BioMEMS for Diagnostics

Εισαγωγή MEMS: Oποιoδήποτε σύστημα περιλαμβάνει εξαρτήματα των οποίων οι διαστάσεις κυμαίνονται από 1μm εώς 100μm Εμβιομηχανική και βιοιατρική τεχνολογία ΜΕΜS: Διάγνωση Θεραπεία

Βασικά στοιχεία ΒιοMEMS Εισαγωγή Βασικά στοιχεία ΒιοMEMS Αισθητήρες (βιο-αισθητήρες) Επενεργητές (επεξεργασία microfluidics) Μετατροπείς (άμεσα συνδεδεμένους με τους βιοαισθητήρες ) Συστήματα επικοινωνίας με άλλες συσκευές (κυρίως για in-vitro BioMEMS

Αισθητήρες Βιουποδοχέας Μετατροπέας

Αισθητήρες Βιουποδοχείς Αντισώματα (γρήγορη αντίδραση με αντιγόνα-ανίχνευση) Ένζυμα (Καταλυτική δράση για ανίχνευση ουσιών) Ακολουθίες DNA (για ανίχνευση DNA) Μικροοργανισμοί (για έλεγχο τοξικότητας)

Διαχωρισμός βιοαισθητήρων ανάλογα με τους μετατροπείς τους Αισθητήρες Ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες: Μετράνε είτε το ρεύμα (αμπερόμετρο) είτε την τάση (ποτενσιόμετρο) που παράγεται από ηλεκτροχημικές αντιδράσεις Οπτικοί βιοαισθητήρες: Ανιχνεύουν αλλαγές στην οπτική πυκνότητα (από χρωστικές και φθορίζουσες ουσίες ή αλλαγή ανακλαστικότητας εξαιτίας συγκέντρωσης αντιγόνου) που παράγεται από οπτική πηγή. Διαχωρισμός βιοαισθητήρων ανάλογα με τους μετατροπείς τους Ακουστικοί Βιοαισθητήρες: Μέσω του υπολογισμού της συχνότητας ή των απωλειών διάδοσης ενός κυματος πάνω σε επιφάνεια ανιχνεύεται αλλαγή στη μάζα Θερμιδομετρικοί Βιοαισθητήρες: Μετρούν τη θερμότητα μιας βιοχημικής αντίδρασης είτε διατηρόντας τη θερμοκρασία σταθερή είτε μετρώντας αλλαγή στη θερμοκρασία

Αισθητήρες Μικροδοκοί Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες Έχουν τις ρίζες τουσ στη μικροσκοπία σάρωσης (SFM) Ταξινομούνται ανάλογα με την ιδιοτητα της μικροδοκού που χρησιμοποιούν

Αισθητήρες -Αισθητήρες με μικροδοκούς σε ταλάντωση Πιεζοηλεκτρικά στρώματα δημιουργούν εξαναγκασμένες ταλαντώσεις Αλλαγές στη μάζα που βρίσκεται πανω στις μικροδοκούς οδηγούν σε αλλαγές στα χαρακτηριστικά της ταλάντωσης

Αισθητήρες -Αισθητήρες με μικροδοκούς σε κάμψη Ειδική επίστρωση στις μικροδοκούς προσροφά συγκεκριμένα μόρια παραμορφώνοντας τες. Μετρωντας αυ΄τη την παραμόρφωση μπορούμε να ανιχνεύσουμε την παρουσία ορισμένων ουσιών.

Αισθητήρες Τεχνικές Μέτρησης σε Μικροδοκούς-ανάκλαση ακτίνων laser Κυρίως σε μικροδοκούς σε κάμψη Δέσμη laser προσπίπτει επάνω σε ανακλαστική επιφάνεια της μικροδοκού Αλλαγή στη γωνία της μικροδοκού αλλάζει το σημείο πρόσπτωσης της ανακλώμενης ακτίνας Το ίδιο μπορεί να γίνει σε πολλαπλές δοκούς με πολλαπλές ακτίνες και σύστημα διαίρεσης χρόνου στον αισθητήρα

Αισθητήρες Τεχνικές Μέτρησης σε Μικροδοκούς-κυματοδηγοί Κυρίως σε μικροδοκούς σε ταλάντωση Διέλευση φωτός μέσα από τη μικροδοκό-με την απώλεια ευθυγράμισης μειώνεται η φωτεινή ενέργεια Κατάλληλος αισθητήρας μετράει ενέργεια που προσπίπτει σε αυτόν

Αισθητήρες Τεχνικές Μέτρησης σε Μικροδοκούς-Πιεζοαντιστάσεις Υλικά που μεταβάλουν την εσωτερική τους αντίσταση ανάλογα με την επιφανειακή τάση που δέχονται Είτε ως επίστρωση πάνω στη μικροδοκό είτε μέσα σε αυτήν Υπολογίζεται τάση ΄των υλικών με γέφυρα Wheatstone

