Microfluidics와 생물 의학 응용

박사에 의하여 Xianghong Ma

Xianghong Ma 박사, 기술설계의 디렉터, 생물 의학 기술 연구 단, 학교 및 응용 과학, 애스턴 대학. 대응 저자: x.ma@aston.ac.uk

Microfluidics는 MEMS (마이크로 전기판 기계적인 시스템) 내의 연구 지역이고 마이크로, nano에서, 또는 Pico 측정된, 액체의 교류의 통제에 리터, 양 염려합니다. 액체에 의하여 둘 다의, 또는 혼합물 실제로 액체 기체 일 수 있고, 마이크로 눈금 채널 통신로, 펌프, 벨브 및 필터가 흘러 관통합니다.

이 microfluidic 장치는 실리콘 또는 유리에서 반도체 산업에서 적응시킨 photolithographic와 에칭 기술을 사용하여, 또는 플라스틱과 중합체 [1,2]와 같은 유기 물질에서 날조될 수 있습니다.

Microfluidic 장치는 가공을 위해 소량의 견본 및 시약 및 양 비율에 민병대 큰 표면만 요구합니다. 추가적으로, 자동화의 단단 반응 시간 그리고 용이함은 생물 의학 기술설계 대본에 있는 응용을 위한 microfluidic 장치 이상을 만듭니다.

Microfluidics는 총 계속 분석 체계의 발달에서 널리 이용됩니다 (또는 실험실 에 칩 장치) [2, 3], 특히 제약 산업과 마이크로 소집 [4]의 발달에서 약 검열을 위해. 기술은 마지막 20 년 내내 적극적인 연구 노력 뒤에 나오 급속하게 성숙하고 있습니다. 가까운 장래에, 우리는 임상, 약제 일지도 모르다, 특정한 필요를 만족시키는 맞추어진 microfluidic 장치의 생산으로 성장하고 있는 동향을 볼 것입니다, 또는 biotechnological.

생물 의학 기술설계에 있는 microfluidics의 가장 유망한 응용의 한개는 점 의 배려 진단에 있습니다. 중요한 견본 준비 단계에서는, 표적으로 한 생물학 세포는 견본에 있는 그밖 물질에서 분리될 필요가 있습니다. 인습적으로, 세포는, 규모, 조밀도 의 전기료에 근거하여 수 있어, 유체 현탁액에서 속성 분리될 및 항원 지상 속성을 빛 뿌리. 이 측정 규정에 따라 세포를 분리하는 것은 복잡한 기술 및 전문가 장비를 요구할 수 있습니다. 그 같은 기술은 원심 작용을 받게 하, 전기 이동법 분류하는, 형광에 의하여 활성화된 세포 착색인쇄기, 친화력 별거 및 자력 분리를 포함합니다. Microfluidic 해결책은 위 기술로, 또는 기능에 성공적으로 견본 준비를 실행하는 독립 장치가 할당하는 때에 통합합니다 설계되었습니다.

흥미로운 보기는 IVF (생체외 풍부하게 함)와 ICSI (intracytoplasmic 정액 주입) 프로세스 [5] 지원하기 위하여 분류하는 spermato 유전 세포를 위한 microfluidic 여과 장치의 그것 입니다. 어떤 경우에는 남성 요인 불모의, 단 하나 실행 가능한 spermatogenic 세포는 생검 펠릿에서 oocyte로 직접 주사될 수 있다 그래야 만회되어야 합니다. 생검 펠릿은 성숙의 모든 명령에서 생식 세포의 다양한 조직 그리고 범위를 포함합니다. ICSI를 위한 실행 가능한 세포를 찾아내기의 프로세스는 시간이 걸릴 수 있어, 수동으로 원심 분리를 통해 펠릿을, 계속되는 세포 별거 주기 다지는 관련시키는 집중적인 일의 시간, 및 개별적인 세포 차별을 요구하. 생식 세포는으로 더 작게 성숙해 되어, 16~18µm의 큰 둥근 spermatogonion로 시작되고 4~6µm의 작고 가냘픈 정충으로 끝나. 이 특성을 사용하여, 사람은 단단과 능률 방법에 있는 그들의 규모에 따라 다른 성숙한 종류로 spermatogenic 세포를 분할하는 것을 작정일 수 있습니다.

숫자 1에서 보이는 것처럼, microfluidic 해결책은 점차적으로 필터 간격을 감소시켜서 분리되는 세포의 다른 모형을 집합하는 분리되는 우물을 비치하고 있는 수동적인 평면 DRIE (깊은 민감하는 이온 에칭) microfabricated 장치입니다 [6개의]. 유동성 현탁액은 전통적인 현미 조작 공구를 가진 중앙 공기통을 통해서 예금됩니다.

숫자 1: 중앙 공기통 [6]에서 발광해 여과 측, 전시 선형 채널 통신로 및 필터 세그먼트에서 전망되는 유엔 보세품 필터 장치의 스캐닝 전자 현미경 검사법 심상.

