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

Diese Arbeit wurde von Conacyt, Mexiko im 312231 Rahmen des "Programa de Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación" und von AMEXCID und dem mexikanischen Außenministerium (SRE) im Rahmen des Zuschusses "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2" unterstützt. JAHO dankt Conacyt Mexiko für das Promotionsstipendium.

1. Mikrofräsen
<ol><li>Oberflächenschliff<ol><li>Schalten Sie die Mikrofräse und die piezoelektrische Steuerung ein. Starten Sie die jeweilige Steuerungssoftware12.</li>
		<li>Wählen Sie die gewünschten Schaftfräser (Durchmesser 200 μm und 800 μm). Legen Sie sie in das entsprechende Fach der Fräsmaschine (Abbildung 1).</li>
		<li>Schneiden Sie 9 mm x 25 mm Rechtecke aus 1,3 mm dickem PMMA mit dem 800 μm Schaftfräsermeißel. Befestigen Sie...

<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. 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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. 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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>

Ein mikrofluidisches Acrylgerät für Immunoassays mit Nanopartikeln als Immununterstützung wurde unter Verwendung einer Mikrofrästechnik hergestellt. Die Methode der direkten Herstellung auf dem Substrat hat den Vorteil, dass die Verwendung einer Masterform und der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand vermieden werden. Es beschränkt sich jedoch auf Rapid Prototyping und die Herstellung von Geräten in großen Stückzahlen.
Hier haben wir eine zuvor berichtete piezoelektrische Zubehörp...

