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

עבודה זו נתמכה על ידי Conacyt, מקסיקו תחת מענק 312231 של "Programa de Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación", ועל ידי AMEXCID ומשרד יחסי החוץ המקסיקני (SRE) תחת מענק "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2". JAHO מודה לקונסיט מקסיקו על מלגת הדוקטורט שלהם.

1. מיקרומילינג
<ol><li>השחזה על פני השטח<ol><li>הפעל את מכונת המיקרומילינג ואת הבקר הפיאזואלקטרי. הפעל את תוכנת הבקרה המתאימהשלהם 12.</li>
		<li>בחר את סיביות טחנת הקצה הנדרשות (קטרים של 200 מיקרומטר ו- 800 מיקרומטר). הניחו אותם בתא המתאים של מכונת הכרסום (איור 1).</li>
		<...

<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>

מכשיר מיקרופלואידי אקרילי לאימונו-אנליזות תוך שימוש בננו-חלקיקים כתמיכה חיסונית יוצר בטכניקת מיקרו-מילינג. השיטה של ייצור ישיר על המצע יש את היתרון של הימנעות משימוש בתבנית מאסטר ואת הזמן והעלויות כי זה מרמז. עם זאת, הוא מוגבל לבניית אב-טיפוס מהירה ולייצור מכשירים בנפח גבוה.
<p class="jove_conten...

