحدود كشف جيدة بطريقة كمية. ابدأ بطحن السطح.قطع مستطيلات 9 × 25 ملم بسمك 1.3 ملم PMMA مع بت مطحنة نهاية 800 ميكرومتر. قم بتوصيل أحد هذه المستطيلات بعناية بشريط لاصق على الوجهين بالمنصة الكهرضغطية. قم بتوصيل ووضع مستشعر Z على سطح مستطيل PMMA.حدد دبوس الكشف وحركه فوق سطح المستشعر. اخفض الدبوس يدويا دون الاتصال بالمستشعر. قم بتنشيط وضع استشعار Z-zero.قم بتدوير بت مطحنة نهاية 200 ميكرومتر عند 14،500 دورة في الدقيقة. قم بخفضه ببطء إلى إحداثيات الأصل على المحور z. ثم أعد ضبط المحور z 30 ميكرومتر أسفل الأصل.قم بتعيين هذا الإحداثي على أنه أصل Z الجديد. انقر فوق الزر Cut في برنامج آلة الطحن الدقيقة لتنشيط لوحة القطع. انقر فوق الزر "إضافة" وحدد ملف TXT برمز تم إنشاؤه مسبقا لطحن سطح الأكريليك.انقر فوق الزر "إخراج" لبدء العملية. لطحن قيود الخمسة ميكرومتر ، أولا ، اضبط سرعة دوران بت المطحنة النهائية على 11،000 دورة في الدقيقة. بعد ذلك ، ارفع المنصة بمقدار 6.5 ميكرومتر باستخدام واجهة المنصة الكهرضغطية.حرك بت مطحنة النهاية على طول المحور ص بمقدار 500 ميكرومتر. أعد المنصة الكهرضغطية إلى قيمتها الأولية على المحور z باستخدام واجهة التحكم. بعد ذلك ، قم بإجراء طحن القنوات الدقيقة عن طريق فتح ملف التصميم الذي تم إنشاؤه مسبقا من برنامج التصميم.انقر فوق الزر "طباعة" ، وقم بالوصول إلى قائمة الخصائص وانقر فوق نافذة الألوان المقابلة للطبقة التي تحتوي على التصميم المراد تشكيله. اضبط معلمات التصنيع في لوحة الأدوات. لطحن الثقوب ، قم بالتبديل إلى بت مطحنة نهاية 800 ميكرومتر.قم بتنشيط طبقة التصميم للثقوب التي يبلغ قطرها 1.2 ملم من خلال النقر على نافذة الألوان المقابلة وتحديد معلمات التصنيع المقابلة. قم بتصنيع فتحتين إضافيتين في الزوايا المقابلة للمستطيل لمحاذاة الأكريليك بطريقة مقلوبة على منصة جديدة. اقلب الأكريليك وألصقه بشريط لاصق على الوجهين فوق المحول باستخدام الأعمدة المشكلة.افتح الملف بتصميم الثقوب للوجه المقابل من برنامج التصميم. قم بطحن النصف المتبقي من فتحات مدخل ومخرج الكاشف بقطر 1.5 ملم وعمق 0.7 ملم. نظف كل من صفائح مستطيل الأكريليك بكحول الأيزوبروبيل واشطفه بالماء المقطر.اغمر الأكريليك في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق. جفف كل من صفائح الأكريليك وألصقها بداخل غطاء طبق بتري زجاجي بشريط على الوجهين. ثم ضع قاعدة طبق بتري الزجاجي داخل طبق بتري زجاجي أكبر.صب ملليلتر واحد من الكلوروفورم في قاعدة طبق بتري ووضع الغطاء بسرعة مع صفائح الاكريليك. أضف الماء المقطر على الفور إلى قاعدة طبق بتري الأكبر حتى مستوى غطاء طبق بتري. السماح بتعريض الأكريليك لغاز الكلوروفورم لمدة دقيقة واحدة.ثم قم بإمالة طبق بتري لكسر ختم الماء وكشف طبق بتري على الفور. للترابط ، قم بمحاذاة كلا الأكريليك مع الجوانب المكشوفة للكلوروفورم وجها لوجه وشكل شطيرة. ضع الأكريليك في المكبس لمدة دقيقتين ، مع تغيير محاذاة الأكريليك.ثم قم بتوصيل اثنين إلى ثلاثة سنتيمترات من الخرطوم بكل ثقب من فتحات الجهاز باستخدام مادة لاصقة سائلة للتجفيف الفوري. املأ القنوات بالماء المقطر باستخدام حقنة. اغمر الجهاز في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق.ثم أفرغ الماء داخل قنوات الجهاز واستخدم حقنة لإدخال محلول BSA بنسبة 5٪. تحضير تعليق للجسيمات الدقيقة الحديدية التي يبلغ قطرها 7.5 ميكرومتر في 5٪ BSA. احتضان الرقاقة وتعليق الجسيمات الدقيقة بمحلول الحجب لمدة ساعة على الأقل في درجة حرارة الغرفة.بعد ذلك ، أدخل الجسيمات الدقيقة في الشريحة بإبرة حقنة من خلال خرطوم مخرج القناة الجانبية. ضع الشريحة عموديا ، ثم قم بتدوير الشريحة في خطوتين بزاوية 90 درجة بحيث تستهدف الجسيمات الدقيقة وتضغط عند تقييد الخمسة ميكرومتر. ختم جميع خراطيم جهاز الاكريليك بالحرارة.اقطع خرطوم المدخل حتى يتبقى بضعة ملليمترات فقط. املأ إبرة التوزيع بمخزن الغسيل وأدخله في خرطوم القطع. اسمح للمحلول بالتنقيط ثم قم بتوصيل الإبرة بالجهاز.اقطع خرطوم المخرج من القناة الجانبية ، ثم قم بتوصيله بمضخة المحقنة. بعد ذلك ، كرر نفس الإجراء لخرطوم مخرج القناة الرئيسية. ثم نعلق رقاقة إلى المغناطيس.للكشف المناعي ، حافظ على تدفق مخزن الغسيل لمدة 10 دقائق بمعدل 50 ميكرولتر في الساعة. قم بإزالة المخزن المؤقت المتبقي للغسيل من إبرة التوزيع باستخدام ماصة دقيقة وأضف 50 ميكرولترا من معلق الجسيمات النانوية. تدفق تعليق الجسيمات النانوية لمدة سبع دقائق بمعدل تدفق 100 ميكرولتر في الساعة.ثم قم بتغيير معدل التدفق إلى 50 ميكرولتر في الساعة واستمر في التدفق لمدة 15 دقيقة أخرى. قم بتغيير إبرة التوزيع وتدفق المخزن المؤقت للغسيل لمدة 10 دقائق بنفس المعدل. قم بإزالة المخزن المؤقت المتبقي للغسيل من إبرة الاستغناء باستخدام ماصة دقيقة وأضف 100 ميكرولتر من الركيزة الفلوروجينية.اضبط معدل التدفق ومعلمات الوقت لإدخال الركيزة وقياس التألق وخطوة الغسيل. قم بتنشيط تدفق المدخلات للركيزة الفلوروجينية لمدة ست دقائق بمعدل 50 ميكرولتر في الساعة. قبل 15 ثانية من توقف تدفق الركيزة ، قم بتشغيل مضان المجهر.ابدأ التقاط الصور باستخدام برنامج كاميرا المجهر قبل 10 ثوان من توقف الركيزة بوقت تعرض يبلغ 1،000 مللي ثانية. انقر فوق الزر "ابدأ" لمعلمة معدل التدفق المطلوبة فور توقف غسل الركيزة. قم بإجراء التصوير لمدة ست دقائق بمعدل إطار واحد في الثانية.انقر فوق الزر "ابدأ" الخاص بتدفق الغسيل فور توقف تدفق القياس المحدد. تم استخدام الجسيمات النانوية المترافقة بالليزوزيم والجسم المضاد الثانوي المترافق لفجل الفجل الحصان للمقايسة المناعية. لوحظت زيادة في شدة التألق لتركيزات مختلفة من الأجسام المضادة الأولية مقارنة المناطق قبل وبعد المصيدة ، مما يدل على أن التغير في مضان الركيزة يتناسب طرديا مع تركيز الجسم المضاد الأولي.بالنسبة لتركيز معين من الجسم المضاد الأولي ، تم رسم شدة التألق كدالة للوقت بمعدلات تدفق مختلفة للركيزة الفلورية. كانت قدرة تحويل الركيزة بواسطة إنزيم HRP تتناسب عكسيا مع معدل التدفق ، وتم الحصول على أقصى كثافة لمعدل تدفق واحد ميكرولتر في الساعة. بالنسبة لمعدلات التدفق المختلفة لتركيزات الأجسام المضادة الأولية المختلفة ، أظهرت منحنيات اختلافات التألق بعد وقبل التفاعل المناعي أنه بالنسبة لتركيز 1،000 نانوجرام لكل مليلتر ، فإن التألق يشبع لجميع معدلات التدفق التي تم تقييمها.تم تحضير منحنى معايرة باستخدام القيمة القصوى للاختلافات في شدة التألق التي تم الحصول عليها فيما يتعلق بتركيز الجسم المضاد الأولي لكل معدل تدفق. يشير التباين العالي ومستويات التألق العالية عند ميكرولتر واحد في الساعة إلى أن المعدل لا يفضل تدفق الركيزة المتفاعلة ويميل إلى التراكم بعد المصيدة مباشرة. يجب إيلاء اهتمام خاص لخطوات ختم القنوات الدقيقة لأن التعرض للكلوروفورم حساس جدا لدرجة الحرارة.للحصول على نتائج قابلة للتكرار ، يجب أن تكون درجة الحرارة هي نفسها دائما. يساعد نظامنا على فهم أين يكون انضغاط وحجم الجسيمات الدقيقة وحجم الجسيمات النانوية والمستضدات والأجسام المضادة للكشف والركيزة عوامل محددة لحد الكشف في المقايسة المناعية الموائع الدقيقة القائمة على الجسيمات النانوية.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