In den letzten Jahren hat die Mikrofluidik eine wichtige Rolle bei Immunoassay-Technikengespielt 1. Die Miniaturisierungstechnologie hat viele herausragende Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Immunoassays, wie z. B. einen reduzierten Proben- und Reagenzienverbrauch, kürzere Inkubationszeiten, effizienten Lösungsaustausch sowie eine höhere Integration und Automatisierung2.
Darüber hinaus reduzieren mikrofluidische Systeme in Immunoassays in Verbindung mit magnetischen Nanopartikeln als Immununterstützung die Inkubationszeiten erheblich und erreichen aufgrund des erhöhten Oberflächen-Volumen-Verhältnisses eine hohe Detektionsempfindlichkeit3. Die Brownsche Bewegung der Partikel verbessert die Reaktionskinetik während der Bildung des Antigen-Antikörper-Komplexes 4,5. Darüber hinaus bieten die magnetischen Eigenschaften von Nanopartikeln die Vielseitigkeit, in verschiedene mikrofluidische Gerätekonfigurationen integriert zu werden, was sie zu einem idealen Kandidaten für die Signalübertragung und Molekülerfassung in miniaturisierten On-Chip-Biosensorsystemen macht5. Allerdings sind die magnetischen Kräfte aufgrund des hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses deutlich schwächer als die Widerstandskräfte auf der Nanometerskala6. Daher kann die Erfassung von Nanopartikeln für entscheidende Immunoassay-Schritte wie Waschen und Detektion eine Herausforderung darstellen, und ein herkömmlicher Magnet reicht nicht aus4.
Eine effiziente Möglichkeit, die Nanopartikel zu manipulieren, ist die Verwendung einer mikrofluidischen Magnetfalle, die aus Eisenmikropartikeln besteht, die in einer mikrofluidischen Strukturverpackt sind 3. Wenn sich also ein externer Magnet nähert, entsteht innerhalb des magnetisierten porösen Mediums eine komplexe Wechselwirkung zwischen den magnetischen und den Flusskräften. Die magnetische Kraft, die auf die Nanopartikel wirkt, ist stark genug, um sie einzufangen und dem Strömungswiderstand 3,4,7 zu widerstehen. Dieser Ansatz erfordert Mikrofabrikationstechniken, die Auflösungen in der Größenordnung von wenigen Mikrometern erreichen, um mikrometrische Strukturen zu erzeugen, die die Mikropartikel zurückhalten.
Aktuelle Mikrofabrikationstechniken ermöglichen die hochauflösende Herstellung von Strukturen von wenigen Mikrometern bis zu Hunderten vonNanometern 8. Viele dieser Techniken erfordern jedoch eine spezielle, teure oder komplizierte Ausrüstung. Eine der Hauptschwierigkeiten ist die Forderung nach einem Reinraum für den Formenbau, der nach wie vor kostspielig und zeitaufwendigist 8,9. In jüngster Zeit haben Mikrofluidik-Ingenieure diesen Nachteil überwunden, indem sie eine Vielzahl alternativer Fertigungsmethoden mit verschiedenen Vorteilen wie reduzierten Kosten, schnelleren Durchlaufzeiten, billigeren Materialien und Werkzeugen und erhöhter Funktionalität entwickelthaben 8. Auf diese Weise brachte die Entwicklung neuer Mikrofabrikationstechniken kostengünstige Nicht-Reinraum-Methoden, die Auflösungen von nur 10 μm8 erreichen. Die Strukturierung kann direkt auf einem Substrat verwendet werden, ohne ein teures Formmuster zu erzeugen, wodurch ein zeitaufwändiger Prozess vermieden wird. Zu den direkten Fertigungsmethoden gehören CNC-Fräsen, Laserablation und Direktlithographie8. Alle diese Verfahren eignen sich zur Herstellung von Kanälen mit hohem Aspektverhältnis in einer Vielzahl von Materialien, unabhängig von ihrer Härte9, was neue und vorteilhafte Geometrien, physikalisches Verhalten und Qualitäten in mikrofluidischen Bauelementen ermöglicht8.
