Технологія створення електрохемілюмінесцентного мікрофлюїдного пристрою біомедичного призначення

ПЕРЕЛІК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Масолова Н.В., Музыка Е.Н., Рожицкий Н.Н. Электронный комплекс проточно-инжекционного анализа с электрохемилюминесцентным детектированием аминокислот // Прикладная радиоэлектроника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. Харьков. 2004. Т. 3, №1. С. 75-79.

2. Музыка Е.Н., Рожицкий Н.Н. Синтез структуры проточно-инжекционной системы с электрохемилюминесцентным детектированием биожидкостей // Радио-техника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. Харьков, 2003. Вып. 137. С. 157-165.

3. Музыка Е.Н., Рожицький Н.Н. Сопряжение проточно-инжекционного анализатора с персональным компьютером // Система обработки информации. 2004. Вып. 7. С. 140-146.

4. Музыка Е.Н., Рожицкий Н.Н. Моделирование физических процессов в проточно-инжекционной системе с электрохемилюминесцентным детектором // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. Харьков, 2006. Вып. 145. С. 47-50.

5. Музика К.М. Моделювання процесу руху проби в мікроаналітичній електрохемілюмінесцентній системі капілярного електрофорезу // Сенсорна електроніка та мікросистемні технології. 2007. №2. С. 14-19.

6. Музика К.М., Рожицький М.М. Оцінка топології сепараційного каналу мікрофлюїдної електрохемілюмінесцентної системи для ефективного розділення амінокислот // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн.сб. Харьков, 2007. Вып.150. С. 144 - 148.

7. Музыка Е.Н. Технология создания аналитических микроустройств капиллярного электрофореза на базе метода лазерной абляции // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2007. С. 28-31.

8. Музика К.М., Білаш О.М., Кукоба А.В. Технологія розробки сенсорної зони електрохемілюмінесцентної мікрофлюїдної системи на базі методу Лангмюра-Блоджетт // Системи обробки інформації. 2007. С. 64-66.

9. Пат. № 3850 України, МПК G01N27/48. Проточно-інжекційна система з електрохемілюмінесцентним детектуванням біорідин / Рожицький М.М., Масолова Н.В., Музика К.М. Заявл. 26.03.04; Опубл. 15.12.04, Бюл. №12. 3 с.

10. Музыка Е.Н., Зиньковская И.О., Рожицкий Н.Н. Электронный комплекс проточно-инжекционного анализа биопроб // 8-й Междунар. молодежный форум “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. Харьков, 2004. С. 356.

11. Музика К.М., Рожицький М.М. Електронно-оптична система аналізу біопроб з інтегрованим фотодетектором // 9- й Міжнар. молодіжний форум “Радіоелектроніка і молодь в ХХІ ст.”. Харків, 2005. С. 200.

12. Myzika K., Rozhit'skii M., Microеlectro-mechanical systems for the detection of bioanalytes using electrochemiluminescence // Int. conf. “Analytical Chemistry and Chemical Analysis” (AC&CA05). Kyiv, 2005. P. 324.

13. Музыка Е.Н., Рожицкий Н.Н. Математическое моделирование проточных процессов в каналах системы “lab-on-a-chip” // Сб. науч. труд. 2-го Междунар. радио-электронного форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития”. Харьков, 2005. Т.3. С. 259-261.

14. Музыка Е.Н., Рожицкий Н.Н. Численный анализ эффектов геометрии канала в низкодисперсных аналитических системах // 10-й Междунар. молодежный форум “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. Харьков, 2006. С. 362.

15. Muzika K.M., Rozhit'skii M.M., Electrokinetic flow and dispersion in capillary electrophoresis channel of electrochemiluminescens sensor. // 2-га Міжнар. науково-технічна конференція “Сенсорна електроніка та мікросистемні технології” (СЕМСТ 2). Одеса, 2006. С. 82.

