Nanoholes y Nanoparticles: Aplicaciones a Microdevices Biomédico

Gris de Profesor Bonnis, Director, Laboratorio de Microinstrumentation; Escuela de la Ciencia de Ingeniería, Universidad de Simon Fraser, Canadá
Autor Correspondiente: bgray@sfu.ca

Los microdevices Biomédicos incluyen cualesquiera dispositivos o sistema miniaturizados para las aplicaciones biomédicas o biológicas, de los sensores simples para vigilar un único biológico, a los instrumentos totales micros complejos del análisis o de la laboratorio-en-uno-viruta que integran funciones múltiples del laboratorio así como la manipulación microfluidic de la muestra. La investigación Biomédica del microdevice y de los sistemas es una ingeniería de intersección, una física, una química, una nanotecnología y una biotecnología del campo multidisciplinario emocionante.

Micromachining, basado originalmente en la industria microelectrónica, forma el asiento para este campo emocionante, en el cual los biosensores, el transporte flúido del microcanal, y otros componentes mecánicos, ópticos, químicos, e hidráulicos micros se fabrican y se integran para las aplicaciones que colocan de niveles del biofluid de la supervisión y de diagnosis rápida lateral de la base a estudiar la producción unicelular del anticuerpo. Además, el micromachining se puede combinar con nanostructures o nanomaterials para dar lugar a las nuevas tecnologías y a las técnicas que continúan avance el campo de nuevas maneras.

El Laboratorio de Microinstrumentation (µiL) en la Universidad de Simon Fraser (SFU), bajo la dirección de Profesor Bonnie Gray, desarrolla una amplia variedad de microdevice y de tecnologías y de técnicas biomédicos de sistema. Mientras Que el silicio convencional todavía se emplea, el micromachining de polímeros y de cristal ha tomado el lugar central impulsado por aplicaciones en biomedecina y biología.

Los Polímeros se pueden emplear para el microinstrumentation altamente flexible que puede ajustarse al cuerpo o a otras superficies, de que son ópticamente transparentes, biocompatibles, con creación de un prototipo barata y micropatterning fácil (e.g., el micromolding, ultravioleta-luz photopatterning). El Cristal es semejantemente ópticamente transparente y biocompatible, y hace un substrato excelente para las microestructuras del polímero.

Los Investigadores en el Laboratorio de Microinstrumentation (µiL) están desarrollando sistemas microfluidic del polímero libre del broche de presión-junto con la interconexión electrónica flexible y los microactuators a bordo para los micropumps y las válvulas. Mientras Que las técnicas del metal-en-polímero de la película fina se han demostrado con éxito para el encaminamiento electrónico1, otra aproximación evita discordancía mecánica de los materiales empleando combinaciones híbridas de polímeros que aíslan con los polímeros conductores del nanocomposite (C-NCPs). Mientras Que son flexibles los polímeros son intrínsecamente eléctricamente el aislar, conducto los nanoparticles adicionales a un resultado de la matriz del polímero en la conducción una vez que se ha alcanzado el umbral de la filtración2.

El Laboratorio de Microinstrumentation (µiL) está desarrollando nuevas técnicas a los sistemas funcionales completos del micropattern usando combinaciones híbridas del conducto y de polímeros no conductores (Cuadro 1). Además de los polímeros conductores, los polímeros magnéticos se pueden observar con la adición de nanoparticles magnéticos a una matriz flexible del polímero. Tales polímeros magnéticos son empleados por el Laboratorio de Microinstrumentation (µiL) para ayudar a micromontaje micro de la viruta-a-viruta del espiga-en-agujero3, o la manipulación del líquido de la en-viruta4.

Cuadro 1. polímero conductor Flexible del nanocomposite embutido en una placa de circuito flexible del polímero que aísla para el componente microfluidic.

Las características de la Nanotecnología también en el revelado de biosensores nuevos integraron con microfluidics en el Laboratorio de Microinstrumentation (µiL). Un nuevo sensor se basa en la modificación en la transmisión pálida con un arsenal de nanoholes usando la resonancia superficial del plasmón (SPR). Un plasmón superficial es una onda a lo largo del interfaz de un dieléctrico y de un metal5, con un arsenal periódico de nanoholes que aumentan dramáticamente ciertas longitudes de onda de la luz transmitida mientras que atenúa otras6.