CNC-Mikrofräsen erzeugt mikroskalige Strukturen mit Schneidwerkzeugen, die Schüttgut von einem Substrat entfernen und ist eine effektive Herstellungsmethode für mikrofluidische Geräte10,11. Die Mikrofrästechnik kann in mikrofluidischen Anwendungen nützlich sein, um Mikrokanäle und Merkmale direkt auf der Arbeitsfläche zu erzeugen, was einen entscheidenden Vorteil bietet: Ein Werkstück kann in kurzer Zeit (weniger als 30 Minuten) hergestellt werden, wodurch die Durchlaufzeit vom Entwurf bis zum Prototyp erheblich verkürztwird 12. Darüber hinaus macht die breite Verfügbarkeit von Schneidzubehör verschiedener Materialien, Größen und Formen CNC-Fräsmaschinen zu einem geeigneten Werkzeug, das die Herstellung verschiedener Merkmale in vielen Arten von kostengünstigen Einwegmaterialien ermöglicht hat13.
Unter allen Materialien, die üblicherweise beim Mikrofräsen verwendet werden, bleiben Thermoplaste aufgrund ihrer vielen günstigen Eigenschaften und ihrer Kompatibilität mit biologischen Anwendungen eine führende Wahl10,14. Thermoplaste sind aufgrund ihrer signifikanten Vorteile für die Entwicklung kostengünstiger Einweg-Analysesysteme ein attraktives Substrat für mikrofluidische Systeme9. Darüber hinaus sind diese Materialien sehr gut für hochvolumige Herstellungsprozesse geeignet, wodurch sie für die Kommerzialisierung und Massenproduktion geeignet sind. Aus diesen Gründen gelten Thermoplaste wie PMMA seit den frühen Jahren der Mikrofluidik als zuverlässige und robuste Materialien10. Es wurden verschiedene Protokolle beschrieben, um geschlossene Kanäle in Thermoplasten herzustellen, wie z. B. Lösungsmittelbindung15, Wärmebindung 16 und ultraviolette (UV) / Ozon-Oberflächenbehandlungsbindung17.
In vielen Fällen reicht die mit herkömmlichen Mikrofräsmaschinen erreichte Positionierauflösung für einige mikrofluidische Anwendungen, die Strukturen kleiner als 10 μm erfordern, nicht aus. High-End-Mikrofräsen hat genug Auflösung. Leider ist seine Verwendung aufgrund der hohen Preise auf eine Handvoll Benutzer beschränkt12. Zuvor berichtete unsere Forschungsgruppe über die Herstellung und Manipulation eines kostengünstigen Werkzeugs, das die Bearbeitung von Strukturen von weniger als 10 μm ermöglicht und die Auflösung herkömmlicher Fräsmaschinen überwindet12. Die Leuchte ist eine Plattform, die im 3D-Druck mit einfacher Elektronik hergestellt wird und drei piezoelektrische Aktuatoren enthält. Die Oberfläche enthält scharnierförmige Gelenke, die es ermöglichen, sie anzuheben, wenn die piezoelektrischen Elemente gleichzeitig wirken. Die Verschiebung der Z-Achse kann mit einer Auflösung von 500 nm und einer Genauigkeit von ±1,5 μm12 gesteuert werden.
Dieses Papier stellt die Schritte des Herstellungsprozesses eines Acrylgeräts (PMMA) durch eine Mikrofrästechnik vor. Das Chipdesign besteht aus einem 200 μm breiten und 200 μm hohen Hauptkanal und einem Seitenkanal mit den gleichen Abmessungen, um den Fluss der Reagenzien zu reinigen. Im zentralen Bereich wird der Kanal durch eine physikalische Beschränkung von nur 5 μm Höhe unterbrochen, die mit der 3D-gedruckten piezoelektrischen Plattform dieser Gruppe12 hergestellt wurde, um magnetische Mikropartikel einzufangen, die eine magnetische Falle für Nanopartikel bilden, indem ein externer Magnet platziert wird. Wir zeigen die Funktionsweise des mikrofluidischen Geräts durch die Durchführung eines Immunoassays zum Nachweis eines kommerziellen Antikörpers unter Verwendung von Lysozym als Modellantigen, das an 100 nm magnetische Nanopartikel konjugiert ist. Dieses Gerät kombiniert verschiedene Eigenschaften, die es einzigartig machen4: Die Verwendung von magnetischen Nanopartikeln als Immununterstützung reduziert die Gesamttestzeit von Stunden auf Minuten; Die Verwendung eines fluorogenen Enzyms für den Nachweis ermöglicht Nachweisgrenzen, die mit denen von Standard-Enzym-gebundenen Immunassays (ELISAs) vergleichbar sind. und die Verwendung eines Thermoplasts als Herstellungsmaterial macht es kompatibel mit der Massenproduktion, was bei den magnetischen Fallen früherer mikrofluidischer Nanopartikel nicht der Fall war3, und macht es zu einem ausgezeichneten Kandidaten für die Entwicklung von 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

