Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Примером устройства био-МЭМС является этот автоматизированный микрочип FISH , который объединяет мультиплексор реагентов, камеру ячейки с тонкопленочным нагревательным слоем и перистальтический насос. [1]

Био-МЭМС - это аббревиатура от биомедицинских (или биологических) микроэлектромеханических систем . Био-МЭМС в значительной степени пересекаются и иногда считаются синонимами лабораторных систем на кристалле (LOC) и систем микрообщего анализа (μTAS) . Био-МЭМС, как правило, больше ориентированы на механические детали и технологии микрообработки, подходящие для биологических применений. С другой стороны, lab-on-a-chip занимается миниатюризацией и интеграцией лабораторных процессов и экспериментов в единый (часто микрофлюидный)) фишки. Согласно этому определению, устройства «лаборатория на кристалле» не имеют строго биологических применений, хотя большинство из них могут быть адаптированы для биологических целей или могут быть адаптированы. Точно так же системы анализа общего микромира могут не иметь в виду биологические приложения и обычно предназначены для химического анализа . Широкое определение био-МЭМС может использоваться для обозначения науки и техники работы на микромасштабе для биологических и биомедицинских приложений, которые могут включать или не включать какие-либо электронные или механические функции. [2] Междисциплинарный характер био-МЭМС сочетает в себе материаловедение , клинические науки , медицину , хирургию , электротехнику ,машиностроение , оптическая инженерия , химическая инженерия и биомедицинская инженерия . [2] Некоторые из его основных приложений включают геномику , протеомику , молекулярную диагностику , диагностику на месте , тканевую инженерию , анализ отдельных клеток и имплантируемые микроустройства. [2]

Диаграмма Венна с изложением и контрастные некоторые аспекты области био-MEMS, лаборатория на чипе, μTAS.

История [ править ]

Доктор Андреас Манц, один из пионеров μTAS на конференции MicroTAS 2007.

В 1967 году С.Б. Картер сообщил об использовании островков палладия, испаренных из тени, для прикрепления клеток . [3] После этого первого исследования био-МЭМС дальнейшее развитие в этой области было медленным в течение примерно 20 лет. [3] В 1985 году Unipath Inc. выпустила на рынок ClearBlue , тест на беременность, который до сих пор используется, и его можно считать первым микрофлюидным устройством, содержащим бумагу, и первым микрожидкостным продуктом на рынке. [3] В 1990 году Андреас Манц и Х. Майкл Видмер из Ciba-Geigy (ныне Novartis ), Швейцария, впервые ввели термин « система анализа микрометров» (μTAS).в их основополагающей статье, предлагающей использовать миниатюрные системы полного химического анализа для химического зондирования. [4] За концепцией μTAS стояли три основных мотивационных фактора. [3] Во-первых, открытие лекарств в последние десятилетия, вплоть до 1990-х годов, было ограничено из-за времени и стоимости параллельного выполнения множества хроматографических анализов на макроскопическом оборудовании. [3] Во-вторых, проект « Геном человека» (HGP) , который стартовал в октябре 1990 г., вызвал потребность в улучшении возможностей секвенирования ДНК . [3] Таким образом, капиллярный электрофорез стал основным направлением химического разделения и разделения ДНК.[3] В- третьих, DARPA из Министерства обороны США поддержал ряд микрофлюидальных исследовательских программ в 1990е годы после реализации возникла необходимость в разработке полевых развертываемых микросистемы для обнаружения химических и биологических агентов , которые являются потенциальными военными и террористическими угрозами . [5] Исследователи начали использовать фотолитографии оборудование для микрообработки из microeletromechanical систем (МЭМС) , как унаследованные от микроэлектронной промышленности. [3]В то время применение МЭМС в биологии было ограничено, потому что эта технология была оптимизирована для кремниевых или стеклянных пластин и использовала фоторезисты на основе растворителей , несовместимые с биологическим материалом. [3] В 1993 году Джордж М. Уайтсайдс , химик из Гарварда , представил недорогие микротехнологии на основе PDMS, и это произвело революцию в области био-МЭМС. [3] С тех пор область био-МЭМС резко выросла. Избранные основные технические достижения в ходе разработки био-МЭМС в 1990-х годах включают:

  • В 1991 году был разработан первый олигонуклеотидный чип [6]
  • В 1998 году были разработаны первые твердые микроиглы для доставки лекарств [7]
  • В 1998 году был разработан первый чип непрерывной полимеразной цепной реакции [8].
  • В 1999 г. была проведена первая демонстрация гетерогенных ламинарных потоков для избирательной обработки клеток в микроканалах [9]

Сегодня гидрогели, такие как агароза , биосовместимые фоторезисты и самосборка, являются ключевыми областями исследований в улучшении био-МЭМС в качестве замены или дополнения к PDMS . [3]

Подходы [ править ]

Материалы [ править ]

Кремний и стекло [ править ]

Обычные методы микрообработки , такие как влажное травление , сухое травление, глубокий реактивные ионное травление, напыление , анодная связь и сплавления были использованы в био-МЭМСЕ , чтобы каналы потока , датчики расхода , химические детекторы, капилляры разделения, смесители, фильтры , насосы и клапаны. [10] Однако у использования кремниевых устройств в биомедицинских приложениях есть некоторые недостатки, такие как их высокая стоимость и биологическая несовместимость . [10] Из-за того, что они предназначены только для одноразового использования, больше, чем их аналоги MEMS , и требованияЧистые помещения , высокие затраты на материалы и обработку делают био-МЭМС на основе кремния менее привлекательными с экономической точки зрения. [10] « In vivo » био-МЭМС на основе кремния можно легко функционализировать для минимизации адсорбции белка , но хрупкость кремния остается серьезной проблемой. [10]

Пластмассы и полимеры [ править ]

Использование пластмасс и полимеров в био-МЭМС привлекательно, поскольку их легко изготовить, они совместимы с методами микрообработки и быстрого прототипирования , а также имеют низкую стоимость. [10] [11] Многие полимеры также оптически прозрачны и могут быть интегрированы в системы, в которых используются методы оптического обнаружения, такие как флуоресценция , поглощение в УФ / видимом диапазоне или метод комбинационного рассеяния света . [11] Кроме того, многие полимеры биологически совместимы , химически инертны по отношению к растворителям и являются электроизоляционными для приложений, где сильнаянеобходимы электрические поля , например, электрофоретическое разделение . [10] Химия поверхности из полимеров также может быть модифицирована для конкретных применений. [10] В частности, поверхность PDMS может быть облучена ионами с такими элементами, как магний , тантал и железо, для уменьшения гидрофобности поверхности , что позволяет улучшить адгезию клеток в приложениях « in vivo ». [12] Наиболее распространенные полимеры , используемые в био-MEMS включают ПММА , ПДМС , OSTEmerи СУ-8 . [10]

Биологические материалы [ править ]

А) Micropatterning из фибронектина на PNIPAM поверхности стекла. [13]
B) и C) Отдельные фибробласты пространственно ограничены геометрией микрорельефа фибронектина. [13]

Микромасштабные манипуляции и формирование паттернов биологических материалов, таких как белки , клетки и ткани , использовались при разработке клеточных массивов , микроматриц , тканевой инженерии на основе микротехнологий и искусственных органов . [11] Биологические микрорельефы могут быть использованы для высокопроизводительного анализа отдельных клеток, [14] точного контроля клеточного микроокружения, а также для контролируемой интеграции клеток в соответствующие многоклеточные архитектуры для повторения in vivo.условия. [15] Фотолитография , микроконтактная печать , селективная микрофлюидная доставка и самособирающиеся монослои - вот некоторые методы, используемые для нанесения рисунка биологических молекул на поверхности. [3] [15] Создание микротекстур клеток может быть выполнено с использованием микроконтактного формирования белков внеклеточного матрикса , клеточного электрофореза , оптических пинцетов , диэлектрофореза и электрохимически активных поверхностей. [16]

Бумага [ править ]

Бумажная микрофлюидика (иногда называемая лабораторией на бумаге) - это использование бумажных субстратов в микротехнологиях для управления потоком жидкости для различных приложений. [3] [17] Бумажная микрофлюидика применялась в бумажном электрофорезе и иммуноанализе , наиболее заметным из которых является коммерческий тест на беременность ClearBlue. [3] Преимущества использования бумаги для микрофлюидики и электрофореза в био-МЭМС включают ее низкую стоимость, способность к биоразложению и естественное капиллярное действие. [3] Серьезный недостаток бумажной микрофлюидики.представляет собой зависимость скорости капиллярного впитывания от условий окружающей среды, таких как температура и относительная влажность. [18] Бумажные аналитические устройства особенно привлекательны для диагностики в местах оказания медицинской помощи в развивающихся странах как из-за низкой стоимости материалов, так и из-за упора на колориметрические анализы, которые позволяют медицинским работникам легко интерпретировать результаты на глаз. [18] По сравнению с традиционными микроканалов, бумажные микроканалы доступны для образца введения (особенно судебно - медицинской экспертизы -Style образцов , таких как жидкости организма , и почвы), а также его природных фильтрующих свойств , которые исключают остатков клеток, грязи и других примесей в образцах. [3] Бумажные копии продемонстрировали такую ​​же эффективность при выполнении обычныхмикрофлюидные операции, такие как гидродинамическое фокусирование , молекулярная экстракция по размеру, микроперемешивание и разбавление; обычные 96- и 384- луночные микропланшеты для автоматизированного обращения с жидкостями и анализа были воспроизведены с помощью фотолитографии на бумаге для достижения более тонкого профиля и более низкой стоимости материала при сохранении совместимости с обычными считывающими устройствами для микропланшетов . [19] [20] Методы изготовления бумаги с микрорельефом включают фотолитографию , лазерную резку , струйную печать, плазменную обработку и нанесение воскового рисунка. [3] [17]

Электрокинетика [ править ]

Основная статья: Электрокинетические явления
Пример эксперимента с электрофорезом : два конических электрода устанавливаются как на входе, так и на выходе микроканала, и клетки перемещаются по микроканалу под действием приложенного электрического поля постоянного тока . [21]