تيراهيرتز الاستشعار ميكروفلويديك باستخدام الاستشعار الدليل الموجي الموازي لوحة

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

تنفيذ التداخل المرجعي لNanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

SSVEP القائم على الإجراءات التجريبية للدماغ روبوت التفاعل مع مواصفات البشر الروبوتات

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Capillary-based Centrifugal Microfluidic Device for Size-controllable Formation of Monodisperse Microdroplets

القائم الشعرية جهاز ميكروفلويديك الطرد المركزي لتشكيل السيطرة الحجم من Monodisperse Microdroplets

Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

الرابطة المذيبات لتصنيع PMMA وCOP أجهزة ميكروفلويديك

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

منهجية كسب تعويض لمسح خاص بالمنحنى من مرآة الجلفانومتر في النسبي-لا يتجزأ التفاضلية للسيطرة على استخدام تقنيات ما قبل التركيز

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

دراسة تجربة الكسارة السيفون ومحاكاة لمفاعل للأبحاث

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

منصة مقلوب السليكون الاستشعار الألياف الضوئية بدقة عالية واستجابة سريعة

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer

إنتاج جهاز قياس السلالة مع طابعة ثلاثية الأبعاد محسنة

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in ...

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

منصة الموائع الدقيقة التي تعمل بالهواء المضغوط لتركيز الجسيمات الدقيقة

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...