Nanoholes 和 Nanoparticles : 在生物醫學的 Microdevices 的應用

Bonnis 教授灰色,實驗室主任, Microinstrumentation; 工程學學校西蒙 Fraser 大學,加拿大
對應的作者: bgray@sfu.ca

生物醫學的 microdevices 包括所有小型化的設備或系統生物醫學或生物應用的,從簡單的傳感器監控的一唯一生物,到與 microfluidic 範例處理一起集成多個實驗室功能的複雜微總分析或實驗室在籌碼儀器。 生物醫學的 microdevice 和系統研究是扣人心弦的多重學科的域相交的工程、物理、化學、納米技術和生物工藝學。

Micromachining,原來地根據在微電子學行業,形成此扣人心弦的域的基礎,生理傳感器、微通道可變的運輸和其他微機械,光學,化工和能流動的要素為範圍從監控 biofluid 級別和河床副迅速診斷的應用被製造并且集成到學習單細胞抗體生產。 此外, micromachining 可以與 nanostructures 或 nanomaterials 結合導致繼續提前域用新的方式的新技術和技術。

Microinstrumentation 實驗室 (µiL) 西蒙 Fraser 大學的 (SFU),在 Bonnie Gray 教授指導下,開發各種各樣生物醫學的 microdevice 和系統技術和技術。 當常規硅仍然被使用時, micromachining 聚合物和玻璃成為了焦點驅動由在生物醫學和生物的應用。

聚合物可以為高度可能依照這個機體或其他表面的靈活的 microinstrumentation,那被使用光學上是透明,生物適合,與耗費小的原型和容易 micropatterning (即, micromolding, photopatterning 的紫外光)。 玻璃類似光學上透明和生物適合,并且做聚合物微結構的一個非常好的基體。

Microinstrumentation 實驗室的 (µiL) 研究員開發獨立與靈活的電子互連的短冷期一起聚合物 microfluidic 系統和 micropumps 和閥門的在機上 microactuators。 當薄膜金屬在聚合物技術順利地被展示了的電子運輸路線時1,另一個途徑通過使用绝緣的聚合物的雜種組合避免機械材料配錯與導電性 nanocomposite 聚合物 (C-NCPs)。 當靈活時聚合物是固有地電子绝緣,執行 nanoparticles 被添加到在傳導的一個聚合物矩陣結果,一旦滲透閾值被到達了2

Microinstrumentation 實驗室 (µiL) 開發新的技術對微型圖像完全功能系統使用執行和不傳導的聚合物 (圖 1) 的雜種組合。 除導電性聚合物之外,磁性聚合物可以認識到增加對一個靈活的聚合物矩陣的磁性 nanoparticles。 這樣磁性聚合物由 Microinstrumentation 實驗室 (µiL) 協助解決的微釘在漏洞芯片之間的微型裝配3或者在籌碼流體處理使用4

圖 1. 在 microfluidic 要素的一張绝緣的靈活的聚合物電路板埋置的靈活的導電性 nanocomposite 聚合物。

在新穎的生理傳感器的發展的納米技術功能也集成與 microfluidics 在 Microinstrumentation 實驗室 (µiL)。 使用表面胞質基因共鳴,一個新的傳感器在光傳導的修改基礎上通過一一些 nanoholes (SPR)。 表面胞質基因是沿電介質和一種金屬的界面的一個通知5,與顯著提高透過光的某些波長定期一些 nanoholes,當變稀其他時6

傳輸 SPR 傳感器在表面胞質基因激發和傳輸峰頂的波長中可以被使用檢測在表面化學上的變化,例如一個生物種類的吸附對金屬 nanohole 表面,造成轉移。 通過集成與 microfluidics 的 nanohole 列陣,範例可以容易地被流通過傳感器7 (圖 2)。

圖 2。 圍繞微通道的下來頂層照片與集成短冷期在安排互連結構和金 nanohole 列陣的。 插頁顯示一個 nanohole 列陣的一個特寫鏡頭掃描電子顯微鏡圖像與期間的 = 500 毫微米。

此外, Microinstrumentation 實驗室 (µiL) 研究員捕捉大一些各自的細胞監控單細胞抗體回應。 發出從每細胞附上到相鄰 SPR 傳感器,一的抗體每個細胞,造成在表面胞質基因生成和傳輸上的變化。 在工程師、物理學家、化學家和免疫學者之間的此協作使用 microfluidics 和納米技術幫助通過各自的細胞實時監視瞭解免疫學進程。

除 SPR nanohole 列陣傳感器之外,納米技術和 microfabrication 由 Microinstrumentation 靈活的 electroenzymatic 傳感器的實驗室 (µiL) 研究員共同地使用監控的淚花葡萄糖級別 (圖 3)8,是大約 1/40 血糖級別,但是不要求痛苦的針刺血液抽樣。 傳感器在靈活的聚合物基體被製造適用於在隱形眼鏡的安放,当有效的電極表面修改與葡糖氧化酶的 nanostructured 表面和酵素鉗製的組合,導致一個電子信號與葡萄糖級別是按比例。

圖 3. 靈活的金在聚合物 electroenzymatic 葡萄糖傳感器。

參考

1. J.N. Patel, B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, 「直接金屬化的犧牲 SU-8 微力學屏蔽在 PDMS」,日記帳和微型工程, 19:11, 115014 (10pp), 2009年。
2. A. Khosla、 B.L. Gray, 「準備、多被圍住的碳 Nanotube 執行 Nanocomposite 聚合物的 Polydimethylsiloxane 描述特性和 Micromoulding」,材料信函, 63:13 - 14,頁。 1203-1206 2009年。
3. S. Jaffer、 B.L. Gray, D.G. Sahota, M.H. Sjoerdsma, 「機械裝配和 polydimethylsiloxane 鐵綜合的磁性驅動為 microfluidic 系統互聯」, SPIE 行動,第6886捲,頁 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 的製造 microfluidic 系統的」,被接受對 SPIE Photonics 西部,聖荷西 1月 2010年。
5. R. 哥頓, A.G. Brolo, K.L. Kavanagh, D. Sinton, J. Pond, 「瞭解 nanohole 列陣非常光學性能在金屬的」,光子,第2捲,頁。 15-18, 2004年。
6. T.W. Ebbesen, H.J. Lezec, H.F. Ghaemi, T. Thio, P.A. Wolff, 「非常光學傳輸通過子波長漏洞列陣」,本質,第391捲,頁。 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連和 Nanohole 列陣作為 Biospecies 的光學檢測裝置」, IEEE 第 30 項每年工程在醫學和生物會議,溫哥華,頁 8月 2008年, 4。
8. J. Patel、 B. Kaminska, B.L. Gray, B.D. Gates, 「SU-8 作為可靠的金屬化在 PDMS 一個電鍍物品酶葡萄糖傳感器的」,第五次國際會議關於微型工藝學在醫學和生物的,魁北克市, 2009年 4月脫層屏蔽。

版權 AZoNano.com, Bonnis Gray (西蒙 Fraser 大學) 教授

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

Last Update: 13. June 2013 23:02

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