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

Bu çalışma Conacyt, Meksika tarafından "Programa de Apoyos para Actividades Científicas, Tecnológicas y de Innovación" hibe 312231 ve AMEXCID ve Meksika Dış İlişkiler Bakanlığı (SRE) tarafından "Prueba serológica rápida, barata y de alta sensibilidad para SARS-CoV-2" hibesi altında desteklenmiştir. JAHO, doktora bursu için Conacyt Mexico'ya teşekkür ediyor.

1. Mikrofrezeleme
<ol><li>Yüzey taşlama<ol><li>Mikrofreze makinesini ve piezoelektrik kontrolörü açın. İlgili kontrol yazılımlarını başlatın12.</li>
		<li>Gerekli parmak freze uçlarını seçin (200 μm ve 800 μm çaplar). Bunları freze makinesinin uygun bölmesine yerleştirin (Şekil 1).</li>
		<li>1,3 mm kalınlığındaki PMMA'nın 9 mm x 25 mm dikdörtgenlerini 800 μm parmak freze ucu ile kesin. Bu dikdörtgenlerden birini piez...

<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>

İmmüno-destek olarak nanopartikülleri kullanan immünotahliller için akrilik bir mikroakışkan cihaz, bir mikrofrezeleme tekniği kullanılarak üretildi. Substrat üzerinde doğrudan üretim yöntemi, bir ana kalıbın kullanımından ve bunun ima ettiği zaman ve maliyetlerden kaçınma avantajına sahiptir. Bununla birlikte, hızlı prototipleme ve yüksek hacimli cihaz üretimi ile sınırlıdır.
Burada, freze makinesi12 için daha önce bildirilen bir aksesua...

