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

이 작업은 "Programa de Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación"의 보조금 312231 따라 멕시코 Conacyt와 AMEXCID 및 멕시코 외교부 (SRE)가 "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2"보조금으로 지원했습니다. JAHO는 박사 학위 장학금에 대해 Conacyt Mexico에 감사드립니다.

1. 마이크로 밀링
<ol><li>표면 연삭<ol><li>마이크로 밀링 머신과 압전 컨트롤러를 켭니다. 각각의 제어 소프트웨어를 시작하십시오12.</li>
		<li>필요한 엔드밀 비트(직경 200μm 및 800μm)를 선택합니다. 밀링 머신의 적절한 구획에 배치합니다(그림 1).</li>
		<li>800μm 엔드밀 비트로 1.3mm 두께의 PMMA의 9mm x 25mm 직사각형을 절단합니다. 양면 접착 테이프?...

<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>

나노입자를 면역지지체로서 사용하는 면역분석용 아크릴 미세유체 장치를 마이크로밀링 기술을 사용하여 제작하였다. 기판 상에 직접 제조하는 방법은 마스터 몰드의 사용과 이것이 의미하는 시간 및 비용을 피할 수 있는 장점이 있다. 그러나 신속한 프로토 타이핑 및 대량 장치 제조로 제한됩니다.
여기에서, 우리는 밀링 머신(12)에 대해 이전에보고 된 액?...