Mikrofluidische Systeme haben stark verbesserte Immunoassay-Techniken. Viele Mikrofabrikationstechniken erfordern jedoch spezialisierte, teure oder komplizierte Geräte, was die Herstellung teuer und inkompatibel mit der Massenproduktion macht, was eine der wichtigsten Voraussetzungen für Point-of-Care-Tests (POCT) in ressourcenarmen Umgebungen ist. Diese Arbeit beschreibt den Herstellungsprozess eines Acryls (Polymethylmethacrylat, PMMA) für Nanopartikel-konjugierte enzymatische Immunoassay-Tests unter Verwendung der Computer Numerical Control (CNC) Mikrofrästechnik. Die Funktionsweise des mikrofluidischen Geräts wird durch die Durchführung eines Immunoassays zum Nachweis eines kommerziellen Antikörpers unter Verwendung von Lysozym als Modellantigen gezeigt, das an 100 nm magnetische Nanopartikel konjugiert ist. Dieses Gerät integriert eine physikalisch versetzte Beschränkung von nur 5 μm Höhe, die verwendet wird, um magnetische Mikropartikel zu erfassen, die eine Magnetfalle bilden, indem ein externer Magnet platziert wird. Auf diese Weise reicht die magnetische Kraft auf die Immununterstützung konjugierter Nanopartikel aus, um sie einzufangen und dem Strömungswiderstand zu widerstehen. Dieses mikrofluidische Gerät eignet sich besonders für die kostengünstige Massenproduktion ohne den Verlust an Präzision für die Immunoassay-Leistung.

Es konnte ein hochreproduzierbares Fertigungsprotokoll etabliert werden, das die Auflösung der konventionellen Mikrofrästechnik verbessert. Mit diesem Protokoll wird die Herstellung eines Kanals von nur 5 μm Höhe erreicht, der als versetzte Einschränkung in einem 200 μm hohen Kanal arbeitet. Das einfache Design der versetzten Restriktion fängt Eisenmikropartikel mit einem Durchmesser von 7,5 μm ein, die, wenn sie im Mikrokanal verdichtet werden, die Erzeugung einer Magnetfalle ermöglichen, wenn sich ein externer...

