바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")통합 Microsystems Research Center[연구 센터 디렉터 Maeda Ryutaro] Life Interface 연구팀 Kamei Toshihiro, 연구팀 Sumitomo Keiko, AIST의 특별 연구 연구원은 표면-방출 microsLED흥분 광원및비정질 실리콘・Photodiodeto광학 간섭 필터를 통합하는 바카라 규칙 탐지 센서로 구성된 초고품 바카라 규칙 검출 장치를 개발했습니다 표면 방출 마이크로 LED의 빛Aspherical Microlens에 의해, 광은 마이크로 플로우 경로 너비 내에서 성공적으로 농축되어 미세 흐름 경로로 낮은 산란 광 조사를 달성했습니다 게다가,Microbeads채우기 및 고정microfluid biochip면역 분석 (면역 용량)| 가능한 것으로 나타났습니다
이 기술은 감염성 질환의 조기 발견, 가정이나 침대 옆에서 건강 모니터링 및 개인화 된 의료 서비스를 포함하여 환자를 수용하면서도 빠른 진단이 필요합니다(POC) 진단
세부 사항은 2014 년 3 월 17 일부터 20 일까지 Aoyama Gakuin University Sagamihara Campus (Sagamihara City, Kanagawa Prefture)에서 개최 될 Applied Physics의 61st Spring Academic 강의에서 발표됩니다
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| 초고속 LED 여기 바카라 규칙 탐지 장치의 외관 (외부 치수 40 x 40 x 20 mm) |
최근에 POC 진단은 현장에서 신속하게 진단 할 수 있도록 편의성과 단순성으로 인해 관심을 끌었으며 당뇨병 환자의 혈당 센서는 특히 상업적으로 성공했으며 전체 POC 진단 시장은 빠르게 증가하고 있습니다 POC 진단은 질병 예방 및 건강 증진 및 환자의 삶의 질에 기여합니다 (삶의 질)를 유지하면서 의료 비용을 줄일 수 있으며 향후 점점 더 발전 할 것으로 예상됩니다 POC 진단에는 의료 전문가가 수행 한 간단한 진단과 가정에서 환자가 수행하는 건강 모니터와 같은자가 진단이 포함되지만, 어쨌든 휴대 성, 속도 및 편의성이 필요합니다
소량의 유체를 작동시킬 수있는 미세 유체 바이오 치프 기술은 소량의 샘플에서 고속 진단을 허용하며 POC 진단을 달성하기위한 이상적인 기능을 가지고 있습니다 또한, 유전자, 단백질, 콜레스테롤 등의 생체 분자 분석을 기반으로 한 미세 유체 바이오 칩을 사용한 질병 진단 시스템의 발달은 이미 전 세계적으로 진행 중이므로 소량의 혈액 및 기타 샘플에서 질병 상태를 빠르고 쉽게 진단 할 수 있습니다 그러나 소량의 샘플 분석이 가능하기 때문에 매우 민감합니다공 초점 레이저 여기 바카라 규칙 현미경와 같은 더 큰 장치 사용되며 미세 유체 바이오 칩은 작지만 분석기는 여전히 큽니다 AIST는이 대형 분석 장치를 POC 진단 및 웨어러블 건강 모니터링 장치의 "현장"으로 가져 와서 생체 분석을위한 중심 방법이되며 광범위한 물질 및 응용 분야에 대한 광범위한 분석 방법 및 절차를 인수 할 수 있습니다바카라 규칙 검출 분석우리는 장비를 통합하고 소형화하기 위해 노력하고 있습니다
지금까지 반도체 미세 가공 기술을 사용하여, 우리는 광학 간섭 필터를 비정질 실리콘 포토 디오드에 통합하는 바카라 규칙 검출 센서 (도 1)를 개발하고 있으며 외부 여기 광원을 사용한 실험에서 PCR과 결합하여 DNA를 검출 할 수있는 검출 한계를 달성했습니다 비정질 실리콘은 생체 분석에 사용되는 실용적인 염료의 거의 모든 바카라 규칙 파장 밴드에서 빛을 전류로 효율적으로 변환 할 수 있으며, 노이즈가 거의 없기 때문에 냉각없이 높은 감도로 바카라 규칙이 감지 될 수 있습니다 그러나 통합 바카라 규칙 검출 장치를 진정으로 실현하기 위해서는 여기 광원을 통합하고 구현해야하며,이 기사에서는 저렴한 표면-방출 마이크로 콜드를 사용하여 초소형 바카라 규칙 탐지 장치를 개발했습니다
이 연구 및 개발은 연구 주제 "Microsystems Integrated Research and Development (Central Researcher : Esashi Masaki, Tohoku University)"의 일부로 수행되었습니다
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| 그림 1 (a) 통합 바카라 규칙 탐지 센서를 사용한 미세 유체 바이오 치프 분석 시스템의 단면도, (b) 센서 상단의 광학 현미경 사진 |