16. Музыка Е.Н., Рожицкий Н.Н. Моделирование скоростного профиля в микроаналитических электрохемилюминесцентных системах // Материалы 1-й Междунар. конфренции “Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития”. Харьков-Туапсе, 2006. С. 525.

17. Muzika К., Rozhitskii M. Microchip-based electrochemiluminescent sensor with capillary electrophoresis nanoprobe separation // Ukrainian-German Symposium on Nanobiotechnology. Current State and Future Prospects for Cooperation. Kyiv, 2006. P. 170.

18. Музыка Е.Н. Система проточного фракционирования в поперечном элек-трическом поле // 11-й Междунар. молодежный форум “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. Харьков, 2007. С. 291.

19. Музика К.М., Білаш О.М. Дослідження процесів фракціонування проби з амінокислотами в мікропоточній електрохемілюмінесцентній системі // Метеріали сесії Наукової Ради НАН України з проблеми “Аналітична хімія”. Харків, 2007. С. 60.

20. Музыка Е.Н. Технология создания электрохемилюминесцентного микро-флюидного чипа капиллярного электрофореза // Материалы 1-й Междунар. конф. “Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития”. Харьков-Туапсе, 2007. С. 339-340.

Анотація

Музика К.М. Технологія створення електрохемілюмінесцентного мікрофлюїдного пристрою біомедичного призначення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спе-ціальності 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2007.

Дисертація містить результати теоретичних та експериментальних досліджень, які необхідні під час розробки технології створення мікрофлюїдного електрохемілюмінесцентного пристрою для визначення амінокислот. Шляхом проведення обчислювального експерименту руху проби з амінокислотами у мікрофлюїдних каналах за гідродинамічного та електрокінетичного режимів визначено вплив конструктивно-технологічних параметрів на ефективність вихідного аналітичного сигналу. На основі подальшого розвитку методу утворення мікроструктур у матеріалі з полімеру лазерною абляцією розроблено технологію виготовлення платформи з мережею каналів контрольованих розмірів та заданої топології, необхідних для проведення капілярного електрофорезу. З використанням методу Ленгмюра-Блоджетт та електрохімічних і електрохемілюмінесцентних методів розроблено технологію створення електрохемілюмінесцентного трансд'юсера з нанорозмірними структурами, сенсорні властивості якого підтверджено при визначенні амінокислоти пролін.

Ключові слова: капілярний електрофорез, електрохемілюмінесценція, мікрофлюїдика, амінокислоти, лазерна абляція, метод Ленгмюра-Блоджетт, трансд'юсер, топологія, технологія.

АННОТАЦИЯ

Музыка Е.Н. Технология создания электрохемилюминесцентного микрофлюидного устройства биомедицинского назначения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 - технология, оборудование и производство электронной техники. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2007.

Диссертация содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований, необходимых при разработке технологии создания микрофлюидного электрохемилюминесцентного устройства для определения аминокислот. Путем проведения вычислительного эксперимента движения пробы с аминокислотами в микрофлюидных каналах при гидродинамическом и электрокинетическом режимах определено влияние конструктивно-технологических параметров на эффективность выходного аналитического сигнала. На базе дальнейшего развития метода создания микроструктур в материале из полимера лазерной абляцией разработана технология изготовления платформы с сетью каналов контролированных размеров и заданной топологии необходимых для проведения капиллярного электрофореза. С использованием метода Ленгмюра-Блоджетт, а также электрохимических и электрохемилюминесцентных методов разработана технология создания электрохемилюминесцентного трансдьюсера с наноразмерными структурами, сенсорные свойства которого подтверждены при определении аминокислоты пролин.

Ключевые слова: капиллярный электрофорез, электрохемилюминесценция, микрофлюидика, аминокислоты, лазерная абляция, метод Ленгмюра-Блоджетт, трансдьюсер, топология.

ABSTRACT

К.М. Muzyka. Technology of Biomedical Electrochemiluminescent Microfluidic Device Development - Manuscript.

