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

Dette arbeidet ble støttet av Conacyt, Mexico under bevilgning 312231 av "Programa de Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación", og av AMEXCID og meksikanske Foreign Relations Ministry (SRE) under tilskudd "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2". JAHO takker Conacyt Mexico for deres PhD-stipend.

1. Mikromilling
<ol><li>Overflatesliping<ol><li>Slå på mikrofresemaskinen og den piezoelektriske kontrolleren. Start deres respektive kontrollprogramvare12.</li>
		<li>Velg de nødvendige endemøllebitene (200 μm og 800 μm diametre). Plasser dem i riktig rom på fresemaskinen (figur 1).</li>
		<li>Skjær 9 mm x 25 mm rektangler med 1,3 mm tykk PMMA med 800 μm endemøllebit. Fest en av disse rektanglene forsiktig med dobbeltsidig tape til den pi...

<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>

En akryl mikrofluidisk enhet for immunoassays ved bruk av nanopartikler som immunosupport ble produsert ved hjelp av en mikrofreseteknikk. Metoden for direkte produksjon på underlaget har fordelen av å unngå bruk av en hovedform og tid og kostnader som dette innebærer. Det er imidlertid begrenset til rask prototyping og produksjon av enheter med høyt volum.
Her brukte vi en tidligere rapportert tilbehør piezoelektrisk plattform for fresemaskinen12. Plattformen ble...

