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未來微流控手持系統(tǒng)多路復用微流控熒光免疫測
      
  使用PDMS微流控技術,高通量multiantigen熒光免疫測定血液系統(tǒng)量化分析物在臨床相關的水平了(參見圖4)。這種芯片的多放映場影劇院三明治分析允許五個同時測試每10個樣本。 微流控閥門直接pressure-driven試劑流沿著網(wǎng)絡渠道測量10?m高。 3 網(wǎng)絡包含五行和20列。 列成對連接形成10循環(huán)路徑,或coliseums。 四裝閥在每個路口的行和列的形式捕獲microchamber,在免疫測定堆棧是建立特定sample-test組合。
  單克隆抗體的五個分析物是美聯(lián)儲在其自己的行和綁定到環(huán)氧玻璃襯底的化學。 釋放過剩與三羥甲基氨基甲烷緩沖液沖洗所有行并行而未反應的環(huán)氧化物鈍化了半個綁定三羥甲基氨基甲烷分子液。 沿著列類似鈍化進行,防止樣品蛋白質的直接綁定。 在列,填補相應的coliseums美聯(lián)儲10個樣品。 每個樣品都是困在競技場和捕獲網(wǎng)站通過蠕動泵循環(huán)。 未裝訂的材料是沿著列,然后刷新和生物素化的并行多克隆抗體美聯(lián)儲在相應的行。 再次被平行緩沖釋放多余的刪除提要。 接下來,熒光標記鏈霉親和素是美聯(lián)儲的所有行,和釋放過剩與緩沖區(qū)刷新一次。 在每個室量化捕獲抗原熒光檢測。 這個量是體積除以樣本處理每個sample-test產生各自的分析物的濃度組合。
  芯片使用10 - 100 nl為每個測試樣本,從而使移動設備開發(fā)能夠適應共同檢測血液測試。 同時,芯片使用300 nl(低至0.8 ng)每sample-test抗體的組合。 相比之下,最先進的Elecsys SPSA工具包羅氏公司使用200 ng的每個測試樣本,或約250倍。
  原則上,非特異性的附件(如。 PDMS)可能產生假陽性信號,從而降低特異性,但沒有遇到這樣的問題。 1這可能是由于牛血清白蛋白治療,或微流控架構,這就排除了未來的多克隆抗體接觸任何捕獲網(wǎng)站以外的圖案以其相應的單克隆抗體。
  未來微流控臺式系統(tǒng)
  工程方面的考慮。 Pneu-matic熒光免疫測定裝置的控制由閥提供數(shù)組從李由電子有限公司(韋斯特布魯克,CT)和盒子,可以從許多公司。 這個子系統(tǒng)可以在不到四分之一的立方英尺,可以通過USB接口由外部操作電腦。 因為芯片捕獲網(wǎng)站空間分離,使用一個熒光團類型就足夠了。 因此,一個明亮的發(fā)光二極管可以在其他系統(tǒng)取代標準的水銀燈。 此外,顯微鏡可以被丟棄的機械化ministage rasters high-numerical-aperture目標下的籌碼。
  另一種可能性是光纖數(shù)組排列在一個矩陣與微流控室的一端,而另一端是美聯(lián)儲光機位或聲光換能器,包括一個排放過濾器。 探測器本身可能是一種廉價的冷卻電荷耦合器件相機,光電倍增管或雪崩光電二極管。 1 因此,臺式的工程系統(tǒng)相對簡單,和它的成本要遠遠低于10000美元。
  Test-Matrix大小。 所需的測試矩陣的大小對于這樣一個系統(tǒng)將取決于用戶。 例如,個別醫(yī)生的辦公室可能會喜歡與一個樣本進行12個測試芯片為個別病人的方便的篩查。 更大的實踐,另一方面,可能更喜歡更大的芯片對一組多個病人的深入研究,尋找發(fā)展條件,否則可能錯過當前流行的方法和有限的醫(yī)患互動。 大型制藥公司可能希望盡可能大的矩陣進行藥物測試技術,以減少試劑成本和最大化利用可用的實驗樣品。 作為試驗藥物的成本接近100萬美元每克蛋白質,微流控分析變得清晰的競爭優(yōu)勢。 原則上,基本技術的并行性應該允許建設50 X 50芯片。 4
  技術上的考慮。 如果保留競技場幾何,射流阻力增加和抽水跨越更大的距離變得更加難以控制。 因此,更高的壓力才能產生相同的流體速度(平均芯片不能維持壓力超過20 psi)。 最后,如果質量控制是不允許一個封閉的失敗,可能很難產生superchips經(jīng)濟。 吉祥,Fluidigm公司(南舊金山,CA)已經(jīng)提供了相對較大的射流電路。
  預期吞吐量。 與PDMS原型,拍照每個100室手動的熒光顯微鏡是耗時的。 然而,在商用臺式系統(tǒng)中,這個任務可以提高了前面討論的硬件解決方案。 軟件將整合各自的點的信號,比較這些校準,并計算結果。 系統(tǒng)可以在10分鐘內完成測量的示例加載,這意味著吞吐量高達每小時15000結果50 X 50矩陣。
  因為大多數(shù)的液體處理硬件也可以換成小,一次性,批量生產彈性芯片,完整的系統(tǒng)將會小得多,更輕,更便宜的比大多數(shù)當前商用臺式機器。 此外,使用一次性芯片當前benchtops將提供一個主要的優(yōu)勢。 雖然一個嚴重準備血清樣本可能關閉一個大機器,堵塞在一次性芯片可以彌補丟棄芯片和快速移動到另一個地方。
  系統(tǒng)的多功能性將是有限的可用性和特異性抗體,但這也是免疫測定的情況。 此外,隨著新的分析物,如癌癥標記,確定后,將它們合并到測試板會簡單。 增加了正交多功能性也可以通過驗證系統(tǒng)interro-gation不同類型的樣本,包括腦脊液、滑液,陰道分泌物、尿液、唾液、和暫停活檢樣本。
  生產成本。 目前的芯片價格反映了醫(yī)藥研究的高成本和潛在的利潤。 面對巨大的生產實驗費用的蛋白質,它仍然是經(jīng)濟在少量手工生產的芯片。 然而,成為可行的個性化醫(yī)療保險的病人,平均芯片生產的價格必須降低兩個數(shù)量級。 幸運的是,這一目標——并且應當滿足開發(fā)流程和構建機器大量生產微流控芯片,以同樣的方式作為半導體行業(yè)。
  埃米爾p . Kartalov博士,博士后研究助理在生物化學和分子生物學系南加州大學凱克醫(yī)學院的。 他可以達成的 kartalov@usc.edu 。
  毫無疑問,微流控免疫分析系統(tǒng)將是一個偉大的進步在臺式同行,但有可能產生一個手持設備基于相同的技術? 盡管芯片本身可能非常小和輕,這將是具有挑戰(zhàn)性的縮小電氣macrovalves和光學系統(tǒng),控制和閱讀。 一個更好的主意是丟棄光學檢測的電氣檢測(如i-Stat的),同時保留微流體分離,對多路復用分析至關重要。 微型pneumatic-valve驅動也必須被開發(fā)。 然而,因為這樣一個系統(tǒng)將不包含光學元素,和所有移動組件將彈性膜,這將是高度耐沖擊。
  個性化的預防醫(yī)學無法實現(xiàn)的夢想沒有無處不在的和負擔得起的診斷。 分散化和小型化尤為降低測試成本的關鍵。 高通量多抗原熒光微流控免疫分析芯片代表一個重要的一步快速、廉價、便攜、多功能蛋白質診斷系統(tǒng)。
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