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Nanoholes et Nanoparticles : Applications à Microdevices Biomédical

Gris de Professeur Bonnis, Directeur, Laboratoire de Microinstrumentation ; École d'Ingénierie, Université de Simon Fraser, Canada
Auteur Correspondant : bgray@sfu.ca

Les microdevices Biomédicaux comprennent tous les dispositifs ou systèmes miniaturisés pour des applications biomédicales ou biologiques, des senseurs simples pour surveiller un biologique unique, aux instruments totaux micro complexes d'analyse ou de laboratoire-sur-un-puce qui intègrent des fonctionnements multiples de laboratoire avec la manipulation microfluidic d'échantillon. La recherche Biomédicale de microdevice et de systèmes est un bureau d'études de intersection, une physique, une chimie, une nanotechnologie et une biotechnologie de zone pluridisciplinaire passionnante.

Micromachining, initialement basé dans l'industrie microélectronique, formes la fondation pour cette zone passionnante, dans laquelle des biocapteurs, le transport liquide de microcanal, et d'autres composants mécaniques, optiques, chimiques, et hydrauliques micro sont fabriqués et intégrés pour des applications s'échelonnant des niveaux de biofluid de surveillance et du diagnostic rapide latéral de bâti à étudier la production d'anticorps unicellulaire. En Outre, micromachining peut être combiné avec des nanostructures ou des nanomaterials pour avoir comme conséquence les technologies neuves et les techniques qui continuent à avancer la zone des voies neuves.

Le Laboratoire de Microinstrumentation (µiL) à l'Université de Simon Fraser (SFU), sous le sens de Professeur Bonnie Gray, développe une grande variété de microdevice et de technologies du système et de techniques biomédicaux. Tandis Que le silicium conventionnel est encore utilisé, micromachining des polymères et de la glace a pris le centre de la scène piloté par des applications dans la biomédecine et la biologie.

Des Polymères peuvent être utilisés pour le microinstrumentation hautement flexible qui peut être conforme au fuselage ou à d'autres surfaces, celui est optiquement transparent, biocompatible, avec le prototypage peu coûteux et micropatterning facile (par exemple, micromolding, l'UV-lumière photopatterning). La Glace est assimilé optiquement transparente et biocompatible, et effectue un excellent substrat pour des microstructures de polymère.

Les Chercheurs au Laboratoire de Microinstrumentation (µiL) développent les systèmes microfluidic de polymère autonome de rupture-ensemble avec l'interconnexion électronique flexible et les microactuators intégrés pour des micropumps et des soupapes. Tandis Que des techniques de métal-sur-polymère de film mince ont été avec succès expliquées pour le routage électronique1, un autre élan évite l'erreur d'assortiment mécanique de matériaux en utilisant des combinaisons hybrides des polymères isolants avec des polymères conducteurs de nanocomposite (C-NCPs). Tandis Que flexibles les polymères sont par nature électriquement isolation, conduisant des nanoparticles ajoutés à un résultat de modification de polymère dans la conduction une fois que le seuil de percolation a été atteint2.

Le Laboratoire de Microinstrumentation (µiL) développe des techniques neuves aux systèmes fonctionnels complets de micropattern utilisant des combinaisons hybrides de la conduite et des polymères non conducteurs (le Schéma 1). En plus des polymères conducteurs, des polymères magnétiques peuvent être réalisés en plus des nanoparticles magnétiques à une modification flexible de polymère. De Tels polymères magnétiques sont utilisés par le Laboratoire de Microinstrumentation (µiL) pour aider au microassemblage interpuces d'ancrage-dans-trou micro3, ou la manipulation de liquide de sur-puce4.

Le Schéma 1. polymère conducteur Flexible de nanocomposite encastré dans une carte à circuit flexible isolante de polymère pour le composant microfluidic.

De Nanotechnologie caractéristiques techniques également dans le développement des biocapteurs nouveaux intégrés avec le microfluidics au Laboratoire de Microinstrumentation (µiL). Un senseur neuf est basé sur la modification dans la transmission de la lumière par un choix de nanoholes utilisant la résonance extérieure de plasmon (SPR). Un plasmon extérieur est une onde le long de la surface adjacente d'un diélectrique et d'un métal5, avec un choix périodique de nanoholes augmentant excessivement certaines longueurs d'onde de la lumière transmise tout en atténuant d'autres6.