Son yıllarda, mikroakışkanlar immünoassay tekniklerinde önemli bir rol oynamıştır1. Minyatürleştirme teknolojisi, geleneksel immünotahlillere kıyasla daha az numune ve reaktif tüketimi, daha kısa inkübasyon süreleri, verimli çözelti değişimi ve daha yüksek entegrasyonve otomasyon 2 gibi birçok olağanüstü avantaja sahiptir.
Ayrıca, immünotahlillerdeki mikroakışkan sistemler, immünodestek olarak manyetik nanopartiküllerle birlikte, inkübasyon sürelerini önemli ölçüde azaltır ve artan yüzey-hacim oranı nedeniyle yüksek algılama hassasiyeti elde eder3. Parçacıkların Brownian hareketi, antijen-antikor kompleksi 4,5'in oluşumu sırasında reaksiyon kinetiğini geliştirir. Dahası, nanopartiküllerin manyetik özellikleri, farklı mikroakışkan cihaz konfigürasyonlarına entegre edilmek üzere çok yönlülük sağlar, bu da onları minyatür çip üstü biyosensing sistemlerinde sinyal ve molekül yakalama için ideal bir aday haline getirir5. Bununla birlikte, manyetik kuvvetler, yüksek yüzey-hacim oranı6 nedeniyle nanometre ölçeğinde sürükleme kuvvetlerinden önemli ölçüde daha zayıftır. Bu nedenle, yıkama ve algılama gibi önemli immünoassay adımları için nanopartiküllerin yakalanması zor olabilir ve geleneksel bir mıknatıs yetersizdir4.
Nanopartikülleri manipüle etmenin etkili bir yolu, mikroakışkan bir yapıda paketlenmiş demir mikropartikülleri tarafından oluşturulan mikroakışkan manyetik bir tuzağın kullanılmasıdır3. Bu nedenle, harici bir mıknatıs yaklaştığında, manyetik ve akı kuvvetleri arasında mıknatıslanmış gözenekli ortam içinde karmaşık bir etkileşim yaratılır. Nanopartiküllere etki eden manyetik kuvvet, onları yakalamak ve akış sürüklenmesine direnmek için yeterince güçlüdür 3,4,7. Bu yaklaşım, mikropartikülleri tutan mikrometrik yapılar oluşturmak için birkaç mikrometre düzeyinde çözünürlükler elde eden mikrofabrikasyon teknikleri gerektirir.
Mevcut mikrofabrikasyon teknikleri, yapıların birkaç mikrondan yüzlerce nanometreye kadar yüksek çözünürlüklü imalatına izin verir8. Bununla birlikte, bu tekniklerin çoğu uzmanlaşmış, pahalı veya karmaşık ekipman gerektirir. Başlıca zorluklardan biri, pahalı ve zaman alıcı 8,9 olan kalıp üretimi için temiz bir oda gereksinimidir. Son zamanlarda, mikroakışkan mühendisleri, azaltılmış maliyetler, daha hızlı geri dönüş süreleri, daha ucuz malzemeler ve aletler ve artan işlevsellik gibi çeşitli avantajlarla çeşitli alternatif imalat yöntemleri geliştirerek bu dezavantajı aşmışlardır8. Bu şekilde, yeni mikrofabrikasyon tekniklerinin geliştirilmesi, 10 μm8'e kadar düşük çözünürlüklere ulaşan düşük maliyetli, temiz oda dışı yöntemler getirdi. Desenleme, pahalı bir kalıplama deseni oluşturmadan doğrudan bir substrat üzerinde kullanılabilir, böylece zaman alıcı bir işlemden kaçınılır. Doğrudan imalat yöntemleri arasında CNC frezeleme, lazer ablasyon ve doğrudan litografi8 bulunur. Tüm bu yöntemler, sertliklerine bakılmaksızın çok çeşitli malzemelerde yüksek en boy oranına sahip kanallar üretmek için uygundur9, mikroakışkan cihazlarda yeni ve avantajlı geometriler, fiziksel davranışlar ve niteliklersağlar 8.
CNC mikro frezeleme, bir alt tabakadan dökme malzemeyi çıkaran kesici aletler kullanarak mikro ölçekli yapılar oluşturur ve mikroakışkan cihazlar için etkili bir imalat yöntemidir10,11. Mikrofrezeleme tekniği, mikroakışkan uygulamalarda doğrudan çalışma yüzeyinde mikro kanallar ve özellikler oluşturmak için yararlı olabilir ve önemli bir avantaj sunar: bir iş parçası kısa sürede (30 dakikadan az) üretilebilir ve tasarımdan prototip12'ye geri dönüş süresini önemli ölçüde azaltır. Ek olarak, farklı malzemelerden, boyutlardan ve şekillerden kesme aksesuarlarının geniş kullanılabilirliği, CNC freze makinelerini birçok düşük maliyetli tek kullanımlık malzeme türünde farklı özelliklerin üretilmesine izin veren uygun bir araç haline getirir13.
Mikrofrezelemede yaygın olarak kullanılan tüm malzemeler arasında, termoplastikler birçok olumlu özellikleri ve biyolojik uygulamalarla uyumluluğu nedeniyle lider bir seçim olmaya devam etmektedir10,14. Termoplastikler, düşük maliyetli, tek kullanımlık analitik sistemler geliştirmek için önemli avantajları nedeniyle mikroakışkan sistemler için çekici bir substrattır9. Ek olarak, bu malzemeler yüksek hacimli üretim süreçlerine oldukça uygundur, bu da onları ticarileştirme ve seri üretim için uygun hale getirir. Bu nedenlerden dolayı, PMMA gibi termoplastikler, mikroakışkanların ilk yıllarından beri güvenilir ve sağlam malzemeler olarak kabul edilmiştir10. Termoplastiklerde solvent yapıştırma15, ısı yapıştırma16 ve ultraviyole (UV) / ozon yüzey işleme yapıştırma17 gibi kapalı kanallar üretmek için farklı protokoller tanımlanmıştır.
Çoğu durumda, geleneksel mikro freze makineleri ile elde edilen konumlandırma çözünürlüğü, 10 μm'den küçük yapılar gerektiren bazı mikroakışkan uygulamalar için yeterli değildir. Üst düzey mikro frezeleme yeterli çözünürlüğe sahiptir. Ne yazık ki, yüksek fiyatlar nedeniyle, kullanımı bir avuç kullanıcıyla sınırlıdır12. Daha önce, araştırma grubumuz, geleneksel freze makinelerinin çözünürlüğünün üstesinden gelerek, 10 μm'den daha az işleme yapılarına izin veren düşük maliyetli bir takımın imalatını ve manipülasyonunu bildirmiştir12. Fikstür, üç piezoelektrik aktüatör içeren, basit elektroniklerle 3D baskı ile üretilen bir platformdur. Yüzey, piezoelektrik elemanlar aynı anda hareket ettiğinde kaldırılmasını sağlayan menteşe şeklindeki eklemler içerir. Z ekseni yer değiştirmesi, 500 nm çözünürlük ve ±1,5 μm12 hassasiyetle kontrol edilebilir.
Bu yazıda, bir mikrofrezeleme tekniği ile bir akrilik cihazın (PMMA) üretim sürecinin adımları sunulmaktadır. Talaş tasarımı, 200 μm genişliğinde ve 200 μm yüksekliğinde bir ana kanaldan ve reaktiflerin akışını temizlemek için aynı boyutlara sahip bir yan kanaldan oluşur. Merkezi bölgede, kanal, harici bir mıknatıs yerleştirerek nanopartiküller için manyetik bir tuzak oluşturan manyetik mikropartikülleri yakalamak için bu grup12 tarafından yapılan 3D baskılı piezoelektrik platform ile imal edilen sadece 5 μm yüksekliğinde fiziksel bir kısıtlama ile kesintiye uğrar. Mikroakışkan cihazın çalışmalarını, 100 nm manyetik nanopartiküllere konjuge edilmiş bir model antijen olarak lizozim kullanarak ticari bir antikoru tespit etmek için bir immünoassay yaparak gösteriyoruz. Bu cihaz, onu benzersiz kılan farklı özellikleri bir araya getirir4: manyetik nanopartiküllerin bağışıklık desteği olarak kullanılması, toplam test süresini saatlerden dakikalara düşürür; Tespit için florojenik bir enzim kullanmak, standart enzime bağlı immünosorbent tahlilleriyle (ELISA'lar) karşılaştırılabilir tespit sınırlarına izin verir; ve bir termoplastiğin bir imalat malzemesi olarak kullanılması, önceki mikroakışkan nanopartiküllerin manyetik tuzakları3 için geçerli olmayan seri üretimle uyumlu hale getirir ve POCT'yi geliştirmek için mükemmel bir aday haline getirir.

