Nanoholes und Nanoparticles: Anwendungen auf Biomedizinischem Microdevices

Professor Bonnis Grau, Direktor, Microinstrumentations-Labor; Ingenieurschule Wissenschaft, Universität Simons Fraser, Kanada
Entsprechender Autor: bgray@sfu.ca

Biomedizinische microdevices umfassen alle mögliche miniaturisierten Einheiten oder Anlagen für die biomedizinischen oder biologischen Anwendungen, von den einfachen Fühlern für das Überwachen ein einzelnes biologisches, zu den komplexen Mikrogesamtanalyse- oder Labor-auf-einchip-Instrumenten, die mehrfache Laborfunktionen zusammen mit microfluidic Beispielmanipulation integrieren. Biomedizinische microdevice und Anlagenforschung ist eine schneidene Technik, eine Physik, eine Chemie, eine Nanotechnologie und eine Biotechnologie des aufregenden multidisziplinären Bereichs.

Micromachining, ursprünglich basiert in der Mikroelektronischen Industrie, bildet die Basis für diesen aufregenden Bereich, in dem Biosensors, flüssiger Transport des Microchannel und andere mechanische, optische, chemische und flüssige Mikrobauteile für die Anwendungen fabriziert und integriert werden, die von Überwachung biofluid Stufen und von der schnellen Seitendiagnose des Betts bis zu dem Studieren der einzelligen Antikörperproduktion reichen. Außerdem kann das Micromachining mit nanostructures oder Nanomaterials kombiniert werden, um neue Technologien und Techniken zu ergeben, die fortfahren, den Bereich auf neue Arten voranzubringen.

Das Microinstrumentations-Labor (µiL) an Universität Simons Fraser (SFU), unter Leitung Professors Bonnie Gray, entwickelt eine große Vielfalt des biomedizinischen microdevice und der Systemtechniken und der Techniken. Während herkömmliches Silikon noch eingesetzt wird, hat das Micromachining von Polymeren und von Glas den Mittelpunkt genommen, der durch Anwendungen in der Biomedizin und in der Biologie getrieben wird.

Polymere können für in hohem Grade flexibles microinstrumentation, das an das Gehäuse oder andere Oberflächen anpassen kann, das eingesetzt werden ist optisch transparent, biocompatible, mit billiger Erstausführung und dem einfachen Micropatterning (z.B., die photopatterning UV-leuchte micromolding,). Glas ist ähnlich optisch transparent und biocompatible und macht eine ausgezeichnete Substratfläche für Polymermikrostrukturen.

Forscher an Microinstrumentations-Labor (µiL) entwickeln microfluidic Anlagen freistehenden Verschluss-zusammen Polymers mit flexibler elektronischer Verbindung und Bord-microactuators für micropumps und Ventile. Während Dünnfilm Metall-aufpolymer Techniken erfolgreich für elektronische Wegewahl demonstriert worden sind1, vermeidet ein anderer Anflug mechanische Materialnichtübereinstimmung, indem er hybride Kombinationen von isolierenden Polymeren mit leitfähigen nanocomposite Polymeren (C-NCPs) einsetzt. Wenn flexibel, sind leiten Polymere in sich selbst elektrisch isolieren und die nanoparticles, die einem Polymergrundmasseergebnis in der Leitung hinzugefügt werden, sobald der Filtrationsschwellwert erreicht worden ist2.

Das Microinstrumentations-Labor (µiL) entwickelt neue Techniken zu den Mikrostrukturkompletten Funktionsanlagen unter Verwendung der hybriden Kombinationen des Leitens und nicht leitenden Polymeren (Abbildung 1). Zusätzlich zu den leitfähigen Polymeren können magnetische Polymere mit der Einführung von magnetischen nanoparticles zu einer flexiblen Polymergrundmasse verwirklicht werden. Solche magnetischen Polymere werden durch Microinstrumentations-Labor (µiL) für die Unterstützung in Mikro-Klammer-inloch Chip-zuchip Mikromontage3oder Aufchip Flüssigkeitsmanipulation eingesetzt4.

Abbildung 1. Flexibles leitfähiges nanocomposite Polymer eingebettet in einer isolierenden flexiblen PolymerLeiterplatte für microfluidic Bauteil.

Merkmale der Nanotechnologie auch in der Entwicklung von neuen Biosensors integrierten mit microfluidics an Microinstrumentations-Labor (µiL). Ein neuer Fühler basiert auf der Modifikation in der hellen Übertragung durch eine Reihe nanoholes unter Verwendung der Oberflächenplasmonresonanz (SPR). Ein Oberflächenplasmon ist eine Welle entlang der Schnittstelle eines Nichtleiters und des Metalls5, mit einer periodischen Reihe nanoholes, die drastisch bestimmte Wellenlängen des Durchlichts bei der Verminderung andere erhöhen6.