Электрокинетика использовалась в био-МЭМС для разделения смесей молекул и клеток с помощью электрических полей. При электрофорезе заряженные частицы в жидкости перемещаются под действием приложенного электрического поля . [3] Электрофорез использовался для фракционирования небольших ионов , заряженных органических молекул, белков и ДНК . [3] Электрофорез и микрофлюидика очень синергетичны, потому что в микроканалах можно использовать более высокие напряжения из-за более быстрого отвода тепла . [3] Изоэлектрическая фокусировка - это разделение белков, органелл., и ячейки с разными изоэлектрическими точками . [3] Изоэлектрическая фокусировка требует градиента pH (обычно создаваемого электродами ), перпендикулярного направлению потока. [3] Сортировка и фокусировка интересующих видов достигается благодаря тому, что электрофоретическая сила вызывает перпендикулярную миграцию, пока она не течет вдоль соответствующих изоэлектрических точек. [3] Диэлектрофорезпредставляет собой движение незаряженных частиц за счет индуцированной поляризации от неоднородных электрических полей. Диэлектрофорез можно использовать в био-МЭМС для ловушек диэлектрофореза, концентрируя определенные частицы в определенных точках на поверхности и перенаправляя частицы из одного потока в другой для динамического концентрирования. [3]

Микрофлюидика [ править ]

Основная статья: микрофлюидика

Микрожидкостные системы относятся к системам, которые манипулируют небольшими (мкл, нЛ, пЛ, фл) количествами жидкости на микроизготовленных субстратах. Микрожидкостные подходы к био-МЭМС дают несколько преимуществ:

Когда несколько растворов добавляются в один и тот же микроканал , они текут по отдельным дорожкам потока (без перемешивания) из-за характеристик ламинарного потока . [22]
  • Поток в микроканалах является ламинарным, что позволяет проводить избирательную обработку клеток в микроканалах [9], математическое моделирование режимов потока и концентраций , а также количественные прогнозы биологической среды клеток и биохимических реакций [3]
  • Микрожидкостные элементы могут быть изготовлены в клеточном масштабе или меньше, что позволяет исследовать (суб) клеточные явления, посев и сортировку отдельных клеток и повторение физиологических параметров [3]
  • Интеграция микроэлектроники , микромеханики и микрооптики на одной платформе позволяет автоматизировать управление устройством , что снижает человеческий фактор и затраты на эксплуатацию [3]
  • Микрожидкостная технология относительно экономична из-за пакетного производства и высокой пропускной способности (распараллеливание и избыточность). Это позволяет производить одноразовые или одноразовые чипы для повышения простоты использования и снижения вероятности биологического перекрестного загрязнения , а также быстрого прототипирования [3] [11]
  • Микрожидкостные устройства потребляют гораздо меньшее количество реагентов , могут потребовать лишь небольшого количества аналитов для химического обнаружения, требуют меньше времени для завершения процессов и реакций и производят меньше отходов, чем обычные макрожидкостные устройства и эксперименты [3]
  • Соответствующая упаковка микрофлюидных устройств может сделать их пригодными для носимых устройств, имплантатов и портативных устройств в развивающихся странах [3]

Интересный подход, сочетающий электрокинетические явления и микрофлюидику, - это цифровая микрофлюидика . В цифровой микрофлюидике поверхность подложки покрывается микрорельефом с помощью электродов и выборочно активируется. [3] Управление небольшими каплями жидкости происходит посредством электросмачивания , которое представляет собой явление, при котором электрическое поле изменяет смачиваемость капли электролита на поверхности. [3]

BioMEMs Flow Control [ править ]

Литографические методы изготовления микрофлюидных устройств неэффективны при формировании винтовых механизмов, используемых в клапанах макроуровня. [23] Следовательно, микрофлюидные устройства требуют альтернативных методов управления потоком, ряд из которых в настоящее время популярны:

Quake Valves [ править ]
Схема клапана землетрясения с каналом технологической жидкости перпендикулярно и вне плоскости с каналом управляющей жидкости.

Одним из недорогих методов изготовления клапанов с малым временем срабатывания и регулируемым ограничением потока является многослойная мягкая литография (MSL). [24] Клапаны, произведенные с помощью этой технологии изготовления, называются клапанами Quake, потому что они были впервые созданы в лаборатории Стивена Квейка в Стэнфордском университете . Базовая схема включает два перпендикулярных проточных канала, разделенных непроницаемой эластомерной мембраной на их пересечении. Контролируемый воздушный поток проходит через один канал, а технологическая жидкость проходит через другой. Градиент давления между двумя трубопроводами, который регулируется путем изменения расхода управляющего воздуха, заставляет мембрану деформироваться и препятствовать потоку в технологическом канале. [24]В MSL каналы как для технологической жидкости, так и для управляющей жидкости отливаются из эластомерной формы, что делает его полностью аддитивным производственным процессом.

Ледяные клапаны [ править ]
Схема ледяного клапана с охлаждающим элементом Пельтье.

Ледяные клапаны работают, отводя тепло от одной части проточного канала, заставляя жидкость затвердевать и останавливать поток через эту область. Термоэлектрические (ТЕ) блоки используются для отвода тепла от вилки. [23] Из-за ограниченной разницы температур, которую могут обеспечить блоки ТЕ, несколько часто соединяются последовательно для получения отрицательных температур на границе раздела субстрат-жидкость, что обеспечивает более быстрое охлаждение. Современная технология ледяных клапанов отличается коротким временем закрытия (0,37 с при 10 мкл / мин), а также работает при высоких скоростях потока (1150 мкл / мин). [23] Ледяные клапаны были впервые представлены в 1995 году, где в качестве охлаждающего агента использовалась жидкая двуокись углерода под давлением .

Сборные клапаны [ править ]

Предварительно изготовленные механические винтовые клапаны и соленоидные клапаны не требуют сложных процессов микротехнологии и легко применяются в мягких материалах подложки, таких как PDMS . [25] Винтовые клапаны, в отличие от клапанов Quake и ледяных клапанов, поддерживают свой уровень ограничения потока без подвода энергии и, таким образом, идеальны для ситуаций, когда положение клапана может оставаться в основном постоянным, а приведение в действие человеком-оператором приемлемо. [25] Электромагнитные соленоидные клапаны имеют такое же время срабатывания, как и клапаны Quake, но имеют большую площадь основания и не интегрированы в основание устройства. [25] Это проблема, когда проблема заключается в размерах устройства, например, в имплантируемых устройствах.

Микромасштабное смешивание [ править ]

Несмотря на то, что время диффузии в микрофлюидных системах значительно выше из-за небольших масштабов длины, все еще существуют проблемы с удалением градиентов концентрации во временных масштабах, необходимых для микрофлюидных технологий. [26]

Элементы смешивания ультразвуковой обработки [ править ]
Пассивный смесительный элемент потока. Втекает ламинарный поток с осевыми градиентами концентрации, а вытекает ламинарный поток с уменьшенными градиентами концентрации.

Обработка ультразвуком часто используется для обеспечения локального смешивания потоков посредством создания акустики сверхвысокой энергии. [26] Микрожидкостные чипы, использующие ультразвуковое смешение, могут иметь как встроенные, так и расположенные снаружи ультразвуковые преобразователи. [27] Обработка ультразвуком также широко используется для лизиса и гомогенизации клеток как в макро-, так и в микрофлюидных системах. Первичный механизм лизиса клеток при обработке ультразвуком - интенсивное местное нагревание и сдвиговые силы . [27]

Пассивные элементы микширования [ править ]

В пассивном смесительном элементе перемешивание достигается за счет временного и пространственного перераспределения входящего ламинарного потока за счет использования параллельных каналов с переменной длиной пути и / или диаметром. [26] Конечным результатом наличия множества параллельных проточных каналов различной длины является то, что материал, первоначально находящийся на краю профиля ламинарного потока, может многократно перераспределяться к противоположному краю, таким образом резко сокращая характерный масштаб диффузионной длины. [26]

Био-МЭМС как миниатюрные биосенсоры [ править ]

Основная статья: Биосенсор

Биосенсоры - это устройства, которые состоят из системы биологического распознавания, называемой биорецептором, и преобразователя . [28] Взаимодействие аналита с биорецептором вызывает эффект, который датчик может преобразовать в измерение, например электрический сигнал . [28] Наиболее распространенные биорецепторы, используемые в биосенсорных исследованиях, основаны на взаимодействиях антитело-антиген, взаимодействиях нуклеиновых кислот , ферментативных взаимодействиях, клеточных взаимодействиях и взаимодействиях с использованием биомиметических материалов . [28]Общие методы преобразователя включают механическое обнаружение, электрическое обнаружение и оптическое обнаружение. [11] [28]

Микромеханические датчики [ править ]

Механическое обнаружение в био-МЭМС достигается с помощью кантилеверов микро- и нанометров для измерения напряжения и масс [11], а также пластин или мембран микро- и наноразмеров. [29] При измерении напряжения биохимическая реакция осуществляется выборочно на одной стороне кантилевера, чтобы вызвать изменение поверхностной свободной энергии . [11] Это приводит к изгибу кантилевера, который можно измерить оптически ( отражение лазера в четырехпозиционный детектор) или электрически ( пьезорезистор на фиксированном крае кантилевера) из-за изменения поверхностного напряжения. [11] При массовом зондировании кантилевер вибрирует на своемрезонансная частота, измеренная электрически или оптически. [11] Когда происходит биохимическая реакция и фиксируется на кантилевере, масса кантилевера изменяется, как и резонансная частота. [11] Однако анализ этих данных может быть немного менее простым, поскольку адсорбция образца на кантилевер также изменяет модуль Юнга кантилевера. [30] Изменение жесткости кантилевера также изменит его резонансную частоту, и, таким образом, шум в сигнале колебаний должен быть проанализирован, чтобы определить, является ли резонансная частота также функцией изменения упругости. [30]Одним из распространенных способов использования этого метода является обнаружение несовпадений нуклеотидов в ДНК, поскольку изменение массы, вызванное присутствием неправильного основания, достаточно, чтобы изменить резонансную частоту кантилевера и зарегистрировать сигнал. [11] Измерение массы не так эффективно в жидкостях, потому что минимальная обнаруживаемая масса намного выше в демпфированных средах . [11] Подвесные микроканальные резисторы представляют собой особый тип консольной конструкции, которая позволяет обойти это ограничение, используя микрофлюидные каналы внутри кантилевера. [31]Эти каналы могут перемещать образцы «на месте» по кантилеверу, не погружая кантилевер, минимально влияя на его колебания. Однако эта технология находится в зачаточном состоянии, и ее все еще нельзя использовать за пределами нескольких ограниченных приложений. [31] Преимущество использования кантилеверных датчиков состоит в том, что нет необходимости в оптически обнаруживаемой метке на анализируемом веществе или биорецепторах. [11]

