Fluorescence detection test by black printed circuit board based microfluidic channel for polymerase chain reaction

2015 ◽  
Vol 24 (s1) ◽  
pp. S139-S146 ◽  
Author(s):  
Ji-Soo Hwang ◽  
Yu-Seop Kim ◽  
Hye-Jeong Song ◽  
Jong-Dae Kim ◽  
Chan-Young Park
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Fluorescence Detection ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Microfluidic Channel ◽  
Circuit Board ◽  
Chain Reaction ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

Printed Circuit Board-Based Polymerase Chain Reaction Chip

2012 ◽  
Vol 10 (5) ◽  
pp. 1197-1202 ◽  
Author(s):  
Chan-Young Park ◽  
Jong-Dae Kim ◽  
Ja-Hun Ku ◽  
Yu-Seop Kim ◽  
Hye-Jeong Song ◽  
...  
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Circuit Board ◽  
Chain Reaction ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

scholarly journals Integrated microfluidic devices for rapid DNA amplification applicable to diagnostics andpathogendetection in food

2018 ◽  
Author(s):  
Γεωργία Κάπρου
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Quartz Crystal ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Lab On A Chip ◽  
Dna Amplification ◽  
Microfluidic Devices ◽  
Circuit Board ◽  
Chain Reaction ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μικροαντιδραστήρων για την ενίσχυση δεσοξυριβονουκλεϊνικών οξέων (DNA) με βάση το υπόστρωμα τυπωμένου κυκλώματος (Printed Circuit board,PCB) με χαμηλό κόστος και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, επιτρέποντας τη χρήση τους ακόμη και σε περιοχές με χαμηλούς πόρους, κατάλληλες για ολοκλήρωση σε πλατφόρμες μικροεργαστηρίων σε ψηφίδα (Lab-on-a-Chip, LoC) με εφαρμογή στην ασφάλεια τροφίμων, στα ιατρικά διαγνωστικά και στην περιβαλλοντική παρακολούθηση για την ανίχνευση παθογόνων.Επιτεύχθηκε ταυτόχρονα μεγάλος βαθμός ολοκλήρωσης και χαμηλό κόστος κατασκευής των μικροδιατάξεων αυτών με την επιλογή του PCB ως το κυρίως υπόστρωμα και την ανάπτυξη διαδικασιών κατασκευής συμβατών με την τεχνολογία PCB. Εκτός από την ολοκλήρωση των μικρορευστωνικών δικτύων με ηλεκτρονικά στοιχεία όπως οι αισθητήρες, το PCB επιτρέπει επίσης την ολοκλήρωση μικρoθερμαντικών στοιχείων χαλκού που παρέχουν τις θερμικές ζώνες που είναι απαραίτητες για την ενίσχυση του DNA. Ως εκ τούτου, η χαμηλού κόστους μαζική παραγωγή μικροδιατάξεων ενίσχυσης DNA είναι εφικτή με την χρήση των προτεινόμενων εμπορικά διαθέσιμων υλικών και μεθόδων συμβατών με την τεχνολογία PCB για την κατασκευή των μικροδιατάξεων αυτών στην καλά εδραιωμένη βιομηχανία PCB, αντιμετωπίζοντας έτσι ένα από τα εμπόδια σχετικά με τις μικρορευστωνικές διατάξεις που είναι η εμπορική αξιοποίησή τους.