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

Detta arbete stöddes av Conacyt, Mexiko under bidrag 312231 av "Programa de Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación", och av AMEXCID och Mexikos utrikesministerium (SRE) under bidrag "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2". JAHO tackar Conacyt Mexico för deras doktorandstipendium.

1. Mikrofräsning
<ol><li>Ytslipning<ol><li>Slå på mikrofräsmaskinen och den piezoelektriska styrenheten. Starta deras respektive kontrollprogramvara12.</li>
		<li>Välj önskade pinnfräsbitar (200 μm och 800 μm diametrar). Placera dem i lämpligt fack på fräsmaskinen (figur 1).</li>
		<li>Skär 9 mm x 25 mm rektanglar med 1,3 mm tjock PMMA med 800 μm pinnfräskronan. Fäst en av dessa rektanglar försiktigt med dubbelhäftande tejp på den...

<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 akrylmikrofluidisk anordning för immunanalyser med nanopartiklar som immunstöd tillverkades med hjälp av en mikromillingteknik. Metoden för direkt tillverkning på substratet har fördelen att man undviker användning av en huvudform och den tid och de kostnader som detta innebär. Det är dock begränsat till snabb prototypframställning och tillverkning av enheter med hög volym.
Här använde vi en tidigare rapporterad tillbehörspiezoelektrisk plattform för fräsmaskinen<sup class=...

