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Nanoholes와 Nanoparticles: 생물 의학 Microdevices에 응용

Bonnis 교수 회색, 디렉터, Microinstrumentation 실험실; 공학의 학교, 사이몬 Fraser 대학, 캐나다
대응 저자: bgray@sfu.ca

생물 의학 microdevices는 microfluidic 견본 조작과 함께 다중 실험실 기능을 통합하는 복잡한 마이크로 총 분석 또는 실험실 에 칩 계기에 단 하나 생물학 감시를 위한 간단한 센서에서 생물 의학 생물학 응용을 위한 어떤 소형화한 장치 또는 시스템든지, 포함합니다. 생물 의학 microdevice와 시스템 연구는 활발한 전문 분야 협력 필드 교차 통과 기술설계, 물리학, 화학, 나노 과학 및 생물공학입니다.

원래 마이크로 전자 공학 기업에서 기지를 둔 Micromachining는, 바이오 센서, microchannel 유동성 수송 및 그밖 마이크로 기계, 광학, 화학의, 및 유체 분대가 감시 biofluid 수준과 침대 옆 급속한 진단에서 단세포 항체 생산 공부에 구역 수색하는 응용을 위해 날조되고 통합되는 이 활발한 필드를 위한 기초를 형성합니다. 게다가, micromachining는 nanostructures 또는 nanomaterials와 새로운 쪽에 있는 필드를 진행하는 것을 계속하는 기술 및 신기술 귀착되기 위하여 결합될 수 있습니다.

사이몬 Fraser 대학에 Microinstrumentation 실험실 (µiL)는 (SFU), 교수의 지도 아래 Bonnie Gray, 다양한 생물 의학 microdevice 및 시스템 기술 및 기술 개발합니다. 전통적인 실리콘이 아직도 채택되는 동안, 중합체와 유리의 micromachining는 생물 의학과 생물학에 있는 응용에 의해 몰아 각광을 받았습니다.

중합체는 바디 또는 그밖 표면에 따를 수 있는 높게 유연한 microinstrumentation, 그것을 위해 입니다 광학적으로 싼 prototyping 및 쉬운 micropatterning와 더불어 투명합니다, biocompatible, 채택될 수 있습니다 (예를들면, 의 photopatterning uv 빛 micromolding). 유리는 유사하게 광학적으로 투명하 biocompatible 이고, 중합체 미세를 위한 우수한 기질을 만듭니다.

Microinstrumentation 실험실 (µiL)에 연구원은 유연한 전자 내부 연락을 가진 독립 구조로 서있는 스냅 함께 중합체 microfluidic 시스템 및 micropumps와 벨브를 위한 내장된 microactuators를 개발하고 있습니다. 전자 여정을 위한 박막 금속 에 중합체 기술이 성공적으로 설명되는 동안1, 다른 접근은 전도성 nanocomposite 중합체 (C-NCPs와) 의 격리 중합체의 잡종 조합을 채택해서 기계적인 물자 미스매치를 피합니다. 유연한 중합체는 일단 여과 문턱이 도달되면 유도에 있는 중합체 매트릭스 결과에 추가된 nanoparticles를 수행하는 본래부터 전기로 격리입니다2.

Microinstrumentation 실험실 (µiL)는 (숫자 1)의 잡종 조합을 사용하여 micropattern 완전한 기능 시스템에 새로운 기술을 수행 및 부전도 중합체 개발하고 있습니다. 전도성 중합체 이외에, 자석 중합체는 유연한 중합체 매트릭스에 자석 nanoparticles의 추가로 실현될 수 있습니다. 그 같은 자석 중합체는 마이크로 나무못 에서 구멍 칩 에 칩 microassembly에서 지원을 위한 Microinstrumentation 실험실 (µiL), 또는 에 칩3액체 조작에 의해 채택됩니다4.

microfluidic 분대를 위한 격리 유연한 중합체 회로판에서 끼워넣어지는 숫자 1. 유연한 전도성 nanocomposite 중합체.

비발한 바이오 센서의 발달에 있는 나노 과학 또한 특징은 Microinstrumentation 실험실 (µiL)에 microfluidics와 통합했습니다. 1대의 새로운 센서는 지상 플라스몬 공명을 사용하여 nanoholes의 소집을 통해 광선 전송에 있는 수정에 근거를 둡니다 (SPR). 지상 플라스몬은 그 외를 약하게 하고 있는 동안 극적으로 전송 광선의 특정 파장을 강화하는 nanoholes의5정기적인 소집과 더불어 유전체 그리고 금속의 공용영역에 따라서 파, 입니다6.