De siste årene har mikrofluidikk spilt en viktig rolle i immunoassayteknikker1. Miniatyriseringsteknologi har mange enestående fordeler sammenlignet med tradisjonelle immunoassays, for eksempel redusert prøve- og reagensforbruk, kortere inkubasjonstider, effektiv løsningsutveksling og høyere integrasjon og automatisering2.
Videre reduserer mikrofluidiske systemer i immunoassays, i forbindelse med magnetiske nanopartikler som immunstøtte, inkubasjonstiden betydelig, og oppnår høy deteksjonsfølsomhet på grunn av økt overflate-til-volum-forhold3. Brownsk bevegelse av partiklene forbedrer reaksjonskinetikken under dannelsen av antigen-antistoffkomplekset 4,5. Videre gir de magnetiske egenskapene til nanopartikler allsidigheten til å bli integrert i forskjellige mikrofluidiske enhetskonfigurasjoner, noe som gjør dem til en ideell kandidat for signalering og molekylfangst i miniatyriserte biosensingssystemer5. Imidlertid er magnetiske krefter betydelig svakere enn dragkrefter på nanometerskalaen på grunn av det høye forholdet mellom overflate og volum6. Derfor kan fangst av nanopartikler for viktige immunoassay-trinn som vasking og deteksjon være utfordrende, og en konvensjonell magnet er utilstrekkelig4.
En effektiv måte å manipulere nanopartiklene på er bruken av en mikrofluidisk magnetisk felle dannet av jernmikropartikler, som er pakket i en mikrofluidisk struktur3. Derfor, når en ekstern magnet nærmer seg, opprettes en kompleks interaksjon innenfor det magnetiserte porøse mediet mellom magnetiske og flukskrefter. Den magnetiske kraften som virker på nanopartiklene er sterk nok til å fange dem og motstå strømningsdrag 3,4,7. Denne tilnærmingen krever mikrofabrikasjonsteknikker som oppnår oppløsninger i størrelsesorden noen få mikrometer for å generere mikrometriske strukturer som beholder mikropartiklene.
Nåværende mikrofabrikasjonsteknikker tillater høyoppløselig fabrikasjon av strukturer fra noen få mikron til hundrevis av nanometer8. Imidlertid krever mange av disse teknikkene spesialisert, dyrt eller komplisert utstyr. En av de største vanskelighetene er kravet om et renrom for muggfabrikasjon, som fortsatt er kostbart og tidkrevende 8,9. Nylig har mikrofluidiske ingeniører overvunnet denne ulempen ved å utvikle en rekke alternative fabrikasjonsmetoder, med ulike fordeler som reduserte kostnader, raskere behandlingstid, billigere materialer og verktøy og økt funksjonalitet8. På denne måten førte utviklingen av nye mikrofabrikasjonsteknikker til lavkost, ikke-renromsmetoder som oppnår oppløsninger så lave som 10 μm8. Mønster kan brukes direkte på et underlag uten å generere et dyrt støpemønster, og dermed unngå en tidkrevende prosess. Direkte fabrikasjonsmetoder inkluderer CNC-fresing, laserablasjon og direkte litografi8. Alle disse metodene er egnet for å produsere kanaler med høyt aspektforhold i et bredt spekter av materialer, uavhengig av hardhet9, noe som muliggjør nye og fordelaktige geometrier, fysisk oppførsel og kvaliteter i mikrofluidiske enheter8.
CNC-mikrofresing skaper mikroskalastrukturer ved hjelp av skjæreverktøy som fjerner bulkmateriale fra et substrat og er en effektiv fabrikasjonsmetode for mikrofluidiske enheter10,11. Mikrofreseteknikken kan være nyttig i mikrofluidiske applikasjoner for å lage mikrokanaler og funksjoner direkte på arbeidsflaten, noe som gir en viktig fordel: et arbeidsstykke kan fremstilles på kort tid (mindre enn 30 minutter), noe som reduserer behandlingstiden fra design til prototype12 betydelig. I tillegg gjør den brede tilgjengeligheten av skjæretilbehør av forskjellige materialer, størrelser og former CNC-fresemaskiner til et egnet verktøy som har gjort det mulig å produsere forskjellige funksjoner i mange typer rimelige engangsmaterialer13.
Blant alle materialene som vanligvis brukes i mikrofresing, er termoplast fortsatt et ledende valg på grunn av deres mange gunstige egenskaper og kompatibilitet med biologiske applikasjoner10,14. Termoplast er et attraktivt substrat for mikrofluidiske systemer på grunn av deres betydelige fordeler for å utvikle rimelige, engangsanalytiske systemer9. I tillegg er disse materialene svært mottagelige for produksjonsprosesser med høyt volum, noe som gjør dem egnet for kommersialisering og masseproduksjon. Av disse grunner har termoplast som PMMA blitt ansett som pålitelige og robuste materialer siden de tidlige årene av mikrofluidikk10. Ulike protokoller er beskrevet for å fremstille lukkede kanaler i termoplast, for eksempel løsningsmiddelbinding15, varmebinding 16 og ultrafiolett (UV) / ozon overflatebehandlingsbinding17.
I mange tilfeller er posisjoneringsoppløsningen oppnådd med konvensjonelle mikrofresemaskiner ikke tilstrekkelig for noen mikrofluidiske applikasjoner som krever strukturer mindre enn 10 μm. High-end mikromilling har nok oppløsning. Dessverre, på grunn av høye priser, er bruken begrenset til en håndfull brukere12. Tidligere rapporterte vår forskningsgruppe fabrikasjon og manipulering av et billig verktøy som tillater maskineringsstrukturer på mindre enn 10 μm, overvinne oppløsningen til konvensjonelle fresemaskiner12. Armaturen er en plattform produsert av 3D-utskrift med enkel elektronikk, som inneholder tre piezoelektriske aktuatorer. Overflaten inneholder hengselformede ledd som gjør at den kan løftes når de piezoelektriske elementene virker samtidig. Z-akseforskyvning kan styres med en oppløsning på 500 nm og en nøyaktighet på ± 1,5 μm12.
Denne artikkelen presenterer trinnene i produksjonsprosessen til en akrylenhet (PMMA) gjennom en mikrofreseteknikk. Brikkedesignet består av en hovedkanal 200 μm bred og 200 μm høy og en sidekanal med samme dimensjoner for å rense strømmen av reagensene. I det sentrale området blir kanalen avbrutt av en fysisk begrensning på bare 5 μm i høyden, produsert med den 3D-printede piezoelektriske plattformen laget av denne gruppen12, for å fange magnetiske mikropartikler som utgjør en magnetisk felle for nanopartikler ved å plassere en ekstern magnet. Vi viser driften av den mikrofluidiske enheten ved å utføre en immunoassay for å oppdage et kommersielt antistoff ved bruk av lysozym som et modellantigen konjugert til 100 nm magnetiske nanopartikler. Denne enheten kombinerer forskjellige funksjoner som gjør den unik4: bruk av magnetiske nanopartikler som immunstøtte reduserer den totale testtiden fra timer til minutter; bruk av et fluorogent enzym for deteksjon muliggjør deteksjonsgrenser som er sammenlignbare med standard enzymbundne immunosorbentanalyser (ELISAer); og bruken av en termoplast som fabrikasjonsmateriale gjør den kompatibel med masseproduksjon, noe som ikke var tilfelle for tidligere mikrofluidiske nanopartiklers magnetiske feller3, og gjør det til en utmerket kandidat til å utvikle 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