Επεξεργασία microfluidics Ανάλυση δειγμάτων Απαιτείται προεργασία και επεξεργασία microfluidics Απαραίτητες διεργασίες Παράδοση δειγμάτων σε κατάλληλες ποσότητες και θέσεις Θερμική επεξεργασία δειγμάτων Μίξη αντιδραστηρίων Φιλτράρισμα

Επεξεργασία microfluidics Μικροαντλίες πιεζοηλεκτρική παραµόρφωση µονάδες πεπιεσµένου αέρα ηλεκτροστατικά επαγόµενα φορτία ροές από ηλεκτρο-όσµωση

Επεξεργασία microfluidics Μικροκανάλια Υψηλός λόγος επιφάνειας ως προς το µαζικό όγκο-αντιδραστήρια στα τοιχώµατα του καναλιούαντιδρούν πολύ αποτελεσµατικά Ηλεκτροφορετικός διαχωρισµός στα τοιχώματα

Επεξεργασία microfluidics Παράλληλες ροές χωρίς ανάμειξη- διαχωρισμός μακρομορίων –Η filter

Bio-chips Συνδυάζουν microfluidic ΜΕΜS και MEMs βιοαισθητήρων Χωρίζονται σε: -Genechips (πρωτεινικά Chips) -Lab on a chip (μΤΑS) Εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες “Δοκιμαστικοί σωλήνες”

Bio-chips Genechips Πρόβολοι μονόκλωνων ακολουθιών νουκλεοτιδίων τοποθετούνται πάνω σε πλάκες (plate-based DNA arrays) ή gel (gel-based DNA arrays) Οι πρόβολοι έχουν επιλεγεί με μέγιστη αλληλοεπικάλυψη για έλεγχο ενός γονιδιώματος αλλά και παραλλαγών του. διερεύνηση των σχήματωv της γονιδιακής έκφρασης (RNA)-ελέγχος ενεργού γονιδίου-αναγνώριση ανώμαλων κυτταρικών μηχανισμών Ανανώριση ενεργής ακολουθίας με κατάλληλους αισθητήρες

Bio-chips Genechips

Bio-chips Lab on a chip Μικρορευστομηχανικά κυκλώματα πραγματοποιούν οποιαδήποτεβιοχημική επεξεργασία Ενεργούν σαν δοκιμαστικοί σωλήνες χωρίς τοιχώματα Περιέχουν ειδικά μόρια ‘ανίχνευσης’- αισθητήρες

Εφαρμογές Mικροφασματόμετρο Πηγή φωτός διεγείρει τύπους ενώσεων Οι ενώσεις εκπέμπουν υπέρυθρο φώς Τα εκπεμπόμενα μήκη κυματος τροφοδοτούνται σε μικροτσίπ Αναγνωρίζονται οι ενώσεις από το φάσμα

Ανίχνευση ιού Εφαρμογές Δείγμα αίματος τοποθετείται στο chip και αναμειγνύεται μαγνητικά σταγονίδια προ-επιστρωμένα με κατάλληλο αντίσωμα που συνενώνεται με αντισώματα της συγκεκριμένης νόσου Καθιζάνουν και πραγματοποιείται μαγνητική πλύση Η ηλεκτρική αντίσταση της διάταξης αντιστοιχεί στον αριθμό των σταγονιδίων τα οποία είναι ακινητοποιημένα στους αισθητήρες χάρη στο δεσμό αντισώματος- αντιγόνου

Εφαρμογές Χαρακτηρισμός Κυττάρων Χωρίς Επισήμανση Οι ηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες ενός δείγματος μπορούν να προσδιοριστούν με φασματοσκοπία αντίστασης-τα φυσιολογικά γεγονότα και οι μορφολογικές ιδιότητες των βιολογικών ιστών είναι προσδιορίσιμες από τη φαματοσκοπία ηλεκτρικής αντίστασης Τα παραπανω μπορουν να υλοποιηθούν με τριχοειδικό κύτταρο μέτρησης Διαθέτει χοανοειδής εισόδους στις οποίες τοποθετείται το δείγμα Κατάλληλα ηλεκτρόδια μετρούν την πτώση τάσης και πραγματοποιείται χαρακτηρισμος των κυττάρων διάμετρος του τριχοειδούς θα πρέπει να ταιριάζει με το βιολογικό δείγμα

Polymerase Chain Reaction Εφαρμογές Polymerase Chain Reaction Προκειμένου να γίνει ανάλυση μιας νουκλεοτιδικής αλυσίδας πρέπει να γίνει διαχωρισμός των κλώνων DNA και ενίσχυση του με PCR Με κατάλληλα μικρο-κανάλια και διαδοχικές θερμάνσεις και ψύξεις σε κατάλληλες θερμοκρασίες η διαδικασία αυτή μπορει να επιτευχθεί σε ένα τσιπ μικρορευστομηχανικής

Σας Ευχαριστώ