전송 SPR 센서는 지상 플라스몬이와 전송의 첨단 흥분하는 파장에 있는 교대의 결과로 금속 nanohole 표면에 생물학 종의 흡착과 같은 지상 화학에 있는 변경을 검출하기 위하여 채택될 수 있습니다. microfluidics를 가진 nanohole 소집을 통합해서, 견본은 센서 (숫자 2) 지나서7 쉽게 흐를 수 있습니다.

숫자 2. 통합 스냅 에서 장소 내부 연락 구조물 및 금 nanohole 소집을 가진 동봉하는 microchannel의 아래로 상단 사진. 삽입물은 기간을 가진 nanohole 소집의 클로우즈업 스캐닝 전자 현미경 심상을 = 500 nm 보여줍니다.

게다가, Microinstrumentation 실험실 (µiL) 연구원은 개별적인 세포의 큰 단세포 항체 반응을 감시하기 위하여 소집을 덫을 놓고 있습니다. 지상 플라스몬 발생 및 전송에 있는 변경의 결과로 각 세포 부착물에서 인접한 SPR 센서에, 세포 당 하나, 유출하는 항체. 엔지니어, 물리학자, 화학자 및 면역학자 사이 이 협력은 개별적인 세포의 실시간 모니터링을 통해 면역학 프로세스를 이해하는 것을 돕도록 microfluidics와 나노 과학을 채택합니다.

SPR nanohole 소집 센서 이외에, 나노 과학과 microfabrication는 혈액 포도당 수준의 대략 1/40년인 눈물 포도당 수준 감시를 위한 유연한 electroenzymatic 센서를 위한 Microinstrumentation 실험실 (µiL8) 연구원에 의해 공동으로 채택됩니다 (숫자 3)는 그러나 고통스러운 핀 찌름 혈액 표본 추출을 요구하지 않습니다. 센서는 액티브한 전극 표면이 콘택트 렌즈에 있는 주입을 위해, 적당한 유연한 중합체 기질에 포도당 수준에 비례적인 전자 시그날을 일으키는 포도당 옥시다아제의 nanostructured 표면 그리고 효소 동원정지의 조합으로 변경된 상태에서 날조됩니다.

숫자 3. 유연한 금 에 중합체 electroenzymatic 포도당 센서.

참고

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, "PDMS에 직접 금속화를 위한 희생적인 SU-8 가면", 마이크로 공학의 전표 및 Microengineering, 19:11, 115014 (10pp), 2009년.
2. A. Khosla, B.L. Gray, "Nanocomposite 중합체"를 수행하는 다중 벽으로 막힌 탄소 Nanotube Polydimethylsiloxane의 준비, 특성 및 Micromoulding, 물자 편지, 63:13 - 14, PP. 1203-1206년 2009년.
3. S. Jaffer, B.L. Gray, D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, "polydimethylsiloxane 철 합성물의 기계적인 집합 및 자석 발동은 microfluidic 시스템을 위해", SPIE의 절차, Vol. 6886, 2008년 의 12 페이지 1월 상호 연락합니다.
4. A. Khosla, B.L. Gray, D.B. Leznoff, J. Herchenroeder, D. 밀러, "SPIE Photonics 서쪽, 2010년 받아들여지는, microfluidic 시스템을 위한 통합 영원한 micromagnets의 제작" 산호세 1월.
5. R. Gordon, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, "금속에 있는 nanohole 소집의 특별한 광학적 성질," 광양자, Vol. 2, PP 이해. 15-18, 2004년.
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, "이하 파장 구멍 소집을 통해 특별한 광학적인 전송," 성격, Vol. 391, PP. 667-669, 1998년.
7. S.M. Westwood, B.L. Gray, S. Grist, K. Huffman, S. Jaffer, K.L. Kavanagh는 약에 있는 Biospecies를 위한 광학적인 탐지 장치", IEEE 30 연례 기술설계 및 생물학 회의, 뱅쿠버, 2008년 의 4개 페이지 8월로 내부 연락과 Nanohole 소집으로, "SU-8 중합체 Microchannels를 둘러싸았습니다.
8. J. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, "전기판 효소 포도당 센서를 위한 PDMS에 믿을 수 있는 금속화", 약에 있는 Microtechnologies에 다섯번째 국제 회의 및 생물학, 퀘백, 2009년 4월을 위한 껍질 떨어져 가면으로 SU-8.

, 저작권 AZoNano.com Bonnis Gray (사이몬 Fraser 대학) 교수

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

Last Update: 13. June 2013 23:23

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