Under de senaste åren har mikrofluidik spelat en viktig roll i immunanalystekniker1. Miniatyriseringsteknik har många enastående fördelar jämfört med traditionella immunanalyser, såsom minskad prov- och reagensförbrukning, kortare inkubationstider, effektivt lösningsutbyte och högre integration och automatisering2.
Dessutom minskar mikrofluidiska system i immunanalyser, i kombination med magnetiska nanopartiklar som immunstöd, avsevärt inkubationstiderna och uppnår hög detektionskänslighet på grund av det ökade yt-till-volym-förhållandet3. Partiklarnas bruna rörelse förbättrar reaktionskinetiken under bildandet av antigen-antikroppskomplexet 4,5. Dessutom ger nanopartiklarnas magnetiska egenskaper mångsidigheten att integreras i olika mikrofluidiska enhetskonfigurationer, vilket gör dem till en idealisk kandidat för signalering och molekylfångst i miniatyriserade biosensingsystem på chip5. Magnetiska krafter är emellertid betydligt svagare än dragkrafter på nanometerskalan på grund av det höga förhållandet mellan yta och volym6. Därför kan det vara utmanande att fånga nanopartiklar för viktiga immunanalyssteg som tvätt och detektion, och en konventionell magnet är otillräcklig4.
Ett effektivt sätt att manipulera nanopartiklarna är användningen av en mikrofluidisk magnetisk fälla bildad av järnmikropartiklar, som är förpackade i en mikrofluidisk struktur3. Därför, när en extern magnet närmar sig, skapas en komplex interaktion inom det magnetiserade porösa mediet mellan magnet- och flödeskrafterna. Den magnetiska kraften som verkar på nanopartiklarna är tillräckligt stark för att fånga dem och motstå flödesmotstånd 3,4,7. Detta tillvägagångssätt kräver mikrofabrikationstekniker som uppnår upplösningar i storleksordningen några mikrometer för att generera mikrometriska strukturer som behåller mikropartiklarna.
Nuvarande mikrofabrikationstekniker möjliggör högupplöst tillverkning av strukturer från några mikron till hundratals nanometer8. Många av dessa tekniker kräver dock specialiserad, dyr eller komplicerad utrustning. En av de största svårigheterna är kravet på ett renrum för formtillverkning, vilket fortfarande är dyrt och tidskrävande 8,9. Nyligen har mikrofluidiska ingenjörer övervunnit denna nackdel genom att utveckla en mängd alternativa tillverkningsmetoder, med olika fördelar som minskade kostnader, snabbare handläggningstider, billigare material och verktyg och ökad funktionalitet8. På detta sätt medförde utvecklingen av nya mikrofabrikationstekniker billiga, icke-renrumsmetoder som uppnår upplösningar så låga som 10 μm8. Mönstring kan användas direkt på ett substrat utan att generera ett dyrt formmönster, vilket undviker en tidskrävande process. Direkta tillverkningsmetoder inkluderar CNC-fräsning, laserablation och direkt litografi8. Alla dessa metoder är lämpliga för att producera kanaler med hög aspektförhållande i ett brett spektrum av material, oavsett hårdhet9, vilket möjliggör nya och fördelaktiga geometrier, fysiska beteenden och kvaliteter i mikrofluidiska enheter8.
CNC-mikrofräsning skapar strukturer i mikroskala med hjälp av skärverktyg som tar bort bulkmaterial från ett substrat och är en effektiv tillverkningsmetod för mikrofluidiska enheter10,11. Mikrofräsningstekniken kan vara användbar i mikrofluidiska applikationer för att skapa mikrokanaler och funktioner direkt på arbetsytan, vilket ger en viktig fördel: ett arbetsstycke kan tillverkas på kort tid (mindre än 30 minuter), vilket avsevärt minskar handläggningstiden från design till prototyp12. Dessutom gör den stora tillgången på skärtillbehör av olika material, storlekar och former CNC-fräsmaskiner till ett lämpligt verktyg som har möjliggjort tillverkning av olika funktioner i många typer av billiga engångsmaterial13.
Bland alla material som vanligtvis används vid mikrofräsning är termoplaster fortfarande ett ledande val på grund av deras många gynnsamma egenskaper och kompatibilitet med biologiska tillämpningar10,14. Termoplaster är ett attraktivt substrat för mikrofluidiska system på grund av deras betydande fördelar för att utveckla billiga engångsanalyssystem9. Dessutom är dessa material mycket mottagliga för tillverkningsprocesser med hög volym, vilket gör dem lämpliga för kommersialisering och massproduktion. Av dessa skäl har termoplaster som PMMA ansetts vara pålitliga och robusta material sedan de första åren av mikrofluidik10. Olika protokoll har beskrivits för att tillverka slutna kanaler i termoplaster, såsom lösningsmedelsbindning15, värmebindning 16 och ultraviolett (UV) / ozonytbehandlingsbindning17.
I många fall är positioneringsupplösningen som uppnås med konventionella mikrofräsmaskiner inte tillräcklig för vissa mikrofluidiska applikationer som kräver strukturer mindre än 10 μm. High-end micromilling har tillräckligt med upplösning. Tyvärr, på grund av höga priser, är dess användning begränsad till en handfull användare12. Tidigare rapporterade vår forskargrupp tillverkning och manipulation av ett billigt verktyg som möjliggör bearbetning av strukturer på mindre än 10 μm, vilket övervinner upplösningen hos konventionella fräsmaskiner12. Fixturen är en plattform tillverkad av 3D-utskrift med enkel elektronik, innehållande tre piezoelektriska ställdon. Ytan innehåller gångjärnsformade fogar som gör att den kan lyftas när de piezoelektriska elementen verkar samtidigt. Z-axelförskjutning kan styras med en upplösning på 500 nm och en noggrannhet på ±1,5 μm12.
Detta dokument presenterar stegen i tillverkningsprocessen för en akrylanordning (PMMA) genom en mikromillingteknik. Spåndesignen består av en huvudkanal 200 μm bred och 200 μm hög och en sidokanal med samma dimensioner för att rensa flödet av reagenserna. I den centrala regionen avbryts kanalen av en fysisk begränsning på endast 5 μm i höjd, tillverkad med den 3D-tryckta piezoelektriska plattformen tillverkad av denna grupp12, för att fånga magnetiska mikropartiklar som utgör en magnetisk fälla för nanopartiklar genom att placera en extern magnet. Vi visar hur den mikrofluidiska anordningen fungerar genom att utföra en immunanalys för att detektera en kommersiell antikropp med hjälp av lysozym som ett modellantigen konjugerat till 100 nm magnetiska nanopartiklar. Denna enhet kombinerar olika funktioner som gör den unik4: användningen av magnetiska nanopartiklar som immunstöd minskar den totala testtiden från timmar till minuter; Användning av ett fluorogent enzym för detektion möjliggör detektionsgränser som är jämförbara med dem för standardenzymbundna immunosorbentanalyser (ELISA). och användningen av en termoplast som tillverkningsmaterial gör den kompatibel med massproduktion, vilket inte var fallet för tidigare mikrofluidiska nanopartiklars magnetiska fällor3, och gör det till en utmärkt kandidat att utveckla 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