Fühler der Übertragung SPR können eingesetzt werden, um Änderungen in der Oberflächen- Chemie, wie der Aufnahme biologischen Spezies an der Metall-nanohole Oberfläche, mit dem Ergebnis einer Schicht in der Wellenlänge zu entdecken, an der Oberflächenplasmons und Spitze der Übertragung erregen. Indem man die nanohole Reihen mit microfluidics integriert, können Proben hinter den Fühler leicht geflossen werden7 (Abbildung 2).

Abbildung 2. Der Oberseite Fotografie unten des beiliegenden Microchannel mit integrierten Verschluss-inplatz Verbindungszellen und Gold-nanohole Reihe. Die Einfügung zeigt ein NahaufnahmeRasterelektronenmikroskopbild einer nanohole Reihe mit Zeitraum = 500 nm.

Außerdem Forscher schließen Microinstrumentations-Labor (µiL) große Reihen der einzelnen Zellen ein, um einzellige Antikörperantwort zu überwachen. Antikörper, die von jeder Zellbefestigung zu anliegenden SPR-Fühlern, eine pro Zelle, mit dem Ergebnis der Änderungen in der Oberflächenplasmongeneration und -übertragung ausströmen. Diese Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Physikern, Chemikern und Immunitätsforschern setzt microfluidics und Nanotechnologie ein, um zu helfen, immunologische Prozesse durch Echtzeitüberwachung von einzelnen Zellen zu verstehen.

Zusätzlich zum SPR-nanohole Reihenfühler werden Nanotechnologie und microfabrication gemeinsam Forschern von den Microinstrumentations-Labor (µiL) für flexible electroenzymatic Fühler für das Überwachen von Rissglukosestufen eingesetzt (Abbildung 3)8, die ungefähr 1/40 von Blutzuckerspiegeln sind, aber benötigen nicht schmerzliches Stiftstichel-Blutmusterstück. Die Fühler werden auf den flexiblen Polymersubstratflächen fabriziert, die für Einpflanzung in den Kontaktlinsen geeignet sind, wenn die aktiven Elektrodenoberflächen mit Kombinationen geändert sind, von nanostructured Oberflächen und von Enzymimmobilisierung der Glucoseoxidase, die ein elektronisches Signal produziert, das zur Glukosestufe proportional ist.

Abbildung 3. Flexibles Gold-aufpolymer electroenzymatic Glukosefühler.

Bezüge

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, „eine Opfer-Maske SU-8 für direktes Aufdampfen auf PDMS“, Zapfen der Feinstmechanik und Mikroingenieurwesen, 19:11, 115014 (10pp), 2009.
2. A. Khosla, B.L. Gray, „Vorbereitung, Kennzeichnung und Micromoulding des Mehrwandigen Kohlenstoffes Nanotube Polydimethylsiloxane, das Nanocomposite-Polymer“, Material-Schreiben, 63:13 - 14, S. 1203-1206, 2009 Leitet.
3. S. verbindet sich Jaffer, B.L. Gray, D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, „Mechanische Montage und magnetische Betätigung von Polydimethylsiloxaneeisen Zusammensetzung für microfluidic Anlagen“, Verfahren von SPIE, Vol. 6886 Im Januar 2008 12 Seiten untereinander.
4. A. Khosla, B.L. Gray, D.B. Leznoff, J. Herchenroeder, D. Miller, „Fälschung von den integrierten permanenten micromagnets für microfluidic Anlagen“, angenommen zu Westen SPIE Photonics Im Januar 2010 San Jose.
5. R. Gordon, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, „die außerordentlichen optischen Eigenschaften von nanohole Reihen in den Metallen Verstehend,“ Photonen, Vol. 2, S. 15-18, 2004.
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, „Außerordentliche Lichtwellenleiterübertragung durch Unterwellenlänge Lochreihen,“ Natur, Vol. 391, S. 667-669, 1998.
7. S.M. Westwood, B.L. Gray, S. Grist, K. Huffman, S. Jaffer, K.L. Kavanagh, „Polymer SU-8 Schloss Microchannels mit Verbindung und Nanohole-Reihen als Optische Befund-Einheit für Biospecies“, 30. Jährliche Technik IEEE in der Medizin und Biologie-Konferenz, Vancouver Im August 2008 4 Seiten ein.
8. J. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, „SU-8 als Abziehmaske für zuverlässiges Aufdampfen auf PDMS für einen Galvano-enzymatischen Glukosefühler“, Fünfte Internationale Konferenz auf Mikrotechnologien in der Medizin und Biologie, Québec-Stadt, Im April 2009.

Copyright AZoNano.com, Professor Bonnis Gray (Universität Simons Fraser)

Date Added: Dec 13, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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