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Nanoholes e Nanoparticelle: Applicazioni a Microdevices Biomedico

Gray del Professor Bonnis, Direttore, Laboratorio di Microinstrumentation; Banco di Scienza di Assistenza Tecnica, Simon Fraser University, Canada
Autore Corrispondente: bgray@sfu.ca

I microdevices Biomedici comprendono tutti gli unità o sistemi miniaturizzati per le applicazioni biomediche o biologiche, dai sensori semplici per il video dell'biologico singolo, agli strumenti totali micro complessi del laboratorio-su-un-chip o dell'analisi che integrano le funzioni multiple del laboratorio insieme a manipolazione microfluidic del campione. La ricerca Biomedica dei sistemi e di microdevice è un'assistenza tecnica d'intersezione, una fisica, una chimica, una nanotecnologia e una biotecnologia del campo pluridisciplinare emozionante.

Micromachining, originalmente basato sull'industria microelettronica, forma le fondamenta per questo campo emozionante, in cui i biosensori, il trasporto fluido del microchannel ed altre micro componenti meccaniche, ottiche, chimiche e fluide da costruzione ed integrati per le applicazioni che variano dai livelli del biofluid di video e dalla diagnosi rapida laterale del letto a studiare la produzione unicellulare dell'anticorpo. Ancora, micromachining può combinarsi con i nanostructures o i nanomaterials per provocare le nuove tecnologie e le tecniche che continuano ad avanzare il campo nei nuovi modi.

Il Laboratorio di Microinstrumentation (µiL) alla Simon Fraser University (SFU), sotto la direzione del Professor Bonnie Gray, sviluppa un'ampia varietà di microdevice e le tecnologie e tecniche di sistema biomedici. Mentre il silicio convenzionale ancora è impiegato, micromachining dei polimeri e del vetro ha catturato la tappa centrale determinata dalle applicazioni nella biomedicina e nella biologia.

I Polimeri possono essere impiegati per il microinstrumentation altamente flessibile che può conformarsi all'organismo o ad altre superfici, quello è otticamente trasparenti, biocompatibili, con modello economico e micropatterning facile (per esempio, micromolding, UV-indicatore luminoso che photopatterning). Il Vetro è similmente otticamente trasparente e biocompatibile e fa un substrato eccellente per le microstrutture del polimero.

I Ricercatori al Laboratorio di Microinstrumentation (µiL) stanno sviluppando i sistemi microfluidic del polimero indipendente della rottura-insieme con l'interconnessione elettronica flessibile e i microactuators a bordo per i micropumps e le valvole. Mentre le tecniche del metallo-su-polimero della pellicola sottile sono state dimostrate con successo per routing elettronico1, un altro approccio evita il disadattamento meccanico dei materiali impiegando le combinazioni ibride di polimeri d'isolamento con i polimeri conduttivi del nanocomposite (C-NCPs). Mentre flessibili i polimeri sono inerentemente elettricamente isolare, conducente le nanoparticelle aggiunte ad un risultato della matrice del polimero nella conduzione una volta che la soglia della percolazione è stata raggiunta2.

Il Laboratorio di Microinstrumentation (µiL) sta sviluppando le nuove tecniche ai sistemi funzionali completi di micropattern facendo uso delle combinazioni ibride di conduzione e di polimeri coibenti (Figura 1). Oltre ai polimeri conduttivi, i polimeri magnetici possono essere realizzati con l'aggiunta delle nanoparticelle magnetiche ad una matrice flessibile del polimero. Tali polimeri magnetici sono impiegati tramite il Laboratorio di Microinstrumentation (µiL) per l'assistenza nel microassemblaggio elettronico micro del chip--chip del parità-in-foro3, o la manipolazione del liquido del su chip4.

Figura 1. polimero conduttivo Flessibile del nanocomposite incassato in un circuito flessibile d'isolamento del polimero per la componente microfluidic.

Le funzionalità di Nanotecnologia egualmente nello sviluppo dei biosensori novelli hanno integrato con il microfluidics al Laboratorio di Microinstrumentation (µiL). Un nuovo sensore è basato sulla modifica nella trasmissione della luce con una schiera dei nanoholes facendo uso di risonanza di superficie del plasmon (SPR). Un plasmon di superficie è un'onda lungo l'interfaccia di un dielettrico e di un metallo5, con una schiera periodica dei nanoholes che migliorano drammaticamente determinate lunghezze d'onda di indicatore luminoso trasmesso mentre attenua altri6.