<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

Mikroakışkan sistemler immünoassay tekniklerini büyük ölçüde geliştirmiştir. Bununla birlikte, birçok mikrofabrikasyon tekniği uzmanlaşmış, pahalı veya karmaşık ekipman gerektirir, bu da imalatın maliyetli olmasını ve düşük kaynak ortamlarında benimsenecek bakım noktası testlerinin (POCT) en önemli ön koşullarından biri olan seri üretimle uyumsuz olmasını sağlar. Bu çalışma, bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) mikrofrezeleme tekniğini kullanarak nanopartikül konjuge enzimatik immünoassay testi için bir akrilik (polimetilmetakrilat, PMMA) cihazının üretim sürecini açıklamaktadır. Mikroakışkan cihazın işleyişi, 100 nm manyetik nanopartiküllere konjuge edilmiş bir model antijen olarak lizozim kullanarak ticari bir antikoru tespit etmek için bir immünoassay yapılarak gösterilir. Bu cihaz, harici bir mıknatıs yerleştirerek manyetik bir tuzak oluşturan manyetik mikropartikülleri yakalamak için kullanılan, yalnızca 5 μm yüksekliğinde fiziksel kademeli bir kısıtlamayı bütünleştirir. Bu şekilde, konjuge nanopartiküllerin immün desteği üzerindeki manyetik kuvvet, onları yakalamak ve akış sürüklenmesine direnmek için yeterlidir. Bu mikroakışkan cihaz, immünoassay performansı için hassasiyet kaybı olmadan düşük maliyetli seri üretim için özellikle uygundur.