Mikrofluidiska system har kraftigt förbättrade immunanalystekniker. Många mikrofabrikationstekniker kräver dock specialiserad, dyr eller komplicerad utrustning, vilket gör tillverkningen kostsam och oförenlig med massproduktion, vilket är en av de viktigaste förutsättningarna för att patientnära tester (POCT) ska antas i miljöer med låg resurs. Detta arbete beskriver tillverkningsprocessen för en akryl (polymetylmetakrylat, PMMA) -enhet för nanopartikelkonjugerad enzymatisk immunanalystestning med hjälp av datorns numeriska kontroll (CNC) mikrofräsningsteknik. Funktionen hos den mikrofluidiska anordningen visas genom att utföra en immunanalys för att detektera en kommersiell antikropp med användning av lysozym som ett modellantigen konjugerat till 100 nm magnetiska nanopartiklar. Denna enhet integrerar en fysisk förskjuten begränsning på endast 5 μm i höjd, som används för att fånga magnetiska mikropartiklar som utgör en magnetisk fälla genom att placera en extern magnet. På detta sätt är den magnetiska kraften på immunstödet hos konjugerade nanopartiklar tillräcklig för att fånga dem och motstå flödesmotstånd. Denna mikrofluidiska anordning är särskilt lämplig för billig massproduktion utan förlust av precision för immunanalysprestanda.

Det var möjligt att upprätta ett mycket reproducerbart tillverkningsprotokoll som förbättrar upplösningen av den konventionella mikromillingtekniken. Med hjälp av detta protokoll uppnås tillverkningen av en kanal så liten som 5 μm i höjd som fungerar som en förskjuten begränsning i en 200 μm hög kanal. Den enkla utformningen av den förskjutna begränsningen fångar järnmikropartiklar med en diameter på 7,5 μm som, när de komprimeras i mikrokanalen, gör det möjligt att skapa en magnetisk fälla när e...

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

Mikrofluidik är ett kraftfullt verktyg för utveckling av diagnostiska tester. Men dyr utrustning och material, liksom mödosamma tillverknings- och hanteringstekniker, krävs ofta. Här beskriver vi tillverkningsprotokollet för en akrylmikrofluidisk enhet för magnetiska mikro- och nanopartikelbaserade immunanalyser i en billig och enkel att använda miljö.

Dator numerisk kontroll Micromilling av en mikrofluidisk akrylanordning med en förskjuten begränsning för magnetiska nanopartikelbaserade immunanalyser