Электрические и электрохимические датчики [ править ]

Электрическое и электрохимическое обнаружение легко адаптировать для портативности и миниатюризации , особенно по сравнению с оптическим обнаружением. [11] В амперометрических биосенсорах окислительно-восстановительная реакция, катализируемая ферментами, вызывает окислительно-восстановительный электронный ток, который измеряется рабочим электродом. [11] Амперометрические биосенсоры использовались в био-МЭМС для обнаружения глюкозы , галактозы , лактозы , мочевины и холестерина , а также для обнаружения газов иГибридизация ДНК . [11] В потенциометрических биосенсорах измерения электрического потенциала на одном электроде производятся относительно другого электрода. [11] Примеры потенциометрических биосенсоров включают ионно-чувствительные полевые транзисторы (ISFET) , химические полевые транзисторы (chem-FET) и светоадресные потенциометрические датчики (LAPS) . [11] В кондуктометрических биосенсорах изменения электрического импеданса между двумя электродами измеряются в результате биомолекулярной реакции. [11]Электропроводящие измерения просты и удобны в использовании, поскольку нет необходимости в специальном электроде сравнения, и они используются для обнаружения биохимических веществ, токсинов , нуклеиновых кислот и бактериальных клеток . [11]

Оптические датчики [ править ]

Проблемой оптического обнаружения является необходимость интеграции детекторов и фотодиодов в миниатюрный портативный формат в био-МЭМС. [11] Оптическое обнаружение включает методы на основе флуоресценции, методы на основе хемилюминесценции и поверхностный плазмонный резонанс (SPR) . Оптические методы, основанные на флуоресценции, используют маркеры, которые излучают свет на определенных длинах волн, и присутствие или усиление / уменьшение (например, резонансный перенос энергии флуоресценции ) в оптическом сигнале указывает на то, что реакция произошла. [11] Детектирование на основе флуоресценции использовалось в микрочипах и ПЦР.на микросхеме девайсов. [11] Хемилюминесценция - это генерация света за счет выделения энергии в результате химической реакции. [11] Биолюминесценция и электрохемилюминесценция являются подтипами хемилюминесценции. [11] Датчики поверхностного плазмонного резонанса могут быть тонкопленочными рефрактометрами или решетками, которые измеряют резонансное поведение поверхностных плазмонов на металлических или диэлектрических поверхностях. [32] Резонанс изменяется, когда биомолекулы захватываются или адсорбируются на поверхности сенсора, и зависит от концентрации аналита, а также его свойств. [32] Поверхностный плазмонный резонанс использовался ванализ качества и безопасности пищевых продуктов , медицинская диагностика и мониторинг окружающей среды . [32]

Био-МЭМС для диагностики [ править ]

Геномные и протеомные микрочипы [ править ]

Affymetrix GeneChip® является примером геномного микрочипа.

Цели геномных и протеомных микрочипов - ускорить и удешевить высокопроизводительный анализ генома , а также идентифицировать активированные гены и их последовательности. [3] В микрочипах используется множество различных типов биологических объектов, но в целом микроматрица состоит из упорядоченного набора микросхем, каждая из которых содержит один определенный молекулярный вид, который взаимодействует с анализируемым веществом для одновременного тестирования тысяч параметров в одном эксперименте. . [33] Некоторыми применениями геномных и протеомных микрочипов являются неонатальный скрининг , определение риска заболевания и прогнозирование эффективности терапии для персонализированной медицины..

Олигонуклеотидные чипы [ править ]

Олигонуклеотидные чипы представляют собой микромассивы олигонуклеотидов . [3] Их можно использовать для обнаружения мутаций и мониторинга экспрессии, а также для обнаружения и картирования генов. [33] Основными методами создания микроматрицы олигонуклеотидов являются гелевые подушечки ( Motorola ), микроэлектроды (Nanogen), фотолитография ( Affymetrix ) и струйная технология ( Agilent ). [33]

  • С помощью гелевых подушечек готовые олигонуклеотиды прикрепляются к пластырям из активированного полиакриламида [33]
  • Используя микроэлектроды , отрицательно заряженные ДНК и молекулярные зонды могут быть сконцентрированы на электродах под напряжением для взаимодействия [34]
  • С помощью фотолитографии образец световой экспозиции создается на подложке с помощью фотошаблона или виртуальной фотошаблона, проецируемого с помощью цифрового микрозеркального устройства . [3] [6] Свет удаляет фотолибильные защитные группы с выбранных зон воздействия. [6] После снятия защиты нуклеотиды с фотолабильной защитной группой подвергаются воздействию всей поверхности, и процесс химического связывания происходит только там, где на предыдущем этапе был выставлен свет. [6] Этот процесс можно повторить для синтеза олигонуклеотидов относительно короткой длины на поверхности, нуклеотид за нуклеотидом. [6]
  • Используя струйную технологию, нуклеотиды печатаются на поверхности капля за каплей с образованием олигонуклеотидов [33]

микрочип кДНК [ править ]

Дифференциальное сравнение в микрочипе кДНК

Микроматрицы кДНК часто используются для крупномасштабного скрининга и исследований экспрессии. [33] В микрочипах кДНК мРНК из клеток собирают и преобразуют в кДНК путем обратной транскрипции. [3] Затем молекулы кДНК (каждая из которых соответствует одному гену) иммобилизуются металлическими штырями в виде пятен диаметром ~ 100 мкм на мембране, стекле или кремниевом чипе. [3] [33] Для обнаружения флуоресцентно меченая однониточная кДНК из клеток гибридизуется с молекулами на микроматрице и дифференциального сравнения между обработанным образцом (помеченным красным, например) и необработанным образцом (помеченным другим цветом, например зеленый) используется для анализа. [3]Красные точки означают, что соответствующий ген был экспрессирован на более высоком уровне в обработанном образце. И наоборот, зеленые точки означают, что соответствующий ген был экспрессирован на более высоком уровне в необработанном образце. Желтые точки в результате перекрытия красных и зеленых точек означают, что соответствующий ген был экспрессирован на относительно одинаковом уровне в обоих образцах, тогда как темные точки указывают на отсутствие или незначительную экспрессию в любом образце.

Пептидные и белковые микрочипы [ править ]

Мотивация к использованию пептидных и белковых микрочипов заключается, во-первых, в том, что транскрипты мРНК часто плохо коррелируют с фактическим количеством синтезируемого белка. [35] Во-вторых, микромассивы ДНК не могут идентифицировать посттрансляционную модификацию белков, которая напрямую влияет на функцию белка. [35] В-третьих, в некоторых жидкостях организма, например в моче, отсутствует мРНК . [35] Белковая микроматрица состоит из библиотеки белков, иммобилизованной на чипе-подложке, обычно из стекла, кремния, полистирола , ПВДФ или нитроцеллюлозы . [35]В общем, существует три типа белковых микрочипов: функциональные, аналитические или захватывающие, и белковые матрицы с обращенной фазой. [36]

  • Функциональные белковые массивы отображают свернутые и активные белки и используются для скрининга молекулярных взаимодействий, изучения белковых путей, определения мишеней для посттрансляционной модификации и анализа ферментативной активности . [36]
  • Аналитические или захватывающие белковые матрицы отображают антигены и антитела для профилирования экспрессии белка или антител в сыворотке. [36] Эти массивы можно использовать для обнаружения биомаркеров , мониторинга количества белка, состояния активности в сигнальных путях и профилирования реперториев антител при заболеваниях. [36]
  • Массивы белков с обращенной фазой тестируют реплики клеточных лизатов и образцов сыворотки с различными антителами для изучения изменений экспрессии конкретных белков и модификаций белков во время прогрессирования заболевания, а также обнаружения биомаркеров . [36]

Белковые микрочипы имеют строгие условия получения, хранения и экспериментов из-за низкой стабильности и необходимости учитывать естественный фолдинг на иммобилизованных белках. [37] Пептиды, с другой стороны, более химически устойчивы и могут частично сохранять функции белка. [37] Таким образом, пептидные микроматрицы использовались для дополнения белковых микрочипов в протеомных исследованиях и диагностике. Белковые микроматрицы обычно используют Escherichia coli для производства представляющих интерес белков; тогда как пептидные микрочипы используют метод SPOT (поэтапный синтез пептидов на целлюлозе) или фотолитографию для получения пептидов. [36] [37]

Чипы ПЦР [ править ]

Микрожидкостная система для ПЦР с непрерывным потоком с тонкопленочными нагревателями, шприцевым насосом и каналом для ПЦР с непрерывным потоком . Применение этого примера био-MEMS - для амплификации РНК гриппа A в респираторных образцах [38]

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) является одним из основных молекулярной биологии метод , который позволяет выборочное усиление из ДНК последовательностей, который является полезным для расширенного использования редких образцов: например , стволовые клетки, биопсий, циркулирующих опухолевых клеток. [3] Реакция включает термоциклирование последовательности ДНК и ДНК-полимеразы при трех различных температурах. Нагревание и охлаждение в обычных устройствах для ПЦР занимает много времени, а типичные реакции ПЦР могут длиться часами. [39]Другими недостатками традиционной ПЦР являются высокий расход дорогостоящих реагентов, предпочтение амплификации коротких фрагментов и получение коротких химерных молекул. [39] Чипы ПЦР служат для миниатюризации реакционной среды для достижения быстрой теплопередачи и быстрого перемешивания из-за большего отношения поверхности к объему и коротких расстояний диффузии . [39] Преимущества микросхем ПЦР включают более короткое время термоциклирования, более равномерную температуру, что увеличивает выход продукции, и портативность для применения в местах оказания медицинской помощи. [39] Две проблемы с микрожидкостными ПЦР-чипами - это ингибирование ПЦР и загрязнение из-за большого отношения поверхности к объему, увеличивающего взаимодействие поверхности с реагентом. [39]Например, кремниевые подложки обладают хорошей теплопроводностью для быстрого нагрева и охлаждения, но могут отравить полимеразную реакцию. [3] Кремниевые подложки также непрозрачны, что препятствует оптическому детектированию для КПЦР, и являются электропроводными, что препятствует электрофоретическому переносу по каналам. [40] Между тем, стекло является идеальным материалом для электрофореза, но также тормозит реакцию. [40] Полимеры, в частности ПДМС , оптически прозрачны, не обладают ингибирующими свойствами и могут использоваться для покрытия электрофоретического стеклянного канала. [40] Также существуют различные другие виды обработки поверхности, включая полиэтиленгликоль, бычий сывороточный альбумин и диоксид кремния. [40]Существуют стационарные (на основе камеры), динамические (на основе непрерывного потока) и микрокапельные ( цифровая ПЦР ) архитектуры микросхем. [3]

