センサー応答時間と精度を向上させるマイクロ流体の役割

マイクロフリッチドの基礎とセンシングへの関連性

スケールリング法と流体行動

マイクロフラッシュが、感知のために非常に効果的である理由を理解することは、小スケールでのフローの物理から始まります。 マイクロチャネルでは、Reynolds の数は、通常非常に低い(多くの場合、100未満)、意味の流れは]ではなく、乱雑を区別します。 層流は混入を除去するが、それはまた、流体インタフェースと拡散の正確な制御を可能にします。 表面は、この速度を低下させるための、他の速度を低下させる必要があります。 速度は、マイクロ波の回転速度を低下させる必要があります。 質量は、マイクロ波の回転速度を低下させる必要があります。

表面対容積比

マイクロ流体装置は、非常に高い表面から容積比を有する。この特性は、表面反応(電気化学的または光学バイオセンサーなど)に依存するセンサーにとって有益です。流体の容積に相対的に大きい表面領域は、比例した分析分子のより大きい比率は、一定時間にセンシング要素と相互作用し、単位の量あたりの強力な信号とより速い平衡につながることができることを意味します。さらに、高アスペクト比は、足の量を増加させることなく、微小数の検出を増加させることを可能にし、微分なセンサー配列の高密度パッキングをすることができます。

マイクロフリッチドがセンサー応答時間を改善するメカニズム

エンジニアードマイクロ構造による急速な混合

積層フローは、超音波の誘発を誘発するタービン、マイクロ流体システムを提供するものではありません。これらの構造は、サブマイクロメータスケールへの拡散経路を減らす、パッシブマイクロミキサーを組み込むことができます。化学反応(例えば、半球形の)を必要とするセンサーのために、マイクロメートルのスケールに、より短い時間で測定を加速するより、マイクロメートルの混合速度を加速する。このセンサは、測定器を高速に回転させるため、マイクロメートルの反応を加速する。

拡散距離を削減

従来のマクロスケールセンサーでは、analytesは活動的な検出区域に達するために移動センチメートルかミリメートルを必要としました。マイクロ流体集積センサーでは、センサーはマイクロチャネルの内で直接、analyteがマイクロメートルの10の順序の旅行間隔に強制されるマイクロメートルの間隔に置かれます。拡散時間は間隔の正方形に比例しているので、この減少は数分から秒までの応答時間を切ることができます。例えば、連続的なグルコースのモニタリング システムでは、マイクロメートルの破片および測定の破片の破片を合わせることは測定器を合わせるマイクロメートルの破片を調節します。

サンプル容積および流動度の精密な制御

マイクロ流体は、電気運動ポンプ、注射ポンプ、パッシブキャピラリーフローなどの技術を用いて、極めて小さな容積の正確な分配を可能にします。この精度は、センサーの校正に影響を与える可能性のある試料サイズの変化を最小限に抑えます。さらに、制御された流量は、センサー表面に常に新鮮なアナリテが届けられ、スキュームの読み取りを防止したり、反応製品の枯渇や蓄積を防ぐことができます。この精度は、温度調節と温度調節の調整を容易にします。[F]と[F]を調節する[F]を調節します。[FORT]は、温度調節する[F]を調節します。[F]

マイクロフリッチドがセンサー精度を向上させる仕組み

最小化されたサンプルの汚染および十字話

封じられたマイクロ流体チャネルは、空気媒介汚染または蒸発の危険を非常に減らします。それは、オープンウェルアッセイを疫病させることができる。分析の痕跡レベルを検出するセンサー(例えば、血液中のバイオマーカーまたは水に重金属)、さらにマイナーな汚染でさえ、誤った陽性または骨粗鬆症の結果を作り出すことができます。マイクロ流体システムは、試薬のストリームを分離し、そこにある表面を浄化するバルブを組み込むことができます。また、複数の測定器を分解し、マイクロ流体を検査するなどの検査を容易にします。また、マイクロ流体センサーは、複数の測定器を検査します。

高められた信号の伝送および減らされた背景の騒音

高表面対容積比と制御マイクロ環境により、センサー表面上の認識要素(抗体、酵素、DNAプローブ)のより優れた固定化が可能になります。これらの要素が密集してマイクロチャネルに詰め込まれると、ターゲット分子の結合は、単位面積ごとにより強い信号を生成します。同時に、非特異結合による背景ノイズは、微小流体の流れを使用して、緩く結合された干渉を洗い流すせん断力を適用することで減少します。この[FLT]は、測定値と限界値の減少を低減します。