최근 몇 년 동안 미세 유체 공학은 면역 분석 기술1에서 중요한 역할을했습니다. 소형화 기술은 기존 면역분석법에 비해 시료 및 시약 소비 감소, 배양 시간 단축, 효율적인 용액 교환, 높은 통합및 자동화 2와 같은 많은 뛰어난 이점을 가지고 있습니다.
또한, 면역 분석의 미세 유체 시스템은 면역 지원체로서 자성 나노 입자와 결합하여 배양 시간을 상당히 단축시켜 증가 된 표면 대 부피 비율로 인해 높은 검출 감도를 달성합니다3. 입자의 브라운 운동은 항원-항체 복합체 4,5의 형성 동안 반응 동력학을 향상시킵니다. 또한, 나노입자의 자기적 특성은 다양한 미세유체 장치 구성에 통합될 수 있는 다기능성을 제공하여 소형화된 온칩 바이오감지 시스템5에서 신호 전달 및 분자 포획에 이상적인 후보가 됩니다. 그러나, 자기력은 높은 표면 대 부피 비율6로 인해 나노 미터 규모의 항력보다 현저히 약하다. 따라서 세척 및 검출과 같은 중요한 면역 분석 단계를 위해 나노 입자를 포획하는 것은 어려울 수 있으며 기존의 자석으로는 충분하지 않습니다4.
나노입자를 조작하는 효율적인 방법은 미세유체 구조(3)로 포장되어 있는 철 미세입자에 의해 형성된 미세유체 자기 트랩을 사용하는 것이다. 따라서 외부 자석이 접근하면 자화된 다공성 매질 내에서 자기력과 자속력 사이에 복잡한 상호 작용이 생성됩니다. 나노 입자에 작용하는 자기력은이를 포착하고 유동 항력 3,4,7에 저항 할만큼 충분히 강합니다. 이 접근법은 마이크로 입자를 유지하는 마이크로 메트릭 구조를 생성하기 위해 몇 마이크로 미터 정도의 해상도를 달성하는 미세 가공 기술이 필요합니다.
현재의 미세가공 기술은 수 미크론에서 수백 나노미터까지의 구조물의 고해상도 제조를 가능하게 한다(8). 그러나 이러한 기술 중 상당수는 전문적이고 비싸거나 복잡한 장비가 필요합니다. 주요 어려움 중 하나는 금형 제작을위한 클린 룸에 대한 요구 사항으로, 비용과 시간이 많이 소요됩니다 8,9. 최근에, 미세유체 공학자들은 비용 절감, 더 빠른 처리 시간, 더 저렴한 재료 및 도구,향상된 기능성 8과 같은 다양한 이점을 갖는 다양한 대체 제조 방법을 개발함으로써 이러한 단점을 극복하고 있다. 이러한 방식으로 새로운 미세 가공 기술의 개발은 10 μm8의 낮은 분해능을 달성하는 저비용의 비 클린 룸 방법을 가져 왔습니다. 패터닝은 값비싼 성형 패턴을 생성하지 않고 기판 상에 직접 사용할 수 있으므로 시간이 많이 소요되는 공정을 피할 수 있습니다. 직접 제조 방법에는 CNC 밀링, 레이저 제거 및 직접 리소그래피8이 포함됩니다. 이러한 모든 방법은 경도9에 관계없이 광범위한 재료에서 높은 종횡비 채널을 생성하는 데적합하며, 미세유체 장치8에서 새롭고 유리한 형상, 물리적 거동 및 품질을 가능하게 합니다.
CNC 마이크로 밀링은 기판에서 벌크 재료를 제거하는 절삭 공구를 사용하여 마이크로 스케일 구조를 생성하며 미세 유체 장치(10,11)를위한 효과적인 제조 방법입니다. 마이크로밀링 기술은 미세 유체 응용 분야에서 작업 표면에 직접 마이크로 채널과 피처를 생성하는 데 유용할 수 있으며, 주요 이점을 제공합니다: 짧은 시간(30분 미만)에 공작물을 제작할 수 있어 설계에서 프로토타입12까지의 처리 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 또한 다양한 재료, 크기 및 모양의 절단 액세서리를 광범위하게 사용할 수 있기 때문에 CNC 밀링 머신은 다양한 유형의 저비용 일회용 재료에서 다양한 기능을 제작할 수 있는 적합한 도구입니다13.
마이크로 밀링에 일반적으로 사용되는 모든 재료 중에서 열가소성 수지는 많은 유리한 특성과 생물학적 응용 분야와의 호환성10,14로 인해 선도적 인 선택으로 남아 있습니다. 열가소성 수지는 저비용의 일회용분석 시스템 9 개발에 상당한 이점이 있기 때문에 미세 유체 시스템에 매력적인 기질입니다. 또한 이러한 재료는 대량 제조 공정에 매우 적합하여 상업화 및 대량 생산에 적합합니다. 이러한 이유로 PMMA와 같은 열가소성 수지는 미세 유체 공학10의 초기부터 신뢰할 수 있고 견고한 재료로 간주되었습니다. 열가소성 수지에서 폐쇄 채널을 제조하기 위한 상이한 프로토콜이 설명되었으며, 예컨대 용매 접합(15), 열 접합(16) 및 자외선(UV)/오존 표면 처리 접합(17)이 있다.
많은 경우, 기존의 마이크로 밀링 머신으로 달성 된 위치 결정 분해능은 10 μm보다 작은 구조가 필요한 일부 미세 유체 응용 분야에는 충분하지 않습니다. 고급 마이크로 밀링은 충분한 분해능을 가지고 있습니다. 불행히도, 높은 가격으로 인해, 그 사용은 소수의 사용자로 제한됩니다12. 이전에 우리 연구 그룹은 10μm 미만의 가공 구조를 허용하는 저비용 공구의 제조 및 조작을 보고하여 기존 밀링 머신의 분해능을 극복했습니다12. 고정 장치는 3 개의 압전 액추에이터를 포함하는 간단한 전자 장치로 3D 인쇄로 제조 된 플랫폼입니다. 표면에는 압전 요소가 동시에 작용할 때 들어 올릴 수있는 힌지 모양의 조인트가 있습니다. Z축 변위는 500nm의 분해능과 ±1.5μm의 정확도로 제어할 수 있습니다12.
이 논문은 마이크로 밀링 기술을 통한 아크릴 장치 (PMMA)의 제조 공정 단계를 제시합니다. 칩 설계는 폭 200μm, 높이 200μm의 메인 채널과 시약의 흐름을 퍼지하기 위한 동일한 치수의 측면 채널로 구성됩니다. 중앙 영역에서, 채널은 외부 자석을 배치하여 나노 입자의 자기 트랩을 구성하는 자성 미세 입자를 포착하기 위해이 그룹(12)에 의해 만들어진 3D 인쇄 압전 플랫폼으로 제작 된 높이가 5μm에 불과한 물리적 제한에 의해 중단됩니다. 우리는 100 nm 자성 나노 입자에 접합 된 모델 항원으로 라이소자임을 사용하여 상용 항체를 검출하기위한 면역 분석법을 수행하여 미세 유체 장치의 작동을 보여줍니다. 이 장치는 독특한4 : 면역 지원으로 자성 나노 입자를 사용하면 총 테스트 시간이 몇 시간에서 몇 분으로 단축됩니다. 검출을 위해 형광 생성 효소를 사용하면 표준 효소 결합 면역 흡착 분석 (ELISA)과 비교할 수있는 검출 한계가 허용됩니다. 그리고 열가소성 수지를 제조 재료로 사용하면 이전 미세 유체 나노 입자의 자기 트랩3에는 없었던 대량 생산과 호환되며 POCT를 개발할 수있는 훌륭한 후보가됩니다.