Des senseurs de la Boîte De Vitesses SPR peuvent être utilisés pour trouver des changements de la chimie extérieure, telle que l'adsorption d'une substance biologique à la surface de nanohole en métal, ayant pour résultat une variation dans la longueur d'onde à laquelle les plasmons extérieurs excitent et crête de boîte de vitesses. En intégrant les alignements de nanohole avec le microfluidics, des échantillons peuvent être facilement circulés au delà du senseur7 (le Schéma 2).

Le Schéma 2. De Haut photo vers le bas de microcanal ci-joint avec les structures intégrées d'interconnexion de rupture-dans-place et l'alignement de nanohole d'or. La vignette affiche une image en gros plan de microscope électronique de lecture d'un alignement de nanohole avec la période = 500 nanomètre.

En Outre, les chercheurs de Laboratoire de Microinstrumentation (µiL) enferment de grands choix de différentes cellules pour surveiller la réaction des anticorps unicellulaire. Anticorps émanant de chaque attache de cellules aux senseurs adjacents de SPR, une selon la cellule, ayant pour résultat des changements de la production et de la boîte de vitesses extérieures de plasmon. Cette collaboration entre les ingénieurs, les physiciens, les pharmaciens, et les Immunologue utilise le microfluidics et la nanotechnologie pour aider à comprendre des procédés immunologiques par le suivi en temps réel de différentes cellules.

En plus du senseur d'alignement de nanohole de SPR, la nanotechnologie et le microfabrication sont commun utilisés par des chercheurs de Laboratoire de Microinstrumentation (µiL) pour les senseurs electroenzymatic flexibles pour surveiller les taux de glucose de déchirure (le Schéma 3)8, qui sont approximativement 1/40 des taux de glucose sanguin mais n'exigent pas le prélèvement sanguin douloureux de piqûre de goupille. Les senseurs sont fabriqués sur les substrats flexibles de polymère adaptés pour des objectifs d'implantation en contact, avec les surfaces actives d'électrode modifiées avec des combinaisons des surfaces et de l'immobilisation nanostructured d'enzymes de l'oxydase de glucose, qui produit un signe électronique qui est proportionnel au taux de glucose.

Le Schéma 3. senseurs electroenzymatic de glucose d'or-sur-polymère Flexible.

Références

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, « Un masque SU-8 sacrificatoire pour la métallisation directe sur PDMS », Tourillon de la Micromécanique et Micro-ingénierie, 19h11, 115014 (10pp), 2009.
2. A. Khosla, B.L. Gray, « Préparation, Caractérisation, et Micromoulding de Nanotube Multi-Muré Polydimethylsiloxane de Carbone Conduisant le Polymère de Nanocomposite », Lettres de Matériaux, 63:13 - 14, Pp. 1203-1206, 2009.
3. S. Jaffer, B.L. Gray, D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, « Montage mécanique et mise en fonction magnétique de composé de polydimethylsiloxane-fer interconnecte pour les systèmes microfluidic », les Démarches de SPIE, Vol. 6886, Janvier 2008, 12 pages.
4. A. Khosla, B.L. Gray, D.B. Leznoff, J. Herchenroeder, D. Miller, « Fabrication des micromagnets permanents intégrés pour les systèmes microfluidic », reçus à l'Ouest de SPIE Photonics, Janvier 2010, San Jose.
5. R. Gordon, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, « Comprenant les propriétés optiques extraordinaires des alignements de nanohole en métaux, » Photons, Vol. 2, Pp. 15-18, 2004.
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, « boîte de vitesses optique Extraordinaire par des alignements de trou de sous-longueur d'onde, » Nature, Vol. 391, Pp. 667-669, 1998.
7. S.M. Westwood, B.L. Gray, S. Grist, K. Huffman, S. Jaffer, K.L. Kavanagh, « le Polymère SU-8 A Entouré des Microcanaux avec l'Interconnexion et les Alignements de Nanohole en tant qu'un Dispositif de Dépistage Optique pour Biospecies », Bureau D'études Annuel d'IEEE le 30ème en Médicament et Conférence de Biologie, Vancouver, Août 2008, 4 pages.
8. J. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, « SU-8 comme masque pelable pour la métallisation fiable sur PDMS pour un senseur électro-enzymatique de glucose », la Cinquième Conférence Internationale sur des Microtechnologies en Médicament et la Biologie, Québec, Avril 2009.

Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Bonnis Gray (Université de Simon Fraser)

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

Last Update: 13. June 2013 23:10

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