Mikrofluidiske systemer har sterkt forbedret immunoassay teknikker. Imidlertid krever mange mikrofabrikasjonsteknikker spesialisert, dyrt eller komplisert utstyr, noe som gjør fabrikasjon kostbar og uforenlig med masseproduksjon, noe som er en av de viktigste forutsetningene for pasientnære tester (POCT) som skal tas i bruk i lavressursinnstillinger. Dette arbeidet beskriver fabrikasjonsprosessen av en akryl (polymetylmetakrylat, PMMA) enhet for nanopartikkel-konjugert enzymatisk immunoassay testing ved hjelp av datamaskinen numerisk kontroll (CNC) mikrofresing teknikk. Funksjonen til den mikrofluidiske enheten er vist ved å utføre en immunoassay for å oppdage et kommersielt antistoff ved bruk av lysozym som et modellantigen konjugert til 100 nm magnetiske nanopartikler. Denne enheten integrerer en fysisk forskjøvet begrensning på bare 5 μm i høyden, som brukes til å fange magnetiske mikropartikler som utgjør en magnetisk felle ved å plassere en ekstern magnet. På denne måten er den magnetiske kraften på immunstøtten til konjugerte nanopartikler nok til å fange dem og motstå strømningsdrag. Denne mikrofluidiske enheten er spesielt egnet for billig masseproduksjon uten tap av presisjon for immunoassay-ytelse.

Det var mulig å etablere en svært reproduserbar fabrikasjonsprotokoll som forbedrer oppløsningen av den konvensjonelle mikrofreseteknikken. Ved hjelp av denne protokollen oppnås fabrikasjon av en kanal så liten som 5 μm i høyden som fungerer som en forskjøvet begrensning i en 200 μm høy kanal. Den enkle utformingen av den forskjøvne begrensningen fanger jernmikropartikler på 7,5 μm diameter som, når de komprimeres i mikrokanalen, tillater dannelsen av en magnetisk felle når en ekstern magnet nærmer seg en...

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 er et kraftig verktøy for utvikling av diagnostiske tester. Imidlertid er det ofte nødvendig med dyrt utstyr og materialer, samt arbeidskrevende fabrikasjons- og håndteringsteknikker. Her beskriver vi fabrikasjonsprotokollen til en akrylmikrofluidisk enhet for magnetiske mikro- og nanopartikkelbaserte immunoassays i en rimelig og brukervennlig innstilling.

Datamaskin numerisk kontroll Mikrofresing av en mikrofluidisk akrylenhet med en forskjøvet begrensning for magnetiske nanopartikkelbaserte immunoassays