The dissertation for competition for the candidate degree of technical science on speciality 05.27.06 - technology, equipment and development of the electronic technics. - Kharkiv National University of Radioelectronics, Kharkiv, 2007.

Thesis includes theoretical and experimental investigation aimed at development of microsystem technology of electrochemiluminescent microfluidic device creation for amino acid analysis.

The goal of this study was the development of microsystem technology for electrochemiluminescent microfluidic device creation for biomedical applications. The emphasis was on the development of design and new technique for microfluidic channels creation for capillary electrophoresis, on a new packaging technique and technology of electrochemiluminescent transducer development.

A microfluidic platform was designed on a planar material-substrate from polymethylmethacrylate (PMMA), which includes such functions as pumping, sample/reagent loading, separation, and measurement. The fluid propulsion was based on the electrokinetic force. The mathematical model of probe motion in microfluidic channels at the flow-injection analysis was developed and corresponding computing experiments based on numerical solution of convective diffusion equation using finite-difference method and were carried out. As a result the processes of fractionating of sample with aminoacids (tryptophan, tyrosine, proline, methionine) that migrate in buffer solution through straight separation channel made of polymethylmethacrylate within microfluidic electrochemiluminescent capillary electrophoresis system under different conditions (voltage 1 kV and 2 kV, separation channel length 2 and 5 cm, pH 4 and 7) were investigated. This allowed to determinate influence of technological parameters in hydrodynamical and electrokinetic modes on an output analytical signal. It was shown that separation channel length necessary for efficient high-speed (4 s) fractioning of probes with amino acid under voltage drop of 2 kV between channel ends - points is equal to 2 cm.

PMMA was used to produce microfluidic devices, because polymeric materials offer a wide range of physical and chemical properties, than silicon or glass materials. It also has the advantages of low cost, good processibility for mass production and are recyclable. A method of laser ablation (LA) of polymers combined with thermal sealing of microstructures was introduced as a tool for rapid fabrication of microfluidic devices (microfluidic chips including) for analytical instruments. The laser system used was a commercial laser system Trotec 8003 Speedy C40. The channel dimensions were measured with an electron microscope (РЕМ-106).

Some specific features of LA were discussed; models to evaluate the obtained structures in plates and films of PMMA were presented. The cutting process with the laser system was discussed. The mathematical model for the channel depth of microchannels dependent on the fabrication parameters in particular, the laser power, the laser beam velocity and the laser impulse frequency was presented. Optimization and control of those parameters allowed one to form reproducible microstructures in PMMA, which were successfully used for fabrication of microfluidic devices and chips. Dependence was been established of microstructures dimensions in PMMA base obtained by LA on laser radiation parameters. On this basis a new approach was been offered for microstructures-channels for capillary creation with controlled dimensions (width and depth from 100 to 300 m). In combination with a simple bonding method, it is possible to produce working microsystems, where the time between changing the design and testing the finished structure is less than two hours. This makes the laser set-up a highly flexible and inexpensive tool for rapid prototyping in microfluidics.

The technology of ECL transducer microfluidic device creation was developed on the basis of investigation of electrochemiluminophore-reagents properties incorporated in nanodimension Lengmuir-Blodgett (LB) films. Fabrication of LB films was based on mixed binary systems of thermodynamically stable amphiphilic molecular or polymeric substances with incorporated nonamphiphilic electrochemiluminescent molecules. Electrochemical and ECL investigation of obtained LB films allowed characterization of their stability on the ITO electrodes surface and consequently transducer capabilities. Furthermore, electrochemical and ECL investigations of developed transducer allowed determining optimal conditions of its operation concerning detection of bioorganic substances in aqueous solutions. Sensors properties of ECL transducer with nanodimension structures (on base of Ru(bpy)₃^{2 +} molecules incorporated into stearic acid matrix were confirmed by definition of proline amino acid.

Key words: capillary electrophoresis, electrochemiluminescense, microfluidic, amino acid, laser ablation, method Lengmuir-Blodgett, transducer, topology.

Размещено на Allbest.ru