בשנים האחרונות, מיקרופלואידיקה מילאה תפקיד חשוב בטכניקות אימונואסאי1. לטכנולוגיית המזעור יש יתרונות בולטים רבים בהשוואה לחיסוניות מסורתיות, כגון צריכת דגימה וריאגנטים מופחתת, זמני דגירה קצרים יותר, החלפת פתרונות יעילה ואינטגרציה ואוטומציה גבוהות יותר2.
יתר על כן, מערכות מיקרופלואידיות ב- immunoassays, בשיתוף עם ננו-חלקיקים מגנטיים כתמיכה חיסונית, מפחיתות במידה ניכרת את זמני הדגירה, ומשיגות רגישות גילוי גבוהה בשל היחס המוגבר בין פני השטח לנפח3. תנועה בראונית של החלקיקים משפרת את קינטיקה התגובה במהלך היווצרות קומפלקס אנטיגן-נוגדנים 4,5. יתר על כן, התכונות המגנטיות של ננו-חלקיקים מספקות את הרבגוניות שיש לשלב בתצורות שונות של התקנים מיקרופלואידיים, מה שהופך אותם למועמדים אידיאליים לאיתות וללכידת מולקולות במערכות ביוסנסינג ממוזערות על השבב5. עם זאת, הכוחות המגנטיים חלשים משמעותית מכוחות הגרר בקנה מידה ננומטרי בשל היחס הגבוה בין פני השטח לנפח6. לכן, לכידת ננו-חלקיקים עבור שלבים חיוניים של בדיקה חיסונית כגון שטיפה וזיהוי יכולה להיות מאתגרת, ומגנט קונבנציונלי אינו מספיק4.
דרך יעילה לתמרן את הננו-חלקיקים היא שימוש במלכודת מגנטית מיקרופלואידית הנוצרת על ידי מיקרו-חלקיקי ברזל, הארוזים במבנה מיקרופלואידי3. לכן, כאשר מגנט חיצוני מתקרב, נוצרת אינטראקציה מורכבת בתוך התווך הנקבובי הממוגנט בין הכוחות המגנטיים לכוחות השטף. הכוח המגנטי הפועל על הננו-חלקיקים חזק מספיק כדי ללכוד אותם ולהתנגד לגרר זרימה 3,4,7. גישה זו דורשת טכניקות מיקרו-פבריקציה שמשיגות רזולוציות בסדר גודל של כמה מיקרומטרים כדי ליצור מבנים מיקרומטריים ששומרים על המיקרו-חלקיקים.
טכניקות המיקרו-פבריקציה הנוכחיות מאפשרות ייצור ברזולוציה גבוהה של מבנים ממיקרונים בודדים ועד מאות ננומטרים8. עם זאת, רבות מהטכניקות הללו דורשות ציוד מיוחד, יקר או מסובך. אחד הקשיים העיקריים הוא הדרישה לחדר נקי לייצור עובש, שנותר יקר וגוזל זמןרב 8,9. לאחרונה, מהנדסים microfluidic התגברו על חיסרון זה על ידי פיתוח מגוון של שיטות ייצור חלופיות, עם יתרונות שונים כגון עלויות מופחתות, זמני אספקה מהירים יותר, חומרים וכלים זולים יותר, ופונקציונליות מוגברת8. בדרך זו, הפיתוח של טכניקות מיקרו-פבריקציה חדשות הביא לשיטות בעלות נמוכה, שאינן נקיות, המשיגות רזולוציות נמוכות עד 10 מיקרומטר8. ניתן להשתמש בדפוסים ישירות על מצע מבלי ליצור תבנית יציקה יקרה, ובכך להימנע מתהליך גוזל זמן. שיטות ייצור ישירות כוללות כרסום CNC, אבלציה בלייזר וליתוגרפיה ישירה8. כל השיטות הללו מתאימות לייצור תעלות בעלות יחס רוחב-גובה גבוה במגוון רחב של חומרים, ללא קשר לקשיותן9, ומאפשרות גיאומטריות, התנהגויות פיזיקליות ואיכויות חדשות ומועילות בהתקנים מיקרופלואידיים8.
מיקרומילינג CNC יוצר מבנים בקנה מידה זעיר באמצעות כלי חיתוך המסירים חומר בתפזורת ממצע ומהווה שיטת ייצור יעילה להתקנים מיקרופלואידיים10,11. טכניקת המיקרומילינג יכולה להיות שימושית ביישומים מיקרופלואידיים ליצירת מיקרו-ערוצים ותכונות ישירות על משטח העבודה, ומציעה יתרון מרכזי: ניתן לייצר חומר עבודה בזמן קצר (פחות מ-30 דקות), ובכך להפחית משמעותית את זמן האספקה מתכנון לאב טיפוס12. בנוסף, הזמינות הרחבה של אביזרי חיתוך מחומרים, גדלים וצורות שונות הופכת את מכונות כרסום CNC לכלי מתאים שאיפשר ייצור תכונות שונות בסוגים רבים של חומרים חד פעמיים בעלות נמוכה13.