Geleneksel mikrofrezeleme tekniğinin çözünürlüğünü artıran yüksek oranda tekrarlanabilir bir imalat protokolü oluşturmak mümkündü. Bu protokolü kullanarak, 200 μm yüksekliğindeki bir kanalda kademeli bir kısıtlama olarak çalışan 5 μm yüksekliğinde bir kanalın üretimi sağlanır. Kademeli kısıtlamanın basit tasarımı, mikrokanalda sıkıştırıldığında, harici bir mıknatıs cihaza yaklaştığında manyetik bir tuzak oluşturulmasına izin veren 7,5 μm çapındaki demir mikropartik?...

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

Mikroakışkanlar, tanısal testlerin geliştirilmesi için güçlü bir araçtır. Bununla birlikte, pahalı ekipman ve malzemelerin yanı sıra zahmetli imalat ve taşıma teknikleri de sıklıkla gereklidir. Burada, manyetik mikro ve nanopartikül bazlı immünotahliller için akrilik bir mikroakışkan cihazın üretim protokolünü düşük maliyetli ve kullanımı kolay bir ortamda detaylandırıyoruz.

Manyetik Nanopartikül Bazlı İmmünoassaylar için Kademeli Bir Kısıtlama ile Mikroakışkan Akrilik Cihazın Bilgisayar Sayısal Kontrol Mikrofrezelenmesi