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

Die Mikrofluidik ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Entwicklung diagnostischer Tests. Oft sind jedoch teure Geräte und Materialien sowie aufwändige Fertigungs- und Handhabungstechniken erforderlich. Hier beschreiben wir das Herstellungsprotokoll eines mikrofluidischen Acrylgeräts für magnetische Mikro- und Nanopartikel-basierte Immunoassays in einer kostengünstigen und einfach zu bedienenden Umgebung.

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

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

Unser Protokoll beschreibt ein hochauflösendes Mikromahlverfahren zur Herstellung eines mikrofluidischen Acrylgeräts zur quantitativen Immundetektion von Analytkonzentrationen, die mit der Goldstandard-ELISA-Technik vergleichbar sind. Das Highlight ist die Herstellung eines einfachen und kostengünstigen thermoplastischen mikrofluidischen Gerätes ohne Reinraum, das kürzere Assay-Zeiten und qualitativ gute Nachweisgrenzen ermöglicht. Beginnen Sie mit dem Oberflächenschleifen.Schneiden Sie 9 x 25 Millimeter Rechtecke aus 1,3 Millimeter dickem PMMA mit dem 800 Mikrometer großen Schaftfräsermeißel. Befestigen Sie eines dieser Rechtecke vorsichtig mit doppelseitigem Klebeband an der piezoelektrischen Plattform. Schließen Sie den Z-Sensor an und platzieren Sie ihn auf der Oberfläche des PMMA-Rechtecks.Wählen Sie den Erkennungsstift aus und bewegen Sie ihn über die Sensoroberfläche. Senken Sie den Stift manuell ab, ohne den Sensor zu berühren. Aktivieren Sie den Z-Null-Erkennungsmodus.Drehen Sie den 200-Mikrometer-Schaftfräser bei 14, 500 U/min. Senken Sie es langsam auf die Ursprungskoordinate auf der z-Achse. Setzen Sie dann die z-Achse 30 Mikrometer unter dem Ursprung zurück.Legen Sie diese Koordinate als neuen Z-Ursprung fest. Klicken Sie in der Mikrofräsmaschinensoftware auf die Schaltfläche Schneiden, um das Schnittfeld zu aktivieren. Klicken Sie auf die Schaltfläche Hinzufügen und wählen Sie die TXT-Datei mit einem zuvor erstellten Code zum Schleifen der Acryloberfläche aus.Klicken Sie auf die Schaltfläche Ausgabe, um den Vorgang zu starten. Für das Fräsen der Fünf-Mikrometer-Beschränkung stellen Sie zunächst die Drehzahl des Schaftfräsers auf 11.000 U/min ein. Heben Sie dann die Plattform mit der Schnittstelle der piezoelektrischen Plattform um 6,5 Mikrometer an.Bewegen Sie den Schaftfräser um 500 Mikrometer entlang der y-Achse. Setzen Sie die piezoelektrische Plattform mit der Steuerschnittstelle auf ihren Anfangswert auf der z-Achse zurück. Führen Sie als Nächstes das Fräsen von Mikrokanälen durch, indem Sie die zuvor erstellte Designdatei aus der Konstruktionssoftware öffnen.Klicken Sie auf die Schaltfläche Drucken, rufen Sie das Eigenschaftenmenü auf und klicken Sie auf das Farbfenster, das der Schicht entspricht, die das zu bearbeitende Design enthält. Legen Sie die Fertigungsparameter im Werkzeugfeld fest. Für das Fräsen von Löchern wechseln Sie zum 800-Mikrometer-Schaftfräser.Aktivieren Sie die Designschicht der Bohrungen mit 1,2 Millimeterdurchmesser, indem Sie auf das entsprechende Farbfenster klicken und die entsprechenden Fertigungsparameter auswählen. Bearbeiten Sie zwei zusätzliche Löcher an kontralateralen Ecken des Rechtecks für die umgekehrte Ausrichtung des Acryls auf einer neuen Plattform. Drehen Sie das Acryl um und kleben Sie es mit doppelseitigem Klebeband über den Adapter mit den bearbeiteten Säulen.Öffnen Sie die Datei mit dem Entwurf der Löcher für die gegenüberliegende Fläche aus der Konstruktionssoftware. Fräsen Sie die restliche Hälfte der Reagenzein- und -austrittslöcher mit einem Durchmesser von 1,5 Millimetern und einer Tiefe von 0,7 Millimetern. Reinigen Sie beide Acryl-Rechteckplatten mit Isopropylalkohol und spülen Sie sie mit destilliertem Wasser ab.Tauchen Sie das Acryl für 10 Minuten in ein Ultraschallbad. Trocknen Sie beide Acrylplatten und kleben Sie sie mit doppelseitigem Klebeband auf die Innenseite eines Glas-Petrischalendeckels. Legen Sie dann den Boden der Glas-Petrischale in eine größere Glas-Petrischale.Gießen Sie einen Milliliter Chloroform in den Boden der Petrischale und platzieren Sie schnell den Deckel mit den Acrylplatten. Fügen Sie sofort destilliertes Wasser auf den Boden der größeren Petrischale bis zur Höhe des Petrischalendeckels hinzu. Lassen Sie das Acryl eine Minute lang Chloroformgas einwirken.Kippen Sie dann die Petrischale, um die Wasserdichtung zu brechen, und legen Sie die Petrischale sofort frei. Zur Verklebung richten Sie beide Acrylfarben mit den Chloroform-exponierten Seiten von Angesicht zu Angesicht aus und bilden Sie ein Sandwich. Legen Sie die Acrylfarben für zwei Intervalle von zwei Minuten in die Presse und ändern Sie die Ausrichtung des Acryls.Befestigen Sie dann zwei bis drei Zentimeter Schlauch an jedem der Löcher des Geräts mit sofort trocknendem Flüssigkleber. Füllen Sie die Kanäle mit destilliertem Wasser mit einer Spritze. Tauchen Sie das Gerät für 10 Minuten in ein Ultraschallbad.Entleeren Sie dann das Wasser in den Gerätekanälen und verwenden Sie eine Spritze, um 5% BSA-Lösung einzuführen. Bereiten Sie eine Suspension von Eisenmikropartikeln mit einem Durchmesser von 7,5 Mikrometern in 5% BSA vor. Inkubieren Sie den Chip und die Mikropartikelsuspension mit der Blockierlösung für mindestens eine Stunde bei Raumtemperatur.Als nächstes führen Sie die Mikropartikel mit einer Spritzennadel durch den Seitenkanalauslassschlauch in den Chip ein. Platzieren Sie den Chip vertikal und drehen Sie ihn dann in zwei Schritten von 90 Grad, so dass die Mikropartikel auf die Beschränkung von fünf