I sensori della Trasmissione SPR possono essere impiegati per individuare i cambiamenti in chimica di superficie, quale l'adsorbimento dell'specie biologiche alla superficie del nanohole del metallo, con conseguente variazione nella lunghezza d'onda a cui i plasmon di superficie eccitano e picco della trasmissione. Integrando le schiere del nanohole con il microfluidics, i campioni possono essere scorsi facilmente dopo il sensore7 (Figura 2).

Figura 2. Della Cima fotografia giù del microchannel qui accluso con le strutture di interconnessione del rottura-in-posto e la schiera integrate del nanohole dell'oro. L'inserzione mostra un'immagine del microscopio elettronico a scansione del primo piano di una schiera del nanohole con il periodo = 500 nanometro.

Ancora, i ricercatori del Laboratorio di Microinstrumentation (µiL) stanno intrappolando le grandi schiere di diverse celle per riflettere la risposta unicellulare dell'anticorpo. Anticorpi che emanano da ogni attaccatura ai sensori adiacenti di SPR, una delle cellule per cella, con conseguente cambiamenti nella generazione e nella trasmissione di superficie del plasmon. Questa collaborazione fra gli ingegneri, i fisici, i chimici e gli immunologi impiega il microfluidics e la nanotecnologia per contribuire a capire i trattamenti immunologici con il video in tempo reale delle celle diverse.

Oltre al sensore di schiera del nanohole di SPR, la nanotecnologia e la microfabbricazione sono impiegate insieme dai ricercatori del Laboratorio di Microinstrumentation (µiL) per i sensori electroenzymatic flessibili per il video dei livelli del glucosio dello strappo (Figura 3)8, che sono circa 1/40 dei livelli del glucosio di sangue ma non richiede la campionatura dolorosa di sangue della puntura del perno. I sensori da costruzione sui substrati flessibili del polimero adatti ad impianto in lenti a contatto, con le superfici attive dell'elettrodo modificate con le combinazioni di superfici e di immobilizzazione nanostructured degli enzimi dell'ossidasi di glucosio, che produce un segnale elettronico che è proporzionale al livello del glucosio.

Figura 3. sensori electroenzymatic del glucosio del d'oro su polimero Flessibile.

Riferimenti

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, “Una maschera sacrificale SU-8 per metalizzazione diretta su PDMS„, Giornale di Micromeccanica e Microingegneria, 19:11, 115014 (10pp), 2009.
2. A. Khosla, B.L. Gray, “Preparato, Caratterizzazione e Micromoulding di Carbonio Multi-Murato Nanotube Polydimethylsiloxane che Conduce il Polimero di Nanocomposite„, Lettere dei Materiali, 63:13 - 14, Pp. 1203-1206, 2009.
3. S. Jaffer, B.L. Gray, la D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, “l'Assemblaggio meccanico e l'attuazione magnetica del composito del polydimethylsiloxane-ferro collega per i sistemi microfluidic„, Atti di SPIE, il Volume 6886, Gennaio 2008, 12 pagine.
4. A. Khosla, B.L. Gray, D.B. Leznoff, J. Herchenroeder, D. Miller, “Montaggio dei micromagnets permanenti integrati per i sistemi microfluidic„, accettati all'Ovest di Fotonica di SPIE, Gennaio 2010, San José.
5. R. Gordon, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, “Capendo i beni ottici straordinari delle schiere del nanohole in metalli,„ Fotoni, Volume 2, Pp. 15-18, 2004.
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, “trasmissione ottica Straordinaria con le schiere del foro di sotto-lunghezza d'onda,„ Natura, Volume 391, Pp. 667-669, 1998.
7. Lo S.M. Westwood, B.L. Gray, S. Grist, K. Huffman, S. Jaffer, K.L. Kavanagh, “Polimero SU-8 Ha Unito i Microchannels all'Interconnessione ed alle Schiere di Nanohole come un'Unità di Rilevazione Ottica per Biospecies„, Assistenza Tecnica Annuale di IEEE una trentesima nella Medicina e Conferenza di Biologia, Vancouver, Agosto 2008, 4 pagine.
8. J. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, “SU-8 come maschera staccabile per metalizzazione affidabile su PDMS per un sensore elettrotipia-enzimatico del glucosio„, la Quinta Conferenza Internazionale sulle Microtecnologie nella Medicina e la Biologia, Québec, Aprile 2009.

Copyright AZoNano.com, il Professor Bonnis Gray (Simon Fraser University)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

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