Στην παρούσα διατριβή, κατασκευάστηκαν μικροδιατάξεις ενίσχυσης DNA στατικού θαλάμου και συνεχούς ροής και ελέχθησαν χρησιμοποιώντας πολυάριθμες μεθόδους ενίσχυσης (ισοθερμικές και μη ισοθερμικές) όπως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (Polymerase Chain Reaction, PCR), Recombinase Polymerase Amplification (RPA), Helicase Dependent Amplification (HDA) και Loop-mediated Amplification (LAMP). Πρωτόκολλα ενίσχυσης DNA πολύ ταχύτερα σε σχέση με αυτά που διενεργούνται σε συμβατικούς θερμοκυκλοποιητές (μέχρι 20 φορές) διεξήχθησαν εντός των μικροδιατάξεων ενίσχυσης DNA, με συνολική διάρκεια από 2 λεπτά - μία από τις ταχύτερες που αναφέρθηκαν ποτέ - έως 30 λεπτά. Ο σχεδιασμός (βάση αριθμητικών υπολογισμών) των μικροαντιδραστήρων DNA εξασφαλίζει επίσης χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (324 J έως 4320 J) η οποία μπορεί να μεταφραστεί στην ανεξάρτητη διεξαγωγή από 65 μέχρι 1000 αντιδράσεων (αναλόγως της μεθόδου ενίσχυσης DNA) με χρήση συνήθους μπαταρίας ισχύος 10.000 mAh (9V).Τέτοιοι μικροαντιδραστήρες ενίσχυσης DNA ολοκληρώθηκαν για πρώτη φορά με ακουστικούς βιοαισθητήρες (Surface Acoustic Wave, SAW). Στην εργασία, παρουσιάζεται μια πλατφόρμα μικροεργαστηρίου σε ψηφίδα LoC βασισμένη στην ακουστική ανίχνευση SAW, εντός της οποίας διεξάγεται η δέσμευση και λύση κυττάρων, και η ενίσχυση του βακτηριακού DNA σε ένα και μόνο θάλαμο για την ανίχνευση ζώντων κυττάρων Σαλμονέλας (που προέρχονται από τεχνητό εμβολιασμό στο γάλα) μέσα σε λιγότερο από 6 ώρες.Παράλληλα, επιτεύχθηκε περαιτέρω βελτίωση της πλατφόρμας LoC με διερεύνηση μεθόδων παθητικοποίησης των τοιχωμάτων μικροκαναλιών για την πρόληψη προσρόφησης βιομορίων στην επιφάνεια των μικροδιατάξεων για τη βελτίωση της ενίσχυσης DNA. Διάλυμα 1% αλβουμίνης Βόιου ορού (Bovine Serum Albumin, BSA) παρατηρήθηκε ότι παθητικοποιεί με βέλτιστο τρόπο τα τοιχώματα και συνεπώς αναστέλλει την προσρόφηση βιομορίων. Παρομοίως, διερευνήθηκε η επιφανειακή ενεργοποίηση των ακουστικών αισθητήρων (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation, QCM-D) για επιλεκτική δέσμευση DNA σε πολύπλοκα δείγματα, ανοίγοντας το δρόμο για να χρησιμοποιηθεί η αναπτυγμένη πλατφόρμα με πολύπλοκες μήτρες δειγμάτων. Η χρήση παρεμποδιστικού ρυθμιστικού διαλύματος πριν την εισαγωγή του δείγματος προς ανάλυση στον βιοαισθητήρα βελτιώνει τη διαχωριστική ικανότητα μεταξύ μολυσμένων και μη δειγμάτων όταν χρησιμοποιείται η ανίχνευση μέσω ειδικής πρόσδεσης Αβιδίνης-Βιοτίνης.