<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

미세 유체 시스템은 면역 분석 기술을 크게 향상 시켰습니다. 그러나 많은 미세 가공 기술에는 전문적이고 비싸거나 복잡한 장비가 필요하므로 제조 비용이 많이 들고 대량 생산과 양립 할 수 없으며, 이는 자원이 부족한 환경에서 현장 진료 테스트 (POCT)를 채택하기위한 가장 중요한 전제 조건 중 하나입니다. 이 작업은 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 마이크로 밀링 기술을 사용하여 나노 입자 접합 효소 면역 분석 테스트를위한 아크릴 (폴리 메틸 메타 크릴 레이트, PMMA) 장치의 제조 공정을 설명합니다. 미세유체 장치의 기능은 100 nm 자성 나노입자에 접합된 모델 항원으로서 라이소자임을 사용하여 상용 항체를 검출하기 위한 면역검정을 수행함으로써 나타난다. 이 장치는 높이가 5μm에 불과한 물리적 엇갈린 제한을 통합하여 외부 자석을 배치하여 자기 트랩을 구성하는 자성 미세 입자를 포착하는 데 사용됩니다. 이러한 방식으로, 공액 나노 입자의 면역 지지체에 대한 자기력은이를 포착하고 유동 항력에 저항하기에 충분합니다. 이 미세유체 장치는 면역분석 성능을 위한 정밀도의 손실 없이 저비용 대량 생산에 특히 적합합니다.

기존 마이크로 밀링 기술의 분해능을 향상시키는 재현성이 높은 제조 프로토콜을 수립 할 수있었습니다. 이 프로토콜을 사용하면 200μm 높은 채널에서 엇갈린 제한으로 작동하는 높이 5μm만큼 작은 채널을 제작할 수 있습니다. 엇갈린 제한의 단순한 설계는 7.5μm 직경의 철 미세 입자를 포착하여 마이크로 채널에서 압축될 때 외부 자석이 장치에 접근할 때 자기 트랩을 생성할 수 있습니다. 이 장치...

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

미세 유체 공학은 진단 테스트 개발을위한 강력한 도구입니다. 그러나 값비싼 장비와 재료, 힘든 제조 및 취급 기술이 필요한 경우가 많습니다. 여기에서는 저비용 및 사용이 간편한 환경에서 자성 마이크로 및 나노 입자 기반 면역 분석을위한 아크릴 미세 유체 장치의 제조 프로토콜에 대해 자세히 설명합니다.