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

Protokolümüz, altın standart ELISA tekniği ile karşılaştırılabilir analit konsantrasyonlarının kantitatif immüno-tespiti için akrilik bir mikroakışkan cihaz üretmek için yüksek çözünürlüklü bir mikrofrezeleme yöntemini açıklamaktadır. Önemli olan, temiz bir oda olmadan basit ve düşük maliyetli bir termoplastik mikroakışkan cihazın üretilmesidir, bu da daha kısa tahlil sürelerine ve nicel olarak iyi algılama limitlerine izin verir. Yüzey taşlama ile başlayın.1,3 milimetre kalınlığındaki PMMA'nın 9 x 25 milimetrelik dikdörtgenlerini 800 mikrometre parmak freze ucu ile kesin. Bu dikdörtgenlerden birini piezoelektrik platforma çift taraflı yapışkan bantla dikkatlice takın. Z-sensörünü PMMA dikdörtgeninin yüzeyine bağlayın ve yerleştirin.Algılama pimini seçin ve sensör yüzeyinin üzerinde hareket ettirin. Sensöre temas etmeden pimi manuel olarak indirin. Z-sıfır algılama modunu etkinleştirin.200 mikrometre parmak freze ucunu 14.500 rpm'de döndürün. Yavaşça z eksenindeki başlangıç koordinatına indirin. Ardından, z eksenini kaynağın 30 mikrometre altına sıfırlayın.Bu koordinatı yeni Z-kaynağı olarak ayarlayın. Kesme panelini etkinleştirmek için mikro freze makinesi yazılımındaki Kes düğmesine tıklayın. Ekle düğmesine tıklayın ve akrilik yüzeyin taşlanması için önceden oluşturulmuş bir kod içeren TXT dosyasını seçin.İşlemi başlatmak için Çıktı düğmesine tıklayın. Beş mikrometre kısıtlamasının frezelenmesi için, önce parmak freze ucunun dönme hızını 11.000 rpm'ye ayarlayın. Ardından, piezoelektrik platformun arayüzü ile platformu 6,5 mikrometre yükseltin.Parmak freze ucunu y ekseni boyunca 500 mikrometre hareket ettirin. Piezoelektrik platformu, kontrol arayüzü ile z eksenindeki başlangıç değerine geri döndürün. Ardından, daha önce oluşturulan tasarım dosyasını tasarım yazılımından açarak mikro kanalların frezelenmesini gerçekleştirin.Yazdır düğmesine tıklayın, özellikler menüsüne erişin ve işlenecek tasarımı içeren katmana karşılık gelen renk penceresine tıklayın. İmalat parametrelerini takım panelinde ayarlayın. Deliklerin frezelenmesi için 800 mikrometrelik parmak freze ucuna geçin.İlgili renk penceresine tıklayarak ve ilgili imalat parametrelerini seçerek 1,2 milimetre çapındaki deliklerin tasarım katmanını etkinleştirin. Akriliğin yeni bir platformda ters çevrilmiş bir şekilde hizalanması için dikdörtgenin karşıt köşelerinde iki ek delik açın. Akriliği çevirin ve işlenmiş sütunlarla adaptörün üzerine çift taraflı yapışkan bantla bantlayın.Tasarım yazılımından karşı yüz için deliklerin tasarımını içeren dosyayı açın. Reaktif giriş ve çıkış deliklerinin kalan yarısını 1,5 milimetre çapında ve 0,7 milimetre derinlikte frezeleyin. Her iki akrilik dikdörtgen levhayı izopropil alkol ile temizleyin ve damıtılmış suyla durulayın.Akriliği 10 dakika boyunca ultrasonik bir banyoya batırın. Her iki akrilik tabakayı da kurutun ve çift taraflı bantla cam Petri çanak kapağının içine bantlayın. Ardından cam Petri kabının tabanını daha büyük bir cam Petri kabının içine yerleştirin.Petri kabının tabanına bir mililitre kloroform dökün ve kapağı akrilik tabakalarla hızla yerleştirin. Hemen daha büyük Petri kabının tabanına, Petri kabı kapağının seviyesine kadar damıtılmış su ekleyin. Akriliğin bir dakika boyunca kloroform gaza maruz kalmasına izin verin.Ardından su contasını kırmak için Petri kabını eğin ve hemen Petri kabını ortaya çıkarın. Yapıştırma için, her iki akriliği kloroforma maruz kalan taraflarla yüz yüze hizalayın ve bir sandviç oluşturun. Akrilikleri, akriliğin hizalamasını değiştirerek iki dakikalık iki aralıkla prese yerleştirin.Ardından, anında kuruyan sıvı yapıştırıcı ile cihazın deliklerinin her birine iki ila üç santimetre hortum takın. Bir şırınga kullanarak kanalları damıtılmış suyla doldurun. Cihazı 10 dakika boyunca ultrasonik bir banyoya batırın.Daha sonra cihaz kanallarının içindeki suyu boşaltın ve% 5 BSA çözeltisi vermek için bir şırınga kullanın. % 5 BSA'da 7.5 mikrometrede çapı demir mikropartiküllerinin bir süspansiyonunu hazırlayın. Çipi ve mikropartikül süspansiyonunu blokaj çözeltisi ile oda sıcaklığında en az bir saat boyunca inkübe edin.Daha sonra, mikropartikülleri yan kanal çıkış hortumundan bir şırınga iğnesi ile çipe yerleştirin. Çipi dikey olarak yerleştirin, ardından çipi 90 derecelik iki adımda döndürün, böylece mikropartiküller beş mikrometre kısıtlamasında hedeflenir ve sıkıştırılır. Akrilik cihazın tüm hortumlarını ısı ile kapatın.Giriş hortumunu sadece birkaç milimetre kalana kadar kesin. Dağıtım iğnesini yıkama tamponu ile doldurun ve kesilmiş hortuma yerleştirin. Çözümün damlamasına izin verin ve ardından iğneyi cihaza bağlayın.