Resumen de Preparativa de muestra microfluídica para labonachips de su8
- español
RESUMEN Esta tesis desarrolla un dispositivo microfluídico de dos cámaras, LabOnaChip, para aplicaciones de diagnóstico clínico. Para ello se ha diseñado, fabricado y caracterizado una bomba de impulsión microfluídica basada en la electrólisis y una válvula de ruptura de un solo uso en SU8, el polímero estructural seleccionado para el microchip.
La optimización de los parámetros de fabricación del polímero SU8 y del diseño de los elementos (bomba, válvula, cámaras, canales, electrodos, sensores) permite su perfecta integración en un único microchip con el fin de cubrir con la máxima eficiencia y simplicidad los pasos analíticos necesarios para el análisis completo de una muestra real (desde la preparativa de muestra hasta la detección específica por PCR).
Este dispositivo realiza concentración de ADN mediante partículas magnéticas en una cámara de preparativa de muestra. En esta cámara se realiza también la purificación permitiendo trabajar con volúmenes de disolución de lavado elevados. A continuación, se cierra el orificio de drenado y el ADN concentrado se transporta a la cámara de amplificación de ADN para su detección. Durante el proceso el ADN se encuentra en todo momento confinado en el interior del microchip, reduciendo la contaminación cruzada.
La bomba de electrólisis desarrollada ha demostrado generar la presión necesaria para realizar la impulsión del líquido entre ambas cámaras, llegando a generar presiones de 4 atm. Por su parte, la válvula de ruptura en SU8 de un solo uso ha basado su diseño en una estructura estrecha (30 µm) de gran altura (300 µm) capaz de anclarse en su base y en su tapa sin sufrir deformaciones ni fugas. Para ello ha sido necesario alcanzar un equilibrio entre todos los parámetros de fabricación de la SU8. Esta válvula de ruptura se ha incluido en dos diseños, circular y hexagonal. Como resultado se han obtenido válvulas de ruptura a altas presiones (válvulas circulares) y a bajas presiones (válvula hexagonal). Estas últimas se han integrado en el diseño final del microchip.
En esta tesis se ha comprobado la validez microfluídica del LabOnaChip integrando con éxito la bomba de electrólisis y la válvula de ruptura. Mediante el ensayo con muestra de ADN, el ácido nucleico se concentra, purifica y transporta entre ambas cámaras demostrando la viabilidad del LabOnaChip para la aplicación diagnóstica. El objetivo de esta tesis ha sido demostrar una estrategia nueva para adaptar el protocolo de preparativa de muestra y amplificación de ADN a un LabOnachip mediante actuadores integrados, y así simplificar la manipulación por parte del usuario y la contaminación cruzada del ensayo mediante un dispositivo desechable.
- English
ABSTRACT This thesis develops a two chamber microfluidic device, Labonachip, for clinical diagnostic applications. An electrolytic micropump and a burst microvalve for one-use were designed, fabricated and characterized in SU8, the structural polymer selected for the microchip.
The optimization of fabrication parameters of the SU8 polymer and the elements design (pump, valve, chambers, electrodes, sensors) allows his integration in one microchip, with the maximum efficiency and simplicity for the analytic steps in a complete analysis with real sample, from sample preparation to specific detection by PCR.
This device performs DNA concentration with magnetic particles in a sample preparation chamber. In this chamber takes place the purification, allowing work with high volumes of solution. Next, the drain outlet closes and the concentrated DNA moves to the DNA amplification chamber. Every time, the DNA is contained inside the microchip, avoiding cross-contamination.
The electrolytic micropump shows pressure for moving the liquid between two chambers; even achieve 4 atm of pressure. In the other part, the SU8 one-use burst valve bases his design in a narrow structure (30 µm), high (300 µm), anchorages in the top and the bottom, without deformations or leakages. The equilibrium of the fabrication parameters of the SU8 is achieved. The burst valve is included in two designs, circular and hexagonal. The obtained results show high pressures valves (circular valves) and low pressure valves (hexagonal valves). The latest is integrated in the final microchip design.
In this thesis, the microfluidic validity of the labonachip is checked for the integration of the electrolytic micropump and the burst valve. Through the test with DNA sample, the nucleic acid is concentrated, purified and moved between the two chambers showing the viability of the labonachip for clinic applications.
The work of the thesis shows a new strategic for real sample analytic, included the sample preparation and DNA amplification in a disposable labonachip with integrated actuators. The characteristics of the developed device reduce the manipulation from the users and the cross-contamination of the test, at the same time that simplifies the analysis.
- euskara
LABURPENA Tesi honek bi kamarako dispositibo mikrofluidiko bat garatzen du, LabonaChip, diagnostiko klinikoetara zuzendua. Horretarako, elektrolisian oinarritutako bultzada mikrofluidikodun ponpa bat eta haustura balbula bat SU8 polimero estrukturala duen mikrotxip bakarrean diseinatu, fabrikatu eta karakterizatu dira.
SU8 polimeroaren fabrikaziorako aldagaien eta elementuen (ponpa, balbula, kamerak, kanalak, elektrodoak, sentsoreak) diseinuaren optimizazioak, guztia mikrotxip bakarrean txertatzea ahalbidetzen du, efizientzia maximoa lortzeko helburuarekin.
Dispositibo honek DNA kontzentrazioa partikula magnetiko bidez egiten du lagin prestaketa kamera batean. Aldi berean, kamera honek purifikazioa burutzen du, garbiketa disoluzio altuak onartzen dituelarik. Ondoren, drainatutako zuloa itxi eta kontzentratutako DNA anplifikazio kamerara eramaten da bere detekziorako. Prozesua burutu bitartean, DNA momentu oro mikrotxiparen barnean zokoratuta dago, kutsatze gurutzatua murriztuz.
Garatutako elektrolisi ponpak bi kameratako likidoa bultzatzeko adina presio sortzeko gai dela erakutsi du, 4 atm-tako presiotara heltzeraino. SU8-an oinarritutako eta erabilera bakarreko haustura balbula, aldiz, egitura estu (30 µm) eta altu (300 µm) batean gauzatu da, bere oinarrian eta estalkian deformazio eta ihes gabe finkatuta, SU8-aren fabrikazio aldagaietan lortutako orekari esker. Horrela, emaitzatzat, presio altuetako (balbula zirkularrak) eta baxuetako (balbula hexagonalak) haustura duten balbulak lortu dira. Azken hauek mikrotxiparen azken diseinuan integratu dira.
Tesi honetan, LabonaChip-aren baliagarritasun mikrofluidikoa frogatu da, elektrolisi ponpa eta haustura balbula arrakastaz txertatuta. DNA laginen saiakera bidez, azido nukleikoa kontzentratu, purifikatu eta bi kameren artean garraiatu da, LabonaChip-aren aplikazio diagnostikoetarako bidegarritasuna egiaztatuz.
Tesi honetako lanak estrategia berri bat erakutsi du benetako laginen analisirako, DNA laginen prestaketa eta anplifikazioa barne, eragingailu integratuak dituzten eta erabili eta botatzeko diren LabonaChip-ei zuzendua. Garatutako mikrodispositiboaren ezaugarriek erabiltzailearen manipulazioa eta kutsadura gurutzatua murrizten dituzte hein handi batean, eta analisia bera sinplifikatu.