Mikrometern abzielen und sich verdichten. Versiegeln Sie alle Schläuche des Acrylgeräts mit Hitze.Schneiden Sie den Einlassschlauch ab, bis nur noch wenige Millimeter übrig sind. Füllen Sie die Dosiernadel mit Waschpuffer und führen Sie sie in den geschnittenen Schlauch ein. Lassen Sie die Lösung tropfen und verbinden Sie dann die Nadel mit dem Gerät.Schneiden Sie den Auslassschlauch vom seitlichen Kanal ab und schließen Sie ihn dann an die Spritzenpumpe an. Wiederholen Sie als Nächstes den gleichen Vorgang für den Hauptkanalauslassschlauch. Befestigen Sie dann den Chip am Magneten.Zur Immundetektion lassen Sie den Waschpuffer 10 Minuten lang bei 50 Mikrolitern pro Stunde fließen. Entfernen Sie den restlichen Waschpuffer mit einer Mikropipette von der Dosiernadel und fügen Sie 50 Mikroliter der Nanopartikelsuspension hinzu. Lassen Sie die Nanopartikelsuspension sieben Minuten lang mit einer Durchflussrate von 100 Mikrolitern pro Stunde fließen.Ändern Sie dann die Durchflussrate auf 50 Mikroliter pro Stunde und setzen Sie den Durchfluss für weitere 15 Minuten fort. Wechseln Sie die Dosiernadel und lassen Sie den Waschpuffer 10 Minuten lang mit der gleichen Geschwindigkeit fließen. Entfernen Sie den restlichen Waschpuffer mit einer Mikropipette von der Dosiernadel und fügen Sie 100 Mikroliter des fluorogenen Substrats hinzu.Passen Sie die Durchfluss- und Zeitparameter für Substrateingang, Fluoreszenzmessung und Waschschritt an. Aktivieren Sie den Eingangsfluss des fluorogenen Substrats für sechs Minuten bei 50 Mikrolitern pro Stunde. 15 Sekunden bevor der Substratfluss stoppt, schalten Sie die Fluoreszenz des Mikroskops ein.Starten Sie die Bildaufnahme mit der Software der Mikroskopkamera 10 Sekunden vor dem Stopp des Substrats mit einer Belichtungszeit von 1.000 Millisekunden. Klicken Sie auf die Schaltfläche Start des gewünschten Durchflussparameters unmittelbar nach Beendigung der Substratwäsche. Führen Sie sechs Minuten lang Bilder mit einem Bild pro Sekunde durch.Klicken Sie auf die Schaltfläche Start des Waschstroms, unmittelbar nachdem der ausgewählte Messfluss gestoppt wurde. Für den Immunoassay wurden Lysozym-konjugierte Nanopartikel und Meerrettichperoxidase-konjugierte sekundäre Antikörper verwendet. Ein Anstieg der Fluoreszenzintensität für verschiedene Konzentrationen von primären Antikörpern wurde beobachtet, wenn Regionen vor und nach der Falle verglichen wurden, was zeigt, dass die Änderung der Substratfluoreszenz direkt proportional zur Konzentration des primären Antikörpers ist.Für eine gegebene Konzentration von primären Antikörpern wurde die Fluoreszenzintensität als Funktion der Zeit bei verschiedenen Flussraten des fluorogenen Substrats aufgetragen. Die Umwandlungskapazität des Substrats durch das HRP-Enzym war umgekehrt proportional zur Durchflussrate, eine maximale Intensität wurde für eine Durchflussrate von einem Mikroliter pro Stunde erreicht. Für die unterschiedlichen Flussraten für verschiedene primäre Antikörperkonzentrationen zeigten Kurven der Fluoreszenzdifferenzen nach und vor der Immunreaktion, dass bei einer Konzentration von 1.000 Nanogramm pro Milliliter die Fluoreszenz für alle ausgewerteten Flussraten gesättigt ist.Es wurde eine Kalibrierkurve unter Verwendung des Maximalwerts der Unterschiede in der Fluoreszenzintensität erstellt, die in Bezug auf die Konzentration des primären Antikörpers für jede Flussrate erhalten wurden. Die hohe Variabilität und der hohe Fluoreszenzgehalt bei einem Mikroliter pro Stunde deuten darauf hin, dass die Rate den Fluss des reagierenden Substrats nicht begünstigt und dazu neigt, sich kurz nach der Falle anzusammeln. Besonderes Augenmerk sollte auf die Versiegelungsschritte der Mikrokanäle gelegt werden, da die Exposition gegenüber Chloroform sehr temperaturempfindlich ist.Für reproduzierbare Ergebnisse muss die Temperatur immer gleich sein. Unser System hilft zu verstehen, wo Kompaktheit und Größe von Mikropartikeln, Nanopartikelgröße, Antigene, Detektionsantikörper und Substrat bestimmende Faktoren für die Nachweisgrenze im nanopartikelbasierten mikrofluidischen Immunoassay sind.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Terahertz Microfluidic Sensing mit einem Parallel-Platte Waveguide Sensor

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

Forschung

Ingenieurwesen

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

Implementierung eines Referenz-Interferometer für Nanodetection

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-basierten Versuchsdurchführung für Brain-Roboter-Interaktion mit Humanoide Roboter

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

Kapillar-basierten Kreisel Mikrofluidik-Vorrichtung zur Größe steuerbare Bildung von monodispersen Mikrotröpfchen

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

Lösungsmittelbindung für die Herstellung von PMMA und COP Mikrofluidiksysteme

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

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Gewinn-Kompensationsmethode für eine Sinusförmige Scan eines Galvanometer-Spiegel im Proportional-Integral-Differential Steuerung über Pre-Emphasis-Techniken

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

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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

Eine Silizium-bestückte Glasfaser-Sensing-Plattform mit hoher Auflösung und schnelle Reaktion

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

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Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration

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