  • Камерная архитектура является результатом сокращения обычных реакторов ПЦР, которые трудно масштабировать. [3] Четыре слоя стекло- ПДМС устройство было разработано с использованием этой архитектуры интегрирующую микроклапаны, microheaters, датчики температуры, реакционные камеры 380-Н.Л., и капиллярный электрофорез каналы для обратной транскрипции полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР) , который имеет attomolar обнаружение чувствительность. [41]
  • Архитектура на основе непрерывного потока перемещает образец через различные температурные зоны для достижения термоциклирования . [39] Этот подход требует меньше энергии и имеет высокую пропускную способность, но требует большого расхода реагентов, и внутри каналов потока могут образовываться пузырьки газа. [3]
  • Цифровая ПЦР исключает адсорбцию и загрязнение поверхности образца / реагента за счет проведения ПЦР в микрокаплях или микрокамерах. [39] ПЦР в каплях также предотвращает рекомбинацию гомологичных фрагментов генов, поэтому синтез коротких химерных продуктов исключается. [39]

Медицинские диагностические устройства [ править ]

Акушерка берет кровь для измерения количества CD4 у пациентов в течение 20 минут с помощью анализатора CD4 Pima в пункте оказания помощи в Уганде.

Возможность поставить медицинский диагноз у постели больного или в пункте оказания медицинской помощи важна для здравоохранения, особенно в развивающихся странах, где доступ к централизованным больницам ограничен и непомерно дорог. С этой целью были разработаны диагностические био-МЭМС в местах оказания медицинской помощи для взятия проб слюны, крови или мочи и комплексного подхода для выполнения предварительной подготовки проб, фракционирования проб, усиления сигнала, обнаружения аналитов, анализа данных и отображения результатов. [3] В частности, кровь является очень распространенным биологическим образцом, потому что она проходит через тело каждые несколько минут, и ее содержание может указывать на многие аспекты здоровья. [3]

Подготовка образцов [ править ]

При анализе крови необходимо разделять лейкоциты , тромбоциты , бактерии и плазму . [3] Сита, водосливы, инерционное удержание и устройства для отвода потока - это некоторые подходы, используемые при подготовке плазмы крови для бесклеточного анализа. [3] Сита могут быть изготовлены на микроуровне с колонками или стойками с высоким коэффициентом формы, но они подходят только для малых нагрузок, чтобы избежать засорения ячейками. [3] Водосливы - это неглубокие мезо-подобные участки, используемые для ограничения потока узкими щелями между слоями без столбов. [3] Одним из преимуществ использования водосливов является то, что отсутствие столбов позволяет более эффективно рециркулировать ретенат для потока через фильтр для смывания забитых ячеек.[3] Магнитные шарики используются для разделения аналитов. Эти микроскопические шарики функционализированы целевыми молекулами и перемещаются по микрофлюидным каналам с использованием переменного магнитного поля. [42] Это служит быстрым методом сбора целей для анализа. После завершения этого процесса прикладывается сильное стационарное магнитное поле для иммобилизации связанных с мишенью шариков и смывания несвязанных шариков. [42] H-фильтр представляет собой микрожидкостное устройство с двумя входами и двумя выходами, которое использует преимущества ламинарного потока и диффузии для разделения компонентов, которые диффундируют через границу раздела между двумя входными потоками. [3]Контролируя скорость потока, расстояние диффузии и время пребывания жидкости в фильтре, клетки исключаются из фильтрата в силу их более низкой скорости диффузии. [3] H-фильтр не забивается и может работать бесконечно долго, но аналиты разбавляются в два раза. [3] Для клеточного анализа клетки могут быть изучены в неповрежденном виде или после лизиса . [3] Поток литического буфера может быть введен вместе с потоком, содержащим клетки, и путем диффузии вызывает лизис перед дальнейшим анализом. [3] Анализ клеток обычно проводится с помощью проточной цитометрии и может быть реализован в микрофлюидике.с более низкими скоростями жидкости и меньшей пропускной способностью, чем их обычные макроскопические аналоги. [3]

Фракционирование образцов [ править ]

Разделение микрожидкостных проб может быть достигнуто с помощью капиллярного электрофореза или разделения в непрерывном потоке. [3] При капиллярном электрофорезе длинная тонкая трубка разделяет аналиты под действием напряжения, поскольку они мигрируют за счет электроосмотического потока. [3] Для разделения непрерывного потока общая идея состоит в том, чтобы приложить поле под углом к ​​направлению потока, чтобы отклонить путь потока пробы к разным каналам. [3] Примеры методов разделения в непрерывном потоке включают электрофорез в непрерывном потоке, изоэлектрическую фокусировку , магнитное разделение в непрерывном потоке и молекулярное просеивание . [3]

Выдающиеся проблемы [ править ]

  • Большинство диагностических устройств, представленных на рынке, могут тестировать только одно заболевание. Более того, большинство устройств имеют двоичный выход (да / нет) без подробной информации о состоянии пациента. Таким образом, помимо разработки тестов на большее количество заболеваний, ученые в настоящее время работают над увеличением сложности этих устройств, чтобы повысить их полезность. [43]
  • Трудно производить диагностические устройства MEMS вне лаборатории. Большая часть исследований этих устройств проводится в лабораториях с контролируемым климатом, где устройства могут быть испытаны вскоре после их производства. Однако, поскольку многие из этих устройств используются для выявления тропических болезней, они должны быть достаточно прочными, чтобы выжить в жарких и влажных условиях. Они также должны храниться в течение длительного времени с момента производства до момента использования. [43]
  • Финансирование исследований тропических болезней ограничено. Кроме того, существует множество нормативных препятствий, которые необходимо устранить до утверждения медицинского устройства, что может стоить десятки миллионов долларов. Таким образом, компании, занимающиеся тропическими болезнями, часто должны совмещать свои исследовательские цели по тропическим болезням с исследованиями в других, более хорошо финансируемых областях медицинских исследований. [43]

Био-МЭМС в тканевой инженерии [ править ]

Клеточная культура [ править ]

Обычная технология культивирования клеток не позволяет эффективно проводить комбинаторное тестирование кандидатов в лекарства, факторов роста , нейропептидов , генов и ретровирусов в среде для культивирования клеток. [3] Из-за необходимости периодического кормления клеток свежей средой и пассирования даже для тестирования нескольких условий требуется большое количество клеток и расходных материалов, дорогие и громоздкие инкубаторы , большие объемы жидкости (~ 0,1 - 2 мл на образец). , и утомительный человеческий труд. [3]Требование человеческого труда также ограничивает количество и продолжительность промежутков времени между экспериментами. Микрожидкостные клеточные культуры потенциально являются значительным улучшением, поскольку их можно автоматизировать, а также они обеспечивают более низкую общую стоимость, более высокую пропускную способность и большее количество количественных описаний изменчивости поведения отдельных клеток. [14] Благодаря включению систем газообмена и контроля температуры на чип, культивирование микрожидкостных клеток может устранить необходимость в инкубаторах и вытяжных шкафах для культивирования тканей . [3] Однако этот тип непрерывного культивирования микрожидкостных клеток также сопряжен со своими уникальными проблемами. Контроль потока важен при посеве клеток в микроканалы, потому что поток необходимо остановить после первоначальной инъекции клеточной суспензии, чтобы клетки прикрепились или оказались захваченными в микролунках, диэлектрофорезных ловушках, микромагнитных ловушках или гидродинамических ловушках. [3] Впоследствии поток необходимо возобновить таким образом, чтобы не создавать больших сил, отрывающих клетки от субстрата. [3] Дозирование жидкостей с помощью ручного или роботизированного дозирования можно заменить микронасосами.и микроклапаны, в которых измерение жидкости легко определить, в отличие от систем с непрерывным потоком, с помощью микромиксеров. [3] Полностью автоматизированная микрожидкостная система культивирования клеток была разработана для изучения остеогенной дифференцировки эмбриональных стволовых клеток человека . [44] Также был разработан портативный микрожидкостный инкубатор для клеточных культур, способный нагревать и перекачивать растворы клеточных культур. [45] Из-за уменьшения объема микрофлюидных культур собранные концентрации выше для лучшего измерения отношения сигнал / шум , но сбор и обнаружение, соответственно, более трудны. [3] Анализы микроскопии in situс микрожидкостными культурами клеток могут помочь в этом отношении, но они имеют более низкую пропускную способность из-за того, что зонд микроскопа имеет лишь небольшое поле зрения. [3] Платформа Berkeley Lights Beacon решила проблему сбора и обнаружения, выполнив микрожидкостное культивирование на массиве фотопроводников, которые можно оптоэлектрически активировать для манипулирования клетками через чип. [46] Эта платформа была принята Amgen и Novartis для разработки клеточных линий в биофармацевтической промышленности. Совместные культуры с микропроцессором также внесли свой вклад в био-МЭМС для тканевой инженерии, чтобы резюмироватьв условиях in vivo и трехмерной естественной структуре. В частности, гепатоциты созданы для совместного культивирования при определенной плотности клеток с фибробластами для поддержанияспецифичныхдля печени функций, таких каксекреция альбумина ,синтез мочевины идетоксикация p450 . [47] Точно так же интеграция микрофлюидики с микропроцессорными совместными культурами позволила моделировать органы, в которых взаимодействуют множественные васкуляризированные ткани, такие как гематоэнцефалический барьер и легкие. [3] Функции легких на уровне органов были восстановлены с помощью метода « легкое на чипе».устройства, в которых пористая мембрана и засеянный слой эпителиальных клеток циклически растягиваются за счет приложения вакуума к соседним микроканалам для имитации ингаляции . [48]

Разработка стволовых клеток [ править ]

Интегрированное микрофлюидное устройство с генератором градиента концентрации и отдельными клеточными камерами для изучения дозозависимых эффектов факторов, индуцирующих дифференцировку . [49]