מבין כל החומרים הנפוצים בשימוש במיקרומיל, תרמופלסטיקה נותרה בחירה מובילה בשל תכונותיהם החיוביות הרבות ותאימותם ליישומים ביולוגיים10,14. תרמופלסטיקה היא מצע אטרקטיבי למערכות מיקרופלואידיות בשל יתרונותיה המשמעותיים לפיתוח מערכות אנליטיות חד פעמיות בעלות נמוכה9. בנוסף, חומרים אלה מקובלים מאוד על תהליכי ייצור בנפח גבוה, מה שהופך אותם מתאימים למסחור וייצור המוני. מסיבות אלה, תרמופלסטיקה כגון PMMA נחשבה לחומרים אמינים וחזקים מאז השנים הראשונות של מיקרופלואידיקה10. פרוטוקולים שונים תוארו כדי לייצר תעלות סגורות בתרמופלסטיקה, כגון מליטה ממס15, מליטה בחום 16, ומליטה אולטרה סגולה (UV)/אוזון טיפול פני שטח17.
במקרים רבים, רזולוציית המיקום שהושגה באמצעות מכונות מיקרומילינג קונבנציונליות אינה מספיקה עבור יישומים מיקרופלואידיים מסוימים הדורשים מבנים הקטנים מ-10 מיקרומטר. למיקרומילינג מתקדם יש רזולוציה מספקת. למרבה הצער, בשל מחירים גבוהים, השימוש בו מוגבל לקומץ משתמשים12. בעבר, קבוצת המחקר שלנו דיווחה על ייצור ומניפולציה של כלי בעלות נמוכה המאפשר מבני עיבוד שבבי של פחות מ -10 מיקרומטר, תוך התגברות על הרזולוציה של מכונות כרסום קונבנציונליות12. המתקן הוא פלטפורמה המיוצרת על ידי הדפסה תלת מימדית עם אלקטרוניקה פשוטה, המכילה שלושה מפעילים פיאזואלקטריים. המשטח מכיל חיבורים בצורת ציר המאפשרים לו להיות מורם כאשר האלמנטים הפיאזואלקטריים פועלים בו זמנית. ניתן לשלוט בתזוזה של ציר Z ברזולוציה של 500 ננומטר ובדיוק של ±1.5 מיקרומטר12.
מאמר זה מציג את שלבי תהליך הייצור של מכשיר אקרילי (PMMA) באמצעות טכניקת מיקרומילינג. עיצוב השבב מורכב מערוץ ראשי ברוחב 200 מיקרומטר ובגובה 200 מיקרומטר וערוץ צדדי עם אותם ממדים כדי לטהר את זרימת הריאגנטים. באזור המרכז, הערוץ מופרע על ידי הגבלה פיזיקלית של גובה של 5 מיקרומטר בלבד, המיוצרת עם הפלטפורמה הפיאזואלקטרית המודפסת בתלת-ממד מתוצרת קבוצהזו 12, כדי ללכוד מיקרו-חלקיקים מגנטיים המרכיבים מלכודת מגנטית עבור ננו-חלקיקים על ידי הצבת מגנט חיצוני. אנו מראים את פעולתו של המכשיר המיקרופלואידי על ידי ביצוע בדיקה חיסונית לאיתור נוגדן מסחרי באמצעות ליזוזים כאנטיגן מודל המצומד לננו-חלקיקים מגנטיים של 100 ננומטר. מכשיר זה משלב תכונות שונות שהופכות אותו לייחודי4: השימוש בננו-חלקיקים מגנטיים כתמיכה במערכת החיסון מפחית את זמן הבדיקה הכולל משעות לדקות; שימוש באנזים פלואורוגני לזיהוי מאפשר מגבלות זיהוי דומות לאלה של בדיקות אימונוסורבנט סטנדרטיות הקשורות לאנזים (ELISAs); והשימוש בתרמופלסטי כחומר ייצור הופך אותו לתואם לייצור המוני, מה שלא היה המקרה של ננו-חלקיקים מיקרופלואידיים קודמים3, והופך אותו למועמד מצוין לפיתוח 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