이번에 개발 된 바카라 규칙 검출 모듈의 주요 특징은 여기 광원 및 통합 바카라 규칙 검출 센서가 미세 유체 바이오 칩과 관련하여 동측 및 동축으로 배열된다는 것입니다 이것은도 1에 도시 된 바와 같이 가시 광선에 투명한 유리 기판에서 바카라 규칙 검출 센서를 제조하는 능력에 의해 가능하다 핀홀의 형성에 의해, 그 중심에 흥분 광을 도입한다
이번에는 여기 광원으로 사용 된 LED는 반도체 레이저의 가격의 3 분의 1이므로 비용 절감에 유리하지만 가벼운 방향성은 낮으므로 집중하기가 어렵습니다 통합 바카라 규칙 검출 장치는 기존의 방법 (공 초점 레이저 여기 바카라 규칙 현미경)에 사용되는 핀홀에 의한 산란 광을 차폐하는 기능을 가지고 있지 않으므로 미세 플러스 바이오 치프 내에서 미세 흐름 경로 너비 내에서 여기광을 수집하는 것이 특히 중요합니다 산란 된 빛은 바카라 규칙 검출 요소의 배경 광전류가되고, 검출 시스템의 노이즈 레벨은 배경 광전류에 중첩 된 노이즈 레벨에 의해 결정되므로 산란 된 빛은 단순히 감지 시스템의 노이즈 레벨을 줄입니다
이 연구에서, LED 조명 방출 표면을 소형화하고 아스퍼 인 미세 혈류를 사용하여 초점 지점이 감소되었습니다 크기가 250 x 300 μm의 표면-방출 마이크로로부터의 빛은 비스프러스 미세 렌을 사용하여 짧은 초점 (5 mm)에서 190 x 230 µm에서 성공적으로 농축되어 미세 채널에 대한 낮은 산란 조명 조사를 달성하면서 생물 분석에 필요한 빛의 양을 보장했다 또한 소규모 LED를 사용하여 100 µm 미만의 빛을 수집 할 수 있습니다
그림 2는 이번에 개발 된 초소형 LED 여기 바카라 규칙 검출 장치의 세부 사항 (40 x 40 x 20 mm의 외부 치수; 바카라 규칙 수집 마이크로 렌즈, 통합 바카라 규칙 검출 센서 등의 바카라 규칙 검출의 심장 및 흐름 방향을 따르는 미세 유체 경로의 단면 구조입니다 표면-방출 마이크로로부터 방출 된 빛은 아스프러리 마이크로 렌에 의해 집중되며, 특정 파장 범위에서의 빛만이 흥분 광을위한 광학 간섭 필터에 의해 선택적으로 추출되며, 통합 된 바카라 규칙 검출 센서를 통해 미세 유체 바이오 칩으로 조사된다 마이크로 채널 내의 바카라 규칙 염료로부터 방출 된 바카라 규칙은 바카라 규칙 수집을위한 마이크로 렌에 의해 수집되며, 바카라 규칙 성분 만 광학 간섭 필터를 사용하여 선택적으로 추출하고, 비정질 실리콘 광 디오드에 의해 검출된다 이 바카라 규칙 검출 장치는 폴리스티렌 마이크로 비드에 고정화에 사용되었습니다Antibody바카라 규칙 염료 결합 단백질 (바카라 규칙 표지 단백질)으로 검출되었다 블 롯팅 구조는 미세 유체 바이오 치프에 형성되며, 고정 된 항체로 폴리스티렌 마이크로 비드로 채워지고 고정된다
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| 그림 2 LED 여기 바카라 규칙 검출 장치의 구조 및 흐름 방향을 따라 마이크로 흐름 경로의 단면 구조 |
이 상태에서, 비드 상에 고정화 된 항체와 반응하는 바카라 규칙 표지 된 단백질이 도입 된 후,이 기간 동안 바카라 규칙의 시간 변동 변화가 발견되었다 (도 3) 바카라 규칙 표지 된 단백질이 흐르면, 비드의 항체와의 반응이 시간이 지남에 따라 진행되어 바카라 규칙 표지 된 단백질이 비드에 갇히게되어 바카라 규칙 강도를 증가 시키지만, 완충액으로 전환 할 때, 바카라 규칙 표지 된 단백질로부터의 반응 정지 및 바카라 규칙은 관찰 된 것으로 관찰된다 상기 결과는이 바카라 규칙 검출 장치가 임상 시험에서 중요한 면역 분석을 수행 할 수 있음을 보여준다
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| 그림 3 항체와의 반응으로 인한 바카라 규칙 강도의 시간 변화 |
이번에 개발 된 초소형 LED 여기 바카라 규칙 탐지 장치는 이전에 실험실에 있었던 미세 유체 생체 분석 기술을 POC 진단 및 웨어러블 건강 모니터링 장치의 "현장"으로 가져 오는 새로운 탐지 플랫폼이라고 할 수 있습니다
앞으로, 우리는 대량 생산 된 장착 기술을 사용하여 LED 및 마이크로 렌즈를 조립하는 방법을 설정하고, 표면 방출 원으로 LED의 특성을 활용하고, 추가 소형화 및 높은 감도를 달성하는 것을 목표로합니다 또한 반도체 레이저를위한 웨이퍼 수준 포장 기술을 개발하고 있으며 POC 진단을위한 실제 응용 분야를 신속하게 개발하고자합니다