Целью инженерии стволовых клеток является возможность контролировать дифференцировку и самообновление плюрипотентных стволовых клеток для клеточной терапии . Дифференцирование в стволовых клетках зависят от многих факторов, в том числе растворимых и биохимических факторов, жидкости напряжения сдвига , клеточно - ECM взаимодействия, взаимодействия клетки-клетка, а также эмбриоидное тело формирование и организация. [50] Био-МЭМС использовались для исследования того, как оптимизировать культивирование и условия роста стволовых клеток, контролируя эти факторы. [3] Анализ стволовых клеток и их дифференцированного потомства проводится с помощью микрочипов для изучения того, как факторы транскрипциии miRNAs определяют судьбу клеток, как эпигенетические модификации между стволовыми клетками и их дочерними клетками влияют на фенотипы , а также измеряют и сортируют стволовые клетки по экспрессии их белков. [50]

Биохимические факторы [ править ]

Микрофлюидика может использовать свой микроскопический объем и характеристики ламинарного потока для пространственно-временного контроля биохимических факторов, доставляемых стволовым клеткам. [50] Микрожидкостные генераторы градиента использовались для изучения зависимости «доза-реакция» . [51] Кислород является важным биохимическим фактором, который необходимо учитывать при дифференцировке с помощью факторов транскрипции, индуцированных гипоксией (HIF) и связанных с ними сигнальных путей, особенно при развитии крови, сосудистой сети , плаценты и костной ткани. [50]Традиционные методы изучения воздействия кислорода основывались на настройке всего инкубатора на определенную концентрацию кислорода, что ограничивало анализ попарными сравнениями между нормоксическими и гипоксическими состояниями вместо желаемой характеристики, зависящей от концентрации. [50] Разработанные решения включают использование непрерывных осевых градиентов кислорода [52] и массивов микрожидкостных камер для культивирования клеток, разделенных тонкими мембранами из PDMS и заполненными газом микроканалами . [53]

Напряжение сдвига жидкости [ править ]

Напряжение сдвига жидкости имеет значение для дифференцировки стволовых клеток сердечно-сосудистых клонов, а также для позднего эмбриогенеза и органогенеза, такого как лево-правая асимметрия во время развития. [50] Макромасштабные исследования не позволяют проводить количественный анализ напряжения сдвига для дифференциации, потому что они выполняются с использованием проточных камер с параллельными пластинами или вращающихся конических аппаратов только в двухпозиционных сценариях. [50] Поток Пуазейля в микрофлюидике позволяет систематически изменять напряжения сдвига, используя геометрию канала и скорость потока через микронасосы , что продемонстрировано с помощью множества перфузионных камер для мезенхимальных стволовых клеток и исследования адгезии клеток фибробластов . [50] [54]

Взаимодействие между ячейкой и ECM [ править ]

Взаимодействия клетка- ECM вызывают изменения в дифференцировке и самообновлении за счет жесткости субстрата посредством механотрансдукции и взаимодействия различных интегринов с молекулами ECM. [50] Micropatterning из ECM белков микро-контактной печати (μCP) , струйной печати , и маска распыления были использованы в стволовой клетки - ЕСМ взаимодействия исследования. [50] Было обнаружено, что с помощью микроконтактной печати для контроля области прикрепления клеток , которые переключают остеогенные / адипогенные линии в мезенхимальных стволовых клетках человека.может зависеть от формы ячейки. [55] Микро- изготовление микропостов и измерение их отклонения может определить силы тяги, действующие на клетки. [50] Фотолитография также может быть использована для сшивки фотополимеризуемых ЕСМ с засеянными клетками для трехмерных исследований. [56] Использование микрочипов ЕСМ для оптимизации комбинаторных эффектов коллагена , ламинина и фибронектина на стволовые клетки более выгодно, чем обычные планшеты с лунками, из-за их более высокой пропускной способности и меньшего количества дорогостоящих реагентов. [57]

Межклеточные взаимодействия [ править ]

Судьба клеток регулируется как взаимодействиями между стволовыми клетками, так и взаимодействиями между стволовыми клетками и мембранными белками . [50] Манипулирование плотностью посева клеток - распространенный биологический метод контроля межклеточных взаимодействий , но контролировать локальную плотность сложно, и часто бывает трудно разделить эффекты между растворимыми сигналами в среде и физическими межклеточными взаимодействиями. [50] Микропаттернирование белков клеточной адгезии можно использовать для определения пространственного положения различных клеток на субстрате для изучения пролиферации ESC человека. [50] Посев стволовых клеток в PDMSмикролунки и переворачивание их на субстрат или другой слой клеток - это метод достижения точного пространственного контроля. [58] Связь с щелевыми соединениями также изучалась с помощью микрофлюидики, посредством чего отрицательное давление, создаваемое потоком жидкости в боковых каналах, примыкающих к центральному каналу, улавливает пары клеток, которые находятся в прямом контакте или разделены небольшим зазором. [59] Однако в целом ненулевая подвижность и короткое время клеточного цикла стволовых клеток часто нарушают пространственную организацию, навязанную этими микротехнологиями. [50]

Формирование и организация эмбриоидного тела [ править ]

Эмбриоидные тельца мыши в суспензионной культуре после 24 часов образования из эмбриональных стволовых клеток.

Эмбриоидные тельца являются обычным тестом на плюрипотентность стволовых клеток in vitro, и их размер необходимо контролировать, чтобы вызвать направленную дифференцировку в определенные клоны. [50] Высокопроизводительное формирование эмбриоидных тел одинакового размера с помощью микролунок и микрофлюидики позволяет легко извлекать их и, что более важно, масштабировать для клинических условий. [50] [60] Активный контроль за организацией и архитектурой клеток эмбриоидного тела может также направлять дифференцировку стволовых клеток с использованием микрожидкостных градиентов энтодермы , мезодермы и факторов, индуцирующих эктодерму , а также факторов самообновления. [61]

Вспомогательные репродуктивные технологии [ править ]

Вспомогательные репродуктивные технологии помогают лечить бесплодие и генетически улучшать поголовье. [3] Однако эффективность этих технологий при криоконсервации и производстве эмбрионов млекопитающих in vitro невысока. [3] В этих технологиях была применена микрофлюидика , чтобы лучше имитировать микроокружение in vivo с структурированными топографическими и биохимическими поверхностями для контролируемой пространственно-временной адгезии клеток, а также минимизировать мертвые объемы. [3] Микронасосы и микроклапаны могут автоматизировать утомительные процедуры дозирования жидкости и различные датчики. может быть интегрирован для контроля качества в реальном времени . Bio-MEMS устройство было разработано , чтобы оценить подвижность сперматозоидов , [62] выполняет спермы выбора, [63] , а также предотвратить полиспермию [64] , в искусственном оплодотворении .

Био-МЭМС в медицинских имплантатах и ​​хирургии [ править ]

Имплантируемые микроэлектроды [ править ]

Имплантируемые микроэлектроды предназначены для взаимодействия с нервной системой организма для регистрации и отправки биоэлектрических сигналов для изучения заболеваний, улучшения протезов и мониторинга клинических параметров . [3] Микрофабрикация привела к разработке зондов в штате Мичиган и электродной решетки штата Юта , которые имеют увеличенное количество электродов на единицу объема, одновременно решая проблемы толстых подложек, вызывающих повреждение во время имплантации и вызывающих реакцию с инородным телом и инкапсуляцию электродов через кремний и металлы в электроды. [3]Мичиганские зонды использовались в крупномасштабных записях и сетевом анализе нейронных ансамблей [65], а электродная матрица из Юты использовалась в качестве интерфейса мозг-компьютер для парализованных. [66] Внеклеточные микроэлектроды нанесены на надувной спиральный пластик в кохлеарных имплантатах для более глубокого введения и лучшего контакта электрода с тканью для передачи высококачественных звуков. [67] Интеграция микроэлектроники на тонких гибких подложках привела к разработке сердечного пластыря, который прикрепляется к криволинейной поверхности сердца только за счет поверхностного натяжения для измерения электрофизиологии сердца., [68] и электронные татуировки для измерения температуры кожи и биоэлектричества . [69] Беспроводная запись электрофизиологических сигналов возможна путем добавления пьезокристалла в цепь из двух записывающих электродов и одного транзистора на имплантированном микроустройстве. Внешний преобразователь излучает импульсы ультразвуковой энергии}, которые попадают на пьезокристалл, а изменения внеклеточного напряжения отражаются ультразвуком на пьезокристалле обратно, что позволяет проводить измерения. [70] Сеть так называемых «пылинок нейронной пыли» может отображать сигналы по всей области тела, где имплантированы микродатчики.

Микроинструменты для хирургии [ править ]

Сердечный баллонный катетер с датчиками температуры, электрокардиографическими датчиками и светодиодами представляет собой хирургический био-MEMS.

Био-МЭМС для хирургических приложений может улучшить существующие функциональные возможности, добавить новые возможности для хирургов по разработке новых методов и процедур и улучшить хирургические результаты за счет снижения риска и предоставления обратной связи в режиме реального времени во время операции. [71] Хирургические инструменты с микромеханической обработкой, такие как крошечные щипцы , наборы микроигл и очистители тканей, стали возможными благодаря технологиям послойного микротехнологического изготовления из металла и керамики для минимально инвазивной хирургии и роботизированной хирургии . [3] [71] Включение датчиков в хирургические инструменты также обеспечивает тактильную обратную связь для хирурга, идентификациютип ткани через деформацию и плотность во время операций резания, а также диагностическую катетеризацию для измерения кровотока , давления, температуры , содержания кислорода и концентраций химических веществ. [3] [71]

Доставка лекарств [ править ]

Трансдермальный пластырь с микроиглами менее инвазивен по сравнению с традиционной доставкой лекарств с помощью иглы для подкожных инъекций .