액체와 접촉하여, 그리고 microfluidic 교류의 박판 모양 본질을 이용해서 표면의 속성의 주의깊은 통제를 통해, 필터는 작업 액체의 장치를 통해서 견본을 몰기 위하여 표면 장력을 채택합니다.

장치 가늠자는 외부 에너지원을 위한 필요 없이 액티브하게 필터 원자를 통해서 견본을 당기기 위하여 일반적으로 큰 수준에 유체 흐름을 방지하는 군대의 이용을 허용합니다.

장치의 실험적인 테스트에서는, 대략 1500의 microparticles를 가진 0.5µl microfluid가 1 초 미만에 있는 장치를 통해서 필터될 수 있었다는 것을 것을 발견되었습니다.

숫자 2는 입자의 대다수가 그들의 적합한 공기통에서 집합된 3µm와 10µm 마이크로스피어의 혼합물 분리의 결과를 보여줍니다. 그들의 적합한 수집 우물 내의 입자의 최적 사격량은 각각 10µm 입자를 위해 3µm 그리고 84%를 위한 명령 50%의 이기 위하여 찾아냈습니다. 가공되는 세포의 비율은 대량 유체 흐름 내의 필터 장치를 통해서 그들의 이동의 기능이기 위하여 보였습니다.

숫자 2. microfluidic 장치를 사용하는 3µm (공산분자)와 10µm (녹색) 마이크로스피어의 혼합 현탁액의 별거의 Confocal 심상. 이 디자인에서는, 다른 규모의 microchannels는 표면 장력 군대의 필터 그리고 공급자로 둘 다 장치를 통해서 견본을 당기기 위하여 이용됩니다.

이 장치는 다수 이점을 제안합니다. 그것은 실리콘과 같은 물자의 사용 biocompatible 때문이고 유리와 큰 생산 양을 위한 낮은 제조 원가 때문에 경제적으로 처분할 수 있어, 따라서 견본 오염을 삭제하.

추가적으로, 장치의 모세관 내의 천연 산화물 예금의 친수성 본질은 그(것)들이 세포와 단백질 [7] 실제로 무해하다는 것을 의미합니다. 각자 강화한 모세관 양수 기술은 액체를 이용될 더 조작하기 위하여 수 있어, 외부 장비를 위한 필요를 감소시키. 그런 접근에는 이동하는 분대를 삭제하거나 이렇게 marangoni 효력 양수에서, 실제로 양수에 기인한 세포에 잠재적인 기계적인 손상을, 발생하는 잠재적인 열 손상이 극소화해서 신뢰도와 기능을, 강화하는 잠재력 있습니다.

끝으로, 수동적인 microfluidic 시스템에 있는 물리적인 여과 구조물의 포함은 오염 또는 손상에서 자유로운 견본의 능률적인 가공을 가능하게 합니다. 프로세스는 처리 시간에 있는 표시되어 있는 감소로 이끌어 내고 자동 및 능률적인 입자 별거를 위한 중대한 가능성으로 및 생물 의학 응용의 광범위를 통해 가공하는 생물 견본 가지고있ㅂ니다.


참고:

[1] 베커, H., Locascio, L.E. 의 중합체 microfluidic 장치, Talanta 56 (2002년) 267-287.

[2] 리베트, C., 그 외 여러분, 의학 진단 및 바이오 센서 의 화학 공학 과학 (2010년)를 위한 Microfluidics, doi: 10.1016/j.ces.2010.08.015

[3] 황태자, M. 의 세포 조작, 애스턴 대학 2006년의 PhD 논제를 위한 지능적인 Microsystems.

[4] Situma, C., 하시모토 M. 의 Microarray 기지를 둔 생물 검정과 microfluidics를, 생체 고분자 기술설계 합병하는, Scoper S.A. 23 2006년, p213-231.

[5] 황태자, M., Ma X., 부두노동자 P., 병동 M., Prewett P., 디자인 및 Spermatogenic 세포, ASME 설계 공학 기술적인 회의, 캘리포니아, 2005년 9월 분리를 위한 마이크로 유동성 필터를 만들기. PP. 475-480. doi: 10.1115/DETC2005-85357

[6] 황태자, M., Ma X. 의 부두노동자 P. 의 병동 M., Prewett P. 의 유동성 현탁액, IMechE 부 H에 있는 특정 세포의 별거를 위한 비발한 생물 MEMS 여과 칩의 발달: 약, 221(2), 2007년. p113-128에 있는 기술설계의 J. doi: 10.1243/09544119JEIM190

[7] Chau, L.K., Osborn, T., 우, C.C. 및 Yager 의 항문 생물학 액체의 광학적인 감시를 위한 P. Microfabricated 실리콘 교류 세포. Sci. 1999년, 15, 721-724.

Date Added: Sep 11, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:05

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