Los sensores de la Transmisión SPR se pueden emplear para detectar cambios en la química superficial, tal como la adsorción de una especie biológica a la superficie del nanohole del metal, dando por resultado una rotación en la longitud de onda en la cual los plasmones superficiales excitan y pico de la transmisión. Integrando las matrices del nanohole con microfluidics, las muestras se pueden fluir fácilmente más allá del sensor7 (Cuadro 2).

Cuadro 2. De la Parte Superior fotografía hacia abajo del microcanal cubierto con las estructuras de la interconexión del broche de presión-en-lugar y arsenal integrados del nanohole del oro. La inserción muestra una imagen del microscopio electrónico de exploración del primer de un arsenal del nanohole con período = 500 nanómetro.

Además, los investigadores del Laboratorio de Microinstrumentation (µiL) están atrapando matrices grandes de células individuales para vigilar la reacción unicelular del anticuerpo. Anticuerpos que emanan de cada fijación a los sensores adyacentes de SPR, una de la célula por la célula, dando por resultado cambios en la generación y la transmisión superficiales del plasmón. Esta colaboración entre los representantes técnicos, los físicos, los químicos, y los inmunologistas emplea microfluidics y la nanotecnología para ayudar a entender procesos inmunológicos con la supervisión en tiempo real de células individuales.

Además del sensor del arsenal del nanohole de SPR, la nanotecnología y el microfabrication son empleados en común por los investigadores del Laboratorio de Microinstrumentation (µiL) para los sensores electroenzymatic flexibles para vigilar los niveles de la glucosa del rasgón (el Cuadro 3)8, que son aproximadamente 1/40 de los niveles de la glucosa en sangre pero no requiere el muestreo doloroso de la sangre del pinchazo del contacto. Los sensores se fabrican en los substratos flexibles del polímero convenientes para la implantación en lentes de contacto, con las superficies activas del electrodo modificadas con combinaciones de superficies y de la inmovilización nanostructured de la enzima de la oxidasis de glucosa, que produce una señal electrónica que sea proporcional al nivel de la glucosa.

Cuadro 3. sensores electroenzymatic de la glucosa del oro-en-polímero Flexible.

Referencias

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, “Una máscara sacrificatoria SU-8 para la metalización directa en PDMS”, Gorrón de la Micromecánica y Microingeniería, 19:11, 115014 (10pp), 2009.
2. A. Khosla, B.L. Gray, “Preparación, Caracterización, y Micromoulding del Carbón Multi-Emparedado Nanotube Polydimethylsiloxane Conducto el Polímero de Nanocomposite”, Cartas de los Materiales, 63:13 - 14, Págs. 1203-1206, 2009.
3. S. Jaffer, B.L. Gray, D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, el “ensamblaje Mecánico y la actuación magnética del compuesto del polydimethylsiloxane-hierro interconecta para los sistemas microfluidic”, los Procedimientos de SPIE, Vol. 6886, Enero de 2008, 12 paginaciones.
4. A. Khosla, B.L. Gray, D.B. Leznoff, J. Herchenroeder, D. Miller, “Fabricación de los micromagnets permanentes integrados para los sistemas microfluidic”, validados al Oeste de SPIE Photonics, Enero de 2010, San Jose.
5. R. Gordon, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, “Entendiendo las propiedades ópticas extraordinarias de las matrices del nanohole en metales,” Fotones, Vol. 2, Págs. 15-18, 2004.
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, “transmisión óptica Extraordinaria con matrices del agujero de la sub-longitud de onda,” Naturaleza, Vol. 391, Págs. 667-669, 1998.
7. El S.M. Westwood, B.L. Gray, S. Grist, K. Huffman, S. Jaffer, K.L. Kavanagh, “el Polímero SU-8 Incluyó Microcanales con la Interconexión y las Matrices de Nanohole como un Dispositivo de Detección Óptico para Biospecies”, Ingeniería Anual de IEEE la trigésima en Remedio y Conferencia de la Biología, Vancouver, Agosto de 2008, 4 paginaciones.
8. J. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, “SU-8 como máscara adhesiva para la metalización segura en PDMS para un sensor electro-enzimático de la glucosa”, la Quinta Conferencia Internacional sobre las Microtecnologías en Remedio y la Biología, la Ciudad de Quebec, Abril de 2009.

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Bonnis Gray (Universidad de Simon Fraser)

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

Last Update: 13. June 2013 23:42

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