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

Vårt protokoll beskriver en högupplöst mikromillingmetod för att tillverka en akrylmikrofluidisk anordning för kvantitativ immundetektion av analytkoncentrationer jämförbara med guldstandarden ELISA-tekniken. Höjdpunkten är tillverkningen av en enkel och billig termoplastisk mikrofluidikanordning utan renrum, vilket möjliggör kortare analystider och goda detektionsgränser på ett kvantitativt sätt. Börja med ytslipning.Skär 9 x 25 millimeters rektanglar av 1,3 millimeter tjock PMMA med 800 mikrometer pinnfräsbit. Fäst en av dessa rektanglar försiktigt med dubbelhäftande tejp på den piezoelektriska plattformen. Anslut och placera Z-sensorn på PMMA-rektangelns yta.Välj detekteringsstiftet och flytta det över sensorytan. Sänk stiftet manuellt utan att kontakta sensorn. Aktivera Z-zero-avkänningsläget.Snurra den 200 mikrometer stora pinnfräsbiten vid 14 500 rpm. Sänk den långsamt till ursprungskoordinaten på z-axeln. Återställ sedan z-axeln 30 mikrometer under origo.Ställ in denna koordinat som det nya Z-ursprunget. Klicka på knappen Klipp i mikrofräsmaskinens programvara för att aktivera skärpanelen. Klicka på knappen Lägg till och välj TXT-filen med en tidigare skapad kod för slipning av akrylytan.Klicka på Produktion för att starta processen. För fräsning av begränsningen på fem mikrometer, ställ först in rotationshastigheten för pinnfräsbiten till 11 000 rpm. Höj sedan plattformen med 6,5 mikrometer med gränssnittet för den piezoelektriska plattformen.Flytta pinnfräsbiten längs y-axeln med 500 mikrometer. Återställ den piezoelektriska plattformen till dess ursprungliga värde på z-axeln med kontrollgränssnittet. Utför sedan fräsning av mikrokanaler genom att öppna den tidigare skapade designfilen från designprogramvaran.Klicka på knappen Skriv ut, öppna egenskapsmenyn och klicka på färgfönstret som motsvarar lagret som innehåller designen som ska bearbetas. Ställ in tillverkningsparametrarna i verktygspanelen. För fräsning av hål, byt till 800 mikrometer pinnfräsbit.Aktivera designskiktet för hålen med en diameter på 1,2 millimeter genom att klicka på motsvarande färgfönster och välja motsvarande tillverkningsparametrar. Bearbeta ytterligare två hål på rektangelns kontralaterala hörn för inriktning av akryl på ett inverterat sätt på en ny plattform. Vänd akrylen och tejpa den med dubbelsidig tejp över adaptern med de bearbetade pelarna.Öppna filen med hålens design för motsatt ansikte från designprogramvaran. Fräs den återstående halvan av reagensinlopps- och utloppshålen med en diameter av 1,5 millimeter och ett djup av 0,7 millimeter. Rengör båda akrylrektangelarken med isopropylalkohol och skölj med destillerat vatten.Fördjupa akrylen i ett ultraljudsbad i 10 minuter. Torka båda akrylplåtarna och tejpa fast dem på insidan av ett petriskålslock i glas med dubbelsidig tejp. Placera sedan basen av petriskålen i glas i en större petriskål i glas.Häll en milliliter kloroform i basen av petriskålen och placera snabbt locket med akrylplåtarna. Tillsätt omedelbart destillerat vatten till basen av den större petriskålen upp till nivån på petriskålens lock. Tillåt exponering av akryl för kloroformgas i en minut.Luta sedan petriskålen för att bryta vattentätningen och avslöja omedelbart petriskålen. För bindning, justera båda akrylerna med de kloroformexponerade sidorna ansikte mot ansikte och bilda en smörgås. Placera akrylen i pressen i två intervaller på två minuter och ändra akrylens inriktning.Fäst sedan två till tre centimeter slang på vart och ett av hålen på enheten med omedelbart torkande flytande lim. Fyll kanalerna med destillerat vatten med en spruta. Fördjupa enheten i ett ultraljudsbad i 10 minuter.Töm sedan vattnet inuti enhetskanalerna och använd en spruta för att införa 5% BSA-lösning. Förbered en suspension av järnmikropartiklar med diameter vid 7,5 mikrometer i 5% BSA. Inkubera chipet och mikropartikelsuspensionen med blockeringslösningen i minst en timme vid rumstemperatur.Sätt sedan in mikropartiklarna i chipet med en sprutnål genom sidokanalens utloppsslang. Placera chipet vertikalt och rotera sedan chipet i två steg om 90 grader så att mikropartiklarna riktar sig mot och komprimerar vid begränsningen på fem mikrometer. Försegla alla slangar i akrylanordningen med värme.Skär inloppsslangen tills bara några millimeter är kvar. Fyll doseringsnålen med tvättbuffert och sätt in den i den skurna slangen. Låt lösningen droppa och anslut sedan nålen till enheten.Skär utloppsslangen från sidokanalen och anslut sedan till sprutpumpen. Upprepa sedan samma procedur för huvudkanalens utloppsslang. Fäst sedan chipet på magneten.För immundetektion, håll tvättbufferten flytande i 10 minuter vid 50 mikroliter per timme. Ta bort den återstående tvättbufferten från doseringsnålen med en mikropipett och tillsätt 50 mikroliter av nanopartikelsuspensionen. Flöda nanopartikelsuspensionen i sju minuter med en flödeshastighet på 100 mikroliter per timme.