Микроиглы, системы составов и имплантируемые системы - это био-МЭМС, применимые для доставки лекарств . [72] Микроиглы размером около 100 мкм могут проникать через кожный барьер и доставлять лекарства в подлежащие клетки и интерстициальную жидкость с уменьшением повреждения тканей, уменьшением боли и отсутствием кровотечения. [3] [72] Микроиглы также могут быть интегрированы с микрофлюидикой для автоматической загрузки или мультиплексирования лекарств. [3] С точки зрения пользователя, микроиглы могут быть включены в формат пластыря для самостоятельного введения и не представляют собой острую биологическую опасность для отходов (если материал полимерный ).[3] Доставка лекарств с помощью микроигл включает покрытие поверхности терапевтическими агентами, загрузку лекарств в пористые или полые микроиглы или изготовление микроигл с лекарственным средством и матрицей покрытия для максимальной загрузки лекарственного средства. [72] Также разрабатываютсямикроиглы для экстракции интерстициальной жидкости, крови и доставки генов . [3] [72] Эффективность доставки лекарств с помощью микроигл остается проблемой, поскольку трудно установить, действительно ли микроиглы проникли через кожу. Некоторые препараты, такие как диазепам , плохо растворимы, и их необходимо распылить непосредственно перед интраназальным введением . [72]В этих обстоятельствах можно использовать технологию био-МЭМС с использованием пьезоэлектрических преобразователей в резервуары с жидкостью для создания узкого распределения аэрозолей по размерам для лучшей доставки лекарств. [72] Имплантируемые системы доставки лекарств также были разработаны для введения терапевтических агентов, которые имеют плохую биодоступность или требуют локализованного высвобождения и воздействия на целевой участок. [72] Примеры включают микрофлюидное устройство PDMS, имплантированное под конъюнктиву для доставки лекарств в глаз для лечения глазных заболеваний [73], и микрочипы с покрытыми золотом резервуарами для лекарств от остеопороза . [72] В имплантируемых био-MEMS для доставки лекарств важно учитывать разрыв устройства и сброс дозы , фиброзную инкапсуляцию устройства и эксплантацию устройства. [72] [74] Большинство лекарств также необходимо доставлять в относительно больших количествах (миллилитры или даже больше), что затрудняет доставку имплантируемых биомЭМС-лекарств из-за их ограниченной способности удерживать лекарства.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Зибен, Винсент Дж .; Дебес-Марун, Карина С .; Пиларски, Линда М .; Бэкхаус, Кристофер Дж. (2008). «Интегрированный микрофлюидный чип для подсчета хромосом с использованием флуоресцентной гибридизации in situ» . Лаборатория на чипе . 8 (12): 2151–6. DOI : 10.1039 / b812443d . ISSN  1473-0197 . PMID  19023479 .
  2. ^ a b c Стивен С. Салитерман (2006). Основы био-МЭМС и медицинских микроприборов . Беллингхэм, Вашингтон, США: SPIE - Международное общество оптической инженерии. ISBN 0-8194-5977-1.
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw топор ay az ba bb bc bd be bf bg bh bi bj bk bl bm bn bo bp bq br bs bt bu bv bw bx by bz ca cb cc Folch, Albert (2013). Введение в био-МЭМС. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1-4398-1839-8.
  4. ^ Manz, A .; Грабер, Н .; Видмер, HM (1990). «Миниатюрные системы полного химического анализа: новая концепция химического зондирования». Датчики и исполнительные механизмы B: химические . 1 (1–6): 244–248. DOI : 10.1016 / 0925-4005 (90) 80209-I . ISSN 0925-4005 . 
  5. ^ Whitesides, Джордж М. (2006). «Истоки и будущее микрофлюидики». Природа . 442 (7101): 368–373. Bibcode : 2006Natur.442..368W . DOI : 10,1038 / природа05058 . ISSN 0028-0836 . PMID 16871203 .  
  6. ^ a b c d e Fodor, S .; Читать, J .; Pirrung, M .; Страйер, Л; Лу, А .; Солас, Д. (1991). «Направленный светом, пространственно-адресный параллельный химический синтез». Наука . 251 (4995): 767–773. Bibcode : 1991Sci ... 251..767F . DOI : 10.1126 / science.1990438 . ISSN 0036-8075 . PMID 1990438 .  
  7. ^ Генри, Себастьян; McAllister, Devin V .; Аллен, Марк Дж .; Праусниц, Марк Р. (1998). «Микроиглы: новый подход к трансдермальной доставке лекарств». Журнал фармацевтических наук . 87 (8): 922–925. DOI : 10.1021 / js980042 + . ISSN 0022-3549 . PMID 9687334 .  
  8. ^ Копп, MU; де Мелло, AJ; Манц, А. (1998). «Химическое усиление: ПЦР в непрерывном потоке на чипе». Наука . 280 (5366): 1046–1048. Bibcode : 1998Sci ... 280.1046K . DOI : 10.1126 / science.280.5366.1046 . ISSN 0036-8075 . PMID 9582111 .  
  9. ^ a b Такаяма, S .; Макдональд, JC; Остуни, Э .; Лян, Миннесота; Кенис, PJA; Исмагилов, РФ; Whitesides, GM (1999). «Создание рисунка клеток и их среды с использованием нескольких ламинарных потоков жидкости в капиллярных сетях» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (10): 5545–5548. Bibcode : 1999PNAS ... 96.5545T . DOI : 10.1073 / pnas.96.10.5545 . ISSN 0027-8424 . PMC 21896 . PMID 10318920 .   
  10. ^ a b c d e f g h Нгуен, Нам-Трунг (2006). «5 вопросов изготовления биомедицинских микроустройств». БиоМЭМС и биомедицинские нанотехнологии : 93–115. DOI : 10.1007 / 978-0-387-25845-4_5 . ISBN 978-0-387-25566-8.
  11. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y Башир, Рашид (2004). «Био-МЭМС: новейшие достижения в области обнаружения, возможности и перспективы». Расширенные обзоры доставки лекарств . 56 (11): 1565–1586. DOI : 10.1016 / j.addr.2004.03.002 . ISSN 0169-409X . PMID 15350289 .  
  12. ^ Ионеску, Михаил Х .; Винтон, Брэд Р .; Векслер, Дэвид; Siegele, Rainer N .; Deslantes, A .; Стелсер, Эдуард; Atanacio, Armand J .; Коэн, Дэвид Д. (2012). «Повышенная биосовместимость полимерных пленок ПДМС (полидиметилсилоксана) при ионном облучении». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 273 : 161–163. Bibcode : 2012NIMPB.273..161I . DOI : 10.1016 / j.nimb.2011.07.065 .
  13. ^ a b Barbosa, Mário A .; Мандал, Калпана; Балланд, Марсьяль; Бюро, Лайонел (2012). «Термореактивные субстраты с микропроцессором для исследований одиночных клеток» . PLOS ONE . 7 (5): e37548. arXiv : 1111,2510 . Bibcode : 2012PLoSO ... 737548M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0037548 . ISSN 1932-6203 . PMC 3365108 . PMID 22701519 .   
  14. ^ a b Венкат Чоккалингам, Юрджен Тел, Флориан Виммерс, Синь Лю, Сергей Семенов, Джулиан Тиле, Карл Г. Фигдор, Вильгельм Т.С. Хак, Исследование клеточной гетерогенности в цитокин-секретирующих иммунных клетках с использованием капельной микрофлюидики, Лаборатория на чипе, 13, 4740-4744, 2013 г., DOI: 10.1039 / C3LC50945A, http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/lc/c3lc50945a#!divAbstract
  15. ^ a b Bhatia, Sangeeta N .; Чен, Кристофер С. (1999). «Тканевая инженерия на микромасштабе». Биомедицинские микроустройства . 2 (2): 131–144. DOI : 10,1023 / A: 1009949704750 . ISSN 1387-2176 . 
  16. ^ Вольдман, Джоэл (2003). «Био-МЭМС: Строительство с клетками». Материалы природы . 2 (7): 433–434. Bibcode : 2003NatMa ... 2..433V . DOI : 10.1038 / nmat936 . ISSN 1476-1122 . PMID 12876566 .  
  17. ^ а б Лу, Яо; Ши, Вэйвэй; Цинь, Цзяньхуа; Линь, Бинчэн (2010). «Изготовление и характеристика бумажной микрофлюидики, полученной в нитроцеллюлозной мембране с помощью восковой печати». Аналитическая химия . 82 (1): 329–335. DOI : 10.1021 / ac9020193 . ISSN 0003-2700 . PMID 20000582 .  
  18. ^ a b Мартинес, Андрес В .; Филлипс, Скотт Т .; Whitesides, Джордж М. (2010). «Диагностика для развивающихся стран: микрофлюидные аналитические устройства на основе бумаги». Аналитическая химия . 82 (1): 3–10. DOI : 10.1021 / ac9013989 . PMID 20000334 . 
  19. ^ Осборн, Дженнифер Л .; Лутц, Барри; Фу, Элейн; Кауфман, Питер; Стивенс, Дин Ю.; Ягер, Пол (2010). «Микрофлюидика без насосов: новое изобретение Т-сенсора и Н-фильтра в бумажных сетях» . Лаборатория на чипе . 10 (20): 2659–2665. DOI : 10.1039 / c004821f . PMC 4892122 . PMID 20680208 .  
  20. ^ Каррильо, Эмануэль; Филлипс, Скотт Т .; Велла, Сара Дж .; Мартинес, Андрес В .; Whitesides, Джордж М. (2009). «Бумажные микрозональные пластины». Аналитическая химия . 81 (15): 5990–5998. DOI : 10.1021 / ac900847g . PMID 19572563 . 