Çıkış hortumunu yanal kanaldan kesin, ardından şırınga pompasına bağlayın. Ardından, ana kanal çıkış hortumu için aynı prosedürü tekrarlayın. Ardından çipi mıknatısa takın.İmmün tespit için, yıkama tamponunun saatte 50 mikrolitrede 10 dakika boyunca akmasını sağlayın. Kalan yıkama tamponunu dağıtım iğnesinden bir mikropipetle çıkarın ve 50 mikrolitre nanopartikül süspansiyonu ekleyin. Nanopartikül süspansiyonunu saatte 100 mikrolitre akış hızında yedi dakika boyunca akıtın.Ardından akış hızını saatte 50 mikrolitre olarak değiştirin ve akışa 15 dakika daha devam edin. Dağıtım iğnesini değiştirin ve yıkama tamponunu aynı hızda 10 dakika boyunca akıtın. Kalan yıkama tamponunu dağıtım iğnesinden bir mikropipetle çıkarın ve 100 mikrolitre florojenik substrat ekleyin.Substrat girişi, floresan ölçümü ve yıkama adımı için akış hızını ve zaman parametrelerini ayarlayın. Florojenik substratın giriş akışını saatte 50 mikrolitrede altı dakika boyunca aktive edin. Substrat akışı durmadan 15 saniye önce, mikroskopun floresansını açın.Substrat 1.000 milisaniyelik bir pozlama süresiyle durmadan 10 saniye önce mikroskop kamerasının yazılımıyla görüntü yakalamaya başlayın. Substrat yıkama durduktan hemen sonra istenen akış hızı parametresinin Başlat düğmesine tıklayın. Saniyede bir kare hızında altı dakika boyunca görüntüleme gerçekleştirin.Seçilen ölçüm akışı durduktan hemen sonra yıkama akışının Başlat düğmesine tıklayın. İmmünoassay için lizozim konjuge nanopartiküller ve at turpu peroksidaz konjuge sekonder antikor kullanıldı. Farklı primer antikor konsantrasyonları için floresan yoğunluğunda bir artış, tuzaktan önceki ve sonraki bölgeler karşılaştırılarak gözlendi ve substrat floresansındaki değişimin primer antikorun konsantrasyonu ile doğru orantılı olduğunu gösterdi.Belirli bir primer antikor konsantrasyonu için, floresan yoğunluğu, florojenik substratın farklı akış hızlarında zamanın bir fonksiyonu olarak çizildi. Substratın HRP enzimi tarafından dönüşüm kapasitesi, akış hızıyla ters orantılıydı, saatte bir mikrolitrelik bir akış hızı için maksimum yoğunluk elde edildi. Çeşitli birincil antikor konsantrasyonları için farklı akış hızları için, immünoreaksiyondan sonra ve önce floresan farklılıklarının eğrileri, mililitre başına 1.000 nanogramlık bir konsantrasyon için, floresanın değerlendirilen tüm akış hızları için doygun olduğunu göstermiştir.Her bir akış hızı için birincil antikor konsantrasyonuna göre elde edilen floresan yoğunluğundaki farklılıkların maksimum değeri kullanılarak bir kalibrasyon eğrisi hazırlandı. Saatte bir mikrolitredeki yüksek değişkenlik ve yüksek floresan seviyeleri, hızın reaksiyona giren substratın akışını desteklemediğini ve tuzaktan hemen sonra birikme eğiliminde olduğunu göstermiştir. Kloroforma maruz kalmak sıcaklığa karşı çok hassas olduğu için mikrokanalların sızdırmazlık adımlarına özel dikkat gösterilmelidir.Tekrarlanabilir sonuçlar için, sıcaklık her zaman aynı olmalıdır. Sistemimiz, mikropartiküllerin kompaktlığının ve boyutunun, nanopartikül boyutunun, antijenlerin, tespit antikorunun ve substratın nanopartikül bazlı mikroakışkan immünoassayda tespit sınırı için belirleyici faktörler olduğunu anlamaya yardımcı olur.

Research

JoVE Journal

Engineering

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Paralel plaka Waveguide Sensor Kullanımı Terahertz Mikroakışkan Algılama

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

Nanodetection için bir referans Interferometer Uygulanması

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

İnsansı Robotlar ile Beyin Robot Etkileşimi Deneysel Prosedür SSVEP tabanlı

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

Tek dağılımlı mikro damlacıklar boyutu kontrollü Formasyonu için Kılcal tabanlı Santrifüj mikroakışkan Cihaz

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

PMMA İmalat ve COP mikroakışkan Cihazlar için çözücü Bağlar

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

Ön vurgu Teknikleri Kullanarak Oransal-İntegral-Diferansiyel Kontrolü bir Galvanometre Mirror bir sinüsoidal Tarama için Kazanç-tazminat Metodolojisi

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

Sifon kırıcı deney ve simülasyon incelenmesi için bir araştırma reaktörü

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

Silikon uçlu Fiber Optik algılama peron ile yüksek çözünürlüklü ve hızlı tepki

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

Geliştirilmiş 3D Yazıcılı Gerinim Ölçüm Cihazı Üretimi

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

Mikro Partikül Konsantrasyonu için Pnömatik Tahrikli Mikroakışkan Platform

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