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Nanoholes 和 Nanoparticles : 在生物医学的 Microdevices 的应用

Bonnis 教授灰色,实验室主任, Microinstrumentation; 工程学学校西蒙 Fraser 大学,加拿大
对应的作者: bgray@sfu.ca

生物医学的 microdevices 包括所有小型化的设备或系统生物医学或生物应用的,从简单的传感器监控的一唯一生物,到与 microfluidic 范例处理一起集成多个实验室功能的复杂微总分析或实验室在筹码仪器。 生物医学的 microdevice 和系统研究是扣人心弦的多重学科的域相交的工程、物理、化学、纳米技术和生物工艺学。

Micromachining,原来地根据在微电子学行业,形成此扣人心弦的域的基础,生理传感器、微通道可变的运输和其他微机械,光学,化工和能流动的要素为范围从监控 biofluid 级别和河床副迅速诊断的应用被制造并且集成到学习单细胞抗体生产。 此外, micromachining 可以与 nanostructures 或 nanomaterials 结合导致继续提前域用新的方式的新技术和技术。

Microinstrumentation 实验室 (µiL) 西蒙 Fraser 大学的 (SFU),在 Bonnie Gray 教授指导下,开发各种各样生物医学的 microdevice 和系统技术和技术。 当常规硅仍然被使用时, micromachining 聚合物和玻璃成为了焦点驱动由在生物医学和生物的应用。

聚合物可以为高度可能依照这个机体或其他表面的灵活的 microinstrumentation,那被使用光学上是透明,生物适合,与耗费小的原型和容易 micropatterning (即, micromolding, photopatterning 的紫外光)。 玻璃类似光学上透明和生物适合,并且做聚合物微结构的一个非常好的基体。

Microinstrumentation 实验室的 (µiL) 研究员开发独立与灵活的电子互连的短冷期一起聚合物 microfluidic 系统和 micropumps 和阀门的在机上 microactuators。 当薄膜金属在聚合物技术顺利地被展示了的电子运输路线时1,另一个途径通过使用绝缘的聚合物的杂种组合避免机械材料配错与导电性 nanocomposite 聚合物 (C-NCPs)。 当灵活时聚合物是固有地电子绝缘,执行 nanoparticles 被添加到在传导的一个聚合物矩阵结果,一旦渗透阈值被到达了2

Microinstrumentation 实验室 (µiL) 开发新的技术对微型图象完全功能系统使用执行和不传导的聚合物 (图 1) 的杂种组合。 除导电性聚合物之外,磁性聚合物可以认识到增加对一个灵活的聚合物矩阵的磁性 nanoparticles。 这样磁性聚合物由 Microinstrumentation 实验室 (µiL) 协助解决的微钉在漏洞芯片之间的微型装配3或者在筹码流体处理使用4

图 1. 在 microfluidic 要素的一张绝缘的灵活的聚合物电路板埋置的灵活的导电性 nanocomposite 聚合物。

在新颖的生理传感器的发展的纳米技术功能也集成与 microfluidics 在 Microinstrumentation 实验室 (µiL)。 使用表面胞质基因共鸣,一个新的传感器在光传导的修改基础上通过一一些 nanoholes (SPR)。 表面胞质基因是沿电介质和一种金属的界面的一个通知5,与显著提高透过光的某些波长定期一些 nanoholes,当变稀其他时6

传输 SPR 传感器在表面胞质基因激发和传输峰顶的波长中可以被使用检测在表面化学上的变化,例如一个生物种类的吸附对金属 nanohole 表面,造成转移。 通过集成与 microfluidics 的 nanohole 列阵,范例可以容易地被流通过传感器7 (图 2)。

图 2。 围绕微通道的下来顶层照片与集成短冷期在安排互连结构和金 nanohole 列阵的。 插页显示一个 nanohole 列阵的一个特写镜头扫描电子显微镜图象与期间的 = 500 毫微米。

此外, Microinstrumentation 实验室 (µiL) 研究员捕捉大一些各自的细胞监控单细胞抗体回应。 发出从每细胞附上到相邻 SPR 传感器,一的抗体每个细胞,造成在表面胞质基因生成和传输上的变化。 在工程师、物理学家、化学家和免疫学者之间的此协作使用 microfluidics 和纳米技术帮助通过各自的细胞实时监视了解免疫学进程。

除 SPR nanohole 列阵传感器之外,纳米技术和 microfabrication 由 Microinstrumentation 灵活的 electroenzymatic 传感器的实验室 (µiL) 研究员共同地使用监控的泪花葡萄糖级别 (图 3)8,是大约 1/40 血糖级别,但是不要求痛苦的针刺血液抽样。 传感器在灵活的聚合物基体被制造适用于在隐形眼镜的安放,当有效的电极表面修改与葡糖氧化酶的 nanostructured 表面和酵素钳制的组合,导致一个电子信号与葡萄糖级别是按比例。

图 3. 灵活的金在聚合物 electroenzymatic 葡萄糖传感器。

参考

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, “直接金属化的牺牲 SU-8 微力学屏蔽在 PDMS”,日记帐和微型工程, 19:11, 115014 (10pp), 2009年。
2. A. Khosla、 B.L. Gray, “准备、多被围住的碳 Nanotube 执行 Nanocomposite 聚合物的 Polydimethylsiloxane 描述特性和 Micromoulding”,材料信函, 63:13 - 14,页。 1203-1206 2009年。
3. S. Jaffer、 B.L. Gray, D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, “机械装配和 polydimethylsiloxane 铁综合的磁性驱动为 microfluidic 系统互联”, SPIE 行动,第6886卷,页 1月 2008年, 12。
4. A. Khosla, B.L. Gray, D.B. Leznoff, J. Herchenroeder, D. 米勒, “集成永久性 micromagnets 的制造 microfluidic 系统的”,被接受对 SPIE Photonics 西部,圣荷西 1月 2010年。
5. R. 哥顿, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, “了解 nanohole 列阵非常光学性能在金属的”,光子,第2卷,页。 15-18, 2004年。
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, “非常光学传输通过子波长漏洞列阵”,本质,第391卷,页。 667-669, 1998年。
7. S.M. Westwood, B.L. Gray, S. Grist, K. Huffman, S. Jaffer, K.L. Kavanagh, “SU-8 聚合物放入微通道互连和 Nanohole 列阵作为 Biospecies 的光学检测装置”, IEEE 第 30 项每年工程在医学和生物会议,温哥华,页 8月 2008年, 4。
8. J. Patel、 B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, “SU-8 作为可靠的金属化在 PDMS 一个电镀物品酶葡萄糖传感器的”,第五次国际会议关于微型工艺学在医学和生物的,魁北克市, 2009年 4月脱层屏蔽。

版权 AZoNano.com, Bonnis Gray (西蒙 Fraser 大学) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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