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

Vår protokoll beskriver en høyoppløselig mikrofresemetode for å fremstille en akrylmikrofluidisk enhet for kvantitativ immundeteksjon av analyttkonsentrasjoner som er sammenlignbare med gullstandard ELISA-teknikken. Høydepunktet er fabrikasjon av en enkel og rimelig termoplastisk mikrofluidisk enhet uten rent rom, noe som muliggjør kortere analysetider og gode deteksjonsgrenser på en kvantitativ måte. Begynn med overflatesliping.Skjær 9 x 25 millimeter rektangler på 1,3 millimeter tykk PMMA med 800 mikrometer endemøllebit. Fest en av disse rektanglene forsiktig med dobbeltsidig tape til den piezoelektriske plattformen. Koble til og plasser Z-sensoren på overflaten av PMMA-rektangelet.Velg deteksjonspinnen og flytt den over sensoroverflaten. Senk pinnen manuelt uten å kontakte sensoren. Aktiver Z-zero sensing modus.Spinn 200 mikrometer endemøllebiten ved 14.500 o / min. Senk den sakte til opprinnelseskoordinaten på z-aksen. Tilbakestill deretter z-aksen 30 mikrometer under opprinnelsen.Angi denne koordinaten som den nye Z-opprinnelsen. Klikk på Kutt knappen i mikrofresemaskinprogramvaren for å aktivere kuttpanelet. Klikk på Legg til-knappen og velg TXT-filen med en tidligere opprettet kode for sliping av akryloverflaten.Klikk på Output-knappen for å starte prosessen. For fresing av begrensningen på fem mikrometer, sett først rotasjonshastigheten til endemøllebiten til 11.000 o / min. Løft deretter plattformen med 6,5 mikrometer med grensesnittet til den piezoelektriske plattformen.Flytt endemøllebiten langs y-aksen med 500 mikrometer. Returner den piezoelektriske plattformen til den opprinnelige verdien på z-aksen med kontrollgrensesnittet. Deretter utfører du fresing av mikrokanaler ved å åpne den tidligere opprettede designfilen fra designprogramvaren.Klikk på Skriv ut-knappen, få tilgang til egenskapsmenyen og klikk på fargevinduet som tilsvarer laget som inneholder designet som skal maskineres. Angi fabrikasjonsparametrene i verktøypanelet. For fresing av hull, bytt til 800 mikrometer endemøllebit.Aktiver designlaget til hullene med en diameter på 1,2 millimeter ved å klikke på det tilsvarende fargevinduet og velge de tilsvarende fabrikasjonsparametrene. Maskin to ekstra hull på kontralaterale hjørner av rektangelet for justering av akrylen på en omvendt måte på en ny plattform. Vend akrylen og teip den med dobbeltsidig tape over adapteren med de maskinerte stolpene.Åpne filen med utformingen av hullene for motsatt side fra designprogramvaren. Fres den resterende halvdelen av reagensinnløps- og utløpshullene med en diameter på 1,5 millimeter og en dybde på 0,7 millimeter. Rengjør begge akrylrektangelplatene med isopropylalkohol og skyll med destillert vann.Senk akrylen i et ultralydbad i 10 minutter. Tørk begge akrylplatene og teip dem til innsiden av et petriskållokk i glass med dobbeltsidig tape. Legg deretter bunnen av glasspetriskålen i en større glass-petriskål.Hell en milliliter kloroform i bunnen av petriskålen og legg lokket raskt med akrylplatene. Tilsett umiddelbart destillert vann til bunnen av den større petriskålen opp til nivået på petriskållokket. Tillat eksponering av akryl til kloroformgass i ett minutt.Vipp deretter petriskålen for å bryte vanntetningen og umiddelbart avdekke petriskålen. For liming, juster begge akrylene med kloroformeksponerte sider ansikt til ansikt og form en sandwich. Plasser akrylen i pressen i to intervaller på to minutter, og endre justeringen av akrylen.Fest deretter to til tre centimeter slange til hvert av hullene på enheten med øyeblikkelig tørking av flytende lim. Fyll kanalene med destillert vann med en sprøyte. Fordyp enheten i et ultralydbad i 10 minutter.Tøm deretter vannet inne i enhetskanalene og bruk en sprøyte for å introdusere 5% BSA-løsning. Forbered en suspensjon av jernmikropartikler med diameter ved 7,5 mikrometer i 5% BSA. Inkuber brikken og mikropartikkelsuspensjonen med blokkeringsløsningen i minst en time ved romtemperatur.Deretter setter du mikropartiklene inn i brikken med en sprøytekanyle gjennom sidekanalens utløpsslange. Plasser brikken vertikalt, og roter deretter brikken i to trinn på 90 grader slik at mikropartiklene retter seg mot og komprimerer ved fem mikrometerbegrensning. Forsegl alle slanger på akrylenheten med varme.Klipp innløpsslangen til bare noen få millimeter er igjen. Fyll dispensernålen med vaskebuffer og sett den inn i kuttslangen. La oppløsningen dryppe og koble deretter kanylen til enheten.Klipp utløpsslangen fra sidekanalen, og koble deretter til sprøytepumpen. Gjenta deretter samme prosedyre for hovedkanalens utløpsslange. Fest deretter brikken til magneten.For immundeteksjon, hold vaskebufferen flytende