  21. ↑ Рубинский, Борис; Аки, Ацуши; Nair, Baiju G .; Моримото, Хисао; Кумар, Д. Шакти; Маэкава, Тору (2010). «Безмаркировочное определение количества биомолекул, прикрепленных к клеткам, путем измерения электрофоретической подвижности клетки в микроканале» . PLOS ONE . 5 (12): e15641. Bibcode : 2010PLoSO ... 515641A . DOI : 10.1371 / journal.pone.0015641 . ISSN 1932-6203 . PMC 3012060 . PMID 21206908 .   
  22. ^ Улейн, Рейн; Курсон, Дэвид С .; Рок, Рональд С. (2009). «Быстрое изготовление настольных ламинарных камер для передовых методов микроскопии» . PLOS ONE . 4 (8): e6479. Bibcode : 2009PLoSO ... 4.6479C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0006479 . ISSN 1932-6203 . PMC 2714461 . PMID 19649241 .   
  23. ^ a b c Si, Чаорун; Ху, Сунтао; Ву, Вэйчао (2017). «Высокоскоростные микрожидкостные ледяные клапаны с повышенной теплопроводностью и подвижным источником холода» . Научные отчеты . 7 : 40570. Bibcode : 2017NatSR ... 740570S . DOI : 10.1038 / srep40570 . PMC 5234026 . PMID 28084447 .  
  24. ^ a b Унгер, Марк; Чжоу, Хоу-Пу; Торсен, Тодд (2000). «Монолитные микроклапаны и насосы, изготовленные методом многослойной мягкой литографии». Наука . 288 (5463): 113–116. Bibcode : 2000Sci ... 288..113U . DOI : 10.1126 / science.288.5463.113 . PMID 10753110 . S2CID 14028193 .  
  25. ^ a b c Халм, С. Элизабет; Шевкопляс, Сергей С .; Whitesides, Джордж М. (2009). «Встраивание сборных винтовых, пневматических и соленоидных клапанов в микрофлюидные устройства» . Лаборатория на чипе . 9 (1): 79–86. DOI : 10.1039 / b809673b . PMC 3065121 . PMID 19209338 .  
  26. ^ а б в г Ю, Чиа-Йен; Чанг, Чин-Лунг; Ван, Вау-Нан; Quake, Стивен (2011). «Микрожидкостное смешение: обзор» . Международный журнал молекулярных наук . 12 (5): 3263–3287. DOI : 10.3390 / ijms12053263 . PMC 3116190 . PMID 21686184 .  
  27. ^ a b Мартенсис, Теодор Космо; Куслер, Бренда; Яралиоглу, Гоксен (2005). «Микрожидкостной соникатор для разрушения эукариотических клеток и спор бактерий в реальном времени для анализа ДНК». Ультразвук в медицине и биологии . 31 (9): 1265–1277. DOI : 10.1016 / j.ultrasmedbio.2005.05.005 . PMID 16176793 . 
  28. ^ а б в г Во-Динь, Туан (2006). «Биосенсоры и биочипы». БиоМЭМС и биомедицинские нанотехнологии : 1–20. DOI : 10.1007 / 978-0-387-25845-4_1 . ISBN 978-0-387-25566-8.
  29. ^ Ву, Z; Чоудхури, Худжеста; Гриффитс, Хелен; Сюй, Цзиньву; Ма, Сянхун (2012). «Новая платформа биочувствительности на основе кремниевых мембран, использующая стратегию распределенного восприятия и искусственные нейронные сети для анализа характеристик» (PDF) . Биомедицинские микроустройства . 14 (1): 83–93. DOI : 10.1007 / s10544-011-9587-6 . ISSN 1572-8781 . PMID 21915644 .   
  30. ^ a b Тамайо, Хавьер; Рамос, Даниэль; Мертенс, Йохан; Каллея, Монтсеррат (2006). «Влияние жесткости адсорбата на резонансный отклик датчиков микрокантилевера». Письма по прикладной физике . 89 (22): 224104. Bibcode : 2006ApPhL..89v4104T . DOI : 10.1063 / 1.2388925 . hdl : 10261/18033 .
  31. ^ а б Арлетт, JL; Майерс, EBM; Roukes, ML (2011). «Сравнительные преимущества механических биосенсоров» . Природа Нанотехнологии . 6 (4): 203–215. Bibcode : 2011NatNa ... 6..203A . DOI : 10.1038 / nnano.2011.44 . PMC 3839312 . PMID 21441911 .  
  32. ^ a b c Homola, Jiří (2008). "Датчики поверхностного плазмонного резонанса для обнаружения химических и биологических видов". Химические обзоры . 108 (2): 462–493. DOI : 10.1021 / cr068107d . ISSN 0009-2665 . PMID 18229953 .  
  33. ^ Б с д е е г Gabig М, Węgrzyn G (2001). «Введение в ДНК-чипы: принципы, технологии, приложения и анализ» . Acta Biochim. Pol . 48 (3): 615–22. DOI : 10,18388 / abp.2001_3896 . PMID 11833770 . 
  34. ^ Хуанг, Инь; Ходко, Далибор; Смолко, Даниил; Лидгард, Грэм (2006). «Электронные микрочипы и приложения в геномике и протеомике». БиоМЭМС и биомедицинские нанотехнологии : 3–21. DOI : 10.1007 / 978-0-387-25843-0_1 . ISBN 978-0-387-25564-4.
  35. ^ a b c d Талапатра, Анупам; Роуз, Ричард; Хардиман, Гэри (2002). «Белковые микрочипы: вызовы и перспективы». Фармакогеномика . 3 (4): 527–536. DOI : 10.1517 / 14622416.3.4.527 . ISSN 1462-2416 . PMID 12164775 .  
  36. ^ Б с д е е Stoevesandt, Ода; Тауссиг, Майкл Дж; Он, Мингюэ (2009). «Белковые микрочипы: высокопроизводительные инструменты для протеомики» . Экспертный обзор протеомики . 6 (2): 145–157. DOI : 10.1586 / epr.09.2 . ISSN 1478-9450 . PMC 7105755 . PMID 19385942 .   
  37. ^ a b c Тапиа, Виктор Э .; Да, Бернхард; Фолькмер, Рудольф (2009). Изучение и профилирование функции белков с помощью массивов пептидов . Методы молекулярной биологии . Методы молекулярной биологии ™. 570 . С. 3–17. DOI : 10.1007 / 978-1-60327-394-7_1 . ISBN 978-1-60327-393-0. ISSN  1064-3745 . PMID  19649587 .
  38. ^ Вануну, Мени; Цао, Цинцин; Махаланабис, Мадхумита; Чанг, Джесси; Кэри, Брендан; Се, Кристофер; Стэнли, Ахеганни; Odell, Christine A .; Митчелл, Патрисия; Фельдман, Джеймс; Pollock, Nira R .; Клапперих, Екатерина М. (2012). «Микрожидкостный чип для молекулярной амплификации РНК гриппа A в образцах из дыхательных путей человека» . PLOS ONE . 7 (3): e33176. Bibcode : 2012PLoSO ... 733176C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0033176 . ISSN 1932-6203 . PMC 3310856 . PMID 22457740 .   
  39. ^ a b c d e f g h Чжан, Юнхао; Оздемир, Пинар (2009). «Микрожидкостная амплификация ДНК - обзор» (PDF) . Analytica Chimica Acta . 638 (2): 115–125. DOI : 10.1016 / j.aca.2009.02.038 . ISSN 0003-2670 . PMID 19327449 .   
  40. ^ a b c d Чжан, Чуньшунь; Син, Да (2007). «Миниатюрные ПЦР-чипы для амплификации и анализа нуклеиновых кислот: последние достижения и будущие тенденции» . Исследования нуклеиновых кислот . 35 (13): 4223–4237. DOI : 10.1093 / NAR / gkm389 . PMC 1934988 . PMID 17576684 .  
  41. ^ Toriello, Николас М .; Liu, Chung N .; Мэти, Ричард А. (2006). «Многоканальное устройство обратной транскрипционной полимеразной цепной реакции для быстрой экспрессии генов и анализа биомаркеров». Аналитическая химия . 78 (23): 7997–8003. DOI : 10.1021 / ac061058k . ISSN 0003-2700 . PMID 17134132 .  
  42. ^ a b Foudeh, Amir M .; Дидар, Фохид Фатанат; Верес, Теодор; Тебризиан, Марьям (2012). «Микрожидкостные конструкции и методы с использованием устройств« лаборатория на кристалле »для обнаружения патогенов для диагностики в местах оказания медицинской помощи». Лаборатория на чипе . 12 (18): 3249–3266. DOI : 10.1039 / c2lc40630f . PMID 22859057 . 
  43. ^ a b c Патель, Прачи (2012). «Бумажные диагностические тесты могут спасти тысячи жизней». Scientific American .
  44. ^ Гомес-Сьёберг, Рафаэль; Leyrat, Anne A .; Пироне, Дана М .; Чен, Кристофер С .; Землетрясение, Стивен Р. (2007). «Универсальная, полностью автоматизированная микрофлюидная система культивирования клеток». Аналитическая химия . 79 (22): 8557–8563. DOI : 10.1021 / ac071311w . ISSN 0003-2700 . PMID 17953452 .  
  45. ^ Футаи, Нобуюки; Гу, Вэй; Песня, Джонатан В .; Такаяма, Шуичи (2006). «Ручная система рециркуляции и специализированные среды для микрофлюидных клеточных культур». Лаборатория на чипе . 6 (1): 149–54. DOI : 10.1039 / b510901a . ISSN 1473-0197 . PMID 16372083 .  
  46. ^ Ле, Ким; Тан, Кристофер; Гупта, Шивани; Гухан, Трупти; Баркхордян, Хедие; Затишье, Джонатан; Стивенс, Дженнитт; Манро, Трент (2018). «Новая платформа для разработки клеточной линии млекопитающих, использующая нанофлюидику и технологию оптоэлектро-позиционирования» . Прогресс биотехнологии . Предварительная онлайн-публикация (6): 1438–1446. DOI : 10.1002 / btpr.2690 . PMC 6585769 . PMID 30009534 .  
  47. ^ Bhatia, SN; Балис, UJ; Ярмуш, МЛ; Тонер, М. (1998). «Исследование гетеротипических взаимодействий клеток: функция гепатоцитов в микрокультурах». Журнал науки о биоматериалах, полимерное издание . 9 (11): 1137–1160. DOI : 10.1163 / 156856298X00695 . ISSN 0920-5063 . PMID 9860177 .  
  48. ^ Ха, D .; Matthews, BD; Маммото, А .; Монтойя-Завала, М .; Синь, HY; Ingber, DE (2010). «Восстановление функций легких на уровне органа на чипе». Наука . 328 (5986): 1662–1668. Bibcode : 2010Sci ... 328.1662H . DOI : 10.1126 / science.1188302 . ISSN 0036-8075 . PMID 20576885 .  