컴퓨터 수치 제어 자기 나노 입자 기반 면역 분석에 대한 엇갈린 제한이있는 미세 유체 아크릴 장치의 마이크로 밀링

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

당사의 프로토콜은 금 표준 ELISA 기술에 필적하는 분석물 농도의 정량적 면역 검출을 위한 아크릴 미세유체 장치를 제조하는 고분해능 마이크로밀링 방법을 설명합니다. 하이라이트는 클린 룸없이 간단하고 저렴한 열가소성 미세 유체 장치를 제작하여 정량적 방식으로 분석 시간을 단축하고 우수한 검출 한계를 허용하는 것입니다. 표면 연삭으로 시작하십시오.800마이크로미터 엔드밀 비트로 1.3mm 두께의 PMMA의 9 x 25mm 직사각형을 자릅니다. 이 직사각형 중 하나를 양면 접착 테이프로 압전 플랫폼에 조심스럽게 부착하십시오. Z-센서를 연결하여 PMMA 사각형의 표면에 놓습니다.감지 핀을 선택하고 센서 표면 위로 이동합니다. 센서에 접촉하지 않고 수동으로 핀을 내립니다. Z-영점 감지 모드를 활성화합니다.200 마이크로 미터 엔드 밀 비트를 14, 500 rpm으로 회전시킵니다. z축의 원점 좌표까지 천천히 내립니다. 그런 다음 원점에서 30마이크로미터 아래의 z축을 재설정합니다.이 좌표를 새 Z 원점으로 설정합니다. 마이크로 밀링 머신 소프트웨어에서 절단 버튼을 클릭하여 절단 패널을 활성화합니다. 추가 버튼을 클릭하고 아크릴 표면 연삭을 위해 이전에 생성 된 코드로 TXT 파일을 선택하십시오.출력 버튼을 클릭하여 프로세스를 시작하십시오. 5 마이크로 미터 제한의 밀링을 위해, 먼저 엔드 밀 비트의 회전 속도를 11, 000 rpm으로 설정한다. 그런 다음 압전 플랫폼의 인터페이스로 플랫폼을 6.5마이크로미터 올립니다.엔드밀 비트를 y축을 따라 500마이크로미터 이동합니다. 압전 플랫폼을 제어 인터페이스를 사용하여 z축의 초기 값으로 되돌립니다. 그런 다음 설계 소프트웨어에서 이전에 작성된 설계 파일을 열어 마이크로 채널의 밀링을 수행합니다.인쇄 버튼을 클릭하고 속성 메뉴에 액세스한 다음 가공할 디자인이 포함된 레이어에 해당하는 색상 창을 클릭합니다. 도구 패널에서 제작 매개변수를 설정합니다. 홀 밀링의 경우 800마이크로미터 엔드 밀 비트로 전환하십시오.해당 색상 창을 클릭하고 해당 제작 매개변수를 선택하여 직경 1.2mm 구멍의 디자인 레이어를 활성화합니다. 새 플랫폼에서 아크릴을 거꾸로 정렬하기 위해 직사각형의 반대쪽 모서리에 두 개의 추가 구멍을 가공합니다. 아크릴을 뒤집고 가공 된 기둥이있는 어댑터 위에 양면 접착 테이프로 테이프로 붙입니다.설계 소프트웨어에서 반대면의 구멍 설계가 포함 된 파일을 엽니 다. 시약 입구 및 출구 구멍의 나머지 절반을 직경 1.5mm, 깊이 0.7mm로 밀링합니다. 아크릴 직사각형 시트를 이소프로필 알코올로 모두 청소하고 증류수로 헹굽니다.아크릴을 초음파 욕조에 10 분 동안 담그십시오. 아크릴 시트를 모두 말리고 양면 테이프로 유리 페트리 접시 뚜껑 안쪽에 테이프로 붙입니다. 그런 다음 유리 페트리 접시의 바닥을 더 큰 유리 페트리 접시 안에 넣습니다.페트리 접시의 바닥에 클로로포름 1 밀리리터를 붓고 아크릴 시트로 뚜껑을 빠르게 놓습니다. 즉시 더 큰 페트리 접시의 바닥에 증류수를 페트리 접시 뚜껑 높이까지 추가합니다. 아크릴을 클로로포름 가스에 1 분 동안 노출시킵니다.그런 다음 페트리 접시를 기울여 물개를 깨고 즉시 페트리 접시를 발견하십시오. 접착을 위해 두 아크릴을 클로로포름이 노출 된면과 마주보고 정렬하고 샌드위치를 형성하십시오. 아크릴을 프레스에 2 분 간격으로 놓고 아크릴의 정렬을 변경하십시오.그런 다음 순간 건조 액체 접착제로 장치의 각 구멍에 2-3 센티미터의 호스를 부착하십시오. 주사기를 사용하여 채널을 증류수로 채 웁니다. 장치를 초음파 욕조에 10 분 동안 담그십시오.그런 다음 장치 채널 내부의 물을 비우고 주사기를 사용하여 5%BSA 용액을 도입합니다. 