מערכות מיקרופלואידיות שיפרו מאוד את טכניקות הבדיקה החיסונית. עם זאת, טכניקות מיקרו-פבריקציה רבות דורשות ציוד מיוחד, יקר או מסובך, מה שהופך את הייצור ליקר ולא תואם לייצור המוני, שהוא אחד התנאים המוקדמים החשובים ביותר לאימוץ בדיקות נקודת טיפול (POCT) בסביבה דלת משאבים. עבודה זו מתארת את תהליך הייצור של מכשיר אקרילי (פולימתיל-מתקרילט, PMMA) לבדיקת אימונואסאי אנזימטי מצומד בננו-חלקיקים באמצעות טכניקת המיקרו-מילינג של בקרה נומרית ממוחשבת (CNC). תפקודו של המכשיר המיקרופלואידי מוצג על ידי ביצוע בדיקה חיסונית לאיתור נוגדן מסחרי באמצעות ליזוזים כאנטיגן מודל המצומד לננו-חלקיקים מגנטיים של 100 ננומטר. מכשיר זה משלב מגבלה פיזיקלית של 5 מיקרומטר בלבד בגובה, המשמשת ללכידת מיקרו-חלקיקים מגנטיים המרכיבים מלכודת מגנטית על ידי הצבת מגנט חיצוני. בדרך זו, הכוח המגנטי על התמיכה החיסונית של ננו-חלקיקים מצומדים מספיק כדי ללכוד אותם ולהתנגד לגרירת זרימה. מכשיר מיקרופלואידי זה מתאים במיוחד לייצור המוני בעלות נמוכה ללא אובדן הדיוק לביצועי החיסון.

ניתן היה ליצור פרוטוקול ייצור בעל יכולת שחזור גבוהה המשפר את הרזולוציה של טכניקת המיקרומילינג הקונבנציונלית. באמצעות פרוטוקול זה מושגת ייצור של תעלה בגובה של עד 5 מיקרומטר הפועלת כהגבלה מדורגת בערוץ בגובה 200 מיקרומטר. העיצוב הפשוט של ההגבלה המדשדשת לוכד מיקרו-חלקיקי ברזל בקוטר 7.5 מיקרומט?...