校正およびリファレンスチャネルの統合

マイクロ流体設計は、多くの場合、統合された参照チャネルまたは内蔵の校正機能を含みます。例えば、単一のチップは、サンプルの1つ、既知の基準の1つ、および空白の1つを含むことができます。これらのチャネルを横断してセンサーの応答を比較することにより、漂流およびマトリックス効果が自動的に補正できます。このオンチップ校正は、外部参照測定に依存するよりも、特に環境条件(温度、湿度)が変動するフィールド駆動可能なセンサーで、外部参照測定値に依存するよりもむしろ、自動的に補正できます。

マイクロフリッチディック統合に寄与するキーセンサータイプ

電気化学式センサー

電磁気センサーは、加速度センサー、電位イオン選択電極、および電圧測定重金属探知機などの低コスト、高感度で広く使用されています。マイクロ流体は、その性能を向上し、十分な定義された質量輸送体制を提供します。マイクロチャネルでは、導電率が分析され、制御速度で電極表面に到達することができます。この導電率は、低速で低速の動作を可能にしました。[F]と低速の動作を繰り返します。 [F] および [F] は、微小波振動の動作を低減します。 [F] および [F] は、微分光度分布を低減します。 [F]

光学センサー(耐摩耗性、蛍光性、SPR)

表面プラシモン共鳴(SPR)および蛍光センサーは、センサー表面の近くで、エバンス波相互作用に依存します。 光学経路の長さと正確に整列するマイクロ流体チャネルは、再現性を高めます。 吸光センサーでは、定義されたパス長さを持つマイクロ流体チャネル(光学繊維を集積するか、波路幾何学を使用して達成されることが多い)は、さまざまなキュヴェット寸法からエラーを排除します。 蛍光センサーの場合、小型のボリュームは、バルクチップを1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜4〜

バイオセンサーと免疫センサー

抗体、アプタマー、またはDNAプローブを認識要素として使用しているバイオセンサーは、正確なインキュベーションと洗浄工程を要求し、高い特異性を実現します。マイクロ流体プラットフォームは、これらのステップを最小限のヒト介入、オペレータ誘発性分散性を削減します。短い拡散距離は、結合キネシスを加速し、マイクロティエタープレートで数時間かかるとチップの数分で完了することができます。さらに、表面を継続的にサンプル化する能力は、フェモモモファインディングを早期に向上させるための重要な効果をもたらします。

医学の診断の適用

点火(POC)のテスト

おそらく、マイクロ流体センサーの統合の最も目に見えない影響は、ポイントオブケア: 診断です。Abbott i-STAT、Roche Cobas Liat、および感染性疾患に対するさまざまなチップベースの急速テストは、マイクロ流体による血液や唾液のサンプルを最小限のユーザーステップで処理するものです。 小さなサンプルの量(多くの場合、10〜100 μL)は、新生児や高齢者などの脆弱な試験に役立ちます。 さらなる応答を制限することにより、これらのチップは、これらの検査を事前に確認することができます。 [F] チップは、これらの検査を15分間有効化します。

ウェアラブルで連続監視センサー

糖尿病管理のための連続的なグルコースのモニター(CGM)のような身につけられる健康モニターは、microfluidicsによって革命化されました。Dexcom G7およびAbbott Freestyle Libre 3のような最も最近のCGMsは、microfluidic microneedlesを使用して、相互の流体を痛みなくサンプルに使用しました。 マイクロ流体は酵素センサーに液体を提供し、短い拡散経路は、急速な記事を確かめます。 乳製品検査の精度は、FLTFALTを拡張します。

急速な感染症の検出

マイクロ流体センサーは、病原体とそのバイオマーカーを検出するための最前線のツールになりました。例えば、Cepheid GeneXpertシステムは、マイクロ流体のカートリッジでサンプルの準備、核酸増幅、および検出を統合します。サンプルから約45分(培養時間または数日間)に応答する時間を減らすことで、結核、メチシリン耐性のを同封した成分は、このような粘度成分を低減します。[MRF]は、このような粘度成分を含浸し、他の分子のタンパク質のタンパク質の分を低減します。