Ändra sedan flödeshastigheten till 50 mikroliter per timme och fortsätt flödet i ytterligare 15 minuter. Byt doseringsnålen och flöda tvättbufferten i 10 minuter i samma takt. Ta bort den återstående tvättbufferten från doseringsnålen med en mikropipett och tillsätt 100 mikroliter av det fluorogena substratet.Justera flödeshastigheten och tidsparametrarna för substratinmatning, fluorescensmätning och tvättsteg. Aktivera ingångsflödet för det fluorogena substratet i sex minuter vid 50 mikroliter per timme. 15 sekunder innan substratflödet stannar, slå på mikroskopets fluorescens.Starta bildtagningen med mikroskopkamerans programvara 10 sekunder innan substratet stannar med en exponeringstid på 1 000 millisekunder. Klicka på Start-knappen för önskad flödeshastighetsparameter omedelbart efter att substrattvätten stannar. Utför avbildning i sex minuter med en bildruta per sekund.Klicka på Start-knappen för tvättflödet omedelbart efter att det valda mätflödet har stannat. Lysozymkonjugerade nanopartiklar och hästrädisperoxidaskonjugerad sekundär antikropp användes för immunanalysen. En ökning av fluorescensintensiteten för olika koncentrationer av primär antikropp observerades genom att jämföra regioner före och efter fällan, vilket visar att förändringen i substratfluorescens är direkt proportionell mot koncentrationen av primär antikropp.För en given koncentration av primär antikropp plottades fluorescensintensiteten som en funktion av tiden vid olika flödeshastigheter för det fluorogena substratet. Substratets omvandlingskapacitet av HRP-enzymet var omvänt proportionellt mot flödeshastigheten, en maximal intensitet erhölls för en flödeshastighet av en mikroliter per timme. För de olika flödeshastigheterna för olika primära antikroppskoncentrationer visade kurvor för fluorescensskillnaderna efter och före immunreaktion att fluorescensen mättas för en koncentration av 1 000 nanogram per milliliter för alla utvärderade flödeshastigheter.En kalibreringskurva framställdes med användning av det maximala värdet av skillnaderna i fluorescensintensitet erhållen med avseende på koncentrationen av primär antikropp för varje flödeshastighet. Den höga variationen och höga fluorescensnivåerna vid en mikroliter per timme föreslog att hastigheten inte gynnar flödet av det reagerande substratet och tenderar att ackumuleras strax efter fällan. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt mikrokanalernas tätningssteg eftersom exponering för kloroform är mycket känslig för temperaturen.För reproducerbara resultat måste temperaturen alltid vara densamma. Vårt system hjälper till att förstå var kompakthet och storlek på mikropartiklar, nanopartikelstorlek, antigener, detektionsantikropp och substrat är avgörande faktorer för detektionsgränsen i nanopartikelbaserad mikrofluidisk immunanalys.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Terahertz Mikroflödessystem Sensing Använda en vågledare med parallella plattor 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

Genomförande av en referens Interferometer för 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-baserade Försöksförfarande för Brain-Robot Interaktion med Humanoid robotar

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

Kapillär-baserade centrifugala mikroflödessystem enhet för Storlek styrda Bildning av monodispersa mikrodroppar

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

Lösningsmedelsbindning för framställning av PMMA och COP Mikrofluidikanordningar

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-kompensation Metodik för en sinus Scan av en galvanometerspegel i proportional-integral-differentialkontroll Använda förbetoning Techniques

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 med sifon Breaker Experiment och simuleringar för en forskningsreaktor

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 Silicon-tippas fiberoptiska avkänning plattform med hög upplösning och snabb 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

Produktion av en stammätanordning med en förbättrad 3D-skrivare

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

Pneumatiskt driven mikrofluidisk plattform för mikropartikelkoncentration

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