  49. ^ Ян, Янминь; Тиан, Силян; Ван, Шою; Чжан, Чжэнь; Львов, Дэчен (2012). "Шванновские клетки, полученные из костного мозга крысы, дифференцированные оптимальной комбинацией индукторов на микрофлюидном чипе и их функциональными характеристиками" . PLOS ONE . 7 (8): e42804. Bibcode : 2012PLoSO ... 742804T . DOI : 10.1371 / journal.pone.0042804 . ISSN 1932-6203 . PMC 3411850 . PMID 22880114 .   
  50. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д Toh, Yi-Chin; Благович, Катарина; Волдман, Джоэл (2010). «Развитие исследований стволовых клеток с помощью микротехнологий: возможности и проблемы». Интегративная биология . 2 (7–8): 305–25. DOI : 10.1039 / c0ib00004c . ISSN 1757-9694 . PMID 20593104 .  
  51. ^ Чунг, Бонг Гын; Фланаган, Лиза А .; Ри, Сог Ву; Schwartz, Philip H .; Ли, Авраам П .; Монуки, Эдвин С .; Чон, Но Ли (2005). «Рост и дифференциация нервных стволовых клеток человека в микрожидкостном устройстве, генерирующем градиент». Лаборатория на чипе . 5 (4): 401–6. DOI : 10.1039 / b417651k . hdl : 10371/7986 . ISSN 1473-0197 . PMID 15791337 .  
  52. ^ Аллен, JW (2005). «Зонирование in vitro и токсичность в биореакторе гепатоцитов» . Токсикологические науки . 84 (1): 110–119. DOI : 10.1093 / toxsci / kfi052 . ISSN 1096-0929 . PMID 15590888 .  
  53. ^ Лам, Раймонд HW; Ким, Мин-Чхоль; Торсен, Тодд (2009). «Культивирование аэробных и анаэробных бактерий и клеток млекопитающих с помощью микрожидкостного дифференциального оксигенатора» . Аналитическая химия . 81 (14): 5918–5924. DOI : 10.1021 / ac9006864 . ISSN 0003-2700 . PMC 2710860 . PMID 19601655 .   
  54. ^ Лу, повесить; Ку, Лили Ю .; Wang, Wechung M .; Lauffenburger, Douglas A .; Гриффит, Линда Дж .; Йенсен, Клавс Ф. (2004). «Микрожидкостные устройства сдвига для количественного анализа клеточной адгезии». Аналитическая химия . 76 (18): 5257–5264. DOI : 10.1021 / ac049837t . ISSN 0003-2700 . PMID 15362881 .  
  55. ^ Макбит, Ровена; Пироне, Дана М; Нельсон, Селеста М ; Бхадрираджу, Киран; Чен, Кристофер С (2004). «Форма клетки, цитоскелетное напряжение и RhoA регулируют преданность клонам стволовых клеток». Клетка развития . 6 (4): 483–495. DOI : 10.1016 / S1534-5807 (04) 00075-9 . ISSN 1534-5807 . PMID 15068789 .  
  56. ^ Альбрехт, Дирк Р .; Цанг, Валери Лю; Да, Роберт Л .; Бхатия, Сангита Н. (2005). «Фото- и электрооборудование массивов живых клеток, инкапсулированных в гидрогель». Лаборатория на чипе . 5 (1): 111–8. DOI : 10.1039 / b406953f . ISSN 1473-0197 . PMID 15616749 .  
  57. ^ Флэйм, Кристофер Дж; Чиен, Шу; Бхатия, Сангита Н. (2005). «Микроматрица внеклеточного матрикса для исследования дифференцировки клеток». Методы природы . 2 (2): 119–125. DOI : 10.1038 / nmeth736 . ISSN 1548-7091 . PMID 15782209 .  
  58. ^ Розенталь, Адам; Макдональд, Алиса; Волдман, Джоэл (2007). «Чип формирования паттерна клеток для контроля микросреды стволовых клеток» . Биоматериалы . 28 (21): 3208–3216. DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2007.03.023 . ISSN 0142-9612 . PMC 1929 166 . PMID 17434582 .   
  59. ^ Ли, Филип Дж .; Hung, Paul J .; Шоу, Робин; Ян, Лили; Ли, Люк П. (2005). «Микрожидкостное интегрированное устройство для конкретного приложения для мониторинга прямой связи между ячейками через щелевые соединения между отдельными парами ячеек». Письма по прикладной физике . 86 (22): 223902. Bibcode : 2005ApPhL..86v3902L . DOI : 10.1063 / 1.1938253 . ISSN 0003-6951 . 
  60. ^ Торисава, Ю-суке; Чуэ, Бор-хан; Ха, Донгеун; Рамамурти, Пурнаприя; Рот, Тереза ​​М .; Баральд, Кейт Ф .; Такаяма, Шуичи (2007). «Эффективное формирование эмбриоидных тел одинакового размера с использованием секционированного микроканального устройства». Лаборатория на чипе . 7 (6): 770–6. DOI : 10.1039 / b618439a . ISSN 1473-0197 . PMID 17538720 .  
  61. ^ Фунг, Вай-То; Бейзави, Али; Абгралл, Патрик; Нгуен, Нам-Чунг; Ли, Хой-Юнг (2009). «Микрожидкостная платформа для контроля дифференцировки эмбриоидных тел». Лаборатория на чипе . 9 (17): 2591–5. DOI : 10.1039 / b903753e . ЛВП : 10072/62154 . ISSN 1473-0197 . PMID 19680583 .  
  62. ^ Kricka LJ, Нозаки O, S Heyner, Гарсайда WT, Уайлдинг P (сентябрь 1993). «Применение микроизготовленного устройства для оценки функции сперматозоидов». Clin. Chem . 39 (9): 1944-7. DOI : 10.1093 / clinchem / 39.9.1944 . PMID 8375079 . 
  63. ^ Чо, Бренда S .; Шустер, Тимоти Дж .; Чжу, Сяоюй; Чанг, Дэвид; Смит, Гэри Д.; Такаяма, Шуичи (2003). «Интегрированная микрофлюидная система с пассивным приводом для отделения подвижной спермы». Аналитическая химия . 75 (7): 1671–1675. DOI : 10.1021 / ac020579e . ISSN 0003-2700 . PMID 12705601 .  
  64. ^ Кларк, Шерри G .; Хауберт, Кэтирн; Биби, Дэвид Дж .; Фергюсон, К. Эдвард; Уиллер, Мэтью Б. (2005). «Снижение проникновения полиспермия с помощью биомиметической микрофлюидной технологии во время экстракорпорального оплодотворения». Лаборатория на чипе . 5 (11): 1229–32. DOI : 10.1039 / b504397m . ISSN 1473-0197 . PMID 16234945 .  
  65. ^ Бужаки, Дьёрдь (2004). «Масштабная запись нейронных ансамблей». Природа Неврологии . 7 (5): 446–451. DOI : 10.1038 / nn1233 . ISSN 1097-6256 . PMID 15114356 .  
  66. ^ Hochberg, Leigh R .; Серруя, Mijail D .; Friehs, Gerhard M .; Mukand, Jon A .; Салех, Марьям; Caplan, Abraham H .; Браннер, Альмут; Чен, Дэвид; Пенн, Ричард Д .; Донохью, Джон П. (2006). «Управление нейрональным ансамблем протезных устройств у человека с тетраплегией». Природа . 442 (7099): 164–171. Bibcode : 2006Natur.442..164H . DOI : 10,1038 / природа04970 . ISSN 0028-0836 . PMID 16838014 .  
  67. ^ Арканд, BY; Bhatti, PT; Butala, NV; Wang, J .; Фридрих, CR; Мудрый, К.Д. (2004). «Устройство активного позиционирования для перимодиолярной кохлеарной электродной матрицы». Микросистемные технологии . 10 (6–7): 478–483. DOI : 10.1007 / s00542-004-0376-5 . ЛВП : 2027,42 / 47852 . ISSN 0946-7076 . 
  68. ^ Viventi, J .; Kim, D.-H .; Moss, JD; Kim, Y.-S .; Blanco, JA; Annetta, N .; Hicks, A .; Xiao, J .; Huang, Y .; Калланс, диджей; Роджерс, JA; Литт Б. (2010). «Конформный, биоинтерфейсный класс кремниевой электроники для картирования электрофизиологии сердца» . Трансляционная медицина науки . 2 (24): 24ra22. DOI : 10.1126 / scitranslmed.3000738 . ISSN 1946-6234 . PMC 3039774 . PMID 20375008 .   
  69. ^ Ким, Д.-Х .; Lu, N .; Ma, R .; Kim, Y.-S .; Kim, R.-H .; Wang, S .; Wu, J .; Выиграл, SM; Tao, H .; Ислам, А .; Yu, KJ; Kim, T.-i .; Chowdhury, R .; Инь, М .; Xu, L .; Li, M .; Chung, H.-J .; Keum, H .; McCormick, M .; Liu, P .; Zhang, Y.-W .; Оменетто, Ф.Г .; Huang, Y .; Coleman, T .; Роджерс, Дж. А. (2011). «Эпидермальная электроника». Наука . 333 (6044): 838–843. Bibcode : 2011Sci ... 333..838K . DOI : 10.1126 / science.1206157 . ISSN 0036-8075 . PMID 21836009 .  
  70. ^ Со, Донджин; Нили, Райан М .; Шен, Конлин; Сингхал, Уткарш; Алон, Элад; Rabaey, Jan M .; Кармена, Хосе М .; Махарбиз, Мишель М. (2016). «Беспроводная запись в периферической нервной системе» . Нейрон . 91 (3): 529–539. DOI : 10.1016 / j.neuron.2016.06.034 . PMID 27497221 . 
  71. ^ a b c Ребелло, KJ (2004). «Применение МЭМС в хирургии». Труды IEEE . 92 (1): 43–55. DOI : 10.1109 / JPROC.2003.820536 . ISSN 0018-9219 . 
  72. ^ a b c d e f g h я Nuxoll, E .; Сигель, Р. (2009). «Био-МЭМС-устройства для доставки лекарств». Журнал IEEE Engineering in Medicine and Biology . 28 (1): 31–39. DOI : 10.1109 / MEMB.2008.931014 . ISSN 0739-5175 . PMID 19150769 .  
  73. ^ Ло, Ронали; Ли, По-Инь; Саати, Салоомех; Агравал, Раджат; Humayun, Mark S .; Мэн, Эллис (2008). «Многоразовое устройство для доставки лекарств для лечения глазных заболеваний». Лаборатория на чипе . 8 (7): 1027–30. DOI : 10.1039 / b804690e . ISSN 1473-0197 . PMID 18584074 .  
  74. ^ Шауго, Ребекка S; Ричардс Грейсон, Эми К. Ли, Явен; Цима, Майкл Дж (2002). «Био-МЭМС для доставки лекарств». Современные взгляды на твердое тело и материаловедение . 6 (4): 329–334. Bibcode : 2002COSSM ... 6..329S . DOI : 10.1016 / S1359-0286 (02) 00032-3 . ISSN 1359-0286 .