i 10 minutter ved 50 mikroliter per time. Fjern den gjenværende vaskebufferen fra dispensernålen med en mikropipette og tilsett 50 mikroliter av nanopartikkelsuspensjonen. Flyt nanopartikkelsuspensjonen i syv minutter med en strømningshastighet på 100 mikroliter per time.Endre deretter strømningshastigheten til 50 mikroliter per time og fortsett strømmen i ytterligere 15 minutter. Bytt dispenseringskanyle og sett vaskebufferen i flyt i 10 minutter med samme hastighet. Fjern den gjenværende vaskebufferen fra dispensernålen med en mikropipette og tilsett 100 mikroliter av det fluorogene substratet.Juster strømningshastighet og tidsparametere for substratinngang, fluorescensmåling og vasketrinn. Aktiver inngangsstrømmen til det fluorogene substratet i seks minutter ved 50 mikroliter per time. 15 sekunder før substratstrømmen stopper, slå på fluorescensen til mikroskopet.Start bildeopptaket med programvaren til mikroskopkameraet 10 sekunder før substratet stopper med en eksponeringstid på 1.000 millisekunder. Klikk på Start-knappen for ønsket strømningshastighetsparameter umiddelbart etter at underlagsvasken stopper. Utfør bildebehandling i seks minutter med ett bilde per sekund.Klikk på Start-knappen for vaskestrømmen umiddelbart etter at den valgte målestrømmen stopper. Lysozymkonjugerte nanopartikler og heste reddikperoksidasekonjugert sekundært antistoff ble brukt til immunoassay. En økning i fluorescensintensitet for forskjellige konsentrasjoner av primært antistoff ble observert ved sammenligning av regioner før og etter fellen, som viser at endringen i substratfluorescens er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av primært antistoff.For en gitt konsentrasjon av primært antistoff ble fluorescensintensiteten plottet som en funksjon av tid ved forskjellige strømningshastigheter av det fluorogene substratet. Omregningskapasiteten til substratet av HRP-enzymet var omvendt proporsjonal med strømningshastigheten, en maksimal intensitet ble oppnådd for en strømningshastighet på en mikroliter per time. For de forskjellige strømningshastighetene for forskjellige primære antistoffkonsentrasjoner viste kurver av fluorescensforskjellene etter og før immunreaksjon at for en konsentrasjon på 1.000 nanogram per milliliter metter fluorescensen for alle de evaluerte strømningshastighetene.En kalibreringskurve ble utarbeidet ved bruk av den maksimale verdien av forskjellene i fluorescensintensitet oppnådd med hensyn til konsentrasjonen av primært antistoff for hver strømningshastighet. Den høye variabiliteten og høye fluorescensnivåene ved en mikroliter per time antydet at hastigheten ikke favoriserer strømmen av det reagerende substratet og har en tendens til å akkumulere like etter fellen. Spesiell oppmerksomhet bør tas på tetningstrinnene til mikrokanalene, siden eksponering for kloroform er svært følsom for temperatur.For reproduserbare resultater må temperaturen alltid være den samme. Vårt system bidrar til å forstå hvor kompaktitet og størrelse på mikropartikler, nanopartikkelstørrelse, antigener, deteksjonsantistoff og substrat er avgjørende faktorer for deteksjonsgrensen i nanopartikkelbasert mikrofluidisk immunoassay.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Terahertz Microfluidic Sensing bruker en parallell-plate Waveguide Sensor

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

Implementering av et referanse Interferometer for Nanodetection

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

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

Kapillær-baserte Sentrifugal mikrofluid Enhet for Size-kontrollerbar Dannelse av monodisperse mikrodråper

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

Solvent Bonding for fabrikasjon av PMMA og COP microfluidic enheter

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

Gain-kompensasjon Metodikk for en sinus Scan av en Galvano Mirror i Proporsjonal-Integral-Differential Kontroll Bruk Pre-emphasis Teknikker

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

Studie av Hevert Breaker eksperiment og simulering for forskning reaktoren

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

En silisium-tipped fiberoptisk Sensing plattform med høy oppløsning og rask respons

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

Produksjon av en belastningsmålingsenhet med en forbedret 3D-skriver

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

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

Evaluering av en gekko-inspirert myk robot for produksjon, kontroll og ytelse

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

Pneumatisk drevet mikrofluidisk plattform for mikropartikkelkonsentrasjon

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