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

Microfluidics הוא כלי רב עוצמה לפיתוח בדיקות אבחון. עם זאת, ציוד וחומרים יקרים, כמו גם טכניקות ייצור וטיפול מייגע, נדרשים לעתים קרובות. כאן אנו מפרטים את פרוטוקול הייצור של התקן מיקרופלואידי אקרילי עבור אימונו-אנליזות מגנטיות מבוססות מיקרו וננו-חלקיקים בסביבה זולה ופשוטה לשימוש.

מיקרומילינג בקרה נומרי ממוחשב של מכשיר אקרילי מיקרופלואידי עם הגבלה מדורגת עבור בדיקות חיסוניות מבוססות ננו-חלקיקים מגנטיים

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

הפרוטוקול שלנו מתאר שיטת מיקרומילינג ברזולוציה גבוהה לייצור מכשיר מיקרופלואידי אקרילי לזיהוי חיסוני כמותי של ריכוזי אנליטים הדומים לטכניקת ELISA בתקן הזהב. גולת הכותרת היא ייצור של מכשיר מיקרופלואידי תרמופלסטי פשוט וזול ללא חדר נקי, המאפשר זמני בדיקה קצרים יותר ומגבלות זיהוי טובות באופן כמותי. מתחילים בשחיקה על פני השטח.חתוך 9 מלבנים בגודל 25 מילימטר של PMMA בעובי 1.3 מילימטר עם סיבית טחנת הקצה של 800 מיקרומטר. חבר את אחד המלבנים הללו בזהירות עם סרט דבק דו-צדדי לפלטפורמה הפיאזואלקטרית. חבר והנח את חיישן Z על פני השטח של מלבן PMMA.בחר את פין הזיהוי והזז אותו מעל משטח החיישן. הנמיכו את הסיכה באופן ידני מבלי ליצור קשר עם החיישן. הפעל את מצב חישת Z-zero.סובב את טחנת הקצה של 200 מיקרומטר ב-14, 500 סל"ד. הורידו אותו באיטיות לקואורדינטות המקור על ציר z. לאחר מכן אפס את ציר z 30 מיקרומטר מתחת למקור.הגדר קואורדינטות אלה כמקור Z החדש. לחץ על גזירה כפתור בתוכנת מכונת המיקרומילינג כדי להפעיל את לוח החיתוך. לחץ על הלחצן הוסף ובחר את קובץ TXT עם קוד שנוצר בעבר עבור שחיקה של משטח אקריליק.לחץ על פלט כפתור כדי להתחיל בתהליך. עבור כרסום של הגבלת חמישה מיקרומטר, הראשון, להגדיר את מהירות הסיבוב של סיבית טחנת הקצה ל 11, 000 סל"ד. לאחר מכן, הרם את הפלטפורמה ב -6.5 מיקרומטר עם הממשק של הפלטפורמה הפיאזואלקטרית.הזיזו את טחנת הקצה מעט לאורך ציר ה-y ב-500 מיקרומטר. החזר את הפלטפורמה הפיאזואלקטרית לערך ההתחלתי שלה על ציר z עם ממשק הבקרה. לאחר מכן, בצע כרסום של microchannels על ידי פתיחת קובץ העיצוב שנוצר בעבר מתוכנת העיצוב.לחץ על כפתור ההדפסה, גש לתפריט המאפיינים ולחץ על חלון הצבע המתאים לשכבה המכילה את העיצוב שיש לעבד. קבעו את פרמטרי הייצור בחלונית הכלים. עבור כרסום של חורים, עבור אל סיבית טחנת הקצה 800 מיקרומטר.הפעל את שכבת העיצוב של החורים בקוטר 1.2 מילימטר על ידי לחיצה על חלון הצבע המתאים ובחירת פרמטרי הייצור המתאימים. המכונה שני חורים נוספים בפינות קונטרלטרליות של המלבן ליישור האקריל באופן הפוך על פלטפורמה חדשה. הפוך את האקריליק והדביק אותו עם סרט דבק דו צדדי על המתאם עם העמודים המעובדים.פתח את הקובץ עם העיצוב של החורים עבור הפנים ההפוכות מתוכנת העיצוב. טוחנים את המחצית הנותרת של חורי הכניסה והיציאה המגיב בקוטר של 1.5 מילימטרים ובעומק של 0.7 מילימטרים. יש לנקות את יריעות המלבן האקריליות עם אלכוהול איזופרופיל ולשטוף במים מזוקקים.לטבול את אקריליק באמבט קולי במשך 10 דקות. יבשו את שתי יריעות האקריל והדביקו אותן לחלק הפנימי של מכסה צלחת פטרי מזכוכית עם סרט הדבקה דו צדדי. לאחר מכן מניחים את בסיס צלחת פטרי הזכוכית בתוך צלחת פטרי זכוכית גדולה יותר.יוצקים מיליליטר אחד של כלורופורם לבסיס צלחת פטרי ומניחים במהירות את המכסה עם יריעות האקריליק. הוסיפו מיד מים מזוקקים לבסיס צלחת הפטרי הגדולה יותר עד לגובה מכסה צלחת פטרי. אפשר חשיפה של האקריליק לגז כלורופורם למשך דקה אחת.לאחר מכן הטה את צלחת הפטרי כדי לשבור את חותם המים ומיד גלה את צלחת פטרי. להדבקה, יישרו את שני האקריליקים עם הצדדים החשופים לכלורופורם פנים אל פנים וצרו סנדוויץ'. מניחים את האקריליק במכבש למשך שני מרווחים של שתי דקות, ומשנים את יישור האקריליק.לאחר מכן חבר שניים עד שלושה סנטימטרים של צינור לכל אחד מהחורים של המכשיר עם דבק נוזלי מתייבש מיידית. ממלאים את התעלות במים מזוקקים באמצעות מזרק. לטבול את המכשיר באמבט קולי במשך 10 דקות.לאחר מכן רוקנו את המים בתוך תעלות המכשיר והשתמשו במזרק כדי להציג תמיסת BSA של 5%. הכינו תרחיף של מיקרו-חלקיקי ברזל בקוטר של 7.5 מיקרומטר ב-5% BSA. דגרו את השבב ואת מתלה המיקרו-חלקיקים עם תמיסת החסימה למשך שעה לפחות בטמפרטורת החדר.לאחר מכן, הכנס את המיקרו-חלקיקים לתוך השבב עם מחט מזרק דרך צינור היציאה הצדדי. מניחים את השבב אנכית, ואז מסובבים את השבב בשני שלבים של 90 מעלות כך שהמיקרו-חלקיקים מכוונים וקומפקטיים במגבלת חמשת המיקרומטרים. אטמו את כל הצינורות של המכשיר האקרילי בחום.