scholarly journals Towards PCB-Based Miniaturized Thermocyclers for DNA Amplification

Micromachines ◽  
2020 ◽  
Vol 11 (3) ◽  
pp. 258
Author(s):  
Georgia D. Kaprou ◽  
Vasileios Papadopoulos ◽  
Christos-Moritz Loukas ◽  
George Kokkoris ◽  
Angeliki Tserepi
Keyword(s):  
Power Consumption ◽  
Large Scale ◽  
Printed Circuit Board ◽  
Dna Amplification ◽  
Circuit Board ◽  
Amplification Efficiency ◽  
Chain Reaction ◽  
Seamless Integration ◽  
Printed Circuit ◽  
Polymerase Chain

In recent years, printed circuit board (PCB)-based microfluidics have been explored as a means to achieve standardization, seamless integration, and large-scale manufacturing of microfluidics, thus paving the way for widespread commercialization of developed prototypes. In this work, static micro polymerase chain reaction (microPCR) devices comprising resistive microheaters integrated on PCBs are introduced as miniaturized thermocyclers for efficient DNA amplification. Their performance is compared to that of conventional thermocyclers, in terms of amplification efficiency, power consumption and duration. Exhibiting similar efficiency to conventional thermocyclers, PCB-based miniaturized thermocycling achieves faster DNA amplification, with significantly smaller power consumption. Simulations guide the design of such devices and propose means for further improvement of their performance.

scholarly journals A Diffusor/Nozzle Pump Based on a Magnetically Actuated Flexible PCB Diaphragm

Proceedings ◽  
2018 ◽  
Vol 2 (13) ◽  
pp. 1077
Author(s):  
Marcus A. Hintermüller ◽  
Bernhard Jakoby
Keyword(s):  
Printed Circuit Board ◽  
Microfluidic Channel ◽  
Circuit Board ◽  
Fabrication Method ◽  
Flexible Membrane ◽  
Printed Circuit ◽  
Magnetically Actuated ◽  
Lorentz Forces ◽  
Out Of Plane ◽  
Flexible Printed Circuit

We present a valveless microfluidic pump utilizing an oscillating membrane made from a flexible printed circuit board. The microfluidic channel is fabricated by a 3D printing process and features diffuser/nozzle structures to obtain a directed flow; the flexible membrane is bonded to the channel. The membrane is actuated via Lorentz forces to accomplish out-of-plane motions and push the fluid through the channel. A permanent magnet provides the static magnetic field required for the actuation. The simple fabrication method can potentially be used for inexpensive mass fabrication for disposable devices.

Micro-Polymerase Chain Reaction Chip Construction for Fluorescence Detection Test

2015 ◽  
Author(s):  
Ji-Soo Hwang ◽  
Yu-Seop Kim ◽  
Hye-Jeong Song ◽  
Jong-Dae Kim ◽  
Chan-Young Park
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Fluorescence Detection ◽  
Chain Reaction ◽  
Polymerase Chain

Neural-Genetic Optimization of Temperature Control in a Continuous Flow Polymerase Chain Reaction Microdevice

2005 ◽  
Author(s):  
Hing Wah Lee ◽  
Parthiban Arunasalam ◽  
Ishak A. Azid ◽  
Kankanhally N. Seetharamu
Keyword(s):  
Polymerase Chain Reaction ◽  
Reaction Zone ◽  
Temperature Control ◽  
Continuous Flow ◽  
Microfluidic Channel ◽  
Microfluidic Channels ◽  
Genetic Optimization ◽  
Chain Reaction ◽  
Polymerase Chain ◽  
Simulation Results

In this study, a hybridized neural-genetic optimization methodology realized by embedding finite element analysis (FEA) trained artificial neural networks (ANN) into genetic algorithms (GA) is used to optimize temperature control in a ceramic based continuous flow polymerase chain reaction (CPCR) device. The CPCR device requires three thermally isolated zones of 94°C, 65°C and 72°C for the corresponding process of denaturing, annealing and extension to complete a cycle of polymerase chain reaction. Three separately addressable heaters provide heat input to each zone, microfluidic channels allow for the transport of fluid between zones and thermal isolation between the zones is maintained by machining air-gaps into the device. The most important aspect of temperature control in the CPCR is to maintain temperature distribution at each reaction zone with a precision of ±1°C or better irrespective of changing ambient conditions. Results obtained from the FEA simulation are compared with published experimental work. Simulation results show good comparison with experimental work for the temperature control in each reaction zone of the microfluidic channels. The data is then used to train the ANN to predict the temperature distribution of the microfluidic channel for new heater input power and fluid flow rate. Using these data, optimization of temperature control in the CPCR device is achieved by embedding the trained ANN results as a fitness function into GA. The objective of the optimization is to minimize the temperature difference in each reaction zone of the microfluidic channel while satisfying the residence time requirement. Finally, the optimized results for the CPCR device are used to build a new FEA model for numerical simulation analysis. The simulation results for the neural-genetic optimized CPCR model and the initial CPCR model are then compared. The neural-genetic optimized model shows a significant improvement from the initial model establishing the optimization methods superiority.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document