5%BSA에 있는 7.5 마이크로미터에 직경의 철 미립자의 현탁액을 준비하십시오. 칩과 마이크로입자 현탁액을 블로킹 용액과 함께 실온에서 적어도 1시간 동안 인큐베이션한다.그런 다음 측면 채널 출구 호스를 통해 주사기 바늘로 미립자를 칩에 삽입합니다. 칩을 수직으로 놓은 다음, 칩을 90도의 2단계로 회전시켜 미세입자가 5 마이크로미터 제한에서 표적 및 압축되도록 한다. 아크릴 장치의 모든 호스를 열로 밀봉하십시오.몇 밀리미터 만 남을 때까지 입구 호스를 자릅니다. 분배 바늘에 세척 버퍼를 채우고 절단 된 호스에 삽입하십시오. 용액이 떨어지도록 한 다음 바늘을 장치에 연결하십시오.측면 채널에서 배출 호스를 자른 다음 주사기 펌프에 연결하십시오. 그런 다음 주 채널 출구 호스에 대해 동일한 절차를 반복하십시오. 그런 다음 칩을 자석에 부착하십시오.면역검출을 위해, 세척 완충액을 시간당 50 마이크로리터로 10분 동안 흐르게 한다. 마이크로피펫으로 분배 바늘에서 남은 세척 완충액을 제거하고 50마이크로리터의 나노입자 현탁액을 추가합니다. 나노입자 현탁액을 시간당 100 마이크로리터의 유속으로 7분 동안 유동시킨다.그런 다음 유속을 시간당 50 마이크로 리터로 변경하고 15 분 동안 흐름을 계속하십시오. 분배 바늘을 교체하고 동일한 속도로 10분 동안 세척 버퍼를 흐릅니다. 마이크로피펫으로 분배 바늘로부터 남은 세척 완충액을 제거하고 100 마이크로리터의 플루오로제닉 기질을 첨가한다.기질 입력, 형광 측정 및 세척 단계에 대한 유량 및 시간 파라미터를 조정합니다. 플루오로 생성 기질의 입력 흐름을 시간당 50 마이크로 리터에서 6 분 동안 활성화시킵니다. 기판 흐름이 멈추기 15초 전에 현미경의 형광을 켭니다.기판이 1, 000 밀리 초의 노출 시간으로 멈추기 10 초 전에 현미경 카메라의 소프트웨어로 이미지 캡처를 시작하십시오. 기판 세척이 중지 된 직후 원하는 유량 매개 변수의 시작 버튼을 클릭하십시오. 초당 1프레임으로 6분 동안 이미징을 수행합니다.선택한 측정 흐름이 중지된 직후 세척 흐름의 시작 버튼을 클릭합니다. 라이소자임 접합 나노입자 및 홀스래디쉬 퍼옥시다아제 접합 2차 항체를 면역분석에 사용하였다. 상이한 농도의 1차 항체에 대한 형광 강도의 증가가 트랩 전후의 영역을 비교하여 관찰되었고, 이는 기질 형광의 변화가 1차 항체의 농도에 정비례한다는 것을 보여준다.1차 항체의 주어진 농도에 대해, 형광 강도는 플루오로제닉 기질의 상이한 유속에서의 시간의 함수로서 플롯팅되었다. HRP 효소에 의한 기질의 전환 능력은 유속에 반비례하였고, 시간당 1 마이크로리터의 유속에 대해 최대 강도가 얻어졌다. 다양한 1차 항체 농도에 대한 상이한 유속에 대해, 면역반응 후 및 전의 형광 차이의 곡선은 밀리리터당 1, 000 나노그램의 농도에 대해, 모든 평가된 유속에 대해 형광이 포화된다는 것을 보여주었다.검량선은 각 유속에 대한 1차 항체의 농도에 대하여 얻어진 형광 강도의 차이의 최대값을 사용하여 제조하였다. 시간당 1 마이크로 리터의 높은 가변성과 높은 형광 수준은 속도가 반응 기질의 흐름을 선호하지 않고 트랩 직후에 축적되는 경향이 있음을 시사했습니다. 클로로포름에 대한 노출은 온도에 매우 민감하기 때문에 마이크로 채널의 밀봉 단계에 특별한주의를 기울여야합니다.재현 가능한 결과를 얻으려면 온도가 항상 동일해야 합니다. 당사의 시스템은 미세입자의 소형화 및 크기, 나노입자 크기, 항원, 검출 항체 및 기질이 나노입자 기반 미세유체 면역분석에서 검출 한계를 결정하는 요인인 위치를 이해하는 데 도움이 됩니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

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공학

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