חותכים את צינור הכניסה עד שנותרו רק כמה מילימטרים. מלאו את מחט החלוקה במאגר כביסה והכניסו אותה לצינור החתוך. תן לפתרון לטפטף ולאחר מכן לחבר את המחט למכשיר.חותכים את צינור היציאה מהערוץ הצדדי, ולאחר מכן מתחברים למשאבת המזרק. לאחר מכן, חזור על אותו הליך עבור צינור יציאת הערוץ הראשי. לאחר מכן חבר את השבב למגנט.עבור זיהוי חיסוני, שמור על מאגר הכביסה זורם במשך 10 דקות במהירות של 50 מיקרוליטר לשעה. הסר את חיץ הכביסה הנותר ממחט החלוקה באמצעות מיקרופיפט והוסף 50 מיקרוליטר מתרחיף הננו-חלקיקים. הזרימו את תרחיף הננו-חלקיקים במשך שבע דקות בקצב זרימה של 100 מיקרוליטר לשעה.לאחר מכן שנה את קצב הזרימה ל -50 מיקרוליטר לשעה והמשיך את הזרימה עוד 15 דקות. החליפו את מחט החלוקה והזרימו את חיץ הכביסה למשך 10 דקות באותו קצב. הסר את חיץ הכביסה הנותר ממחט החלוקה עם מיקרופיפטה והוסף 100 מיקרוליטר של המצע הפלואורוגני.התאם את פרמטרי קצב הזרימה והזמן עבור קלט מצע, מדידת פלואורסצנציה ושלב הכביסה. הפעל את זרימת הקלט של המצע הפלואורוגני במשך שש דקות ב 50 microliters לשעה. 15 שניות לפני שזרימת המצע נפסקת, הפעילו את הפלואורסצנציה של המיקרוסקופ.התחל את לכידת התמונה עם התוכנה של מצלמת המיקרוסקופ 10 שניות לפני שהמצע נעצר עם זמן חשיפה של 1, 000 אלפיות השנייה. לחץ על כפתור התחל של פרמטר קצב הזרימה הרצוי מיד לאחר הפסקת שטיפת המצע. בצע הדמיה במשך שש דקות במסגרת אחת לשנייה.לחץ על לחצן התחל של זרימת הכביסה מיד לאחר הפסקת זרימת המדידה שנבחרה. ננו-חלקיקים מצומדים של ליזוזים ונוגדן משני מצומד של צנון סוס שימשו לבדיקה החיסונית. נצפתה עלייה בעוצמת הפלואורסצנטיות לריכוזים שונים של נוגדנים ראשוניים בהשוואה בין אזורים לפני ואחרי המלכודת, והראתה שהשינוי בפלואורסצנטיות המצע עומד ביחס ישר לריכוז הנוגדן הראשוני.עבור ריכוז נתון של נוגדן ראשוני, עוצמת הפלואורסצנטיות תוכננה כפונקציה של זמן בקצבי זרימה שונים של המצע הפלואורוגני. יכולת ההמרה של המצע על ידי אנזים HRP הייתה ביחס הפוך לקצב הזרימה, עוצמה מקסימלית התקבלה עבור קצב זרימה של מיקרוליטר אחד לשעה. עבור קצבי הזרימה השונים עבור ריכוזי נוגדנים ראשוניים שונים, עקומות של ההבדלים הפלואורסצנטיים לאחר ולפני התגובה החיסונית הראו כי עבור ריכוז של 1, 000 ננוגרם למיליליטר, הרוויה הפלואורסצנטית עבור כל קצבי הזרימה המוערכים.עקומת כיול הוכנה תוך שימוש בערך המרבי של ההבדלים בעוצמת הפלואורסצנטיות שהתקבלו ביחס לריכוז הנוגדן הראשוני לכל קצב זרימה. השונות הגבוהה ורמות הפלואורסצנטיות הגבוהות במיקרוליטר אחד לשעה הצביעו על כך שהקצב אינו מעדיף את זרימת המצע המגיב ונוטה להצטבר מיד לאחר המלכודת. יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לשלבי האיטום של המיקרו-ערוצים מכיוון שהחשיפה לכלורופורם רגישה מאוד לטמפרטורה.לקבלת תוצאות הניתנות לשחזור, הטמפרטורה חייבת להיות תמיד זהה. המערכת שלנו מסייעת להבין היכן קומפקטיות וגודל של מיקרו-חלקיקים, גודל ננו-חלקיקים, אנטיגנים, נוגדן זיהוי ומצע הם הגורמים הקובעים את גבול הגילוי בבדיקה חיסונית מיקרופלואידית מבוססת ננו-חלקיקים.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

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

יישום של אינטרפרומטר הפניה לNanodetection

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 מבוסס נוהל ניסיון לאינטראקצית המוח-רובוט עם רובוטים דמויים אדם

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

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​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

מליטה מרככת עבור ייצור של PMMA ו COP מכשירי microfluidic

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

מתודולוגיה רווח-פיצוי עבור סריקה סינוסי המראה גַלוָנוֹמֶטֶר ב פרופורציונלי-אינטגרל-דיפרנציאל בקרה באמצעות טכניקות טרום דגש

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

המחקר של הניסוי מפסק הקונכייה וסימולציות עבור כור מחקר

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

פלטפורמה משופעת סיליקון סיבים אופטיים חישה עם רזולוציה גבוהה ותגובה מהירה

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

הפקה של התקן מדידת מתח עם מדפסת תלת-ממד משופרת

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

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

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